（机械设计及理论专业论文）面向设计重用的设计资源动态调度技术及应用研究.pdf

浙江大学硕士学何论文摘要 摘要 随着产品复杂程度的增加及更新换代速度的加快，使得设计过程中需要获取和处理 的设计资源变得更加复杂多样。传统的基于经验的设计已经难以满足设计要求，因此， 科学地管理和重用这些设计资源是提高产品开发效率，缩短项目工期，适应全球市场发 展，在激烈的竞争中取胜的关键，也是解决机械产品开发企业研发过程中创新力低下， 产品开发周期长等问题的有效方法。本文对可重用产品设计资源建模、基于粗糙集的可 重用产品设计资源获取、基于变区域激活的可重用产品设计资源动态调度技术进行了研 究，并根据以上理论和方法开发了面向设计重用的设计资源管理功能模块，针对数控机 床关键模块的设计过程进行了应用验证。 论文的组织结构为： 第一章主要分析了机械设计制造企业当前所处的市场环境，结合现代产品设计的特 点综述了设计重用的内涵和研究现状。介绍了面向设计重用的设计资源重用建模与获取 技术、资源调度模型及优化算法、设计资源构建方法与应用，分析了相关技术所存在的 问题，给出了本文的研究意义与研究内容和结构框架 第二章概述了可重用产品设计资源的概念、表现形式以及资源调度服务质量计算方 法。借鉴软件工程面向对象程序设计思想构建了可重用产品设计资源层次模型，通过类、 对象之间的关联、聚合和复合等关系形式化描述了设计知识资源模型和工具资源模型， 基于服务质量约束给出了可重用产品设计资源动态调度模型，为设计资源调度奠定了基 础。 第三章在构建了面向对象可重用产品设计资源层次模型的基础之上，研究了可重用 产品设计资源的获取技术。根据可重用产品设计资源的特征属性建立综合倒排索引结 构，结合粗糙集理论，运用属性重要度来确定各关键特征属性的权重，结合索引建立了 基于实例的可重用产品设计资源多层检索模型，其主要步骤包括实例属性值的离散化、 决策表的建立与属性约简，实例相似度的度量。以h m s l 2 5 p 型四轴联动精密卧式加工 中心x 轴驱动电机的设计资源获取为例，详细阐述了基于粗糙集的可重用产品设计资源 获取过程。 第四章研究可重用产品设计资源的调度与重调度方法，资源调度时设计资源管理的 重要技术。针对静态调度处理突发情况的不足，提出一种基于变区域激活的任务调度机 t t t 浙江大学硕士学何论文 摘要 制，运用基于有序加权平均( o r d e r e d w e i 曲t e d a v e m g e ，o w a ) 算子的多属性决策方法定 义变区域激活任务选入原则，采用离散粒子群算法( d i s c r e t ep 抓i c l es w a n no p t i m i z a t i o n ， d p s 0 ) ，给出分布式设计资源动态调度问题的数学描述和粒子适应度计算方法。同时， 对动态不确定环境下的扰动进行分类，设计了环境自适应动态重调度方法。采用局部更 新交区域平移策略，通过粒子进化和变区域平移，实现可重用产品设计资源调度序列的 快速求解，有助于提高设计资源的重用效率和准确性。最后以数控机床整机方案设计、 整机精度设计、整机刚度设计资源调度为例，对上述方法的有效性和可行性进行了验证。 第五章根据本文所提出的理论与方法为基础，开发了面向设计重用的数控机床设计 资源管理功能模块，在数控机床的设计过程中进行应用，验证了本文所提出理论与方法 的可行性和实用性 第六章总结本文的研究成果与特色，以及面向设计重用的数控机床设计资源管理功 能模块的应用效果，并对今后进一步的研究工作进行展望。 关键词：设计重用；动态调度；粗糙集；变区域激活；离散粒子群优化；服务质量；最近 邻法 a b s t r a c t w 1 t t lt h em c r e a s eo fp r o d u c tc o m p l e x i 哆a n d s p e e du pt h er 印l a c e m e n tr a 论，m 出n g 也e n e e dt oo b t a ma n d p r o c e s se n g i n e e d n gr e s o u r c e si n 血ed e s i 弘p r o c e s sb e c o m e m o r ec o m p l e x 烈l dd l v e r s e 1 h d i t i o n a le x p e r i e n c e b a s e d d e s i g nh a sb e e nd i 师c u l tt 0m e e t 也ed e s i 2 m r e q u l r e m e n t s i h e r e f o r e ，s c i e n t i 6 cm a n a g e m e n ta n dr e u s eo ft h e s ed e s i g nr e s o u f c e si st 1 1 ek e v t 01 n l p r o v ep 刚u c td e v e l o p m e n te 硒c i e n c ya n ds h o n e n t h ed 啪t i o no ft b ep r o j e c t ，a d a p tt 0 t n eg i o