郭銀章 曾建潮

太原科技大學(xué),太原,030024

0 引言

機(jī)械產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)不同于在已知物理空間下的傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì),它具有設(shè)計(jì)任務(wù)多主體并發(fā)執(zhí)行和設(shè)計(jì)過(guò)程動(dòng)態(tài)不確定的特點(diǎn)[1]。傳統(tǒng)產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)中,每個(gè)設(shè)計(jì)單元完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)總目標(biāo)的一部分,上一設(shè)計(jì)單元結(jié)束后,根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)當(dāng)時(shí)的狀態(tài),通過(guò)審核決策動(dòng)態(tài)地確定設(shè)計(jì)過(guò)程的執(zhí)行流向,其設(shè)計(jì)路由只有在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中,才能動(dòng)態(tài)確定。目前已有的建模理論與方法,無(wú)法解決系統(tǒng)規(guī)模較大、執(zhí)行過(guò)程復(fù)雜、執(zhí)行流程具有動(dòng)態(tài)不確定性的機(jī)械產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)全過(guò)程的建模問(wèn)題。如何進(jìn)行復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)全過(guò)程的建模,已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程控制與管理的核心問(wèn)題之一。

不同應(yīng)用領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程建模進(jìn)行了研究,提出了不同的建模方法。面向?qū)ο蟮腜etri網(wǎng)(object-oriented Petri nets,OPN)建模方法將面向?qū)ο蠹夹g(shù)與Petri理論相結(jié)合,以克服基本 Petri網(wǎng)在描述復(fù)雜系統(tǒng)建模時(shí)模型復(fù)雜、不可重用和抽象等問(wèn)題。OPN建模的概念是由Lee等[2]提出的,并應(yīng)用于實(shí)時(shí)系統(tǒng)的建模過(guò)程。Lakos[3]將面向?qū)ο蟮睦^承、多態(tài)和動(dòng)態(tài)綁定等機(jī)制與Petri網(wǎng)相集成,提出了統(tǒng)一的類層次結(jié)構(gòu)表示的模型描述方法。Liu等[4]基于擴(kuò)展對(duì)象Petri網(wǎng),提出一種面向大規(guī)模復(fù)雜制造系統(tǒng)的建模方法。Loures等[5]針對(duì)柔性集成制造系統(tǒng)的控制、監(jiān)測(cè)與維護(hù)框架建模問(wèn)題,基于對(duì)象Petri網(wǎng)給出其框架模型。Xu等[6]采用對(duì)象Petri網(wǎng)構(gòu)建了一種復(fù)雜無(wú)人水下控制器系統(tǒng)模型。Kuisak等[7-8]采用有限圖的方法描述協(xié)同設(shè)計(jì)的過(guò)程,把設(shè)計(jì)過(guò)程表示為設(shè)計(jì)活動(dòng)網(wǎng)絡(luò),并指出設(shè)計(jì)過(guò)程具有迭代性和多循環(huán)性,同時(shí),基于Petri網(wǎng)建立了機(jī)械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程模型。安毅生等[9]提出了基于擴(kuò)展對(duì)象Petri的協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程模型,給出了模型的定義及觸發(fā)變遷規(guī)則。宋巍等[10]提出了一種基于時(shí)間約束Petri網(wǎng)的可調(diào)度約束分析模型。龐輝等[11]基于時(shí)間約束Petri網(wǎng),提出了一種工作流網(wǎng)模型,并對(duì)其可約簡(jiǎn)性和可調(diào)度性進(jìn)行了分析。Jiang等[12]提出了一種基于擴(kuò)展對(duì)象Petri網(wǎng)的可變結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)的建模方法。張海霖等[13]針對(duì)集裝箱碼頭物流系統(tǒng)建模問(wèn)題,在對(duì)象Petri網(wǎng)中引入了決策規(guī)則,提出了一種基于規(guī)則的OPN建模方法。

