產(chǎn)品多學(xué)科協(xié)同設(shè)計(jì)中的一致性維護(hù)方法

陳 亮 王 偉

福州大學(xué),福州,350002

0 引言

在產(chǎn)品多學(xué)科協(xié)同設(shè)計(jì)中,各學(xué)科間存在著多方面的差異,易引起學(xué)科間的歧見,產(chǎn)生設(shè)計(jì)沖突,因此需要通過合適的機(jī)制和策略,盡早發(fā)現(xiàn)和解決沖突,協(xié)調(diào)并維護(hù)學(xué)科間設(shè)計(jì)的一致性,這也是保證協(xié)同設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵,是協(xié)同設(shè)計(jì)研究的重點(diǎn)問題之一。

文獻(xiàn)[1]使用約束來表達(dá)工程要求,求解這些約束可得出設(shè)計(jì)變量的可行解空間,利用可行解空間可以避免設(shè)計(jì)者間的人工沖突,改進(jìn)協(xié)同設(shè)計(jì)的效率。文獻(xiàn)[2-3]對多設(shè)計(jì)主體間的協(xié)調(diào)問題進(jìn)行了研究,當(dāng)某處的模型數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí),這種變化信息要及時(shí)地傳播到相關(guān)的地方,其數(shù)據(jù)要作出相應(yīng)的變化,從而維護(hù)模型數(shù)據(jù)的一致性。它們主要考慮產(chǎn)品物理結(jié)構(gòu)層的約束關(guān)系,對于處理數(shù)值型約束是有效的。文獻(xiàn)[4-6]認(rèn)為產(chǎn)品模型包含功能、行為、幾何與物理結(jié)構(gòu)等數(shù)據(jù),彼此之間也存在著約束關(guān)系,設(shè)計(jì)中需要綜合考慮。多學(xué)科協(xié)同設(shè)計(jì)具有多域性、多視圖性等特點(diǎn),產(chǎn)品最終的物理結(jié)構(gòu)是功能語義推理的結(jié)果,多學(xué)科視圖模型間除了在物理結(jié)構(gòu)層存在約束關(guān)系外,在功能、行為等語義層上也存在著關(guān)聯(lián)關(guān)系,所以將多學(xué)科視圖模型間的關(guān)聯(lián)關(guān)系擴(kuò)展到語義層,對有效維護(hù)多學(xué)科視圖模型間的一致性是至關(guān)重要的。本文借鑒已有的研究工作,并結(jié)合產(chǎn)品多學(xué)科協(xié)同設(shè)計(jì)的特點(diǎn),對產(chǎn)品多學(xué)科協(xié)同設(shè)計(jì)的約束-關(guān)系網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行研究,探討多學(xué)科設(shè)計(jì)間一致性維護(hù)的方法和策略。

1 多學(xué)科協(xié)同設(shè)計(jì)的約束-關(guān)系網(wǎng)絡(luò)模型

多學(xué)科協(xié)同設(shè)計(jì)是多個(gè)學(xué)科設(shè)計(jì)者并行地進(jìn)行從功能空間到物理空間的映射過程的設(shè)計(jì),在映射過程中經(jīng)歷功能、行為和結(jié)構(gòu)的各個(gè)階段。功能、行為和結(jié)構(gòu)三者密不可分,功能對象、行為對象和結(jié)構(gòu)對象之間存在著關(guān)聯(lián)關(guān)系,在各對象內(nèi)部參數(shù)屬性之間以及不同對象的參數(shù)屬性之間存在著各種約束。此處,關(guān)系是指對象之間(包括同類對象之間以及不同類對象之間)存在的結(jié)構(gòu)和語義關(guān)聯(lián);約束是指對象的屬性之間(包括同一個(gè)對象的內(nèi)部屬性之間以及不同對象的屬性之間)存在的關(guān)聯(lián)。簡單地說,即對象之間存在關(guān)系,對象的屬性之間存在約束。

