CN106971289A - 一种基于数据驱动的协同设计方法和协同系统 - Google Patents
一种基于数据驱动的协同设计方法和协同系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于数据驱动的协同设计方法，该方法的步骤包括构建协同模型协议S1和建立基于软总线的数据驱动架构S2；所述步骤S2包括构建用于存储协同设计任务数据交互关系以及数据的数据池S21和构建具有数据回调机制的提供公共服务的协同设计软总线S22。本发明进一步公开了一种基于数据驱动的协同系统。本发明所述技术方案能够有效解决复杂产品创新性设计过程中的流程难以描述、任务迭代逻辑复杂等问题，实现以数据为核心的任务驱动，提升复杂产品创新性协同设计的效率和效果。
Description
技术领域
本发明涉及产品设计中一种协同设计方法，特别是涉及一种基于数据驱动的协同设计方法和协同系统。
背景技术
计算机软硬件技术和网络技术的迅速发展，以及市场竞争的日趋激烈，使得传统的设计方法受到了巨大的挑战，随着各种先进制造技术和设计方法的产生，产品的设计和功能呈现出内涵扩大化、人员组成多学科化、组织行为并行化、地点分布化、辅助工具多样化等特点，使得现代产品设计过程的管理、组织与协调成为突出的矛盾，迫切需要从各个方面加强设计子过程的协同。因此，作为敏捷制造、并行工程、网络化制造的基本支持技术，协同设计己经成为制造业信息化领域中的研究热点和前沿技术。
协同设计是计算机支持的协同工作与先进制造技术相结合对产品设计过程进行有效支持的研究领域，它包含了行为学、社会学、技术等多方面的研究问题。近些年，发达国家纷纷制订了基于网络的先进制造技术发展战略，旨在建立共享、集成、协作的产品开发模式，进一步缩短产品开发周期，提高产品质量，从而在激烈的市场竞争中获胜。例如，美国提出敏捷制造(AgileManufacturing)战略，旨在利用信息高速公路及动态联盟的组织形式，将分散的企业有效地组织起来，加速新产品的设计开发和制造；日本提出智能制造系统IMS(Intelligent Manufacturing System)研究计划，目标是开发出能使人和智能设备都不受生产操作和国界限制、彼此合作的高技术生产系统；德国提出生产2000(Production 2000)战略计划，研究重点包括利用信息和通讯技术，促使制造业的现代化、全球化和企业之间的协同，并大力开展相关的标准化问题研究。在这些先进制造技术发展战略中，产品协同设计作为一种重要的支持技术，己经引起各国研究机构和企业界的广泛重视。而作为协同设计重要的支撑技术，工作流成为研究最为活跃的技术。
工作流是产品协同设计的引擎，它反映协同设计业务流程计算机化的模型，是协同人员之间按照某种预设好的规则传递设计文档、设计信息或设计任务的过程在计算机支持下执行的全自动化或半自动化。工作流技术提供以设计流程为中心的开发环境，它通过统一协调地利用大量分布在不同地域的信息、计算机和各种应用软件等资源，及时进行阶段性成果的预发布及评审信息反馈，实现上下游活动的协同并行。工作流通过将协同设计过程的信息流和资源流物化，能够较好地描述复杂产品协同设计过程的阶段性、并行性、层次性，对设计过程的反复性、迭代性也能起到一定的支撑作用。
如广泛使用的BPMN规范定义了建立业务流程操作的图形模式—业务流程图BPD(Business Process Diagram)，其主要是依据流程图编制法的技术。BPD由一系列的图形元素组成，这些元素能够非常容易用于业务流程图的开发，因为它们对于大多数业务分析员来说是非常熟悉的。这些元素通过使用不同的形状来区分它们彼此。例如，实体由矩形表示，判断由菱形表示。另外，BPMN开发的一个目的就是建立一个简单的业务流程建模机制，同时它又能处理本身复杂的业务流程。为了能够同时处理这两种看似矛盾的需求，BPMN将这些图像元素进行了分类。它提供了一个很小的图形元素分类集，使得阅读者很容易就能意识到图形元素的基本类型，从而准确理解流程图。BPMN通过对基本分类加入一些额外的信息，使得简洁的BPD也能支持本身复杂的业务流程。