通過(guò)對(duì)上述基于對(duì)象Petri網(wǎng)的建模研究的分析可知,對(duì)象Petri建模方法,雖然對(duì)表示復(fù)雜異步、并發(fā)過(guò)程建模是有效可行的,但其控制結(jié)構(gòu)仍然表現(xiàn)出剛性的特點(diǎn),無(wú)法適應(yīng)不確定性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的過(guò)程描述。筆者基于機(jī)械產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)全過(guò)程的結(jié)構(gòu)執(zhí)行控制特點(diǎn),提出一種基于階段評(píng)審決策規(guī)則的協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程對(duì)象Petri網(wǎng)建模方法,將每個(gè)設(shè)計(jì)階段定義為基本設(shè)計(jì)單元對(duì)象子網(wǎng),通過(guò)引入解決沖突的控制/決策規(guī)則信息庫(kù)所和決策變遷,構(gòu)建協(xié)同設(shè)計(jì)全過(guò)程的進(jìn)程控制模型。該模型可以很好地描述協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程中,只有在實(shí)際執(zhí)行過(guò)程里才能決定執(zhí)行流向的動(dòng)態(tài)過(guò)程控制問(wèn)題,為協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程的優(yōu)化與決策分析提供模型基礎(chǔ)。

1 基于決策規(guī)則OPN的協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程模型定義

定義1 基于規(guī)則的協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程OPN模型可用一個(gè)三元組表示:

R-OPN-CSCDPM=(DUN,PCN,M0)

其中,DUN為協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程基本設(shè)計(jì)單元網(wǎng);PCN為協(xié)同設(shè)計(jì)的進(jìn)程控制網(wǎng);M0表示網(wǎng)的初始狀態(tài)。

定義2 機(jī)械產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程基本設(shè)計(jì)單元網(wǎng)DUN由需求調(diào)研單元網(wǎng)、初步設(shè)計(jì)單元網(wǎng)、方案設(shè)計(jì)單元網(wǎng)、總體設(shè)計(jì)單元網(wǎng)、零部件設(shè)計(jì)單元網(wǎng)和文檔提交單元網(wǎng)五部分組成。其中,任一元模型i均可采用基本對(duì)象Petri網(wǎng)模型定義為

DUi=(TPi,ATi,Ii(P,T),Oi(P,T),IMi,OMi,Ci)

其中,TPi為基本設(shè)計(jì)單元的設(shè)計(jì)任務(wù)庫(kù)所;ATi為基本設(shè)計(jì)單元的設(shè)計(jì)活動(dòng)變遷;Ii(P,T)為設(shè)計(jì)任務(wù)庫(kù)所到設(shè)計(jì)活動(dòng)變遷的輸入映射,Ii(P,T)=C(P)×C(T)→N,對(duì)應(yīng)著從P到T的有色有限弧,P=TPi∪IMi,T=ATi;Oi(P,T)為設(shè)計(jì)活動(dòng)變遷到設(shè)計(jì)任務(wù)庫(kù)所的輸出映射,Oi(P,T)=C(P)×C(T)→N,對(duì)應(yīng)著從T到P的有色有限弧;IMi為單元網(wǎng)輸入信息庫(kù)所的有限集合,在機(jī)械產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程中,輸入信息庫(kù)所包含上一設(shè)計(jì)單元的輸入信息IMbasic_in、本設(shè)計(jì)單元的錯(cuò)誤返回信息IMerror_in、后續(xù)設(shè)計(jì)單元的反饋信息IMback_in、本設(shè)計(jì)單元的跳躍信息 IMskip_in四類,可定義 IM(DUi)=(IMbasic_in,IMskip_in,IMback_in,IMerror_in);OMi為元模型的輸出信息庫(kù)所集合,可定義 OM(DUi)=(OMbasic_out,OMskip_out,OMback_out,OMerror_out);Ci為任務(wù)庫(kù)所、活動(dòng)變遷、輸入庫(kù)所、輸出庫(kù)所的色彩集合,表示了模型中不同層次的信息。

