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复杂产品协同开发支撑环境的关键技术研究

李伟刚

  协同产品开发是一种跨时空、跨企业、跨学科领域的协作产品开发模式,它是现代制造企业提高自身市场竞争力的有力手段。协同产品开发对传统的开发过程协调方法和协同工作工具提出了更高的要求,应能在自动地调度和协调分布的开发活动的基础上,为协同产品开发参与者提供高效的协同工作环境。本文以航空发动机关键零部件设计、制造过程为应用对象,研究复杂产品协同开发支撑环境的关键技术。以柔性工作流管理技术为核心和基础,在统一的任务协调平台上实现了与同步协同工具的集成和产品信息的细粒度共享。系统地分析了协同产品开发的特征,从组织和资源协作、过程协作、信息协作以及应用协作四种协作模式入手,从宏观到微观分析协同产品开发对计算机支持工具的需求,认为四者的集成是问题的关键,并在此基础上提出一种协同产品开发支撑环境的参考模型。将参考模型分成三层:产品开发主体描述层、柔性工作流管理层和联邦式产品信息管理层,针对三层中的关键技术,本文主要完成了如下研究工作:(1)协同产品开发小组的组织和资源模型。使用面向对象方法,建立了一种具有网状结构的组织和资源模型,并详细讨论了组织/资源管理器系统实现中的持久对象存储、用户界面和数据一致性等问题。(2)柔性工作流建模技术。从分析实例入手,提出协同产品开发对工作流模型的需求,给出一种主要由任务逻辑对象和过程逻辑对象组成的工作流过程元模型。针对协同产品开发对实时协同工作和任务动态逐步细化的需求,引入协同任务和可动态求精子过程两种特殊的任务类型。详细研究了各种类型任务的内部结构,提出其异常和失败恢复策略,并使用控制点建立了任务间的控制依赖关系。在工作流过程元模型的基础上,提出一个图形化的过程定义语言,详细分析了通过该语言创建的工作流图的特征和灵活的非结构化过程执行结构。通过变量影响列表,直观高效地建立了数据传递和访问关系,它能较好地模拟协同产品开发工作流中的数据流和物流。(3)柔性工作流执行系统的体系结构和分布式执行控制机制。当前两种主要的工作流分布式执行方法——可移动代理和过程定义分割——不能同时解决工作流动态更改和运行时数据传输量大的问题,本文提出一种新的过程模型动态分割和动态分配方法,它可以在运行时逐步从分布式执行站点上去除冗余信息,并保证得到的部分过程模型仍能支持动态更改。详细研究了这种模型分割算法,并以此为基础,开发出一种完全分布的工作流执行系统体系结构。详细研究了柔性工作流执行中的柔性任务分配、模型动态求精、基于ECA规则的控制机制以及工作流系统与各种工作流应用,特别是同步协同工具的集成等问题。(4)过程模型结构校验和工作流动态更改。剖析工作流动态更改问题,指出过程结构动态更改是柔性工作流研究中的重点和难点,然后详细地研究了过程结构正确性校验和数据流一致性校验问题,提出七个过程结构冲突检验规则,并给出一种工作流图简化算法,实现了过程结构校验的自动化。最后基于本文提出的分布式工作流执行框架,从过程实例Ad hoc更改和过程演变两个方面讨论了工作流动态更改的实现方法。(5)产品信息细粒度共享技术。协同产品开发要求零件几何模型不仅要整体参与信息共享,而且还要提供更细粒度的模型元素级信息共享方法。以零件特征造型技术为基础,研究了几何模型中的特征结构和几何模型的特征树描述方法,通过对特征信息的中性存储、查询和权限控制,结合几何模型的轻量级显示,在Intemet环境下实现了零件特征信息的元素级数据共享。最后,介绍本文研究工作原型系统的用户界面和主要功能。……