多學科協(xié)同設計過程優(yōu)化設計研究 碩士學位論文

1、第1章 緒論多學科協(xié)同設計過程優(yōu)化設計研究碩士學位論文第1章 緒論1.1 課題來源課題來源于：(1) 國家863計劃“面向共享知識驅動的產(chǎn)品協(xié)同設計關鍵技術研究”(no. 2009aa04z167)；(2) 國家自然科學基金項目“復雜機械產(chǎn)品混合模型中尺寸約束與傳遞方法研究”(no. 50975183)。1.2 課題研究的背景與意義 “協(xié)同”是協(xié)調(diào)兩個或兩個以上不同資源或個體，協(xié)同一致地完成某一目標的過程或能力。從概念可看出，協(xié)同并不是新生事物，其隨人類社會出現(xiàn)而出現(xiàn)，隨人類社會發(fā)展而發(fā)展?；纠碚撟钤缈勺匪莸缴鲜兰o60年代德國斯圖加特大學理論物理學hermann haken于1977年發(fā)表的

2、一篇名為snynergetic-an introduction1,2的文章。當技術逐漸成為人們?nèi)粘Ｉ詈蜕虡I(yè)活動的主要核心時，人們就迫切需要技術能夠提供更多的東西?，F(xiàn)今基于網(wǎng)絡的“協(xié)同”與以前物理領域的“協(xié)同”并非同一概念。作為一個新的軟件熱點，“協(xié)同”概念有著更深刻的含義：其不僅包括人與人之間的協(xié)作，還包括不同應用系統(tǒng)之間、不同數(shù)據(jù)源之間、不同設備之間、不同應用程序之間、人與機器之間、科技與傳統(tǒng)方法之間等全方位的協(xié)同。1984年massachusetts institute of technology的irene grief和dec的paul cashman兩位學者在描述如何運用計算機實現(xiàn)交

3、叉學科中，人們共同工作的研究課題時，首次提出計算機支持的交叉學科協(xié)同工作(computer supported cooperative work, cscw)3 。cscw覆蓋的范圍十分廣泛，包括：工作流管理系統(tǒng)4、多媒體計算機會議5、協(xié)同編譯和多學科協(xié)同設計(multi-disciplinary collaborative design，mcd)6等。自90年代初，國內(nèi)外學者對多學科協(xié)同設計展開相關的理論研究7-11，迄今為止已經(jīng)成為發(fā)達資本主義國家工業(yè)界認可的嶄新研究領域，受到企業(yè)和學術界的廣泛關注與大力支持。隨著復雜機械產(chǎn)品設計需求的增多、計算機網(wǎng)絡技術的進步和人工智能(artifici

4、al intelligence, ai)12的發(fā)展，諸如：航天器、飛機、汽車、艦船、導彈等復雜產(chǎn)品形成一個集多學科知識理論于一體的綜合體，其中每個學科都需要專門的領域專家進行設計研究。由于學科與學科間存在復雜的耦合關系，在設計過程中，學科間必須及時交換設計信息，數(shù)據(jù)參數(shù)等，才能有效調(diào)整各自的參數(shù)與設計變量，使學科的綜合指標和產(chǎn)品的整體性能達到最優(yōu)。多學科設計優(yōu)化(multidisciplinary design optimization mdo) 13技術的出現(xiàn)使我們獲得全局最優(yōu)解成為可能。mdo技術不僅能很大程度提高產(chǎn)品設計的整體性能，還能縮短產(chǎn)品設計周期。因此，對mdo技術開展研究討論具有

5、很重大的意義。在產(chǎn)品設計過程中，由于存在大量節(jié)點耦合與數(shù)據(jù)異構的情況，人員進行過程管理與數(shù)據(jù)管理會存在很大難度。因此，復雜產(chǎn)品設計不光要對協(xié)同進行設計，還要對優(yōu)化進行設計。在取得大量mcd 14-20和mdo算法框架后，研究并解決多學科協(xié)同設計優(yōu)化方面的相關課題得到學術界高度重視應綜合的對產(chǎn)品設計過程和數(shù)據(jù)源進行優(yōu)化處理，使整體設計過程能根據(jù)實際情況做出相應調(diào)整，使參與協(xié)同設計的各學科能在一定程度上實現(xiàn)關鍵數(shù)據(jù)的無損交流。此外，多學科協(xié)同設計過程應以數(shù)據(jù)為核心，而不是協(xié)同工具。通過對設計過程和相關數(shù)據(jù)的優(yōu)化，使各學科彼此間在某一時間段實現(xiàn)并聯(lián)、獲取、查詢、保存對方給出的數(shù)據(jù)源，并能隨時了解對方

6、設計任務的進度并執(zhí)行本學科的設計流程。綜上，對多學科協(xié)同設計過程和期間產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行優(yōu)化并對應開發(fā)出多學科協(xié)同設計過程管理系統(tǒng)(multi-disciplinary collaborative design management system, mcdms是一項具有重要理論基礎和廣泛應用前景的研究課題。1.3 國內(nèi)外現(xiàn)狀及總體發(fā)展趨勢1.3.1 國外研究現(xiàn)狀美籍波蘭人j.sobieszczanski-sobieski最初提出多學科優(yōu)化設計的思想，隨后在美國航空航天部門興起。1991年初，美國航空航天研究院(aiaa)管理多學科設計優(yōu)化的委員會就優(yōu)化研究現(xiàn)狀和多學科優(yōu)化設計進行研究并發(fā)表了白皮書

7、。同一年，德國成立了國際結構優(yōu)化設計協(xié)會(isso)，該部門是對大型復雜產(chǎn)品系統(tǒng)進行優(yōu)化設計研究。協(xié)會于1993年更名為國際機構及多學科設計優(yōu)化協(xié)會(issmo)。1994年，aiaa、nasa和issmo三個部門聯(lián)合在美國佛羅里達召開第一次正式會議。該會議的召開標志多學科優(yōu)化設計思想已滲透到現(xiàn)代產(chǎn)品設計的各個領域。此后，每兩年對mdo進行一次專題性研究討論，總結現(xiàn)今mdo的研究內(nèi)容、發(fā)展方向和應用背景。1991年到1999年間，世界著名的航空航天類雜志journal of aircraft對在航空航天領域運用mdo思想的研究成果出版了相關?？?。而同一時期，其它許多國家也致力于發(fā)展mdo的相關

8、技術。mdo的原理、方法和優(yōu)化算法等研究已成為一個整體。隨著計算機及網(wǎng)絡技術的迅猛發(fā)展，集成結果已逐漸發(fā)展成熟并應用于市場。波音公司、福特、美國國家航空宇航局、通用等世界著名公司開始將mdo技術運用在各類產(chǎn)品設計開發(fā)中，并在保持多個學科間平衡、縮短產(chǎn)品設計周期、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質量等方面取得很好的效果。目前，mdo技術逐步克服了產(chǎn)品開發(fā)設計過程中各學科自成體系、相互干擾、缺乏溝通等眾多不足之處，現(xiàn)已成為美國、英國、日本等發(fā)達國家工業(yè)界一個極具活力的研究領域，受到企業(yè)、工廠、研究人員和學術界的廣泛關注?，F(xiàn)今，業(yè)內(nèi)已能實現(xiàn)對部分學科的優(yōu)化設計并開發(fā)出諸如：isight、model cente