定義3 協(xié)同設(shè)計(jì)進(jìn)程控制網(wǎng)PCN可用一個(gè)五元組表示:

其中,PP表示進(jìn)程控制網(wǎng)庫(kù)所的集合,PP=(PPbasic,PPrule),由基本任務(wù)庫(kù)所PPbasic和決策規(guī)則庫(kù)所PPrule組成;PT表示進(jìn)程控制網(wǎng)變遷 的 集 合,PT = (Tbasic,Tin_invoke,Tout_invoke,

Tdecision),由普通變遷 Tbasic、單元網(wǎng)調(diào)用輸入接口變遷Tin_invoke、單元網(wǎng)調(diào)用輸出接口變遷Tout_invoke和決策變遷Tdecision組成;PF為進(jìn)程控制網(wǎng)庫(kù)所與變遷的輸入輸出有限弧集合,PF?(PP×PT)∪(PT×PP);FV為進(jìn)程控制網(wǎng)中單元網(wǎng)調(diào)用變遷與決策變遷之間弧表達(dá)式中的變量集合;FE為弧的映射函數(shù)或表達(dá)式,FE:PF→Bags(PV)。

定義4 初始標(biāo)記M0由進(jìn)程控制網(wǎng)的初始標(biāo)記MPCN和基本設(shè)計(jì)單元網(wǎng)的初始標(biāo)記MDU組成。進(jìn)程控制網(wǎng)的初始標(biāo)記可定義為

其中,DU0為沒(méi)有初始標(biāo)記的單元網(wǎng)集合;DO為設(shè)計(jì)任務(wù)對(duì)象的集合。MDU為所有進(jìn)程控制網(wǎng)中基本設(shè)計(jì)單元網(wǎng)的初始標(biāo)記集合。

定義6 進(jìn)程控制網(wǎng)中的決策規(guī)則信息庫(kù)所可定義為

其中,Prequ為調(diào)研立項(xiàng)決策規(guī)則庫(kù);Ptent為初步設(shè)計(jì)決策規(guī)則庫(kù);Pproj為方案設(shè)計(jì)決策規(guī)則庫(kù);Ptotal為總體設(shè)計(jì)決策規(guī)則庫(kù);Ppart為零部件設(shè)計(jì)決策規(guī)則庫(kù);Pdocu為技術(shù)文檔提交決策規(guī)則庫(kù)。每個(gè)設(shè)計(jì)單元經(jīng)評(píng)審決策后,其執(zhí)行路由可定義為

其中,Rseq為順序執(zhí)行規(guī)則;Rerr為錯(cuò)誤返回規(guī)則;Rskip為設(shè)計(jì)跳躍規(guī)則;Rback為設(shè)計(jì)反復(fù)規(guī)則。決策信息庫(kù)所Prule的輸出弧表示了輸出的條件。Prule與決策變遷 Tdecision相連,其輸出權(quán)函數(shù)FVrule=0,1,2,3。FVrule=0表示決策變遷的激發(fā)不受規(guī)則控制,順序執(zhí)行下一設(shè)計(jì)單元;FVrule=1表示決策變遷激發(fā)受本單元錯(cuò)誤返回規(guī)則控制,重新進(jìn)行本單元的修改設(shè)計(jì);FVrule=2表示決策變遷激發(fā)受設(shè)計(jì)反復(fù)規(guī)則控制,由本設(shè)計(jì)單元返回前面設(shè)計(jì)單元進(jìn)行修改設(shè)計(jì);FVrule=3表示決策變遷激發(fā)受設(shè)計(jì)跳躍規(guī)則控制,由本設(shè)計(jì)單元跳過(guò)后續(xù)設(shè)計(jì)單元進(jìn)行設(shè)計(jì)。