b a lm a r k e t ，t 0v i c t 唧i nt 1 1 ef i e r c ec o m p e t i t i 吗b u ta l s ot h ee 触t i v e w a yt 0s o l v et h e i o wl n n o v a t l v em e c h a n i c a lp r o d u c t d e v e l o p m e n tr & d p r o c e s s ，l o n gp r o d u c td e v e l o p m e n t c y c l e ih l sp 印e rs t u d i e st h er e u s a b l ep r o d u c td e s i 驴r e s o u r c e sm o d e l i n g ，b a s e d o nr o u g l ls e t o 士r e u s a b l ep r o d u c td e 8 i 印r e s o u r c e st o a c c e s s ，b a s e d0 nt h ev 哪i n g s p a c ea c t i v a t e dr e u s a b l e p r o d u c td e s l 盟r e s o u r c ed y n a m i cs c b e d u l i n gt e c h n o l o g 弘b a s e do nt h e 也e o d e sa n dm 劬o d s p r e s e n t e dm t h l s 脚e r ，d e s 诤r e s o u r c em 锄g e m e n tm o d u i e sf o rd e s i 盟r e u s ei s d e v e l o p 砜 删h a v eb e e nv 嘶f i e di nt h e k e ym o d u l e so f 也ec n cm a c h i n et o o ld e s i 驴p r i e s s t h eo 略撕z a t i o n a ls 咖c t l l r eo f 也e p a p e ra r e 舔f o l l o w s ： c n a p t e ria n a l y z e dt h em e c h a n i c a ld e s i 印姐dm 籼f a c t i l r 吨e n t e 柳s e si nw h i c h 也e 峥 c 啪tm a r k e te n v 姗l m e n t ，c o m b 毗dw i 也也em o d 锄p r o d u c t d e s i 驴a n dc h 锄c 矧s t i c s r e v l e w s 也ec o 姐0 t a t i o no fm o d e m p r o d u c td e s 咖a n dp r e s e n tr e s e a r c hs i 删o n s 1 瑚m 撕e d d e s l 印r e u s e 。鲫e n t e dd e s i 弘r e s o u r c er e u s e m o d e l 堍，a c c e s st e c h n o l o g y ，r e s o u r c es c h e d u l i n q m o d e l & o p t l m 吼t i o na l g o r i t h ma n da p p l i c a t i o no f d e s i 朗r e s o u r c e sm a n a g e m 咄a n a l y z e d 也e e x l s t i n gp r o b l e m si nr e l a t e dt e c h n o l o g i e s ，g i v e nt h es i 萨i f i c a n c eo f t h i ss t u d ya n dr e s e a r c h ， 毗d u c i n g 也eo 喀a n i z a t i o n a ls 仃u c t l 鹏o f 也i sp a p e ri nt h e e n d c n a p t e ri is 啪m 撕e da 1 1 dr e v i e w st h ec o n c e p to fr e u s a b l ep r o d u c td e s i 鳃r e s o w c e s ， 蚴士e s 姚o n s ，a n dr e s o u r c es c h e d u l i n gq u a l i t ) ，o f s e i c e ( q o s ) c a l c u l a t i o nm e t h o d s 1 e 锄 昀ms o 脚a r ee n g i n e 嘶n g0 b j e c t o 打e n t e d p r o g r a n l i i l i n gd e s i 弘t h i n k 堍t 0b u i l dar e u s a b l e p r o d u c td e s l 