9、r等多學科優(yōu)化的商業(yè)軟件。其它國家，如：歐盟的mob項目、俄羅斯的ioso技術也取得了相當好的研究成果。日本、韓國等國家紛紛成立研究中心和相關專業(yè)機構針對mdo進行研究，并已應用于各自的工業(yè)部門21-23。1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀從20世紀90年代中期至今，國內(nèi)mdo的研究工作從學習國外到吸取經(jīng)驗再到實際應用，已取得了一定進展。國內(nèi)很多高校開展了對mdo技術的理論研究，將其應用到一些簡單的系統(tǒng)設計中。mdo也引起了工業(yè)界特別是航空航天領域的重視，在“第三界軍工產(chǎn)品多學科設計優(yōu)化技術研討會”和“2004賽特達科技有限公司技術大會”中，展現(xiàn)了大量國內(nèi)開展mdo的案例，如：南京航空航天大學采用結構有

10、限元參數(shù)化建模和結構優(yōu)化方法對飛機連接翼結構質量與外形參數(shù)的關系進行了研究，其中運用了實驗設計方法和響應面模型來獲得外形參數(shù)與其結構質量之間的關系；北京航天航空大學開展了液體火箭發(fā)動機多學科設計優(yōu)化、渦輪葉片綜合設計優(yōu)化系統(tǒng)等項目的研究，實現(xiàn)了復雜系統(tǒng)的集成與優(yōu)化；北京工業(yè)大學在結構的mdo和工程數(shù)值模擬優(yōu)化方法等方面作了很多工作；大連鐵道學院使用isight軟件平臺開展了現(xiàn)代鐵路機車車輛產(chǎn)品的設計優(yōu)化研究；西安電子科技大學對電子裝備中的結構位移場、電磁場和溫度場的多場禍合問題進行了mdo研究；國防科技大學的課題組在導彈、高超聲速飛行器、飛機、衛(wèi)星的多學科設計優(yōu)化中做了大量的工作，在mdo的基

11、礎理論以及mdo在飛行器設計和衛(wèi)星設計中的運用展開了深入研究，取得了大量有價值的成果，并在基于商業(yè)軟件的二次開發(fā)方面形成了一套獨立的方法24-31。隨著生產(chǎn)水平和經(jīng)驗技術的不斷提升，國內(nèi)越來越重視mdo技術在實際生產(chǎn)設計中的運用。1.3.3 總體發(fā)展趨勢 mdo設計思想的前提是在產(chǎn)品設計中，利用已有的先進技術。因此，支持mdo的系統(tǒng)平臺需要完成的首要任務是集成各種已有的設計分析工具。由于不同軟件的數(shù)據(jù)格式各不相同，需要進行數(shù)據(jù)方面的轉換。目前的解決方法有：采用xml文檔結合dtd規(guī)范或xml schema、cybercad提供的造型器、中間件技術、step 數(shù)據(jù)到vrml轉換等，這些方法是通過

12、構造目標格式標識，建立一種基于數(shù)據(jù)源的統(tǒng)一文檔格式，從而實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)共享的目的。盡管這些方法在一定程度上消除了各學科間數(shù)據(jù)結構不同的問題，但對各學科數(shù)據(jù)關聯(lián)和語義異構問題并沒有提供更為有利的支持，直接導致不同軟件下的數(shù)據(jù)優(yōu)化問題難以解決。隨著mcd算法和mdo方法在mcdms系統(tǒng)的深入研究與應用，如：單級優(yōu)化算法、協(xié)作優(yōu)化算法、序列優(yōu)化算法、并行子空間優(yōu)化算法、多層遞階優(yōu)化算法、耦合系統(tǒng)中參數(shù)的映射方法、基于靈敏度分析的多學科設計優(yōu)化方法等32-34，多學科協(xié)同設計過程的數(shù)據(jù)優(yōu)化問題變得愈發(fā)明顯。對復雜產(chǎn)品設計過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，以往通常采用標準co算法進行優(yōu)化，但隨著其廣泛使用，計算方面

13、的各種問題慢慢突顯，而圍繞標準co算法改進的一系列算法逐漸出現(xiàn)，但仍存在一些不足，因此，應對標準co算法進行深入的研究與討論。在mcdms系統(tǒng)開發(fā)方面，目前國內(nèi)外已有基于isight的mcdms商業(yè)軟件，但在優(yōu)化管理方面還存在很多局限性。因此，開發(fā)一個能夠動態(tài)的對設計過程進行管理并能很好的解決數(shù)據(jù)優(yōu)化問題的多學科協(xié)同設計過程管理系統(tǒng)勢在必行。1.4 本文的主要研究工作本文的主要研究工作是在多學科協(xié)同設計過程中，探索與解決過程設計優(yōu)化與數(shù)據(jù)優(yōu)化管理的問題。研究了該課題涉及的一些關鍵性技術，提出理論基礎與相關模型，運用這些方法實現(xiàn)多學科協(xié)同設計過程管理系統(tǒng)的設計與開發(fā)。本文涉及的研究工作包括：過程

14、優(yōu)化技術理論的提出；數(shù)據(jù)優(yōu)化改進算法的研究；搭建多學科協(xié)同設計過程管理系統(tǒng)的總體框架；。具體如下：(1) 對wpr技術進行研究，通過對其方法的提出與改進，針對機械產(chǎn)品設計過程耦合節(jié)點的情況，運用協(xié)商技術，進行優(yōu)化處理。最后根據(jù)網(wǎng)上開源代碼，設計出一款可視化圖形建模軟件，兩者結合，實現(xiàn)對產(chǎn)品設計過程優(yōu)化的目的。(2) 通過對協(xié)同優(yōu)化算法的介紹與機械產(chǎn)品設計中增廣乘子概念的研究，對現(xiàn)今應用比較廣泛的標準co算法計算方面的不足，通過在系統(tǒng)級上加入增廣乘子，對標準co算法進行改進。由于該算法是基于標準co算法提出，因此繼承標準co算法的優(yōu)點。通過計算得知，其結果優(yōu)于標準co算法的結果，從而為數(shù)據(jù)優(yōu)化提

15、供一種更精良的方法。 (3)從優(yōu)化管理、數(shù)據(jù)流向和模塊實現(xiàn)等方面介紹了mcdms系統(tǒng)設計。本系統(tǒng)是立足于減速器產(chǎn)品設計過程，將部分agent驅動、過程流優(yōu)化、數(shù)據(jù)優(yōu)化、協(xié)同空間等技術應用其中，進行多學科協(xié)同設計過程優(yōu)化設計的研究。通過具體產(chǎn)品設計的驗證性應用，一定程度上說明了現(xiàn)階段研究成果的可實用性和有效性。1.5 本文的總體結構本文對基于多agent技術的mcdms總體框架、基于wpr的改進過程方法研究、基于標準co算法改進的算法研究以及mcdms系統(tǒng)實現(xiàn)等方面進行了描述。具體結構如下： 圖1.1 本文總體結構圖第一章為緒論部分，介紹了課題來源、課題研究的背景和意義、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀、總體發(fā)展