下面給出設(shè)計(jì)單元調(diào)用變遷觸發(fā)規(guī)則。

給定M0=(MPCN,MDU)為初始標(biāo)識(shí),pt∈PT為進(jìn)程控制網(wǎng)的變遷,ati∈ATi為基本設(shè)計(jì)單元DUi變遷。(pt,ati)綁定使能的條件為:MPCN(pp)≥PF(pp,pt)′DUi,?pp ∈?pt∩PP,其中,?pt為變遷pt的前集庫(kù)所,′DUi表示針對(duì)設(shè)計(jì)單元DUi。pt的前集庫(kù)所中DUi的Token數(shù)目大于等于弧表達(dá)式中要求變遷發(fā)生時(shí)所需Token的數(shù)目。設(shè)計(jì)單元調(diào)用變遷(pt,ati)綁定觸發(fā)后,R-OPN-CSCDPM中的標(biāo)記分布計(jì)算公式如下:

基于決策規(guī)則的協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程OPN模型,可以很好地描述協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程建?？刂频膭?dòng)態(tài)性。協(xié)同設(shè)計(jì)的每個(gè)基本設(shè)計(jì)單元網(wǎng)DUN封裝了一個(gè)基本的協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程,它通過(guò)輸入輸出調(diào)用變遷對(duì) Tin_invoke/Tout_invoke與 PCN的審核決策變遷Tdecision相關(guān)聯(lián),每一設(shè)計(jì)單元設(shè)計(jì)結(jié)束后,審核決策變遷Tdecision按照決策信息庫(kù)所Prule中的決策規(guī)則,動(dòng)態(tài)地決定下一步設(shè)計(jì)的執(zhí)行流向。

2 機(jī)械產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程靜態(tài)分析及單元網(wǎng)建立

復(fù)雜的機(jī)械產(chǎn)品是指功能復(fù)雜、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機(jī)理復(fù)雜、工藝復(fù)雜的產(chǎn)品。復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程一般由產(chǎn)品的調(diào)研立項(xiàng)(CD1)、初步設(shè)計(jì)(CD2)、方案設(shè)計(jì)(CD3)、總體設(shè)計(jì)(CD4)、零部件設(shè)計(jì)(CD5)和技術(shù)文檔提交(CD6)六個(gè)基本設(shè)計(jì)單元組成。每個(gè)設(shè)計(jì)單元完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)總目標(biāo)的一部分,上一設(shè)計(jì)單元結(jié)束后通過(guò)審核決策確定設(shè)計(jì)過(guò)程的執(zhí)行流向。機(jī)械產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程靜態(tài)業(yè)務(wù)流程如圖1所示。

根據(jù)上述機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)靜態(tài)分析,我們將其協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程劃分為6個(gè)基本設(shè)計(jì)單元:調(diào)研立項(xiàng)設(shè)計(jì)單元、初步設(shè)計(jì)單元、方案設(shè)計(jì)單元、總體設(shè)計(jì)單元、零部件設(shè)計(jì)單元和文檔提交設(shè)計(jì)單元。每一基本設(shè)計(jì)單元通過(guò)對(duì)象Petri網(wǎng)模型進(jìn)行描述,提供唯一的輸入輸出調(diào)用變遷。協(xié)同設(shè)計(jì)的進(jìn)程控制網(wǎng)根據(jù)決策規(guī)則信息庫(kù)所提供的信息,由決策變遷決定設(shè)計(jì)的下一步執(zhí)行流向。下面以零部件基本設(shè)計(jì)單元為例,給出其OPN設(shè)計(jì)單元模型。

機(jī)械產(chǎn)品零部件設(shè)計(jì)主要包括產(chǎn)品的零件設(shè)計(jì)、部件設(shè)計(jì)、總裝設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)四個(gè)部分,最終形成產(chǎn)品的零部件圖、總裝設(shè)計(jì)圖和產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)圖。產(chǎn)品零部件基本設(shè)計(jì)單元可定義為