弘r e s o u r c e sh i e r a r c h i c a lm o d e l b ym e o p e r a t i o no ft h ea s s o c i 撕o n ，a g g r e g a t i o n a n dc 0 1 印o s l eb e 铆e e nt h ec l a s s e s o b j e c t s ，蠡) 髓a 1 1 y d e s 嘶b e st h er e s o u r c em o d e lo fd e s i 髓 k n o w l e 岵e 锄dt o o l s ，b a s e do nq o s c o n s 昀i n t s 舒v e nm ed ) r n a i i l i cs c h e d u l i 芏培m o d e l ，l a va f o u n d a t i o nf 1 0 rr e s o u r c es c h e d u l i n g c h 印t e r is 伽i e dt h er e u s a b l ep r o d u c td e s 咖r e s o u r c e sa c c e s s t e c l l n o l o g yb a s e do nt h e n l e r a i c h l c a lm o d e l0 fo b j e c t - 谢e n t e dr e u s a b l ep r o d u c td e s i 弘r e s o u r c e s a c c o 池g t 0 也e c n 锄c t e n s t l ca 纰b u 泓o fr e u s a b l ep r o d u c td e s i 印r e s o c e st oe s 讪l i s h t 1 1 ei n 、，e n e di n d e x v 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c l s 仇l c t u r e ，c o m b i n e dw i t l lr o u 曲s c tt l l e o r y u s i n g 蛐u t ei m p o r t a n c et 0d e t e r m i l l e 也ew e i 曲t s o ft t l e 砌b u t e so f 也ek e yf e a t l l r e s ，c o i l i b i n e dw i mm e x i l l gr e u s a b l ep r o d u c td e s i g n r e s o u r c e s 眦h i l a y e rc 嬲e - b a s e dr e 仃i e v a lm o d l e l t h em a i ns t e p si n c l u d ed i s c r e t ei n s t a n c eo f t 1 1 e 砌b u t ev a l u e s ，e s t a b l i s h e d 锄da n r i b u t er e d u c t i o n0 fd e c i s i o nt a b l e ，m ei n s t a n c eo ft h e s i m i l 撕t ) ，m e t r i c 1 酞eh m s l2 5 pa x i sp r e c i s i o nh o r i z o n t a lm a c h i n i n gc e n t e rx a x i sd r i v e m o t o r d e s i g nr e s o u r c e sa c c e s sf o re x 锄p l e ，e l a _ b o r a t e dr e u s a b l ep r o d u c td e s i g nr e s o u r c e s a c q u i s “i o np r o c e s sb a s e d o nr o u g hs e t s c h a p t e r s t i l d i e dr e l l s a b l ep r o d u c td e s i 驴r e s o u r c es c h e d u l i n ga n dr e s c h e d u l i n g m e m o d ， d e s i g n r e s o u r c em a n a g e m e n t t e c h n o l o g y av 删n g - s p a c eb a s e d s c h e d u l i n g m e c h a n i s mw 嬲p r o p o s e df o rs t a t i cs c h e d u l i n gi n a d e q u a t e n e s so fd e a l i n gw i 也锄嘴e n c y s i t u a t i o n s u s i n gm u l t i a 嘶b u t ed e c i s i o nm 越n gb a s