多學(xué)科協(xié)同設(shè)計(jì)的約束-關(guān)系網(wǎng)絡(luò)具有多域性、多層次性、動態(tài)性、分布性和多視圖性等幾個(gè)特點(diǎn)。①多域性和多層次性：產(chǎn)品的設(shè)計(jì)經(jīng)歷功能域、行為域和結(jié)構(gòu)域的迭代映射,在各個(gè)域中還存在著從產(chǎn)品到部件到零件的層次分解過程,從而呈現(xiàn)出多域性和多層次性的特點(diǎn)。②動態(tài)性：設(shè)計(jì)過程是一個(gè)不斷探索和不斷進(jìn)化的過程,往往需要根據(jù)當(dāng)前的情況來動態(tài)地修改、添加和刪除對象的組件及其約束,從而呈現(xiàn)出動態(tài)性的特點(diǎn)。③多視圖性：各學(xué)科基于自身的視角觀察產(chǎn)品對象,產(chǎn)生學(xué)科視圖模型,多學(xué)科視圖模型之間是共進(jìn)化的關(guān)系,彼此間存在著約束和關(guān)聯(lián)關(guān)系。④分布性：不同學(xué)科位于不同的地理位置完成自身的設(shè)計(jì)任務(wù),從而呈現(xiàn)出分布性的特點(diǎn)。

根據(jù)這些特點(diǎn)和一致性維護(hù)的需要,定義如下約束-關(guān)系網(wǎng)絡(luò)：

(1)項(xiàng)目約束-關(guān)系網(wǎng)絡(luò)(project constraint and relation net,PCRN)。PCRN={Rp,Cp},其中,Rp為隸屬于項(xiàng)目p的關(guān)系集,Cp為隸屬于項(xiàng)目p的約束集。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí),先要進(jìn)行產(chǎn)品配置設(shè)計(jì),本文將產(chǎn)品及其組件均作為設(shè)計(jì)項(xiàng)目進(jìn)行管理,每個(gè)組件的設(shè)計(jì)均是一個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目。PCRN主要是對產(chǎn)品總體規(guī)范、產(chǎn)品的配置和構(gòu)成、各組件的初始設(shè)計(jì)要求及其學(xué)科聯(lián)盟等方面的各學(xué)科共同遵守的一般性約束-關(guān)系進(jìn)行描述,而關(guān)于組件更詳細(xì)的約束 -關(guān)系信息需要在學(xué)科模型中定義。

(2)學(xué)科約束-關(guān)系網(wǎng)絡(luò)(discipline constraint and relation net,DCRN)。DCRN ={Rd,Cd},其中,Rd為隸屬于學(xué)科d的關(guān)系集,Cd為隸屬于學(xué)科d的約束集。對于產(chǎn)品及其組件,不同學(xué)科有不同的設(shè)計(jì)要求,當(dāng)然就有不同的約束信息,深入組件內(nèi)部的更詳細(xì)的約束-關(guān)系信息應(yīng)該在各學(xué)科內(nèi)部來確定和定義。一個(gè)學(xué)科依據(jù)本學(xué)科的設(shè)計(jì)要求和專業(yè)知識來定義其學(xué)科約束-關(guān)系網(wǎng)絡(luò)。由于一個(gè)產(chǎn)品或組件可能為多個(gè)學(xué)科所關(guān)注,不同學(xué)科關(guān)注產(chǎn)品的不同側(cè)面,所以學(xué)科約束-關(guān)系網(wǎng)絡(luò)并不是獨(dú)立的,而是相互關(guān)聯(lián)的。當(dāng)某個(gè)學(xué)科改動組件對象的關(guān)系或?qū)傩詤?shù)時(shí),不僅需要在本學(xué)科約束-關(guān)系網(wǎng)絡(luò)中檢測這種變動是否可行,還需要將這種變化傳播到其他相關(guān)學(xué)科的約束-關(guān)系網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行檢測,只有在所有學(xué)科的約束-關(guān)系網(wǎng)絡(luò)中都可行時(shí),該改動才可予以實(shí)施。

(3)多學(xué)科協(xié)同設(shè)計(jì)的約束-關(guān)系網(wǎng)絡(luò)(multidisciplinary collaborative design constraint and relation net,MCDCRN)。MCDCRN ={PCRNi,DCRNi1,DCRNi2,…,DCRNik}, 其中,i為設(shè)計(jì)項(xiàng)目的序號,i={1,2,…,n|n≥1};k表示參與該項(xiàng)目設(shè)計(jì)的學(xué)科序號,k={1,2,…,m|m ≥2}。產(chǎn)品的項(xiàng)目約束-關(guān)系網(wǎng)絡(luò)與相關(guān)的多學(xué)科約束 -關(guān)系網(wǎng)絡(luò)共同組成該產(chǎn)品的多學(xué)科協(xié)同設(shè)計(jì)的整體約束-關(guān)系網(wǎng)絡(luò),以維護(hù)多學(xué)科模型間的協(xié)調(diào)和一致性。

