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面向并行工程的集成产品信息模型的建立

面向并行工程的集成产品信息模型的建立 2011年12月04日 来源： 摘要：并行工程理论和方法是先进制造技术热点研究之一，通过分析并行工程的特点，利用智能工程知识处理技术，将并行分层结构集成智能单元(IIU)作为并行设计集成化智能单元，实现并行工程对产品开发生命周期中各任务的知识处理。关键词：并行工程；智能工程；知识处理近年来由于市场竞争日益激烈，因而提高产品及相关过程质量，降低产品成本和缩短产品开发周期就成为企业生存和发展的关键，因此研究先进的设计方法和理论具有极其重要的意义。新产品开发方式已经从顺序工程(Sequential Engineering)向并行工程(Cuncurrent Engineering，CE)转变，因此面向并行工程的产品设计方法成为研究热点。并行工程是指当新产品在设计阶段时，就引进生产准备工作，并行地进行产品设计、工艺设计和生产制造与管理信息，对产品及其相关过程进行并行的一体化设计，其运行机理的要点表现在两方面：一方面突出人的作用，强调人们的协调工作；另一方面要求一体化、并行地进行产品及其相关过程的设计，尤其注意早期的概念设计阶段的并行与协调。并行工程的核心内容是并行设计，而并行设计过程是一种对产品及其相关过程(包括制造过程等)进行并行、一体化设计、系统化的工作模式。这种模式力图使产品开发人员一开始就考虑到产品开发生命周期(从产品概念设计到产品报废)的所有因素，包括质量、成本、生产进度和用户需求，及时全面评价产品设计，提出改进的反馈信息，协调各功能环节的进度，尽可能保证产品设计、工艺设计、制造一次成功，以达到降低产品成本，提高产品质量和缩短产品开发周期的目的。1　并行设计集成智能单元IIU首先阐述智能工程提出的集成智能单元(IIU)的思想。由于面向实际问题的复杂性和决策自动化的需求，智能工程提出了一种并行分层结构的集成智能单元，用来模拟人类群体专家的工作，以实现决策自动化。由于复杂系统涉及到众多领域知识、众多功能和任务；涉及到多种描述形式的知识应用。因而针对这种复杂知识系统的最有效的方法是将其分割成若干单领域的知识系统———子系统。按所要求完成的任务和功能划分，一些子系统是相互关联的，他们的协同工作和集成将能完成某一项复杂任务。任何一个复杂系统都可按此原则在不同水平(或层次)上划分为若干组的子系统。因此最基本而又最重要的是如何将同一水平或(层次)上的子系统集成。这个问题解决了，复杂软件系统的结构就有了一种最基本的集成单元和模式。利用这种模式可以实现更大范围和更复杂系统的集成。根据这种思想，在智能工作中提出了一种并行分层结构的基本集成模式，即集成智能单元(IIU)，其基本结构如图1所示。

IIU是一个两层结构的集成单元，其核心是元系统。IIU中元系统为管理、组织、协调和控制各子系统，使其实现有效的、并行的工作。元系统具有自己的知识库，称为元知识。所谓元知识就是关于领域的知识，也就是说元知识不是领域知识，他不能解决子系统所代表的具体知识领域问题。但元知识是关于各领域的性质、功能、特点组成使用的知识，是管理、控制和使用领域知识的知识。在元系统下面一层是若干子系统，子系统具有嵌套模式，即子系统也可以是其他的智能单元(IIU)，这些子系统是彼此独立、并行地与元系统相联。这种集成智能单元可以包括：不同描述形式知识的集成、多个领域知识的集成、多任务和多功能的集成和不同介质信息处理集成。这样的集成智能单元组成的集成化智能软件系统是一个大规模的知识集成环境。元系统在整个集成化智能软件系统中起着关键作用[1]。根据IIU的功能特点，IIU定义如下：IIU是由一个元系统(MetaSystem，MS)和ｎ个彼此独立、并行地与元系统相联的子系统(SubSystem，SS)SS1，SS2，…，SSn组成，各子系统由元系统来协调并实现其功能。因此每个IIU可表示为一组相互独立的子系统，通过元系统由一种状态到另一种状态的转换或映射，即。2　面向并行设计的集成产品信息模型集成智能单元(IIU)是知识自动化处理和应用的一种有效方法。整个复杂系统可划分不同的集成智能单元(IIU)，每个IIU包括了知识库、基于知识的推理方法和静态黑板，这样构成了整个复杂系统的解空间和求解方法。每个IIU是产品开发并行设计过程中的一个工程活动，他包含了领域知识和求解方法。每个IIU有机会利用他内部知识，也可被元知识管理和协调。IIU中元系统是核心，不仅为用户提供框架，可用来编译领域知识和应用领域知识策略，而且是一个管理专家系统，他可用来控制和协调领域知识。为了实现并行工程，IIU被应用于并行设计产品开发过程中。并行设计强调产品开发的各个功能环节之间实现最大限度地交叉、并行及协调。所谓并行不是同时进行，而是逐步交替实现设计、工艺规划和管理等活动，即在设计阶段的每一步骤中都最大可能地考虑到有关环节的约束，如可制造性的约束、可装配性的约束和制造资源的约束等，并且尽量在早期就协调解决这些约束，而不是等到整个设计阶段完成后，再重新修改不恰当的设计。这些环节组成一个完整的子系统。另外在并行设计中，如果某一个子系统必须依赖于另一个子系统的结果作为输入时，可以做一些假定，使两个系统并行工作，然后插入若干次中间协调、修改和迭代，使并行设计能在不完整数据的条件下进行，这就需要元系统的协调和管理。元系统根据并行设计特定策略来激活和控制各个子系统，独立解决专门领域里的问题。因此必须有一个产品并行设计信息处理的特定结构，能使元知识解释和处理这些信息，从而激活其他子系统，使各个子系统并行工作。元系统中黑板不单单是简单的存储，而且可使信息被读取和处理。因此元系统是协调和分布式问题求解的一个智能系统，即面向并行设计的集成产品信息的知识处理模型(如图2所示)[2]。并行设计是持续地改善产品性能的过程，他是在不影响产品功能的前提下，最大限度地不断改进产品设计的工艺性、质量与成本控制和相应的管理规划，以减少制造成本，缩短产品开发周期，提高设计效率，努力做到一次设计成功。

3　结束语 并行工程的实现需要管理、设计、制造及相关支持过程知识有机协同。他不仅依靠各活动知识互相有效通讯，同时要求良好的决策支持。受文章篇幅所限，现主要介绍了在CE环境下的并行设计集成模型IIU的思路，对实现并行工程的产品开发生命周期中各任务的知识处理、协同和集成有重要意义。参考文献：[1]　查建中 智能工程[M] 北京：机械工业出版社，1992 [2]　吴会林 机械产品类型设计理论与方法的研究工程应用[D] 天津：天津大学出版社，1995

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