e do no r d e r e dw e i g h t e da v e r a g e ( o w a ) 叩e m t o rd e f m e sv 卿n g - s p a c ea c t i v a t e dt a s ko p t - i np r i n c i p l e b a s e do nd i s c r e t ep a r t i c l e s w a mo p t i l i z 撕o n ( d p s o ) ，b o mt h em 础e m a t i cd e s 谢p t i o no fd i s 仃i b u t e dd e s i 弘r e s o u r c e s d y n a m i cs c h e d u l i n g ( d d i s ) a n dt h ep a n i c l ef i t l l e s sw e r eg i v e n m e a n w h i l e ，c l 勰s i f i e dt h e d y n a m i cl l l l c e r t a i ne n v i r o n m e n td i s t u r b 锄c e ，d e s i 目1 e de n v i r 0 珈n e n ts e l o a d a p t i v ed 1 ，n a i i l i c r e s c h e d u l i n gm e t h o d u s i n gl o c a lu p d a t ev a r y i n g - s p a c es h ms 仃a 佗g y 也r o u 曲p a n i c l e e v o l 砸o na 1 1 dv a r y i n g - s p a c es h i 屯a c h i e v e 也er a p i ds o l u t i o no fd d r d s ，也e nh e l pt oi m p r o v e t 1 1 ee m c i e n c ya n da c c u r a c yo ft 1 1 er e u s eo fd e s i 驴r e s o u r c e s f i l l a l l y 雒e x a n l p l eo fc n c m a c h i n et o o ls c h e m ed e s i 盟，p r e c i s i o nd e s i 乒，s t i 恤e s sd e s i 弘r e s o u r c es c h e d u l i n gw 硒舀v 鼬 t ov a l i d a t et h ee f f e c t i v e n e s sa n df e a s i b i l i 哆o ft h em e 也o d c h 印t e rvd e v e l o p e dc n c m a c h i n et o o ld e s i g nr e s o u r c em a n a g e m e n tm o d u l ef a c i n gt 0 d e s i 盟r e u s eb a s e do nt h e o r i e s 柚dm e t h o d sp r e s e n t e di n 也i sp 印e r g i v e so u tt 1 1 ei n s t a l l c e so f i t sa p p l i c a t i o ni n ( n cm a c h i n et o o ld e s i 印t 0v 嘶黟t h ef e a s i b i l i t ) ra n du t i l i 锣o ft h ep r o p o s e d t h e o r i e sa n dm e t h o d s c h 印t e r s u m m a r i z e da na c h i e v e m e n t sa n dc h a r a c t e r i s t i c so f 也i ss t u d 弘嬲w e n 觞t 1 1 e e f f e c to fc n cm a c h i n et o o ld e s i g nr e s o u r c e sm a n a g e m e mm o d u l ef a c i n gt 0d e s i g nr e u s e m a k e sa p r o s p e c to f f i l r t h e rr e s e a r c hw o r ki nt h ee n d k e y w o r d s ：d e s 咖r e u s e ； d y n a m i cs c h e d u l 迦；r 0 u 曲s e t ；砸n g s p a c ea c t i v a t e d ； d i s c r e t ep a r t i c l es w a r mo p t i m i z a t i o n ( d p s o ) ；q u a l i 哆o fs e i c e ( q o s ) ；n e a r e s tn e i g h b o r n l e t h o d 浙汀大学硕：学何论文致谢 致谢 时光荏苒，两年半的硕士求学生涯给我留下了许多留恋和感慨。