約束-關(guān)系模型是產(chǎn)品模型的一部分,兩者結(jié)構(gòu)應(yīng)相適應(yīng)并同時(shí)構(gòu)建,以使約束模型與產(chǎn)品模型相協(xié)調(diào)。基于面向?qū)ο蟮姆椒▉順?gòu)建約束 -關(guān)系模型,關(guān)系R表達(dá)為

式中,RCid為關(guān)系對象的唯一標(biāo)識;RName為關(guān)系名稱;RDis為關(guān)系所隸屬的學(xué)科,對于項(xiàng)目關(guān)系,其名稱統(tǒng)一為RProj,其他學(xué)科則根據(jù)項(xiàng)目構(gòu)建時(shí)對學(xué)科名稱的設(shè)置而定;RInfo為關(guān)系說明,可選;MO為關(guān)系中的主對象;CO為關(guān)系中的其他相關(guān)對象(一個(gè)或多個(gè))。

MO和CO均可表示為三元組(O Type,O Name,O Info),O Type為對象類型(對于項(xiàng)目關(guān)系來說,對象亦指學(xué)科,此時(shí)O Type值為Discipline,通過關(guān)系將幾個(gè)相關(guān)學(xué)科關(guān)聯(lián)起來;在學(xué)科內(nèi),O Type值分別為Function、Behavior、Principle、Structure),OName為 對象名稱,O Info為對象說明。

約束C隸屬于關(guān)系R,即由關(guān)系R關(guān)聯(lián)起來的幾個(gè)對象的屬性參數(shù)之間的約束(零個(gè)或多個(gè))。約束有2種情況,一種是對象自身內(nèi)部的約束,即對象自身屬性參數(shù)之間的約束,在組件對象模型內(nèi)部定義;另一種是不同對象屬性參數(shù)之間的約束,在組件對象的關(guān)系模型中定義。約束C表達(dá)為

式中,CName為約束對象的唯一標(biāo)識,也就是約束對象的名稱;CBody為約束體,即約束的表達(dá)式,用來表示該約束的具體內(nèi)容;CDis為約束所隸屬的學(xué)科,對于項(xiàng)目約束,其名稱統(tǒng)一為CProj,其他學(xué)科則根據(jù)項(xiàng)目構(gòu)建時(shí)對學(xué)科名稱的設(shè)置而定;CInfo為對該約束的說明,可選。

M為約束對象的方法集。每個(gè)方法都是一個(gè)多元組(M Name,ret,{ipt}0)。其中,M Name為該方法的名稱,這個(gè)名稱在方法集M中是唯一的;ret為該方法的返回值的類型;ipt為輸入?yún)?shù)的類型(零個(gè)或多個(gè))。

A為約束的屬性。A=(CType,PAttr),PAttr=(P Name,P Info,P Value)。其中,C Type為約束的域別,有Function、Behavior和 Structure三種取值,分別表示該約束屬于功能域、行為域和物理結(jié)構(gòu)域。PAttr為約束所涉及的參數(shù)集,其中PName是在約束體C Body和方法集M中引用到的參數(shù)名,表示方式為“對象名稱.參數(shù)名稱”;P Info是參數(shù)說明,可選;P Value是參數(shù)當(dāng)前取值。

2 多學(xué)科模型間的協(xié)調(diào)與一致性維護(hù)

基于前述的約束網(wǎng)絡(luò),綜合采用項(xiàng)目管理、語義推理、關(guān)系及約束等多種途徑來實(shí)現(xiàn)多學(xué)科視圖模型間的協(xié)調(diào)與一致性維護(hù)。當(dāng)有設(shè)計(jì)變更發(fā)生時(shí),一般先通過項(xiàng)目管理、關(guān)系、語義推理等實(shí)現(xiàn)學(xué)科間相關(guān)組件對象的關(guān)聯(lián),再通過約束保證各組件對象參數(shù)屬性之間的協(xié)調(diào)。

2.1 學(xué)科模型間的靜態(tài)協(xié)調(diào)