16、趨勢及本文的主要研究工作。第二章介紹了mcdms系統(tǒng)總體框架，通過對agent技術介紹，提出一個基于多agent技術的mcdms系統(tǒng)工作模型。其中包括：agent的項目管理、agent的過程管理、agent的協(xié)同空間、agent的優(yōu)化管理、agent的人員管理等主要功能模塊。從多學科協(xié)同設計技術的角度，為mcdms系統(tǒng)在多學科動態(tài)過程建模、協(xié)同并行設計、任務數(shù)據(jù)發(fā)布、流程監(jiān)控機制、過程及數(shù)據(jù)優(yōu)化管理、三維模型瀏覽及人員權限管理等方面提供了有效的方法。第三章對優(yōu)化管理智能體中的過程優(yōu)化部分，提出基于wpr的改進過程方法。通過對該方法的描述，為用戶端過程管理智能體中的過程設計優(yōu)化提供了理論基礎。該

17、方法可使用戶端及系統(tǒng)平臺更加容易的對設計過程進行操作及監(jiān)控，可化簡操作步驟，使過程流局部明了。最后，通過給出一款開源過程流可視化圖形軟件，方便用戶端對過程流進行操作。第四章介紹了多學科協(xié)同設計過程中的一種優(yōu)化算法。通過對現(xiàn)有方法的研究，在原有標準co算法基礎上，通過改進，提出一種基于增廣乘子法的協(xié)同優(yōu)化算法。該算法能克服標準co算法計算方面的一些不足，實現(xiàn)對協(xié)同設計過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行優(yōu)化的目的，并取得了較好的效果。第五章是基于前幾章的研究和成果，主要從優(yōu)化管理和數(shù)據(jù)流向兩方面介紹mcdms系統(tǒng)的設計和其功能模塊的實現(xiàn)。通過具體操作描述了在設計和實現(xiàn)過程中所應用到的技術，并依據(jù)減速器的協(xié)同設計

18、流程，驗證本文與系統(tǒng)開發(fā)的合理性和有效性。最后，總結全文的研究工作成果并展望今后需要進一步完善和深化的工作任務。80第2章 基于多agent技術的mcdms總體框架第2章 基于多agent技術的mcdms系統(tǒng)總體框架2.1 引言一個完整的系統(tǒng)，其中包含很多條主線，數(shù)據(jù)是其中很重要的一條，它可以當成設計任務的節(jié)點，也可作為數(shù)據(jù)優(yōu)化的來源。自20世紀90年代，隨著計算機網(wǎng)絡技術發(fā)展，操作系統(tǒng)的不足日益增多，如：過程流設計復雜、操作異地分布、全局數(shù)據(jù)異構、數(shù)據(jù)優(yōu)化困難等問題愈發(fā)的明顯。隨著機械產(chǎn)品設計日益多元化與復雜化，導致多學科協(xié)同設計環(huán)境下設計過程的繁瑣與各類數(shù)據(jù)量的迅速激增。學術界和工業(yè)界對此

19、展開激烈的討論，認為智能化的過程流管理與數(shù)據(jù)共享、使用和優(yōu)化將會成為未來多學科協(xié)同設計研究的主要內(nèi)容與工作方向。將分布式的項目管理、過程管理、協(xié)同管理、優(yōu)化管理、人員調(diào)度、網(wǎng)絡工程管理、動態(tài)聯(lián)盟及并行工程等技術相結合，可為企業(yè)提供一個異地、異步的產(chǎn)品協(xié)同設計優(yōu)化于一體的系統(tǒng)平臺。該系統(tǒng)平臺能在規(guī)定的生產(chǎn)周期內(nèi)突破地域與時間上的限制，使用戶完成過程建模優(yōu)化，交流協(xié)同設計中產(chǎn)生的相關數(shù)據(jù)，提高企業(yè)快速響應的能力，完成產(chǎn)品的設計目的。在此，提出多智能體(multi-agent system, mas)作為實現(xiàn)上述要求的關鍵技術，其最早來自于人工智能35。mas具有很好的靈活性，有分布式自主決策，強調(diào)

20、各個agent之間的相互協(xié)作36,37，可有效解決地域間差異的限制。mas作為一個計算機程序單元的模型及實體，可有效解決時間上的限制。在系統(tǒng)重構方面，mas的很多特性，如：可擴展性、動態(tài)性、適應性等38-40，可為模塊化的系統(tǒng)架構提供更有效的解決方案。另一方面，mas能在一定程度上滿足部分智能數(shù)據(jù)的采集與建立數(shù)據(jù)共享區(qū)。本章首先研究基于mas的多學科協(xié)同設計過程管理系統(tǒng)的總體框架，為后面章節(jié)的多學科協(xié)同設計過程優(yōu)化與數(shù)據(jù)優(yōu)化提供框架與理論支持。2.2 基于多agent技術的mcdms系統(tǒng)的體系結構mcdms系統(tǒng)體系的目的是實現(xiàn)多學科協(xié)同優(yōu)化設計，由協(xié)同工作中多個地區(qū)上分布、行為上自治的信息節(jié)點

21、構成，分為：分布式項目管理、動態(tài)過程建模、協(xié)同空間、優(yōu)化管理、人員管理、數(shù)據(jù)處理等方面。mas具有自主響應與協(xié)同工作的功能，在mcdms系統(tǒng)體系結構中，各信息節(jié)點包含相應的智能模塊?；趍as的mcdms系統(tǒng)的體系結構為瀏覽器/服務器(browser/server, b/s)架構，主要可分為四層，如圖2.1所示。圖2.1 mcdms體系結構(1) 用戶端口層一個項目或工程的完成，需要很多人員角色，為了便于管理，可分成多個角色同時進行。mcdms系統(tǒng)在分布式協(xié)同設計中也需要多個角色(系統(tǒng)管理員組、設計人員組、專家組等)共同進行完成任務。因此，多角色的權限分配成為一個重要問題。由于用戶端口智能體能

22、按預先設定的系統(tǒng)權限分配策略并根據(jù)當前用戶角色的注冊信息，采用嚴格的權限訪問和身份驗證機制來實現(xiàn)用戶與系統(tǒng)間的交互平臺，因此，可很好的解決權限分配問題。(2) 功能模塊層此模塊層是mcdms系統(tǒng)性能評判的實體，提供mcdms系統(tǒng)最主要的功能模塊和開發(fā)環(huán)境。每一個功能模塊對應一個指定的功能智能體，如：系統(tǒng)項目管理智能體、過程管理智能體、協(xié)同空間智能體、優(yōu)化管理智能體、系統(tǒng)人員管理智能體。這些地理上分布不同、時間上分隔不同的功能智能體在協(xié)同策略中都按系統(tǒng)特定的交互操作運行，通過同步或異步協(xié)作方式，完成用戶端口層發(fā)出的各種操作指令，實現(xiàn)系統(tǒng)的相關功能。(3) 系統(tǒng)通信層此模塊層提供mcdms系統(tǒng)各實