值此论文完稿之际， 我要深深地感谢张树有教授在科研和生活上对我的指导和帮助。张老师渊博的学识，严 谨的治学态度，待人和蔼可亲的作风都在潜移默化中对我产生了巨大的影响。在此，向 培养我的思师致以由衷的敬意和诚挚的感谢。 衷心地感谢浙江大学工程及计算机图形研究所的谭建荣院士，陆国栋教授，施岳定 教授、刘振宇教授、伊国栋副教授、冯毅雄副教授、李凌丰副教授、费少梅副教授、董 进老师，方芳老师、程锦老师等在学业和生活上对我的热情指导和帮助。 真诚感谢项目组的徐敬华讲师、裘乐淼讲师、张秀芬讲师、任彬博士后、刘晓健博 士后、安相华博士后、高一聪博士后、龚勋博士生、萨日娜博士生、徐进硕士生、赵鑫 硕士生，吴媛媛硕士生、郭传龙硕士生、徐徐硕士生等给予我的诸多帮助和关心让我 倍感亲切。 特别感谢同窗好友豆瑞发、刘际轩、张庆，鞠永兵傅军亮，李大平周虹、金易 笔、郑贵荣朱广宇、刘炯宙等，以及实验室的郏维强、程好秋刘建峰赵振程丰 备、徐剑光耀、刘景成、陈婧、林小夏，胡锟、王明、罗成对、由成林，刘彩芬张 辉、杨坤、茅旭飞等，还有我的室友潘兴兴、孙朋朋、蒋丰骏，和你们在一起度过的美 好时光，将是我一生中弥足珍贵的记忆。 由衷地感谢每一位老师、同学，还有帮助过我的每一个人。你们的支持和关爱让我 在艰辛的研究道路上不畏艰难，奋勇前进。 深深地感谢我的父母、哥哥以及其他亲人，你们始终如一地寄予我学习上的殷切厚 望与生活上无微不至的关爱，使我坚定地走完这十八年的求学之路，也将帮助我走好未 来的每一天，是我继续奋斗的动力。 、 谨以此篇感谢关心过我，帮助过我的每一个人，我会一直努力下去，不辜负诸位对 我的期望。 叶友本谨致 公元二零一二年二月于求是园 i 浙r 1 ：大学硕上学化论文l 绪论 1 绪论 【本章摘要】主要分析了机械制造企业当前所处的市场环境，结合现代产品设计的特点综 述了设计重用的内涵和研究现状主要介绍面向设计重用的设计资源重用建模与获取技 术、资源调度模型及优化算法、设计资源构建方法与应用技术，最后阐述了本文的研究背 景、内容、意义和结构框架。 1 1 引言 在经济全球化的今天，随着市场竞争的加剧，客户对机械制造企业提出了更高的要 求：产品的生命周期缩短，产品的种类增加、产品的交货期缩短、价格和性能的要求越 来越高。心锄e rf 和心a m e rm 【k 仡蹦1 9 9 4 1 研究表明一般产品成本的7 0 以上由设计阶段 决定，而这一阶段本身所占用的费用仅为产品成本的6 以下。据对我国约2 0 0 0 种机械 新产品的抽样调查，产品开发周期平均1 8 个月，而美国在1 9 9 0 年就实现了新产品设计 周期3 个星期，试制周期也仅为3 个月的产品开发，对比鲜明【謦雨祥2 0 0 ”。这充分说明了 产品设计研发能力对于企业市场竞争力的重要作用。p a h l 和b e 池【p 枷1 9 8 4 j 将产品设计分 为变型设计、适应性设计和创新性设计三种设计形式。据估计9 0 的设计为变型设计或 自适应设计，这意味着大多数的设计工作可以重用以前的产品设计资源；新产品开发过 程中完全重用现有的或供应商提供的零部件占4 0 ，修改后重用的零部件占4 0 ，完全 全新设计的零部件仅占2 0 限。盈y 毗2 0 0 0 】【h a q u 。2 删；在机械系列产品设计过程中，约7 0 左 右的设计是依赖于已有的设计资源进行的，如图1 1 【董宏欺2 0 0 7 1 所示。 图1 1 各种设计方式对比 可见，可重用设计资源对产品设计具有重要作用然而，设计人员在进行新产品设 计过程中，却花费了整个设计任务大约8 0 的时间查阅、筛选这些可重用产品设计资源， 浙汀大学硕士学位论文1 绪论 如已有产品设计知识，设计方案等，这严重影响了产品的设计效率【王英棒2 0 0 3 1 ，究其原因 就是企业缺乏对已有设计资源的共享管理。国外有学者指出，支持设计重用将是未来软 件的一项必要的功能。 1 2 国内外相关研究现状 设计资源库是一个基于产品设计知识而建立起来的集成开发环境，通过对设计知识 的有效组织与管理，实现设计资源的合理重用。设计资源库的建立提高了企业信息化的 程度，是企业实施快速设计、虚拟设计、协同设计等现代设计的基础【丁剜飞2 0 0 7 】。产品设 计资源管理技术的研究主要集中在设计资源重用建模与获取技术、资源调度模型及优化 算法、设计资源构建方法与应用等方面。 1 2 1 设计资源重用建模与获取技术 早在二十世纪五六十年代，随着零件分类系统的建立，人们逐渐开始对设计重用进 行研究，通过零件分类系统，设计人员更多地倾向于重用已有的产品设计知识【s i v 咖胁 1 蝴】。1 9 9 8 年6 月，英国b m n e l 大学首次召开了以设计重用为主题的工程设计会议， 标志着设计重用研究已经达到了一个阶段性的高潮，会议认为设计重用就是在当前的设 计中应用过去的设计知识或设计经验。在此会议的基础上，s i v a l o g 缸劬趾和s h a b j n 将 有关设计重用的研究划分为七类：设计重用的认知研究、设计重用的计算机建模、设计 重用的方法和工具、标准零部件的重用、设计重用系统的研究、产品的创新开发、设计 重用可能会带来的问题，并且指出设计重用应该作为一种系统化的设计工具【s i v a l o 洳 1 9 9 9 b 1 。