在產(chǎn)品建模過程中,若學(xué)科模型組件間的約束-關(guān)系被確定下來,此時(shí)的約束-關(guān)系網(wǎng)絡(luò)處于穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)某個(gè)學(xué)科模型組件的狀態(tài)發(fā)生了變化,則根據(jù)組件間已存在的約束-關(guān)系網(wǎng)絡(luò)觸發(fā)各學(xué)科模型的相關(guān)組件作出相應(yīng)的變化,實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)和一致性維護(hù),稱之為學(xué)科模型間的靜態(tài)協(xié)調(diào)。

2.1.1 通過物理結(jié)構(gòu)關(guān)系和約束實(shí)現(xiàn)一致性維護(hù)

根據(jù)產(chǎn)品的物理結(jié)構(gòu)組成,定義表1所示的物理結(jié)構(gòu)關(guān)系集,利用這些結(jié)構(gòu)關(guān)系以及相應(yīng)的約束來實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)與一致性維護(hù)。一般是通過關(guān)系將相關(guān)的組件對象關(guān)聯(lián)起來,再通過約束保證各組件對象參數(shù)屬性之間的協(xié)調(diào)。

表1 組件對象在物理結(jié)構(gòu)上的關(guān)系集

圖1為單級減速器結(jié)構(gòu)約束-關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖(部分),其中的一些關(guān)系和約束的表達(dá)見表2。比如,在齒輪副gearpair組件對象、齒輪gear1組件對象和齒輪gear2組件對象之間存在著Has_Component關(guān)系對象RLT231和K_Joint關(guān)系對象RLT341,以及隸屬于這些關(guān)系對象的約束對象 CS231、CS232、CS341 和 CS342 等,它們共同組成了一個(gè)局部的約束-關(guān)系網(wǎng)絡(luò),當(dāng)某組件(如gear1)的屬性發(fā)生變化時(shí),則先通過關(guān)系對象RLT231和 RLT341將受影響的組件對象(gear2、gearpair等)關(guān)聯(lián)起來,再利用隸屬的約束對象CS231、CS232、CS341和 CS342等使受影響的組件對象的相應(yīng)屬性值產(chǎn)生變化,以維護(hù)幾個(gè)組件對象之間的協(xié)調(diào)與一致。同理可分析其他組件間的協(xié)調(diào)與一致性維護(hù)。

圖1 單級減速器的結(jié)構(gòu)約束-關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖

表2 單級減速器中的一些結(jié)構(gòu)約束-關(guān)系表達(dá)(簡化)

2.1.2 通過語義關(guān)系、語義推理和約束實(shí)現(xiàn)一致性維護(hù)

由于在組件的功能、行為和結(jié)構(gòu)之間存在一定的映射關(guān)系,故定義如表3所示的組件對象之間的語義關(guān)系集,據(jù)此給出單級減速器中的一些語義關(guān)系實(shí)例(表4),可以通過這些語義關(guān)系結(jié)合語義推理來實(shí)現(xiàn)相關(guān)組件對象間的關(guān)聯(lián)和協(xié)調(diào)。功能域、行為域和結(jié)構(gòu)域之間通常是雙向映射的,所以實(shí)現(xiàn)相關(guān)組件對象間關(guān)聯(lián)和協(xié)調(diào)的語義推理一般也需要經(jīng)歷正向推理和逆向推理兩個(gè)過程。

表3 組件對象之間的語義關(guān)系集

表4 單級減速器中的一些語義關(guān)系表達(dá)(簡化)

(1)逆向推理過程。假設(shè)設(shè)計(jì)者對組件A進(jìn)行操作,引起其結(jié)構(gòu)屬性的變化,組件A結(jié)構(gòu)屬性的變化又引起其相關(guān)的行為屬性(通過Achieve關(guān)系來確定)的變化,進(jìn)而又影響到組件A相關(guān)的功能(通過Assure關(guān)系來確定)。

(2)正向推理過程?；诮M件A的功能變化,通過功能連接關(guān)系Correlate來確定在功能上與組件A變化的功能語義相關(guān)的組件B,然后檢查組件B相應(yīng)的功能,找出影響該功能的相應(yīng)行為(通過Assured_by關(guān)系來確定),再找出影響該行為的相應(yīng)物理結(jié)構(gòu)屬性(通過Achieve_by關(guān)系來確定),對組件B的受影響的物理結(jié)構(gòu)屬性進(jìn)行更新以便與組件A變化了的結(jié)構(gòu)屬性相協(xié)調(diào),從而維護(hù)組件B與組件A之間的一致性。