工作流技术尽管在协同设计方面使用非常广泛，但是其并不适合复杂产品创新性设计过程。根本原因在于创新性设计过程没有固定的流程可以遵循，其反复迭代过程更是难以描述。需要采用新的方法和技术对创新性设计任务进行描述和驱动，以提升创新性设计任务的效率。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：
一种基于数据驱动的协同设计方法，该方法的步骤包括
S1、构建协同模型协议；所述协同模型协议包括协同模型鉴别表、数据交互表、维度表和数据类型表；
S2、建立基于软总线的数据驱动架构；
所述步骤S2包括
S21、构建用于存储协同设计任务数据交互关系以及数据的数据池；
S22、构建具有数据回调机制的提供公共服务的协同设计软总线。
优选的，所述数据池的构建步骤包括
将协同模型协议CMA以数据的形式存入池中；
将协同设计过程中所产生的各类数据，按照相应的组织关系存入数据池中。
优选的，所述构建协同设计软总线的步骤包括
S221、构建协同设计项目管理服务，为创建/销毁协同设计项目、项目初始化、任务注册和任务退出提供服务；
S222、构建协同设计数据声明管理服务，为发布数据、取消发布数据、订购数据和取消订购数据提供服务；
S223、构建协同设计数据对象管理服务，为注册数据实例、发现数据实例、更新数据和数据更新反射提供服务；
S224、构建协同设计数据分发管理服务，为提供服务；
S225、构建协同设计数据分析服务，为数据查询和数据分析提供服务；
S226、当数据更新时，即可触发回调函数，数据订购方会同时收到数据更新的通知，并查看更新的数据；所述数据更新包括发现数据实例和数据更新反射。
一种基于数据驱动的协同系统，该系统包括
初始化模块，在协同模型协议下，生成基于软总线的数据驱动架构；
数据描述模块，对任务之间的数据模型、数据文件和数值型数据的交互关系进行建模；
任务描述模块，用于对参与协同的任务进行描述；
组织结构管理模块，用于对参与协同设计的人员和角色权限进行管理和分配；
资源描述模块，用于对支撑协同设计任务的资源进行描述；
数据驱动模块，用于对数据的发布与更新，并将信息推送至相关任务环节。
优选的，该系统进一步包括任务配置模块，用于对任务的属性进行配置。
优选的，所述认为的属性包括任务的执行者、所需资源、其发布和订购的数据。
优选的，该系统进一步包括状态监控模块，用于对协同设计任务的整体执行状态信息进行监控；
优选的，该系统进一步包括任务控制模块，用于对控制所有参与协同设计的任务状态，给予相对应的任务环节发送暂停、结束和继续控制命令；
优选的，该系统进一步包括数据展示模块，用于展示数据当前最新状态、历史记录，以及相应变更的具体情况。
本发明的有益效果如下：
本发明所述技术方案针对复杂产品创新性设计过程中，流程不固定，迭代反复过程频繁等问题，本专利提出一种基于数据驱动的协同设计方法，该方法针对不同任务的输入输出数据(模型、文件和数值型数据)的多样性与复杂性，实现数据的统一描述，解决协同设计过程中数据模型的一致性问题。在此基础上，本方案实现不同任务之间基于同一数据模型的使用与操作，真正解决协同设计过程中的任务并行问题，提高协同设计的效率与效果。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明；
图1示出本发明所述一种基于数据驱动的协同系统的示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明公开了一种基于数据驱动的协同设计方法，该方法针对工作流对复杂产品创新性设计过程支撑方面的不足，提出了一种弱化设计流程，建立中立的任务数据描述模型的思路。
本方案所述基于数据驱动的协同设计方法主要包含两部分内容：协同模型协议(Collaborative Model Agreement,CMA)和基于软总线的数据驱动方法。
(1)协同模型协议(CMA)
协同协议模型主要包括协同设计任务的所有文档、模型、数值等数据，及数据的属性说明，它建立了任务间实现互操作所必须遵守的协议，任务内部的交互关系不需要遵守CMA协议。协同模型协议是协同设计数据交互的顶层描述，不针对某项具体任务。当任务增加或减少时，只要数据交互关系不变，则协同模型协议无需更改，具有较好的扩展性。