23、體間的交互通信機制。利用此模塊層，各角色可達到相互通信的目的。該功能是基于tcp/ip通訊協(xié)議，由系統(tǒng)通信智能體根據(jù)系統(tǒng)發(fā)出的各類消息請求的特征，解析出消息請求的內(nèi)容，利用點對點(peer-to-peer,p2p)技術，使處于不同地理環(huán)境下的各實體和各角色間能建立有效的連接，保持系統(tǒng)在協(xié)同設計方面的高效性與同步性。(4) 系統(tǒng)數(shù)據(jù)底層此模塊層是mcdms系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的關鍵。由系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理智能體對各功能模塊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)源開辟出一個存儲數(shù)據(jù)的空間。通過觸發(fā)數(shù)據(jù)接收響應機制，對系統(tǒng)底層數(shù)據(jù)進行管理和協(xié)調(diào)，使來自不同地域與不同時間產(chǎn)生的數(shù)據(jù)源能保存在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫環(huán)境中。可方便各角色與各功能模塊間的協(xié)調(diào)使

24、用與傳遞，達到維護數(shù)據(jù)一致性與協(xié)調(diào)性的目的。2.3 基于多agent技術構建mcdms系統(tǒng)平臺2.3.1 多agent技術構建mcdms系統(tǒng)平臺的工作模型構建mcdms系統(tǒng)工作平臺，首先，用戶需通過系統(tǒng)統(tǒng)一指定的資源定位符(uniform resource locator, url)向系統(tǒng)發(fā)出訪問請求，系統(tǒng)權限分配用戶端口智能體根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)庫的注冊人員信息并結合權限分配策略，解析請求的信息，同時，系統(tǒng)通過建立oracle9i數(shù)據(jù)庫與系統(tǒng)權限分配用戶端口智能體進行連接，將獲取的關鍵信息內(nèi)部發(fā)送至系統(tǒng)oracle9i數(shù)據(jù)庫進行信息數(shù)據(jù)的匹配，直到系統(tǒng)權限分配用戶端口智能體發(fā)出確認信息y，啟動a

25、gent功能模塊。否則，發(fā)出確認信息n，放棄訪問并退出系統(tǒng)。接收確認信息y后，觸發(fā)各功能智能體。項目管理智能體在項目立項、項目修改與項目審批等過程后，向過程管理智能體發(fā)送接收請求信息，將生成的主要信息保存至系統(tǒng)oracle9i數(shù)據(jù)庫。過程管理智能體在接收項目管理智能體發(fā)出的信息后，將項目任務分解成若干個子任務，根據(jù)需要按系統(tǒng)協(xié)同策略建立項目的相關過程流模型，之后，進入優(yōu)化管理智能體，對生成的過程流模型進行優(yōu)化處理。在項目管理智能體發(fā)送信息后，將生成的過程流信息提交至系統(tǒng)oracle9i數(shù)據(jù)庫保存。同時，觸發(fā)協(xié)同空間智能體和通信智能體。協(xié)同空間智能體解析收到的信息，判斷需要操作的對象，分時段發(fā)送

26、信息采集指令至數(shù)據(jù)管理智能體后，根據(jù)權限分配用戶端口智能體把需要進行優(yōu)化的數(shù)據(jù)發(fā)送至優(yōu)化管理智能體，數(shù)據(jù)優(yōu)化結束，將數(shù)據(jù)返回數(shù)據(jù)管理智能體并保存至系統(tǒng) oracle9i數(shù)據(jù)庫。操作期間，過程管理智能體會對項目進行即時監(jiān)控，讓用戶端能對整個設計進程有更加直觀的了解。至此，過程流結束、任務完成、項目完成、產(chǎn)品設計完成，生成產(chǎn)品設計報告，退出系統(tǒng)。多agent技術構建mcdms系統(tǒng)平臺的工作模型，如圖2.2所示。圖2.2 mcdms平臺的工作模型2.3.2 基于agent技術的項目管理項目管理智能體由操作指令與搜索指令組成，實現(xiàn)對系統(tǒng)項目過程的管理，是mcdms系統(tǒng)功能智能體模塊運作的起點，是整個任

27、務流程的開端。分布式web用戶端對系統(tǒng)發(fā)出各類響應請求，增加了項目管理智能體在設計上的復雜性41。從項目初始建立到整個項目的完成，項目管理智能體跟蹤并記錄各個活動agent的業(yè)務操作，完成業(yè)務要求，生成業(yè)務日記。構建項目管理智能體結構，如圖2.3所示。圖2.3 項目管理智能體結構項目管理智能體操作指令包括：項目立項、項目修改、更改請求、更改審批、更改狀態(tài)。搜索指令包括：項目查詢與文件索引。項目管理智能體請求響應機制：用戶端a通過用戶端口智能體驗證，進入系統(tǒng)平臺，系統(tǒng)后臺自動開啟操作指令與搜索指令，等待請求消息。用戶端a進入項目立項節(jié)點，觸發(fā)操作指令，對項目進行立項。智能體記錄立項內(nèi)容，建立ag

28、ent操作日記。完成任務后，智能體把相關信息保存至系統(tǒng)oracle9i數(shù)據(jù)庫。用戶端b進入系統(tǒng)平臺，觸發(fā)更改審批操作指令，項目管理智能體提交項目立項的名稱、內(nèi)容、最早開始時間(early start, es)、最早結束時間(early finish, ef)、最遲開始時間(late start, ls)、最遲結束時間(late finish, lf)、總時差(total float, tf)等項目信息至用戶端b，用戶端b接收上述發(fā)送請求并進行操作。項目管理智能體解析用戶端b提交的信息，自動變更數(shù)據(jù)庫中保存的項目狀態(tài)，如：發(fā)起、開始、進行中、完成。項目管理智能體發(fā)出項目修改請求，用戶端a響應該請

29、求并通過web瀏覽器發(fā)送更改請求，通過系統(tǒng)平臺確認，最終保存至oracle9i數(shù)據(jù)庫。通過系統(tǒng)搜索指令，web用戶端a、b能夠查詢已保存在數(shù)據(jù)庫中的信息，并輸出匹配表至用戶端a、b的web瀏覽器。至此，項目管理智能體完成基本功能。2.3.3 基于agent技術的過程管理過程管理智能體由過程建模、監(jiān)控管理與過程流查看組成。過程建模包括可視化流程圖、任務分配圖及gantt圖。監(jiān)控管理實現(xiàn)對項目及任務整體進度的監(jiān)控。過程流查看提供用戶端對建立好的過程流模型進行查看功能。該智能體能夠提供用戶過程流搭建、任務分配、進度跟蹤、進度查詢等功能。通過記錄當前任務進度和相關數(shù)據(jù)的變化，能夠自動給出最優(yōu)設計過程調(diào)