假設(shè)取組件A為齒輪gear2,改變其結(jié)構(gòu)屬性參數(shù)(如齒數(shù)、模數(shù)等)將導(dǎo)致其強(qiáng)度性能行為(承載行為)變化(通過Achieve關(guān)系推理確定),而承載行為的變化將影響到其傳遞功率的功能(通過Assure關(guān)系推理確定)?；谑苡绊懡M件gear2的傳遞功率功能的變化,通過語義推理發(fā)現(xiàn)軸組件axis2的功能是傳遞功率與扭矩以及支承的回轉(zhuǎn)零件,這與齒輪gear2變化的功能是相關(guān)的,因此可推理確定組件 B為 axis2(經(jīng)由Correlate關(guān)系確定);而axis2的相應(yīng)的行為主要是其承載能力,包括軸強(qiáng)度性能行為和軸剛度性能行為(通過Assured_by關(guān)系推理確定);進(jìn)而推理確定影響axis2承載能力行為的相應(yīng)的物理結(jié)構(gòu) axis2.OSru1(經(jīng)由 Achieved_by關(guān)系確定),在結(jié)構(gòu)對象OSru1中包含了axis2的結(jié)構(gòu)屬性參數(shù)(如直徑、長度和材料等)及相應(yīng)的約束、分析計(jì)算方法和知識;然后用這些約束、方法和知識對這些結(jié)構(gòu)屬性進(jìn)行分析并作出更新,以便同齒輪gear2變化了的結(jié)構(gòu)屬性參數(shù)相協(xié)調(diào)。這種語義推理的方法更為靈活和柔性,也與設(shè)計(jì)人員的思維推理過程相吻合。

2.1.3 通過項(xiàng)目管理、關(guān)系和約束實(shí)現(xiàn)一致性維護(hù)

多個(gè)學(xué)科模型間有一些共同關(guān)注的組件,可通過項(xiàng)目管理和組件學(xué)科聯(lián)盟關(guān)系將與共享組件相關(guān)的學(xué)科模型關(guān)聯(lián)起來,再通過項(xiàng)目約束和相關(guān)學(xué)科模型的約束來實(shí)現(xiàn)不同學(xué)科模型間共享組件對象間屬性參數(shù)的協(xié)調(diào)。項(xiàng)目管理模塊負(fù)責(zé)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)項(xiàng)目配置,對各組件項(xiàng)目建立項(xiàng)目數(shù)據(jù)表等。當(dāng)某學(xué)科基于產(chǎn)品設(shè)計(jì)項(xiàng)目配置進(jìn)行學(xué)科視圖模型構(gòu)建時(shí),若繼承并實(shí)例化了某組件,則該學(xué)科的相關(guān)信息(如學(xué)科領(lǐng)域、地址、權(quán)限等)就被上傳和記錄在項(xiàng)目管理模塊中關(guān)于該組件的項(xiàng)目數(shù)據(jù)表中,并生成該組件的學(xué)科聯(lián)盟關(guān)系對象為學(xué)科關(guān)系名稱,Rproj為該關(guān)系屬于一種項(xiàng)目關(guān)系,MO指主學(xué)科對象,{CO}1指從學(xué)科對象(一個(gè)或多個(gè)),{C}0為隸屬于關(guān)系R的多學(xué)科之間的項(xiàng)目約束。

當(dāng)某學(xué)科對組件對象的屬性進(jìn)行了修改操作時(shí),則組件對象的狀態(tài)發(fā)生變化,經(jīng)由項(xiàng)目管理模塊和組件的學(xué)科聯(lián)盟關(guān)系找到相關(guān)學(xué)科,并將變化了的狀態(tài)信息傳輸給相關(guān)的學(xué)科模型,在項(xiàng)目管理模塊和項(xiàng)目約束的控制和協(xié)調(diào)下,各相關(guān)學(xué)科模型依據(jù)自身的組件約束屬性進(jìn)行檢測、判斷和響應(yīng),實(shí)現(xiàn)彼此間的協(xié)調(diào)和一致性維護(hù)。

