CN114816341A - 一种产品全生命周期模型构建方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种产品全生命周期模型构建方法及系统，包括：从数据库获取元元模型；基于元元模型组合创建面向需求模型的元模型；基于元模型组合创建产品结构化需求模型；对产品结构化需求模型基于元模型、元元模型的属性、关系特征在设计需求实例库寻找相关实例；通过领域匹配度计算，判断是否与需求模型相匹配，若是，将该实例纳入待推送的需求实例集合；输出需求实例集合和需求清单；若否，进行新产品设计需求实例构建，直至与需求模型相匹配。满足高效的跨单位跨阶段跨层次的协同机制，支持复杂产品的系统级多尺度定义，实现设计全流程的可视化和可溯化，提高产品质量。

Description

一种产品全生命周期模型构建方法及系统

技术领域

本发明属于数字化设计技术领域，尤其涉及一种产品全生命周期模型构建方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

目前复杂产品全生命周期各阶段，一般采用静态模型的管理模式以及各阶段独立管理模式及方法。

现有中，目前负责产品全生命周期管理采用静态模型管理模式，主要依靠生命周期各阶段独立的系统平台独自管理的方式，产品整个生命周期内模型化程度不断提高，在生命周期中存在互通不畅、互用繁琐、协同困难的复杂关系，产品设计效率与质量难以快速提升，产品前期系统设计阶段仍缺乏基础理论与平台保障，存在以下问题：

针对产品前期设计的需求、功能、架构等表达，目前几乎均是基于文档层面交互。

产品全生命周期各阶段的模型缺少统一表达。还缺少高效的基于模型层面的跨单位跨阶段跨层次的协同机制。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种产品全生命周期模型构建方法，保证了产品全生命周期语义的一致性，满足高效的跨单位跨阶段跨层次的协同机制，支持复杂产品的系统级多尺度定义，实现设计全流程的可视化和可溯化，提高产品质量。

为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

第一方面，公开了一种产品全生命周期模型构建方法，包括：

从数据库获取元元模型；

基于元元模型组合创建面向需求模型的元模型；

基于元模型组合创建产品结构化需求模型；

对产品结构化需求模型基于元模型、元元模型的属性、关系特征在设计需求实例库寻找相关实例；

通过领域匹配度计算，判断是否与需求模型相匹配，若是，将该实例纳入待推送的需求实例集合；输出需求实例集合和需求清单；

若否，进行新产品设计需求实例构建，直至与需求模型相匹配。

作为进一步的技术方案，从数据库获取元元模型后，抽取名称、ID、描述、型号、质量、规格、数据库ID参数及其值形成初始元元模型定义。

作为进一步的技术方案，所述元元模型用于描述组件属性，是MDA组成中最小的粒度，元元模型关联属性特征。

作为进一步的技术方案，所述元元模型即为SysML中的元对象，其属性包括：名称、ID、描述、型号、质量、规格、数据库ID参数及其值，同时在元对象中定义其输入输出接口，便于元元模型的组装。

作为进一步的技术方案，所述元模型包括组件和其物理、行为、规则定义及相互关系；

优选的，所述元模型定义基于统一建模语言的组件及其之间的关系、约束和建模规则；

优选的，基于SysML建模语言定义元模型，利用TGG方法实现其他建模语言与元模型的映射关系。

作为进一步的技术方案，基于元模型中组件与关系，按照业务需求模板组织构建模型，支持单步或全过程、单件或集成的模型配置发布。

作为进一步的技术方案，通过数据库ID与元元模型进行关联，通过知识库ID与元模型进行关联，通过案例库ID与模型进行关联。

作为进一步的技术方案，基于SysML和元元模型的一致性输入输出接口组装元元模型，从而形成元模型定义，定义元元基于元模型中的item节点实现设计信息、数据、知识、案例的多视图表达和快速追溯；元模型定义时关联了相关知识。

作为进一步的技术方案，模型驱动架构(Model Driven Architecture,MDA)中模型与产品、过程、组织和资源间形成引用关系，在定义具体的产品、过程、组织、和资源实例中，能够实现MDA实例的建立和映射，实现支持产品全生命周期模型的一致化建模和协同管理。