协同模型协议主要由协同模型鉴别表、数据交互表、维度表和数据类型表组成。
1)协同模型鉴别表
设计协同模型协议的关键目标之一在于可重用性。协同模型鉴别表提供用于确定该协议可重用性潜力的信息。协同模型鉴别表的格式如表1所示。
表1协同模型鉴别表
| 类别 | 信息 | 类别 | 信息 |
| Name | <name> | POC | <poc> |
| Version | <version> | POC Organization | <poc organization> |
| Modification Date | <date> | POC Telephone | <poc telephone> |
| Purpose | <purpose> | POC Email | <poc email> |
| Application Domain | <application domain> | References | <references> |
| Sponsor | <sponsor> | Other | <other> |
表中除了References项和Other项，其它项都应该填写。如果某些行没有合适的信息，应填入“NA”。表中各类别含义如下：
Name：协同模型名称；
Version：协同模型版本；
Modification Date：协同模型被创建或修改的最新日期。修改的日期应采用格式“YYYY-MM-DD”；
Purpose：建立协同模型的目的；
Application Domain：协同模型使用的领域；
Sponsor：资助机构；
POC：联系人；
POC Organization：联系人组织；
POC Telephone：联系人电话；
POC Email：联系人电子邮箱。
2)数据交互表
数据交互表是协同模型协议的核心表，主要描述了不同任务之间的交互数据及其属性。这些属性对应于数据的状态，状态的值可以随时间变化。数据交互表的格式如表2所示：
表2数据交互表
表中各数据项的含义如下：
Interaction Object：交互数据。在表中，交互数据标识必须唯一；
Attribute：交互数据属性。每个交互数据有四个属性：<value>、<modifier>、<time>和<note>。value表示交互数据的值，modifier表示数据产生者，time表示数据产生时间，note表示数据的说明；
Datatype：指定属性的数据类型。来源于数据类型表；
Available Dimension：记录属性与维集合的联系，来源于维度表；
Update Type：数据更新类型，主要有Static、Periodic和Condition三种类型。Static表示初始化时更新，Periodic表示以固定时间周期更新属性，Condition表示当满足指定的条件时更新属性；
Update Condition：数据更新条件。与更新类型相关，当更新类型为Periodic时，需要指定更新的周期；如果更新类型为Condition，则需要指定更新的条件；如果更新类型为Static，则更新条件为“NA”；
P/S：数据的发布与订购属性。P表示可以发布；S表示可以订购；PS表示既可以发布，也可以订购；N表示既不能发布，也不能订购。
3)维度表
维度表是数据订购与发布的基础。当数据更新类型为Periodic时，为了减少传输的数据量，可以使用维度表来规定数据的上下限。在范围内的数据才会被更新，否则，数据不会被更新。维度表的格式如表3所示：
表3维度表
| Name | Datatype | Dimension Upper Bound | Normalization Function |
| <dimension> | <type> | <bound> | <normalization function> |
| <dimension> | <type> | <bound> | <normalization function> |
| <dimension> | <type> | <bound> | <normalization function> |
表中各数据项的含义如下：
Name:维的名称，必须是唯一的；
Datatype：维的数据类型；