一般可設(shè)定在一次交互循環(huán)中,以一個(gè)學(xué)科為主學(xué)科,它擁有組件對象的改變權(quán),而其他學(xué)科則為從學(xué)科,只有響應(yīng)權(quán)和建議權(quán)。一次交互循環(huán)定義為從一個(gè)學(xué)科改變組件對象開始,直至學(xué)科間實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)為止。若多學(xué)科設(shè)計(jì)者在同一時(shí)間內(nèi)對產(chǎn)品模型進(jìn)行并發(fā)操作,則需要采用特定的并發(fā)控制策略進(jìn)行控制,其本質(zhì)就是在一個(gè)學(xué)科對組件對象的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改和更新等操作時(shí),使得其他學(xué)科暫停對這些數(shù)據(jù)的操作,即一個(gè)數(shù)據(jù)(集)在同一時(shí)間內(nèi)只能被一個(gè)學(xué)科操作,以獨(dú)占方式調(diào)用,從而避免出現(xiàn)并發(fā)沖突,保持產(chǎn)品數(shù)據(jù)的一致性。

如圖2所示,齒輪副是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度設(shè)計(jì)和摩擦學(xué)設(shè)計(jì)這三個(gè)學(xué)科共同關(guān)注的組件,當(dāng)構(gòu)建各自學(xué)科模型時(shí),三個(gè)學(xué)科的相關(guān)信息就被記錄在齒輪副項(xiàng)目的數(shù)據(jù)表中,并生成齒輪副學(xué)科聯(lián)盟關(guān)系對象PRL1等(其他關(guān)系對象省略),PRL1將三個(gè)學(xué)科對象DStru、DStre和DTri關(guān)聯(lián)起來,其中DStru為主學(xué)科。當(dāng)DStru對齒輪副的參數(shù)值進(jìn)行修改時(shí),根據(jù)關(guān)系對象PRL1和齒輪副項(xiàng)目數(shù)據(jù)表,修改信息由項(xiàng)目管理模塊自動傳遞到相關(guān)的學(xué)科對象DStre和DTri,而后面這兩個(gè)相關(guān)學(xué)科則根據(jù)自身學(xué)科模型中的齒輪副約束集進(jìn)行檢測并作出響應(yīng),彼此進(jìn)行協(xié)調(diào),以維護(hù)學(xué)科模型間的一致性,同時(shí),各學(xué)科模型均應(yīng)遵守齒輪副組件項(xiàng)目中的約束規(guī)范 PCS1、PCS2、PCS3,即關(guān)于齒輪副輸入功率、傳動比和輸入轉(zhuǎn)速的約束。

圖2 不同學(xué)科模型間共享組件間的協(xié)調(diào)

當(dāng)某學(xué)科設(shè)計(jì)者對其學(xué)科模型進(jìn)行改變時(shí),通過綜合應(yīng)用上述關(guān)系、語義推理及項(xiàng)目管理等多種途徑,將相關(guān)組件對象和相關(guān)學(xué)科視圖模型關(guān)聯(lián)起來,并應(yīng)用相應(yīng)的操作策略和方法實(shí)現(xiàn)多學(xué)科視圖模型間的協(xié)調(diào)與一致性維護(hù)。

2.2 學(xué)科模型間的動態(tài)協(xié)調(diào)

在產(chǎn)品建模過程中,若某學(xué)科出于自身的考慮,在其現(xiàn)有模型的基礎(chǔ)上,動態(tài)地添加或刪除一些新的組件對象,此時(shí)的約束-關(guān)系網(wǎng)絡(luò)處于變動狀態(tài),其他學(xué)科根據(jù)各自的需要,對自身的學(xué)科模型進(jìn)行變動和更新,實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)和一致性維護(hù),約束-關(guān)系網(wǎng)絡(luò)達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài),稱之為學(xué)科模型間的動態(tài)協(xié)調(diào)。

通過語義推理來實(shí)現(xiàn)這種協(xié)調(diào),關(guān)鍵是這些新添加的組件是否有其他學(xué)科所關(guān)注的功能語義。如圖3所示,當(dāng)某學(xué)科模型添加了新組件后,項(xiàng)目管理模塊就將新組件的功能語義添加到動態(tài)功能語義庫(為各學(xué)科共享的功能語義黑板)中?；趧討B(tài)功能語義庫,其他學(xué)科通過自身的組件選擇知識庫進(jìn)行推理,判斷新組件的功能語義是否是自己所關(guān)注的,若為自己所關(guān)注,則將新組件添加進(jìn)自身的學(xué)科模型中,否則就忽略新組件。動態(tài)功能語義庫按照設(shè)計(jì)項(xiàng)目進(jìn)行分組管理,以提高推理時(shí)搜索和匹配的效率。

圖3 基于功能語義的多學(xué)科模型間的動態(tài)協(xié)調(diào)