f i n g e r 详细研究了产品设计过程，认为目前的c a d 工具支持设计重用所起的作 用非常有限，亟需开发支持设计重用的计算机环境，基础是要研究产品设计资源的计算 机表示方法。 为实现产品设计资源的共享和重用，并且易于计算机实现，各种不同形式的知识建 模语言被用来描述设计资源，但是目前还没有一种标准化的支持异构信息系统资源共享 的统一建模语言。 山mm 旬c t 暇掣a n n 2 0 0 4 1 根据创新程度的不同，通过6 个案例研究了设计知识重用的 过程，确立了一个用于创新的知识重用( 1 幽w l e d g e 虱e u s e f o r i n v a t i o n ，蛋) 六阶段 模型，该模型包括重定义问题、研究和评价其他人的观念、发展被选用观念三个主要行 浙i i ：大学硕上学化论文1 绪论 为，为设计重用提供了便利。 d u 厨等【d i l 厨1 9 9 8 提出了三种产品设计资源的建模方法：基于案例推理( c a s e b a s e d r e a s o n i n g ，c b r ) 、基于模型推理( m o d e l b a s e dr e a s o n i n g ，m b r ) 和计划重用( p l a n r e u s e ) ，其中模型表示通用的设计知识，案例表示具体的设计知识，而计划重用是主动 重用设计知识。 s h a h i n 掣s h 8 h i n1 9 叫研究了基于功能分配的设计重用系统，该系统支持设计人员在产 品设计的任意一个阶段重用过去产品设计资源。 a n g e l e 等【a n g c k1 9 9 8 1 描述了一种运用基于模型和增量式知识工程( m o d e l - b a s e da n d i n c r e i n e n t a ll 洫w l e d g ee n 酉n e e r i n g ，m i k e ) 的知识系统，该系统集成半正式及正式形式 化描述技术，与原型系统组合成一个连贯的框架，在以知识为基础的系统的构建过程中 的所有活动都可以嵌入到循环过程模型之中。 n i k o l a u s 等 n k 0 1 哪2 0 0 3 】介绍了基于事物特性的面向商业采购的产品分类方法，该方法 与i s o l 3 5 8 4 标准相兼容，可适应企业产品数据管理。 d u f 勾等【d u 厨2 0 0 5 1 提出了设计重用的过程模型，该模型采用六个知识部件和三个主要 过程的交互作用描述了设计重用的整个过程，构成了知识进化循环过程。 t a l e b b e n d i a b 等m 1 删a b l 9 9 2 1 提出了一种产品装配设计知识表达建模方法，该方法 将产品装配设计知识分成设计对象知识与关联知识和设计拓展知识两大类：前者负责对 已经进行分类表示的设计对象及其相互关系进行描述；后者主要对产品装配设计策略进 行描述。 日本t o k y 0 大学的k l l n 蛐a t a n i 【k 删1 9 8 7 3 提出了基于符合特征的设计知识对象化 表示方式，用来描述产品设计过程中的工程知识，并指出设计知识的建模表达是实现新 一代c a d 系统的关键技术。 美国触实验室m c n e e s e 等【m o n 1 9 9 1 】提出了一种交互式设计知识获取技术，运 用了i d e f 建模、概念映射以及设计关联等方法建立了交互系统，克服了设计知识获取 的瓶颈，以引导设计人员方便地获取己有设计的资源。 日本y a i m 大学y a m a m o t o 等 1 9 9 明提出了一种基于映射的产品设计知识 获取方法，并建立了相应的原型系统，设计人员可以通过事先建立的映射规则自动检索 到符合设计要求的设计资源，减少了产品开发设计的时间。 谭建荣等【谭毫荣2 0 0 0 1 提出面向d f m c 的设计资源管理思想，从产品设计重用的角度对 设计资源管理技术进行了理论研究和实践探讨。 冀 浙汀大学硕上学位论文 1 绪论 张树有等张坩有2 0 删分析了现有产品设计中存在的问题，提出了基于多角度的已有产 品设计信息的协同理解、基于进化的产品设计信息异构映射、基于网络的产品设计信息 共享等处理方法，较好地满足了重用以往设计信息与进化的要求 刘敏等例德2 0 0 0 1 提出了多种设计知识推理的使能方法。通过研究支持设计知识推理的 零件特征信息模型、知识库模型、推理机模型等，详细建立了选择毛坯、创成多条可行 工艺路线、选择加工设备及工装，计算切削用量和工时定额、编制工艺文件等各类设计 知识推理的使能方法。 祁国宁等 棚宁2 0 1 川将本体建模技术和事务特性表征技术引入到资源分类建模过程， 提出了基于本体的零件资源通用分类和可扩展模型，并研究了该模型的结构化描述方 法，同时开发了零件资源库的分类规范字典并应用于某汽车零配件企业，促进了了产品 标准化水平，提高了产品设计效率。 王玉等旺玉2 0 她1 研究了机械产品设计重用的策略，提出了出了设计重用层次与设计 重用空间的概念，引入了c a d 技术、灿技术和w 曲技术三个设计重用的使能技术，对 产品设计重用的进一步研究具有重要的理论指导意义。 