式中,P1為零部件設(shè)計(jì)分配信息;P2為零件圖信息;P3為部件圖信息;P4為裝配圖信息;P5為工藝圖信息;P6為結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化信息;P7為零部件設(shè)計(jì)總圖信息;T1表示零部件設(shè)計(jì)分配;T2表示零件設(shè)計(jì);T3表示部件設(shè)計(jì);T4表示裝配設(shè)計(jì);T5表示工藝設(shè)計(jì);T6表示設(shè)計(jì)結(jié)果提交;T7表示結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化;T8表示設(shè)計(jì)方案提交;T9表示查找錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn);IMpart_in為總體體設(shè)計(jì)方案輸入;IMskip_in為下一設(shè)計(jì)單元跳躍輸入;IMerr_in為本設(shè)計(jì)單元修正信息輸入;IMpart_out為零部件設(shè)計(jì)方案輸出;IMback_out為返回前一設(shè)計(jì)單元輸出;IMerr_out為本設(shè)計(jì)單元修正信息輸出;Fpart為庫(kù)所與變遷的輸入輸出映射函數(shù);Cpart為零部件設(shè)計(jì)元模型的色彩集合。

機(jī)械產(chǎn)品零部件設(shè)計(jì)單元OPN模型如圖2所示。

3 基于決策規(guī)則的OPN協(xié)同設(shè)計(jì)進(jìn)程控制網(wǎng)模型

3.1 多任務(wù)并發(fā)執(zhí)行的協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程模型結(jié)構(gòu)約簡(jiǎn)

產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程具有設(shè)計(jì)任務(wù)的多主體并發(fā)執(zhí)行和設(shè)計(jì)過(guò)程的動(dòng)態(tài)不確定的特點(diǎn),其設(shè)計(jì)任務(wù)的多主體并發(fā)執(zhí)行的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在多個(gè)基本設(shè)計(jì)單元并發(fā)執(zhí)行和每個(gè)基本設(shè)計(jì)單元內(nèi)部的多任務(wù)并發(fā)執(zhí)行兩個(gè)方面。這兩個(gè)方面的并發(fā)執(zhí)行可表示為一個(gè)典型的并發(fā)控制結(jié)構(gòu),如圖3所示。

假設(shè),對(duì)于協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程中任意兩個(gè)設(shè)計(jì)活動(dòng)變遷ti與tj(ti∈T,tj∈T),如果活動(dòng)ti與活動(dòng)tj的執(zhí)行互不相關(guān),獨(dú)立觸發(fā),活動(dòng)ti與活動(dòng)tj沒(méi)有直接的時(shí)間約束關(guān)系,則活動(dòng)ti與活動(dòng)tj之間存在并發(fā)執(zhí)行關(guān)系。在基本設(shè)計(jì)單元中,任務(wù)設(shè)計(jì)活動(dòng)的并發(fā)執(zhí)行現(xiàn)象很多,圖2中,T2、T3、T4、T5四個(gè)設(shè)計(jì)活動(dòng)就是并發(fā)執(zhí)行的。協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程中的多個(gè)基本設(shè)計(jì)單元的并發(fā)執(zhí)行,主要影響設(shè)計(jì)過(guò)程的時(shí)序一致性推理、資源約束可調(diào)度性等性能分析,在過(guò)程建模的控制中,可以通過(guò)性能等價(jià)約簡(jiǎn)的方法,將并發(fā)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為順序結(jié)構(gòu)來(lái)表示。圖4就是圖3所表示的典型多任務(wù)并發(fā)結(jié)構(gòu)的約簡(jiǎn)模型。本文主要研究協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程的動(dòng)態(tài)不確定性建模問(wèn)題。基于性能等價(jià)約簡(jiǎn)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換研究可參考相關(guān)文獻(xiàn)[14]。

圖1 機(jī)械產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程靜態(tài)業(yè)務(wù)流程

圖2 零部件設(shè)計(jì)單元OPN元模型

圖3 典型的多任務(wù)并發(fā)結(jié)構(gòu)

圖4 并發(fā)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為順序結(jié)構(gòu)

3.2 基于決策規(guī)則的協(xié)同設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)控制網(wǎng)模型