30、整方案，最終生成系統(tǒng)操作日記并保存至系統(tǒng)oracle9i數(shù)據(jù)庫中。其基本功能如圖2.4所示。圖2.4 過程管理智能體基本功能(1) 過程建模：項目管理智能體完成任務后，用戶端a進入過程管理智能體對項目整體過程進行建模并保存至系統(tǒng)oracle9i數(shù)據(jù)庫。用戶端b進入系統(tǒng)平臺后，優(yōu)化管理智能體對過程流進行優(yōu)化。用戶端a在接收優(yōu)化后的過程流可視化模型后，對任務進行分解，生成任務分配圖與gantt圖，將結果保存至系統(tǒng)oracle9i數(shù)據(jù)庫。(2) 監(jiān)控管理：系統(tǒng)采用時間節(jié)點，根據(jù)任務分配中的es、ef、ls、lf、tf設定節(jié)點的初始點與終結點。mcdms在預設時間內(nèi)進行過程流時間節(jié)點監(jiān)控，根據(jù)本地時間

31、自動標記已完成的過程流節(jié)點，同步更新過程流監(jiān)控圖形化樣式并呈現(xiàn)至web用戶端瀏覽器，同時記錄完成節(jié)點id并更新(update)系統(tǒng)oracle9i數(shù)據(jù)庫的節(jié)點id狀態(tài)值，實現(xiàn)圖形化樣式呈現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫信息同步的目的。(3) 過程流查看：根據(jù)產(chǎn)生的可視化過程流、任務分配圖及gantt圖，web用戶端訪問保存在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的信息，即時查看所需信息，根據(jù)可視化監(jiān)控圖形，掌控任務及項目的完成進度，根據(jù)需求進行相關任務的修改。2.3.4 基于agent技術的協(xié)同空間隨著機械產(chǎn)品設計日益復雜化，產(chǎn)品設計過程已不是單一串行模式和單一學科模式。多學科并行設計成為當下主要設計模式。協(xié)同空間智能體在眾多功能智能體模塊

32、中占有重要地位，提供多角色間協(xié)同批注的在線平臺，由基本操作指令與智能協(xié)商評估策略共同組成。實現(xiàn)產(chǎn)品的并行設計，提高設計效率。構建協(xié)同空間智能體工作機理，如圖2.5所示。圖2.5 協(xié)同空間智能體工作機理基本操作：系統(tǒng)平臺啟動后，協(xié)同空間智能體自動啟動，等待用戶端響應請求。系統(tǒng)管理員通過系統(tǒng)平臺提交需要的工程軟件文檔，協(xié)同空間智能體收到請求建立操作日記，并根據(jù)工程軟件文檔進行分類，存入系統(tǒng)oracle9i數(shù)據(jù)庫。協(xié)同空間智能體調(diào)出相應的專家數(shù)據(jù)庫和在線專家名單，匹配合適的專家人員，進行在線批注。協(xié)同空間智能體會自動發(fā)送工程軟件文檔至專家組，發(fā)送在線批注消息請求。專家接受請求后，通過web用戶端和系

33、統(tǒng)oracle9i數(shù)據(jù)庫獲取文檔，進行web在線協(xié)同批注與相關操作。協(xié)同空間智能體即時記錄該過程并把結果保存至系統(tǒng)oracle9i數(shù)據(jù)庫。任務完成后，系統(tǒng)平臺自動發(fā)送反饋請求至設計人員，設計人員接收任務消息，對工程軟件文檔進行修改。通過協(xié)同空間智能體，系統(tǒng)平臺對協(xié)同批注流程進行不斷的循環(huán)(y/n操作控制)操作，根據(jù)智能協(xié)商評估策略，判斷終止節(jié)點的位置，將優(yōu)化的工程軟件文檔交至系統(tǒng)管理人員審批并存入系統(tǒng)oracle9i數(shù)據(jù)庫保存。智能協(xié)商評估策略：mcdms系統(tǒng)具有分布式、異步性協(xié)同環(huán)境，在此引發(fā)關于智能協(xié)商評估策略的優(yōu)化思考42,43。智能協(xié)商評估策略是協(xié)同空間智能體的重要智能模塊，策略機制如

34、下所示：(1) mcdms構建協(xié)商評估函數(shù)：式中：為分布式協(xié)同環(huán)境下專家的個體，滿足映射關系；g為枚舉類型變量，滿足gu；u=mcdms預設代數(shù)集；n為專家成員個數(shù)。(2) 計算一組專家的協(xié)商評估函數(shù)值，即計算專家組根據(jù)協(xié)商評估函數(shù)所得到的真實值。建立z1、z2坐標系，如圖2.6所示，圓點代表其真實值，m0為mcdms預設協(xié)商評估的函數(shù)值。(3) mcdms預設協(xié)商評估函數(shù)值誤差范圍k1k2，設協(xié)商評估函數(shù)計算得到的真實值是，并滿足|m0|=。(4) 若k1k2，則智能協(xié)商評估策略的返回值為y，協(xié)商結束；否則，智能協(xié)商評估策略的返回值為n，專家提交批注完成的信息給設計人員，等待下一輪協(xié)商進行。

35、協(xié)商評估函數(shù)策略機制，如圖2.7所示。 圖2.6協(xié)商評估預設值m0與真實值(黑圓點)關系 圖2.7協(xié)商評估函數(shù)策略機制2.3.5 基于agent技術的優(yōu)化管理優(yōu)化成為產(chǎn)品設計高效的重要解決方法。因此，優(yōu)化管理智能體在系統(tǒng)平臺中占有一個很重要地位。其包括設計過程優(yōu)化與設計數(shù)據(jù)結果優(yōu)化。設計過程優(yōu)化可使管理人員能更明確的了解產(chǎn)品設計過程，數(shù)據(jù)結果優(yōu)化可使設計人員對任務數(shù)據(jù)進行更好操作。優(yōu)化管理智能體工作機理，如圖2.8所示。圖2.8 優(yōu)化管理智能體工作機理過程優(yōu)化：用戶端按傳統(tǒng)方法建立過程模型，往往出現(xiàn)復雜、重復及耦合的情況，加大用戶端對整個設計過程的管理難度，因此，一套針對過程設計模型優(yōu)化的方法

36、至關重要。優(yōu)化管理智能體隨系統(tǒng)啟動自動啟動，等待請求。管理人員針對過程進行建模，優(yōu)化管理智能體調(diào)出過程優(yōu)化軟件，管理人員使用該軟件對已設計的過程模型進行優(yōu)化，并將結果保存至系統(tǒng)oracle9i數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)優(yōu)化：設計人員為提高效率，任務完成后對所得數(shù)據(jù)進行全部或局部優(yōu)化。優(yōu)化管理智能體包括數(shù)據(jù)優(yōu)化部分，在系統(tǒng)oracle9i數(shù)據(jù)庫中，儲存很多常用的數(shù)學模型，用戶端只需選擇相應的數(shù)學模型進行操作。在系統(tǒng)后臺，優(yōu)化管理智能體對已選數(shù)學模型進行分級處理，形成系統(tǒng)級與學科級并生成結果數(shù)據(jù)保存至系統(tǒng)oracle9i數(shù)據(jù)庫。用戶端只需在前臺輸入相應的結果數(shù)據(jù)，優(yōu)化管理智能體進入系統(tǒng)優(yōu)化平臺對該數(shù)據(jù)進行優(yōu)化處