齐峰等柑2 0 0 4 1 围绕产品设计信息的可重用性，提出了以多视图、多粒度的产品设计 信息模型来组织可重用的产品设计信息，并研究了可重用产品设计信息的获取技术、可 重用产品设计信息的检索技术、可重用产品设计信息仓库的管理技术等等。 胡萍【胡井2 0 0 8 1 提出了基于人工神经网络和最近邻算法相结合的实例检索模型。该模型 通过建立索引对实例进行分类，在实例层次组织的基础上，利用b p 神经网络记忆每一 类别下各实例索引，以缩小检索范围，进行相似实例的初次匹配，然后由用户设定权值， 采用最近邻算法进行实例的二次匹配，将b p 神经网络提取相似实例的客观性与用户的 主观性相结合，提高实例检索的效率。 王丽亚等 王驻1 9 9 6 1 提出了集成开发环境下的制造资源建模技术，运用面向对象的建 模方法建立了资源共享信息模型，同时描述了资源管理体系各组织之间的映射转化机 制，有效地弥补了现有资源建模技术的不足。 国内外学者对设计资源的表达建模和获取进行了大量的研究与探索，并且取得了一 定的进展，现有的支持设计重用的设计资源重用建模方法一般是上述方法的组合或派 生，设计资源获取存在获取方式单一、属性匹配困难等问题。随着机械产品复杂程度的 日益增加，产品设计资源的种类和数量也随之急剧增长，使得设计资源的表达建模更加 复杂，不利于计算机操作计算，仍然需要进一步的探索。 4 浙汀大学硕l 学化沦文l 绪论 1 2 2 资源调度模型及优化算法 在过去的几十年中，国内外学者对资源调度问题进行了大量的研究，运用线性规划、 整数规划、目标规划动态规划及决策分析方法，研究并解决了一系列有代表意义的调 度和优化问题。 c a s a v a n t 和l 汕l 【咖8 8 1 对调度算法做了如下分类，如图1 2 所示。 广型坠 腓黻广二鲨生 厂! 鼍广2 l 广= 优化调度厂兰兰集中式调度广 厂 近似调度 启发式调度；竺：i ! ! 竺 非协作式调度 优化调度竿竺- 广 近似调度启发式调度 图1 2 调度方式分类 针对不同的调度模型，采取与之对应的优化算法可以取得最优的调度效果。 f m c k 【f m n c k2 0 0 7 1 认为调度任务是一种带任意优先关系的有向无环图，且任一任务具 有不同的计算复杂度，并引入计算域的概念，针对分布式局域网不能解决的实时调度问 。 题采用广域网进行联合调度。 p u r d u e 大学研究人员开发了一种通用的面向生产调度的建模语言一一 r c s p e c 胁恤9 9 8 1 ，可以用来构建复杂的生产调度问题，经过与模型的形式无关的特定 编译器编译之后，可转换成数学规划模型。 x i a 0 等【) 【油2 0 n 】针对服务质量约束的网格计算资源调度问题，采用带权的任务作用 关系图建模，调度过程中按规则赋予各节点一个优先级，并按顺序排列在一张节点表中， 一旦条件满足，算法就将节点表中优先级最高的节点分配给合适的处理机，同时删去节 点表中该节点信息，直至列表为空。 v a n l a a r h o o v e n 等1 9 9 2 1 提出对于资源调度问题，邻域函数的重要特性是相邻关键 操作工序处理顺序改变，且必须满足在同一机器上处理的工序条件。 k 0 l o n l 【o m 【k 0 1 2 0 m 1 9 9 9 1 证明标准的资源调度问题的邻域具有非对称性，且由于模拟退 火算法的弱收敛性，提出了在模拟退火算法的基础上结合遗传算法的混合启发式方法。 浙汀大学硕上学位论文1 绪论 y a 皿卸t 0 和n o 鼬1 9 8 5 1 研究了遇到机床设备突然损坏的再调度策略问题，他们 提出的策略可以在任何机床设备突然损坏时刻，生成完整的调度方案。 l i u 等【踟2 0 1 0 1 从滚动调度的角度对动态加工环境下资源调度问题进行了描述，提出 了一种工件滚动调度识别方法，该方法基于资源约束确定调度窗口内的工件数量，考虑 任务到期时间和工件优先级，采用神经网络和数据挖掘技术执行调度计划。 y u a n 等【y 眦2 7 1 未解决具有截止日期约束的网格工作流调度费用优化问题，采用有 向无环图( d i r e c t e da c y c l i cg r a p h ，d a g ) 建模，基于优先级规则，提出了几种新颖 的启发式算法。 n i c o l 邪等【n 湎1 a 52 0 0 8 】采用启发式图着色方法将卫星范围调度问题转化为对无向图的 点或边进行着色，将着色元素分割到不同集合的问题。 b a r a g l i a 掣b 8 叫谊2 0 0 8 1 针对服务质量约束的网格计算资源调度问题，采用带权的任务 作用关系图建模，调度过程中按规则赋予各节点一个优先级，并按顺序排列在一张节点 表中，一旦条件满足，算法就将节点表中优先级最高的节点分配给合适的处理机，同时 删去节点表中该节点信息，直至列表为空。 m a c r o 等【m 8 渤2 0 1 伽采用析取图模型构建任务之间的约束关系，针对车间调度问题， 通过二分图模型将析取图模型映像为独立并行机调度问题，并给出了二分图匹配算法。 x i a o 等【x 油2 0 1 1 】在求解工作流调度问题中运用着色p e t r i 网，将任务分成不同的阶段， 按阶段进行动态调度，实现了静态全局优化和动态局部优化。 