Dimension Upper Bound：维上界，为正整数；
Normalization Function：标准化函数。对于定义的每个维度，标准化函数的作用就是边界映射到[0,维上界]中。
4)数据类型表
数据类型表用来描述数据交互表和维度表中的可能指定的数据类型的。数据表的格式如下：
表4数据类型表
(2)基于软总线的数据驱动
“软总线”思想是受计算机系统硬件总线体系结构的启发提出的。软总线是定义一个标准的接口，只要软件模块(Modules)的接口符合总线标准，不管它们有何种内部私有属性，都能够“插到”总线上与其它模块协同工作。基于软总线的数据驱动架构如图1所示
所述基于软总线的数据驱动架构包括两个核心模块：数据池和协同设计软总线。
1)数据池
数据池是协同设计任务数据交互关系以及数据的存储池。首先，CMA模型会以数据的形式存入池中，包括交互关系、维度、数据类型等。另外，协同设计过程中所产生的各类数据，也会按照一定的组织关系存入数据池中。
2)协同设计软总线
协同设计软总线提供一系列公共服务，支撑任务之间的协同互操作。公共服务主要包括：
①协同设计项目管理服务：主要提供创建、销毁协同设计项目、项目初始化、任务注册、任务退出等服务；
②协同设计数据声明管理服务：主要提供发布数据、取消发布数据、订购数据、取消订购数据等服务；
③协同设计数据对象管理服务：主要提供注册数据实例、发现数据实例(回调)、更新数据、数据更新反射(回调)等服务；
④协同设计数据分发管理服务：主要提供创建数据区域、取消数据区域等服务。数据分发管理服务主要与数据维度相关，当需要创建维度时，可以调用数据分发管理服务；
⑤协同设计数据分析服务：主要提供数据查询、数据分析等服务。
协同设计软总线的核心是建立数据回调机制，当数据更新时，会触发回调函数，数据订购方会同时收到数据更新的通知，并查看更新的数据，以此提升协同设计的并行度与效率。
下面通过一组实施例对本发明做进一步说明：
基于数据驱动的协同设计方法的实施过程由十个模块共同完成，初始化模块、数据描述模块、任务描述模块、组织机构管理模块、资源描述模块、任务配置模块、数据驱动模块、状态监控模块、任务控制模块、数据展示模块。初始化模块负责协同设计整体框架的生成等功能。数据描述模块负责任务之间的数据(模型、文件和数值型数据)交互关系建模。任务描述模块主要负责参与协同的任务的描述。组织机构管理模块主要负责参与协同设计的人员的管理、角色权限的分配。资源描述模块负责描述支撑协同设计任务的资源，包括工具、软件等。任务配置模块负责对任务的属性进行配置，包括任务的执行者、所需资源、其发布和订购的数据等。数据驱动模块负责数据的发布与更新，并将信息推送至相关任务环节。状态监控模块负责监控协同设计任务的整体执行状态信息。任务控制模块主要负责控制所有参与协同设计的任务状态，给所有任务环节发送暂停、结束、继续等控制命令。数据展示模块负责数据的直观化展示，不仅展示当前最新状态，还能够展示数据的历史记录，以及相应变更的具体情况。基于数据驱动的协同设计方法的具体实施过程如下：
(1)启动初始化模块
启动初始化模块，生成基于数据驱动的协同设计整体框架，在此基础上，使用其他模块功能。
(2)启动组织机构管理模块
对参与协同设计过程的相关组织机构、人员、角色、权限进行描述，权限与角色相关，角色是人员的属性。组织机构管理模块的使用者是系统管理员。
(3)启动数据描述模块
对协同设计任务之间的数据交互关系进行建模，主要描述任务之间的输入输出关系，包含文档、模型、数值等，描述的形式按照协同模型协议(CMA)，最终形成任务协同模型。该模型为顶层描述模型，描述的是任务之间的关系，任务内部的交互关系不需要描述。
(4)启动任务描述模块
对参与协同设计的任务进行描述，明确协同设计的任务范围。主要描述协同设计过程包含多少个任务环节，每个环节内部的子项任务，使得每项任务成为可以操作、可以考量的具体事项。
(5)启动资源描述模块
对协同设计任务所需的资源进行描述。主要包括软件资源、工具资源等。描述的信息包括软件、工具的名称、路径、版本号以及其它附属信息。
(6)启动任务配置模块
对参与协同设计的任务进行配置。配置的信息包括开始时间、结束时间、执行者、所需资源、订购/发布的数据等，其中，配置的资源信息来自于资源描述模块，订购/发布的数据来自数据描述模块。