37、理，解析出最優(yōu)結果并顯示至前臺web用戶端，同時生成結果表單并保存至系統(tǒng)oracle9i數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)優(yōu)化機理，如圖2.9所示。圖2.9數(shù)據(jù)優(yōu)化機理2.3.6 基于agent技術的人員管理人員管理智能體功能包括：角色注冊請求、人員信息查看、發(fā)送會話id(session id)、記錄訪問時間、存儲多角色信息與組間關系信息。其不僅能組織管理用戶組、項目組員，同時，會配合系統(tǒng)權限分配端口智能體驗證機制，使系統(tǒng)管理員對已注冊的其他管理員、設計人員和專家人員進行在線審核，實現(xiàn)新用戶權限的授權功能。同時可管理用戶端人員的基本信息。人員管理智能體由分類匹配策略與關系映射表兩部分組成，其工作機制，如圖2.10所

38、示。圖2.10人員管理智能體的工作機理分類匹配策略：使web用戶端能自動匹配相應的用戶組人員。其分類匹配策略，如圖2.11所示。圖2.11分類匹配策略(1) mcdms會構建web用戶端的信息屬性集及映射關系集：u=, |ti, f(x)函數(shù)有且只有不同的唯一解，i整數(shù)集；t為web客戶端的屬性值。u:ur, r表示實數(shù)集。(2) 各個工作組通過系統(tǒng)平臺來發(fā)出匹配缺省信息屬性集的請求，其中u，等待響應，滿足，r。(3) web客戶端通過系統(tǒng)平臺接收響應，發(fā)送響應信息的屬性值，滿足關系，r。(4) 自頂向下匹配，若=，則返回值為1，進行插入操作，匹配成功；否則，匹配失敗。關系映射表：系統(tǒng)平臺提供

39、會話id與工作組的關系映射= | tu, 為分布式協(xié)同環(huán)境下專家個體，i整數(shù)集。2.4 mcdms系統(tǒng)各agent間的協(xié)同關系通過對各agent的詳細描述，構建的mcdms系統(tǒng)中各agent的協(xié)同優(yōu)化關系，如圖2.12所示。圖2.12說明多agent技術在mcdms系統(tǒng)中產(chǎn)品協(xié)同設計優(yōu)化的網(wǎng)絡關系。系統(tǒng)數(shù)據(jù)流隨產(chǎn)品協(xié)同設計流程產(chǎn)生。根據(jù)各agent觸發(fā)策略的闡述，通過系統(tǒng)項目管理智能體、系統(tǒng)過程管理智能體、系統(tǒng)協(xié)同空間智能體、系統(tǒng)優(yōu)化管理智能體、系統(tǒng)通信智能體，將設計流程中的數(shù)據(jù)流存至系統(tǒng)oracle9i數(shù)據(jù)庫。用戶端通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫操作實現(xiàn)對項目與任務監(jiān)控、過程流優(yōu)化、數(shù)據(jù)流優(yōu)化、數(shù)據(jù)上傳下載

40、、任務反饋等相關功能，使用戶端更好的對產(chǎn)品設計進行管理。特別地，由于系統(tǒng)項目管理智能體能提供整個項目的運作時間表，包括：es、ef、ls、lf、tf等，因此，可實現(xiàn)不同時段用戶端的同步操作。 圖2.12 mcdms系統(tǒng)中各agent間的協(xié)同優(yōu)化關系2.5 本章小結本章中，首先介紹agent技術，通過搭建多agent技術的mcdms系統(tǒng)總體框架對基于agent的項目管理、基于agent的過程管理、基于agent的協(xié)同空間、基于agent的優(yōu)化管理、基于agent的人員管理進行描述，為mcdms系統(tǒng)在多學科動態(tài)過程建模、協(xié)同并行設計、任務數(shù)據(jù)發(fā)布、流程監(jiān)控機制、過程及數(shù)據(jù)優(yōu)化管理、三維模型瀏覽、人

41、員權限管理等方面提供了有效的解決方案，為后面章節(jié)的進一步分析mcdms系統(tǒng)的過程流程優(yōu)化及任務數(shù)據(jù)優(yōu)化研究提供框架及理論支持，為第五章以多agent技術構建mcdms系統(tǒng)各模塊提供了建設性意見。第3章 基于wpr的改進過程方法研究第3章 基于wpr的改進過程方法研究3.1 引言人們提出bpr(business process re-engineering)概念以減少企業(yè)生產(chǎn)成本并增加產(chǎn)品利潤。bpr主要通過檢測與分析組織成員間的工作流和過程流44,45來尋找設計瓶頸。re-engineering指對業(yè)務流程的基本組織進行重新考慮與再設計，改善某些重要的性能指標，如：成本、質量、服務與速度等46

42、。通過多次模擬執(zhí)行與分析業(yè)務流程以保證最優(yōu)的工作流過程47。但bpr只限于分析與局部優(yōu)化兩方面，甚至某些bpr軟件工具只有分析方法卻沒有提出優(yōu)化方法，造成許多設計上的不便。隨著計算機與網(wǎng)絡技術的廣泛應用，企業(yè)面臨很多問題，如：安全性、穩(wěn)定性與協(xié)調(diào)性等。解決這些問題，要考慮組織與部門間的關系，研究使用技術與數(shù)據(jù)共享方法(協(xié)調(diào)性方面)。設計的工作管理系統(tǒng)48應盡量滿足上述需求，用戶應根據(jù)需要定義工作流，但定義的工作流會存在許多不如意的地方，因此，必須提出一套優(yōu)化方法對其進行改善。已發(fā)現(xiàn)的一些工作流特征可通過bpr方法進行優(yōu)化49，因此，工作流管理系統(tǒng)應開發(fā)出支持bpr的工作流技術50，即優(yōu)化工具。

43、清華大學謝玉鳳與楊光信等人提出工作流優(yōu)化的概念(wpr)51，該方法基于條件有向圖52，雖然可對工作流進行改善，但對耦合情況沒有進行過多的研究。進入二十一世紀，隨著科學技術的迅猛發(fā)展，人們對產(chǎn)品的要求日益增多。機械產(chǎn)品設計變得日益復雜化，其設計流程日趨多元化與結構化。對于如何提高產(chǎn)品設計效率變得尤為重要。只有對設計過程進行合理優(yōu)化才能提高設計效率，已存在的優(yōu)化方法有很多，本文意在對wpr方法進行改進。通過對wpr技術中幾種屬性節(jié)點進行研究，對機械產(chǎn)品設計過程的多元化與設計過程中耦合節(jié)點的普遍化，在原有理論基礎上，提出一套對耦合節(jié)點的優(yōu)化方法。該方法對整個設計流程進行任務分解，找到具有某些特征的