協(xié)同設(shè)計(jì)的全過(guò)程包含了設(shè)計(jì)任務(wù)所經(jīng)歷的所有設(shè)計(jì)階段,其進(jìn)程網(wǎng)模型包含了每個(gè)設(shè)計(jì)單元的使能條件、各設(shè)計(jì)單元間的連接關(guān)系、設(shè)計(jì)單元的輸入輸出調(diào)用接口、公共歷史數(shù)據(jù)訪問(wèn)以及各設(shè)計(jì)單元所使用的資源等。每個(gè)設(shè)計(jì)單元完成協(xié)同設(shè)計(jì)某一階段的設(shè)計(jì)任務(wù),基于基本對(duì)象Petri網(wǎng)建模方法,將機(jī)械產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程的基本設(shè)計(jì)單元建模為單元網(wǎng)模型(即為OPN各類對(duì)象子網(wǎng)),它們之間通過(guò)門變遷連接起來(lái),形成對(duì)象Petri網(wǎng)的信息傳遞關(guān)系網(wǎng)。當(dāng)每個(gè)設(shè)計(jì)單元結(jié)束后,要對(duì)其結(jié)果進(jìn)行決策評(píng)審,以決定下一步的執(zhí)行流向。本文將決策規(guī)則信息庫(kù)所和決策變遷引入基本對(duì)象 Petri網(wǎng)的信息傳遞關(guān)系網(wǎng)中,把每一階段的評(píng)審建模為決策變遷,把評(píng)審依據(jù)建模為決策規(guī)則信息庫(kù)所,從而構(gòu)建一種基于決策規(guī)則的OPN協(xié)同設(shè)計(jì)進(jìn)程控制網(wǎng)模型,將基本設(shè)計(jì)單元網(wǎng)的輸入輸出調(diào)用變遷與進(jìn)程控制網(wǎng)的決策變遷綁定,當(dāng)每一基本設(shè)計(jì)單元結(jié)束后,依據(jù)決策規(guī)則信息庫(kù)所中的決策信息,激發(fā)相應(yīng)的決策變遷,動(dòng)態(tài)地決定設(shè)計(jì)執(zhí)行流向。圖5表示了基于規(guī)則的進(jìn)程控制網(wǎng)的順序、跳躍、返回三種執(zhí)行流向模型。進(jìn)程控制網(wǎng)中的決策規(guī)則執(zhí)行控制流向如表1所示。

圖5 基于決策規(guī)則的協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)程控制網(wǎng)模型

以協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程的方案設(shè)計(jì)單元設(shè)計(jì)過(guò)程的控制為例,當(dāng)進(jìn)程控制網(wǎng)觸發(fā)方案設(shè)計(jì)單元的入口變遷時(shí),首先執(zhí)行Proj:new project design,創(chuàng)建一個(gè)方案設(shè)計(jì)單元實(shí)例,以完成當(dāng)前的設(shè)計(jì)任務(wù)。然后與Proj:enter(im,tent)調(diào)用入口變遷綁定,轉(zhuǎn)移到方案設(shè)計(jì)單元網(wǎng)中進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。當(dāng)方案設(shè)計(jì)單元完成設(shè)計(jì)任務(wù)后,通過(guò)Proj:leave(im,tent)調(diào)用出口變遷把執(zhí)行控制權(quán)返回到進(jìn)程控制網(wǎng),由決策變遷 DT4決定可能的執(zhí)行流向。

DT4根據(jù)決策規(guī)則信息庫(kù)所Ptotal中的決策規(guī)則,選擇控制執(zhí)行流向。當(dāng)Guard SQE_Code=30時(shí),順序執(zhí)行總體設(shè)計(jì)單元;當(dāng)Guard err_code=31時(shí),返回方案設(shè)計(jì)單元重新修改設(shè)計(jì);當(dāng)Guard back_code=31時(shí),返回調(diào)研立項(xiàng)單元重新修改設(shè)計(jì);當(dāng)Guard back_code=32時(shí),返回到初步設(shè)計(jì)單元重新修改設(shè)計(jì)。同樣,當(dāng)Guard skip_code=35時(shí),跳過(guò)總體設(shè)計(jì)階段,進(jìn)入零部件設(shè)計(jì)單元進(jìn)行設(shè)計(jì)。