纪树新等【纪树新1 9 9 羽对资源调度问题数学表达模型的基础上，给出了j s s 仿生、j s s 遗传进化与j s s 仿真三个算法模型，应用连锁基因编码法与遗传进化算子相结合，其结 果表明算法具有可行性。 王延斌等【王筵斌2 0 0 5 1 提出一种利用蚁群算法与优先分配启发式调度算法相结合的调度 算法，解决了具有工件约束的模具制造优化调度问题。首先，用节点模式下的有向图描 述问题的解空间，由蚁群算法确定零件各工序所用的加工机床，然后采用优先分配启发 式调度算法确定在同一机床上各零件加工的先后顺序。 乔佩利等【乔彻2 们1 】分析了遗传算法和标准粒子群算法的优化机理，针对它们求解资 源调度问题的不足：遗传算法存在过早收敛，进化速度慢的局限，标准粒子群算法存在 收敛精确度低、易早熟的缺点，提出了一种改进型粒子群算法，其惯性权重随粒子的进 化代数的增加而非线性地减小，并将此算法应用于资源调度问题中。 陈曙东等【朝东2 0 0 5 】基于对等网络技术提出了一系列网格资源管理和调度策略，设计 浙汀大学硕上学位论文1 绪沦 了基于超级结点的对等网络的资源管理体系结构，系统通过计算服务器节点的实时工作 负载作为参考进行资源调度，避免了单个服务器节点因负载过重而失效的情况发生。 刘志雄等例寿雌2 0 0 5 】提出了应用粒子群算法求解调度问题的三种主要粒子表示方法： 基于p p s 的粒子表示方法，基于p p r 的粒子表示方法和基于p p s p r p 的混合粒子表示 方法，并设计了求解调度问题的粒子解码方法以及粒子群局部搜索方法。 胡咏梅 胡咏棒2 0 0 5 提出了基于神经网络的多约束滚动调度算法，考虑在工件加工过程 中发生生产设备损坏、工件到期时间改变和急加工工件插单等动态环境中，通过滚动优 化调度，不仅能适应加工环境的动态变化，获得令人满意的调度结果，而且减少了重调 度的次数和调度问题的求解规模。 张志英等【张志荚2 0 m 1 从时间和空间的角度提出了时间分解根据滚动变时域法以及空间 分解利用移动瓶颈法，将复杂的动态空间调度问题分解为若干短周期和单作业平台上的 调度子问题，解决了复杂的动态空间调度问题。 上述研究都是以任务之间的约束为线性，任务信息可量化为基本假设，实际的资源 调度环境并不是理想的，任务之间存在动态的竞争关系，调度过程存在许多不确定因素。 未来的研究将在以下两个方面展开：( 1 ) 模型方面：研究考虑资源的异构、分布等约束 的更为实际的模型；( 2 ) 算法方面：研究基于更为实际的调度模型的调度算法。 1 2 3 设计资源构建方法与应用 一个典型的资源管理系统框图如图1 3 所示，它由资源消费者接口、资源提供者结 构、资源管理者接口、对等接口组成。 图1 3 典型的资源管理系统框图 浙江大学硕士学何论文 1 绪论 美国p t c 公司提供了上百家世界级零件供应商的上百万零件信息以及多种格式的 3 d 模型，这是一个大型的设计知识资源库，可向全球客户提供服务；美国的s o l i d w o r k s 公司也提供在线的3 d 产品目录；美国a 西1 e 公司的w 曲服务器提供了基于a s p 的面向 供应链的协同集成的商业解决方案【撩秀2 0 0 5 1 。 欧洲s e 工程知识管理项目建立了基于网络的计算机支持协同工程设计知识管理 平台，可支持设计知识的进化，有助于工程设计人员随时获取所需的产品设计知识【b 锄捌 2 0 0 3 1 ；欧洲m o k a 项目研究两阶段知识建模技术，实现了工程设计知识管理与k b e 应 用的集成；欧共体资助的信息技术研究发展战略计划项目x c i t l l c 针对分布式制造资 源库进行了研究，建立了一个分布式产品信息、制造资源信息库，可服务于半导体制造 q p b i i z n a k o v l 9 9 6 】 k 美国m s t 设计仓库( d e s i 驴r 印o s i t o r i e s ) 项目构建了一种基于知识的智能设计建 模系统，其中集成了设计、工艺规划和装配过程的大量资源，提供2 d 或3 d 的实体模 型和工艺过程规划信息，研发人员可以方便的获取和共享这些实例【g 删1 9 9 8 1 。 w a l l g 掣w a n 9 2 0 0 2 1 首先提出了设计资源管理( d e s i 踮r e s 0 u 鹏em 觚a g e m e n t ，d i 蝴) 的概念性方法，并构建了基于w 曲的集成的资源管理系统d 刚s ，其设计仓库中收集 大量的产品设计资源，设计人员可通过智能搜索引擎，最大程度地重用已有的设计资源。 浙江大学武守飞等【武守飞2 0 0 9 1 提出了面向大批量定制设计重用的支撑平台架构技术， 分析了基于该平台的设计过程，研究了基于矩阵变换的零部件的关联性分析方法、基于 事物特性表的c a d 系统与p d m 系统管理集成技术、基于事物特性表的“部件一组件零 件特征”四层次设计单元建模技术、设计实例的规则推理技术等关键技术，开发了大 批量定制设计重用支撑平台软件系统，并成功应用于某汽配企业中 清华大学控股的艾克斯特工业自动技术公司开发了基于w 谊d o w s 平台的企业设计 资源管理系统( x t