44、屬性節(jié)點進行過程優(yōu)化。針對節(jié)點間帶有耦合的情況，通過內(nèi)部協(xié)商，能基本達到解耦的目的，可優(yōu)化整個設計過程，提高設計效率。3.2 wpr的概念工作流過程優(yōu)化(wpr)概念是一套符合工作流過程的優(yōu)化方法，能提高工作流效率，對一些工作節(jié)點提供協(xié)同工具，使企業(yè)的協(xié)同工作更加完善。工作流模型是將工作流w51形式化為一個三元組 ，是實際業(yè)務過程的數(shù)學描述：(1) n為工作流名稱；(2) a為從業(yè)務過程中抽象出來的所有活動構成的集合；(3) f為的一個子集，描述w中各活動間數(shù)據(jù)流動關系與控制流動關系。對于c中的每一個元素c，其是一個二元組，其中c為一個布爾表達式，e為多個命名表達式構成的集合。c是描述條件得以

45、滿足時，激活后續(xù)環(huán)節(jié)，將數(shù)據(jù)對象進行傳遞。w實際是一個有向圖，圖中各節(jié)點表示工作流各活動的步驟，與常規(guī)有向圖相比，區(qū)別在于：與每一有向邊對應分別有一個邏輯表達式與一個命名表達式的集合。在此使用條件化有向邊來表示活動間的控制關系與數(shù)據(jù)流動關系。a中每一個元素c都表示一個活動, 其可通過一個九元組表示53,54, 其中：n為活動名稱；t為活動類型；s為活動開始條件；e為活動終止條件；r為參與活動的所有用戶集合；l為前驅活動(i)與處理數(shù)據(jù)方法(m)組成的集合；o為活動處理的數(shù)據(jù)對象；p為r中用戶訪問o中域的方式；k為后繼活動(j)、激發(fā)條件(c)與調(diào)用函數(shù)(f)組成的集合。條件有向圖通過使用有向有

46、限圖描述工作流的過程。節(jié)點表示工作流過程的實際或抽象活動，邊表示下一個活動節(jié)點，層次方法是直接在圖上定義工作流過程。每一個邊，只將數(shù)據(jù)對象傳遞給下一個活動，由數(shù)據(jù)對象來激發(fā)此活動。3.3 ipr的概念及應用3.3.1 ipr的概念此方法基于wrp技術提出，同樣定義如下概念：定義1：協(xié)商節(jié)點 如果有兩個節(jié)點處理相同的數(shù)據(jù)對象且對其有相同的操作權限，可互相傳送數(shù)據(jù)對象進行通信，所傳送的數(shù)據(jù)對象是由相同的屬性構成，則稱這兩個節(jié)點為協(xié)商節(jié)點。a節(jié)點與b節(jié)點為協(xié)商節(jié)點的充分必要條件：1) and;2) and;3) ,，可以得出為的逆變化;4) ,，可以得出為的逆變化。定義2：相似節(jié)點 如果兩個節(jié)點有相

47、同的用戶集合且處理相同的數(shù)據(jù)對象，對于相同的數(shù)據(jù)對象域有相同的權限，且對相同的前驅節(jié)點與后繼節(jié)點有相同的處理方式，則稱這兩個節(jié)點為相似節(jié)點。a節(jié)點與b節(jié)點為相似節(jié)點的充分必要條件：1) and and and ;2) ,and ;3) ,and,.定義3：獨立節(jié)點 如果一個節(jié)點的觸發(fā)條件不依賴其父節(jié)點的執(zhí)行結果，且處理的數(shù)據(jù)對象不被父節(jié)點所改變，則稱此類節(jié)點為獨立于父節(jié)點的節(jié)點。a節(jié)點獨立于b節(jié)點的充分必要條件：1) and ;2) ;3) .通過對wpr方法的研究發(fā)現(xiàn)：該方法可對協(xié)商、相似、獨立節(jié)點進行簡單的優(yōu)化。針對機械產(chǎn)品設計，在此提出ipr(improve process re-eng

48、ineering)方法。該方法基于wpr方法提出，用于機械產(chǎn)品設計過程優(yōu)化。通過對整體過程分析、節(jié)點屬性歸納、結合協(xié)商技術，綜合的對設計過程進行操作，達到最終優(yōu)化的目的。3.3.2 ipr原理介紹ipr的原理如下：1） 數(shù)列=,表示一個設計流程，表示流程的各個節(jié)點。2) 如果找到個協(xié)商節(jié)點，其前繼節(jié)點為，其后繼節(jié)點為，可將這n個協(xié)商節(jié)點合并成一個節(jié)點并為其提供某種協(xié)商技術，該協(xié)商技術已在2.3.4介紹。3) 對于合并后的相似節(jié)點，會出現(xiàn)重復的邊，可將其中多余的邊刪除。4) 一個設計流程，首先需對其中直接耦合的節(jié)點進行優(yōu)化，依次找出協(xié)商節(jié)點、相似節(jié)點與獨立節(jié)點。優(yōu)化過程中，根據(jù)實際情況調(diào)整各節(jié)點

49、的位置，最終達到優(yōu)化的目的。3.3.3 ipr的優(yōu)化方法介紹3.3.3.1 非耦合節(jié)點的優(yōu)化方法1) 協(xié)商節(jié)點：按照2.3.4提供的協(xié)商方法直接讓節(jié)點進行協(xié)商，將外部活動改為內(nèi)部活動。如果找到個協(xié)商節(jié)點，其前繼節(jié)點為，其后繼節(jié)點為，如圖3.1所示。通過協(xié)商方法將其合并成一個新的節(jié)點，如圖3.2所示。 圖3.1 多個協(xié)商節(jié)點示意圖 圖3.2 優(yōu)化后示意圖將多個非獨立節(jié)點(其依賴于前面執(zhí)行的結果)合并為一個整體節(jié)點，為確保用戶意圖不變，合并節(jié)點后必須遵守下面兩條規(guī)定：(1) 如果一個節(jié)點的前繼節(jié)點原屬于，設定為協(xié)商活動的初始者。(2) 如果是在節(jié)點處結束整個協(xié)商活動，只需觸發(fā)所能觸發(fā)的節(jié)點。第(1

50、)條為保證優(yōu)化前后發(fā)起協(xié)商的群組一致。第(2)條為保證協(xié)商后，優(yōu)化前后觸發(fā)的活動相同。如果使用的管理系統(tǒng)不支持一個節(jié)點有多個用戶共同操作，我們可參考georg提出的方法，其主要是將多媒體會議系統(tǒng)技術嵌入管理系統(tǒng)中。2) 合并相似節(jié)點跟合并獨立節(jié)點類似。從商業(yè)角度看，每一個部門或組織所負責的任務通常是固定不變的。根據(jù)相似節(jié)點的定義知道：相似節(jié)點屬于同一部門或組織，因此，實行的任務在很大程度上是相同的。為使系統(tǒng)能更清楚組織與部門間的關系，將相似節(jié)點統(tǒng)一合并，通過bpr工具對優(yōu)化后的流程進行策略方面的相關優(yōu)化。應注意：圖3.3中在合并活動與活動后，出現(xiàn)兩個重復的邊與。將其中一個邊刪除并不會影響結果。