表1 進(jìn)程控制網(wǎng)中的決策規(guī)則執(zhí)行控制

4 鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)全過(guò)程動(dòng)態(tài)建模實(shí)例

第一步,根據(jù)用戶設(shè)計(jì)任務(wù)書進(jìn)行鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì),確定客戶需求、設(shè)計(jì)任務(wù)的關(guān)鍵問(wèn)題、設(shè)計(jì)目標(biāo)的描述及實(shí)現(xiàn)方法等。第二步,進(jìn)行方案設(shè)計(jì),對(duì)變速裝置、啟停裝置、換向裝置、制動(dòng)裝置、保護(hù)裝置等進(jìn)行功能結(jié)構(gòu)分解、子功能設(shè)計(jì)和原理方案設(shè)計(jì)。第三步,進(jìn)行總體設(shè)計(jì),分析擬定傳動(dòng)方案,選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào),計(jì)算總傳動(dòng)比,分配各級(jí)傳動(dòng)比,計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)。第四步,進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),分析和選定傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)方案,設(shè)計(jì)齒輪結(jié)構(gòu)、蝸桿及渦輪結(jié)構(gòu)、滾子鏈鏈輪結(jié)構(gòu)、軸和軸承部件的結(jié)構(gòu)、減速器箱體結(jié)構(gòu),校核軸、鍵、聯(lián)軸器的強(qiáng)度,進(jìn)行滾動(dòng)軸承的壽命校核。第五步,進(jìn)行零部件圖設(shè)計(jì),繪制裝配草圖、裝配工作圖及總成設(shè)計(jì)圖,繪制齒輪類、軸類、箱體機(jī)架類工作圖。第六步,提交設(shè)計(jì)方案文檔。根據(jù)上述鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)全過(guò)程分析,可得其協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程的模型,如圖6所示。

圖6 鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)全過(guò)程協(xié)同模型

在鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程中,我們將決策規(guī)則信息庫(kù)所劃分為五類:需求分析與初步設(shè)計(jì)決策信息庫(kù)所、傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)決策信息庫(kù)所、各級(jí)傳動(dòng)主體設(shè)計(jì)決策信息庫(kù)所、裝配草圖設(shè)計(jì)決策信息庫(kù)所、裝配工作圖決策信息庫(kù)所和零件圖繪制決策信息庫(kù)所。具體執(zhí)行的決策控制由決策信息庫(kù)所與決策變遷之間的連接有限弧上的輸出權(quán)函數(shù)決定。具體的執(zhí)行控制,按照表1所示的執(zhí)行流向進(jìn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)機(jī)械產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程具有設(shè)計(jì)任務(wù)多主體并發(fā)執(zhí)行和設(shè)計(jì)過(guò)程動(dòng)態(tài)不確定的特點(diǎn),對(duì)高級(jí)對(duì)象Petri進(jìn)行擴(kuò)展,通過(guò)引入決策規(guī)則信息庫(kù)所和決策變遷,提出了一種基于決策規(guī)則的協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程動(dòng)態(tài)建模方法。將協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程的每一設(shè)計(jì)階段描述為一個(gè)具有輸入輸出調(diào)用接口的OPN單元網(wǎng)模型。整個(gè)協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程的設(shè)計(jì)進(jìn)程控制網(wǎng),通過(guò)將決策變遷與單元網(wǎng)的輸入輸出調(diào)用變遷綁定,按照決策規(guī)則庫(kù)所提供的決策信息,動(dòng)態(tài)地確定每一設(shè)計(jì)單元的執(zhí)行流向。這種動(dòng)態(tài)建模方法,為解決協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程的反復(fù)、跳躍執(zhí)行的不確定性系統(tǒng)建模,提供了一種新的途徑。

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