产品设计过程的建模、仿真及优化研究

论文摘要

21世纪市场竞争日益激烈,企业为了生存和发展必须以最快的速度设计制造出高质量的符合市场需要的产品。随着企业生存环境的改变和现代产品的复杂程度和多样化的不断提高以及产品开发模式的改变,产品设计过程也越来越复杂。为了提高自己产品的竞争力,现在大部分的企业都对产品设计过程进行建模从而实现对其产品设计过程的优化。但是针对一些中小型的项目,很多企业考虑到周期和成本问题,仍然采用传统的设计管理方法。本文针对这一问题,通过对产品设计过程中任务和过程之间关系的分析,以分层有色时间Petri网为建模工具对系统进行建模,并对建立的模型中的任务协调、资源管理、模型复用等几个问题进行了详细的研究。通过对产品设计过程的分析和研究,提出了以任务/过程为任务分解方法,分层有色Petri网为建模工具对产品设计过程进行建模的方法。对产品设计过程的任务、过程及二者之间的关系进行了分析和阐述,通过对任务/过程的逐层分解从而描述出系统的结构;将分层有色Petri网中的库所、变迁、颜色集及层次等元素与分解后的系统中的任务、过程、任务属性及层次性等相应元素相对应,构建出具有良好结构特性和较强分析能力的产品设计过程系统模型。通过对模型的仿真,找出其中的关键路径和关键工序,优化系统的资源配置,缩短工期,从而提高实际系统的效率。以广义模糊时间Petri网为理论基础,对系统中并行和串行环节中存在冲突和等待等问题建立了相应的协调机制,并对这些协调机制进行封装,构建了协调组件与任务组件相互作用实现系统的协调和管理。由于现代产品开发模式的采用,系统模型中许多的并行和串行执行的环节存在冲突、等待甚至死锁等问题,我们以与布尔Petri网有非常好的兼容性而功能更加强大的广义模糊时间Petri网为理论基础,对相应的问题环节构建不同的协调机制,并通过对协调机制和任务打包形成协调组件和任务组件在系统中相互作用实现相应的协调和管理功能。通过对系统模型中文档和任务之间的关联的详细分析,构建了文档版本管理器,与任务组件共同作用实现对系统中文档版本的管理。作为一种系统资源或产品的输出信息,文档在产品设计系统中有着非常重要的地位和作用,其版本管理的问题也显得日益突出。通过对并行和串行版本流的研究,及文档和任务的关联的建立,新建了版本管理算法,构建了版本管理器与任务组件相互作用实现对文档版本的管理。同时应用资源管理器对系统中的人力资源也进行了管理和调度。引入组件的概念,构建了组件库管理系统和系统的整体架构,实现了产品设计过程的复用。在提高复用效率方面,对以往成功的系统模型的继承和复用是非常有效的,强调在模型构建的过程中就考虑到日后的复用问题,有意识地构造出利于复用的系统架构或系统部件,并在模型的使用过程中不断地分析和修改模型,使之日趋完善,方便以后的复用。通过对产品设计模型及复用层次的分析,提出了模型中的系统组件管理组件及结构组件的构建方法,并通过组件库管理系统对这些组件的存储、读取及检索等功能的管理,实现产品设计过程模型的全生命周期管理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 选题的科学依据
• 1.3 产品开发过程建模的相关理念
• 1.3.1 产品的特征
• 1.3.2 产品建模技术
• 1.3.3 先进产品开发理念
• 1.3.4 产品开发过程模型
• 1.4 国内外研究现状与问题
• 1.4.1 国内外研究现状
• 1.4.2 存在的问题
• 1.5 论文的内容安排
• 1.6 本章小结
• 2 Petri网及工作流网理论介绍
• 2.1 引言
• 2.2 Petri网理论
• 2.2.1 Petri网的基本概念
• 2.2.2 Petri网的基本性质
• 2.2.3 关联矩阵和状态方程法
• 2.3 有色Petri网（Colored Petri Nets）
• 2.3.1 有色Petri网的定义
• 2.3.2 有色Petri网的分析方法
• 2.3.3 分层有色Petri网
• 2.4 工作流
• 2.4.1 工作流定义
• 2.4.2 工作流技术研究的关键问题
• 2.4.3 工作流技术的主要研究方向
• 2.4.4 工作流模型
• 2.5 工作流网
• 2.5.1 工作流网的定义
• 2.5.2 工作流网的基本路由
• 2.6 本章小结
• 3 产品设计过程建模、仿真及优化
• 3.1 引言
• 3.2 产品设计过程的任务和过程
• 3.2.1 产品设计过程中的任务
• 3.2.2 产品设计过程中的过程
• 3.2.3 产品设计过程中的任务/过程描述
• 3.3 基于任务/过程的产品设计过程建模
• 3.3.1 选用分层有色Petri网为建模工具
• 3.3.2 基于分层有色Petri网的产品设计过程建模
• 3.4 案例分析
• 3.4.1 工程介绍
• 3.4.2 任务分解
• 3.4.3 基于分层有色时间Petri网的建模
• 3.4.4 系统原型的结构分析
• 3.4.5 系统原型的动态分析
• 3.5 本章小结
• 4 产品设计过程模型中的协调组件
• 4.1 引言
• 4.2 产品设计过程模型中的关联
• 4.2.1 设计人员与任务之间的关联
• 4.2.2 任务之间的时间关联
• 4.3 协调机制与协调组件
• 4.3.1 组件
• 4.3.2 任务组件
• 4.3.3 协调机制
• 4.3.4 协调组件
• 4.4 广义模糊时间Petri网
• 4.4.1 广义模糊Petri网
• 4.4.2 广义模糊时间Petri网
• 4.5 基于广义模糊时间Petri网的协调组件
• 4.5.1 时间关联的协调
• 4.6 协调组件在快轨车设计过程案例中的应用
• 4.6.1 并行执行环节的协调
• 4.6.2 串行执行环节的协调
• 4.6.3 同时应用并行和串行环节协调
• 4.7 本章小结
• 5 产品设计过程模型中的文档版本和人力资源管理
• 5.1 引言
• 5.2 资源管理
• 5.2.1 资源的定义
• 5.2.2 资源的分类
• 5.2.3 资源的属性
• 5.2.4 资源管理的定义
• 5.2.5 资源管理的目的和作用
• 5.2.6 任务之间的资源关联
• 5.3 文档的版本管理
• 5.3.1 版本管理的定义
• 5.3.2 串行流中的文档版本管理
• 5.3.3 并行流中的文档版本管理
• 5.4 版本管理器
• 5.5 案例分析
• 5.5.1 工程案例详细信息
• 5.5.2 系统原型中文档的版本管理及其仿真
• 5.5.3 版本管理的分析
• 5.5.4 人力资源的管理
• 5.6 本章小结
• 6 产品设计过程模型的复用
• 6.1 引言
• 6.2 产品设计过程模型的复用
• 6.2.1 产品设计过程模型中复用的目的和意义
• 6.2.2 产品设计过程复用的层次模型
• 6.2.3 产品设计过程模型的全生命周期
• 6.2.4 产品设计过程模型的复用
• 6.2.5 系统日志文件的记录和管理
• 6.3 组件技术
• 6.3.1 组件的定义和分类
• 6.3.2 组件的设计和构造
• 6.4 组件库与组件库管理系统
• 6.4.1 构建组件库的必要性
• 6.4.2 组件库管理系统
• 6.5 组件的存储和检索
• 6.5.1 组件的存储
• 6.5.2 组件的检索
• 6.6 产品设计过程模型的架构及其复用案例
• 6.7 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 创新点摘要
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 致谢