51、在做合并優(yōu)化時，不應讓各個節(jié)點的判斷語句過于龐大，優(yōu)化的目的是為簡化設計流程，而不是使其變得更加復雜。優(yōu)化后示意圖，如圖3.4所示。 圖3.3 相似節(jié)點示意圖 圖3.4 優(yōu)化后示意圖3) 用戶定義過程流，如圖3.5所示。等價活動類別個數(shù)為4(, ,)。如果節(jié)點獨立于節(jié)點，但受節(jié)點的執(zhí)行結果影響，可將設計過程進行重組，如圖3.6所示。節(jié)點與節(jié)點是并行執(zhí)行，節(jié)點在節(jié)點后執(zhí)行，這里等價活動類別個數(shù)為4 (,)。當活動由觸發(fā)，其執(zhí)行時間會有所改變，但整個系統(tǒng)的執(zhí)行時間認為是不變的。如果圖3.6中節(jié)點獨立于節(jié)點與節(jié)點，可將設計過程重組，如圖3.7所示。節(jié)點、節(jié)點與節(jié)點并行執(zhí)行，其等價活動類別個數(shù)為3(,

52、)，整個系統(tǒng)的執(zhí)行時間得到提升。 圖3.5 用戶定義過程流 圖3.6 優(yōu)化1 圖3.7 優(yōu)化2必須保證在節(jié)點、節(jié)點與節(jié)點完全執(zhí)行后， 再執(zhí)行節(jié)點。需要注意的是：在圖3.6中，如果節(jié)點發(fā)出一個異常處理，需判斷節(jié)點是否已執(zhí)行完畢。如果執(zhí)行完畢，需將其復原，再執(zhí)行異常處理。此做法是保證優(yōu)化后流程的處理結果與原來的結果是相同的。4) 用戶自定義設計過程中，會存在冗余的活動節(jié)點，應將其從設計過程中移除以減少執(zhí)行時間。移除對系統(tǒng)不起任何影響的活動節(jié)點，能達到非常明顯的效果。類似編譯優(yōu)化中移除冗余賦值語句，可減少執(zhí)行時間。不同應用中會有不同的定義，在此，介紹兩種常見的冗余活動節(jié)點。(1) 只有輸出邊沒有輸入

53、邊的節(jié)點。此類節(jié)點如果不是初始節(jié)點，那么其永遠不會被激發(fā)，這種節(jié)點就是冗余節(jié)點。a為冗余節(jié)點的充分必要條件： a.l=;a. t! = initial.(2) 重復工作的節(jié)點。如果一個節(jié)點一定能到達一個與其相似的節(jié)點，且在到達這個節(jié)點前，其所處理的數(shù)據(jù)對象全不會被改變，由相似節(jié)點定義，這兩個節(jié)點能處理相同的數(shù)據(jù)對象且有相同的修改權限，因其所處理的數(shù)據(jù)在后面的節(jié)點處會重復執(zhí)行一次，此節(jié)點在整個活動中是多余的。a為b的重復工作節(jié)點的充分必要條件：similar(a,b) = true and gothrough(a,b)= true;value(a.o)= value(b.o);a.r= b.r.

54、函數(shù)similar (a,b)判斷a,b是否為相似節(jié)點。函數(shù)gothrough(a,b)判斷a是否一定可到達b。函數(shù)value(a.o)表示活動a開始時，數(shù)據(jù)對象o中每一個屬性的值。以上三個函數(shù)都能很容易實現(xiàn)，這里不再詳細說明。這兩種活動節(jié)點都可直接從設計過程中移除，卻不會改變其執(zhí)行結果。要判斷一個節(jié)點對設計過程是否多余，可根據(jù)其是否會被觸發(fā)(第一類節(jié)點)，也可通過其處理的任務是否存在意義(第二類節(jié)點)來判定能否移除。移除多余元素時，應注意是否會影響后面數(shù)據(jù)。5) 為方便管理與簡化設計模型，可加入一些控制節(jié)點來實現(xiàn)。加入新節(jié)點時，應注意：不要增加系統(tǒng)負擔，延長處理時間。用戶定義過程流，如圖3.

55、8所示。圖3.8 用戶定義過程流a節(jié)點前可加入控制節(jié)點的充分必要條件：,a.l;b.k;c.kvalue=value.圖3.8中，節(jié)點與節(jié)點有相同的子節(jié)點(節(jié)點、節(jié)點與節(jié)點)，節(jié)點只被節(jié)點觸發(fā)。對于節(jié)點，可加入一個新的控制節(jié)點。對節(jié)點、可各加入控制節(jié)點、，結果如圖3.9所示。根據(jù)定義，、與為相似節(jié)點并可合并成一個新的控制節(jié)點，將多余邊去除，結果如圖3.10所示。節(jié)點由系統(tǒng)感知與執(zhí)行，起控制作用，因此，加入此節(jié)點不會增加整個系統(tǒng)的負載與延長執(zhí)行時間。 圖3.9 優(yōu)化1 圖3.10 優(yōu)化2當需要改變分支條件時，只需在節(jié)點處進行修改。這不僅能簡化設計過程，還能使整個過程的關系更加清晰。3.3.3.2

56、 耦合節(jié)點的優(yōu)化方法隨著機械產(chǎn)品技術的迅猛發(fā)展，設計過程變得越來越復雜，節(jié)點耦合情況越來越多，因此，需要提供一種技術，對耦合節(jié)點進行操作，達到優(yōu)化目的。而耦合節(jié)點存在的方式多種多樣，在此只提出幾種常見情形進行優(yōu)化操作，優(yōu)化方法如下：(1) 如果存在節(jié)點a與節(jié)點b，節(jié)點b在節(jié)點a執(zhí)行后進行且節(jié)點a的執(zhí)行結果直接作用于節(jié)點b，當節(jié)點b不滿足某些條件時，需返回節(jié)點a對其進行重新操作，則節(jié)點a與節(jié)點b稱為直接耦合的兩個節(jié)點。用戶定義過程流，如圖3.11所示。可應用2.3.4的協(xié)商技術對其直接進行協(xié)商處理，使外部的耦合節(jié)點變成內(nèi)部可相互操作的節(jié)點，節(jié)點a與b成為一個新節(jié)點ab，如圖3.12所示。 圖3.11 用戶定義過程流 圖3.12 優(yōu)化1 (2) 如果節(jié)點a與節(jié)點b為相似節(jié)點，且同時受其父節(jié)點的結果影響，節(jié)點a與其父節(jié)點屬于直接耦合的節(jié)點，則節(jié)點a、節(jié)點b與其父節(jié)點稱為相似節(jié)點情況下的耦合節(jié)點。用戶定義過程流，如圖3.13所示。首先，按相似節(jié)點的定義對相似節(jié)點d、e進行合并，形成新的節(jié)點de，如圖3.14所示。然后按(1)中的方法對耦合節(jié)點進行直接操作，形成新的節(jié)點ade，結果如圖3.15所示。 圖3.