面向项目制造产品的协同设计方法及其关键技术研究

大型专用设备、舰艇、航天器等项目制造产品是为满足客户个性化要求开发的，往往关系到国计民生和军事国防。本项目从设计方法学入手，研究面向项目制造产品的协同设计方法，将研究对象从产品、设计过程扩展到设计团队以及他们之间的协同关系，并将协同设计的技术和环境要求也视为协同设计方法的组成部分；将协同设计从单一的详细设计阶段或单一的学科系统扩展到设计阶段- - 多学科领域二维空间，建立项目制造产品多视图信息模型；基于设计结构矩阵技术，建立集成设计团队、任务管理和产品结构的动态工作流程管理模型；在网格技术支持下，构建基于知识网格服务、集成网格工作流和产品多视图信息模型的项目制造产品协同设计体系结构。以专用船舶为目标对象，开发协同设计原型系统，验证本项目研究的方法先进性和技术可行性。本项目的研究对协同设计理论进行拓展，对协同设计技术进行深化，对促进项目制造产品开发水平和提高产品质量具有重要的理论研究价值。

项目制造产品作为多学科领域子系统产品的综合体，其设计工作具有明显的复杂性、动态性、协商性和不可复制性等特点，这些对协同设计方法和技术提出了更高的要求，如设计对象/设计过程/设计主体的多维协同、设计流程的动态管理、设计知识的适时适地适人共享等等。.　　本项目从设计方法学入手，主要研究协同设计的描述体系和表达模型，以及支持项目制造产品协同设计的动态工作流程管理和知识服务技术。具体研究内容和成果如下：.　　1)基于系统工程学理论，构建了包含学科维、流程维和组织维三个维度的协同设计描述体系,提出了体现学科维与流程维之间互动关系的协同设计过程螺旋描述模型；.　　2)基于领域关联矩阵(DMM)建立产品结构、组织机构和设计任务三个设计实体空间之间的双向信息关联矩阵，提出基于关联度多叉树的领域矩阵聚类算法，有效提高交叉领域设计实体模块化质量和效率；.　　3)提出扩展的对象Petri网模型，建立分布式协同设计跨组织工作流模型，保证合作的组织结构能在保持内部流程自治监控权基础上按照既定的交互协议实现有效合作；.　　4)建立集成过程元模型、组织元模型和资源元模型的工作流元模型，在工作流建立阶段描述和定义动态特性,在工作流执行阶段根据已定义的动态属性,处理流程的动态变更，方便工作流程动态变更的灵活管理；.　　5)提出基于节点队列和路径队列分别匹配的动态迁移策略，大大简化了工作流模型的变更执行，提高了变更执行的运行效率；.　　6)考虑协同设计过程对知识流动性、共享性和重用性的需要，分析组织机构、产品结构和设计流程三个维度知识的构成元素，建立包含组织机构、产品结构和设计流程三个维度的支持协同设计知识服务的知识分类体系，以船舶产品协同设计为对象，基于本体技术建立协同设计知识本体模型； .　　7)以专用船舶作为具体产品对象，应用部分理论研究成果，开发了体现船舶设计动态流程管理特点的工作流系统和基于语义Web的知识服务平台。.　　本项目的研究拓展了设计方法学的内涵，对深化设计方法学研究具有重要的理论意义，对协同设计平台开发具有一定的应用价值。