如圖3所示,若結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué)科在其學(xué)科模型中添加一個(gè)鍵組件(用虛線框表示,它具有兩個(gè)一般的功能：周向固定和傳遞轉(zhuǎn)矩),同時(shí)項(xiàng)目管理模塊將其功能語義信息(鍵,“周向固定”,“傳遞轉(zhuǎn)矩”)添加到動態(tài)功能語義庫中,向其他學(xué)科進(jìn)行發(fā)布,其他學(xué)科判斷該組件功能語義是否為自己所關(guān)注。通過推理,強(qiáng)度設(shè)計(jì)學(xué)科認(rèn)為“傳遞轉(zhuǎn)矩”是它要關(guān)注的功能,因?yàn)檩d荷直接關(guān)系到鍵的抗剪強(qiáng)度與擠壓強(qiáng)度問題,所以將鍵組件加入到本學(xué)科模型中;而摩擦學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)科并不關(guān)注這兩個(gè)功能(此處鍵為靜連接),所以就不將鍵組件加入到本學(xué)科模型中。再如套筒組件(用虛線框表示),它的主要功能是實(shí)現(xiàn)軸上零件的軸向固定,當(dāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué)科添加了該組件后,功能語義信息(套筒,“軸上零件的軸向固定”)被添加到動態(tài)功能語義庫中,通過推理判斷,強(qiáng)度設(shè)計(jì)學(xué)科和摩擦學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)科都不關(guān)注套筒的這個(gè)功能,所以套筒組件就不會出現(xiàn)在強(qiáng)度設(shè)計(jì)學(xué)科模型和摩擦學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)科模型中。同理,箱蓋、箱座、軸1和軸 2等組件對象也不會出現(xiàn)在摩擦學(xué)設(shè)計(jì)的學(xué)科模型中,這是因?yàn)槟Σ翆W(xué)設(shè)計(jì)主要關(guān)注的是動連接的組件對象。在具體實(shí)現(xiàn)上,各學(xué)科添加組件是通過從分布式組件類庫中繼承相應(yīng)的組件類,再添加學(xué)科自身屬性和方法的途徑,在項(xiàng)目管理模塊的管理下完成的,這樣就便于維護(hù)和管理各學(xué)科模型間的約束和關(guān)系網(wǎng)絡(luò)。

若在產(chǎn)品建模過程中,某學(xué)科出于自身的考慮要?jiǎng)討B(tài)地刪除一些組件對象,則需根據(jù)不同的情況分別進(jìn)行處理。若組件對象僅隸屬于該學(xué)科自身,則該學(xué)科可以從自身學(xué)科模型中刪除組件對象,與這些組件相關(guān)的所有關(guān)系和約束一并刪除,同時(shí)要從項(xiàng)目管理模塊中將相應(yīng)的組件項(xiàng)目刪除;若組件對象同時(shí)還隸屬于其他學(xué)科,則需所有相關(guān)學(xué)科均認(rèn)可才能刪除,且所有相關(guān)學(xué)科均應(yīng)從自身學(xué)科模型中刪除這些組件對象及相關(guān)的關(guān)系和約束,項(xiàng)目管理模塊中相應(yīng)的組件項(xiàng)目也同時(shí)刪除。

3 結(jié)束語

產(chǎn)品設(shè)計(jì)始于功能需求,終于功能需求的滿足,進(jìn)行多學(xué)科視圖模型間的協(xié)調(diào)和一致性維護(hù),應(yīng)該綜合考慮多學(xué)科視圖模型間在功能、行為和物理結(jié)構(gòu)上多域多層次的關(guān)聯(lián)關(guān)系,探討相應(yīng)的協(xié)調(diào)機(jī)制和一致性維護(hù)方法。本文對此進(jìn)行了研究,在產(chǎn)品建模過程中,建立多學(xué)科視圖模型間的功能-行為-結(jié)構(gòu)多層次動態(tài)約束-關(guān)系網(wǎng)絡(luò),通過關(guān)系、約束、語義推理和項(xiàng)目管理等綜合應(yīng)用的約束-關(guān)系網(wǎng)絡(luò)操作策略和方法,來實(shí)現(xiàn)多學(xué)科視圖模型間的協(xié)調(diào)及共進(jìn)化。以圓柱齒輪減速器為例的初步運(yùn)行,表明了本文所述思想的可行性。

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