(7)启动任务控制模块
在上述模块的任务完成之后，可以启动任务控制模块。任务控制模块主要负责发送控制命令，如开始、暂停、结束、继续。当发送开始命令后，各任务环节执行者可以收到任务的信息，并且，通过数据驱动模块的，任务执行者可以发布任务数据和查看订购数据。当任务控制模块发送暂停命令后，任务执行者将不能发布数据，但是可以查看数据。
(8)启动数据驱动模块
当任务控制模块发送开始的命令后，数据驱动模块就会自动启动。当数据出现更新或者任务完成后，数据驱动模块会将数据信息和状态信息通过总线机制发送给相关数据订购方。数据驱动模块还负责管理数据的存储以及历史记录的管理。
(9)启动状态监控模块
在任务执行过程中，可以启动状态监控模块，查看任务的执行状态和具体信息，状态主要包括未开展，已完成、正在执行、暂停等。
(10)启动数据展示模块
任务执行者在任务的执行过程中，通过启动数据展示模块，以直观的方式可以查看最新的数据和数据的历史更迭记录。
综上所述，本发明所述技术方案能够有效解决复杂产品创新性设计过程中的流程难以描述、任务迭代逻辑复杂等问题，实现以数据为核心的任务驱动，提升复杂产品创新性协同设计的效率和效果。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (9)
1.一种基于数据驱动的协同设计方法，其特征在于，该方法的步骤包括
S1、构建协同模型协议；所述协同模型协议包括协同模型鉴别表、数据交互表、维度表和数据类型表；
S2、建立基于软总线的数据驱动架构；
所述步骤S2包括
S21、构建用于存储协同设计任务数据交互关系以及数据的数据池；
S22、构建具有数据回调机制的提供公共服务的协同设计软总线。
2.根据权利要求1所述的协同设计方法，其特征在于，所述数据池的构建步骤包括
将协同模型协议CMA以数据的形式存入池中；
将协同设计过程中所产生的各类数据，按照相应的组织关系存入数据池中。
3.根据权利要求1所述的协同设计方法，其特征在于，所述构建协同设计软总线的步骤包括
S221、构建协同设计项目管理服务，为创建/销毁协同设计项目、项目初始化、任务注册和任务退出提供服务；
S222、构建协同设计数据声明管理服务，为发布数据、取消发布数据、订购数据和取消订购数据提供服务；
S223、构建协同设计数据对象管理服务，为注册数据实例、发现数据实例、更新数据和数据更新反射提供服务；
S224、构建协同设计数据分发管理服务，为提供服务；
S225、构建协同设计数据分析服务，为数据查询和数据分析提供服务；
S226、当数据更新时，即可触发回调函数，数据订购方会同时收到数据更新的通知，并查看更新的数据；所述数据更新包括发现数据实例和数据更新反射。
4.一种基于数据驱动的协同系统，其特征在于，该系统包括
初始化模块，在协同模型协议下，生成基于软总线的数据驱动架构；
数据描述模块，对任务之间的数据模型、数据文件和数值型数据的交互关系进行建模；
任务描述模块，用于对参与协同的任务进行描述；
组织结构管理模块，用于对参与协同设计的人员和角色权限进行管理和分配；
资源描述模块，用于对支撑协同设计任务的资源进行描述；
数据驱动模块，用于对数据的发布与更新，并将信息推送至相关任务环节。
5.根据权利要求4所述的协同系统，其特征在于，该系统进一步包括任务配置模块，用于对任务的属性进行配置。
6.根据权利要求5所述的协同系统，其特征在于，所述认为的属性包括任务的执行者、所需资源、其发布和订购的数据。
7.根据权利要求4所述的协同系统，其特征在于，该系统进一步包括状态监控模块，用于对协同设计任务的整体执行状态信息进行监控。
8.根据权利要求4所述的协同系统，其特征在于，该系统进一步包括任务控制模块，用于对控制所有参与协同设计的任务状态，给予相对应的任务环节发送暂停、结束和继续控制命令。
9.根据权利要求4所述的协同系统，其特征在于，该系统进一步包括数据展示模块，用于展示数据当前最新状态、历史记录，以及相应变更的具体情况。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20170721 |