第二方面，公开了一种产品全生命周期模型构建系统，基于应用于服务器实现，被配置为执行：

从数据库获取元元模型；

基于元元模型组合创建面向需求模型的元模型；

基于元模型组合创建产品结构化需求模型；

对产品结构化需求模型基于元模型、元元模型的属性、关系特征在设计需求实例库寻找相关实例；

通过领域匹配度计算，判断是否与需求模型相匹配，若是，将该实例纳入待推送的需求实例集合；输出需求实例集合和需求清单；

若否，进行新产品设计需求实例构建，直至与需求模型相匹配。

以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

本发明除了详细设计过程中参数化模型数据外，还包含需求模型、功能模型、产品模型、工程模型、制造模型、实做模型等六类模型，通过数字化手段实现需求定义、功能分解、工程分析、制造工艺分析等产品全生命周期管理。

本发明定义的模型提供开放接口，可以与其他模型集成，在接口定义完成后，可以根据需求进一步组合形成更大的模型。

本发明方法内建立数据库/知识库/案例库，存储大量数据资源、工艺知识和设计案例，通过模型实现多视图表达，大幅提升复杂产品设计效率，保证知识和案例的有序积累和快速查找。

本发明实现了产品全生命周期管理全过程的可视化、可追溯性，既提高了设计效率，又保证设计的质量，缩短了开发的周期，同时为企业的知识积累提供了条件。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例MDA四层模型架构示意图；

图2为本发明实施例四层模型定义示例图；

图3为本发明实施例支持产品全生命周期的六类模型图；

图4为本发明实施例各模型对产品全生命周期的支持作用示意图；

图5为本发明四层MDA中的模型同产品全生命周期模型之间的关联关系示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本公开技术方案产品全生命周期模型构建方法适用于复杂产品的模型构建，其中，复杂产品为使用高技术、采用复杂工艺、零部件数目庞大、产品结构层次较多、零部件与产品之间变化关系较多、同时具有高价值的产品，例如，飞机、车辆等产品的建模。

复杂产品在全生命周期研制过程中，各阶段统一定量描述和建模理论与技术待完善，系统综合集成度不高，跨学科、跨领域、跨阶段协作难，因此需要解决复杂产品全生命周期模型统一互联规范基础理论和协同方法等关键技术问题。

以下针对模型构建所涉及到的基本概念、构建过程进行说明。

实施例一

本实施例公开了一种产品全生命周期模型构建方法，包括：

建立MDA：该架构包含四个模型层次，如图1所示，其中，实例层(M0)由某具体对象的特定数据组成，实例是模型的实例化。模型层(M1)是为描述具体业务而抽象出的模板。元模型层(M2)是为了描述模型层而定义的一种“抽象语言”，是对模型层的进一步抽象；模型是元模型的继承。元元模型层(M3)是为了描述元模型而定义的一种“抽象语言”；元模型是元元模型的继承。此处列举四层模型的一个示例，如图2所示。

定义模型：面向不同需要的模型类型与体系的定义；提供面向产品全生命周期数字化设计建模所需的所有模型定义。模型通过BOM的形式表现，并关联了相关产品全生命周期的数据实例。

针对不同的生命阶段，需要不同形式、不同粒度、不同表示的模型。在复杂产品研制全生命周期中，构建需求模型、功能模型、产品模型、工程模型、制造模型、实做模型等六类模型驱动研制流程，如图3所示。打通产品研制全过程的数据链路，实现产品设计、集成验证、产品实现过程的模型化，逐步构建基于数字化、网络化、智能化的系统工程研制模式。解决全周期需求、设计、仿真、制造、总装、试验、运行等过程的数据跟踪与管理，支持全系统总体、分系统、单机等定义，满足全要素：标准、数据、流程、算法等存储，实现多维度如空间维度、时间维度、产保要素维度的业务视图。各模型对产品全生命周期的支持作用如图4所示。实现产品全面生命周期技术状态管控及在系统设计、产品设计、实作产品阶段的闭环验证。

定义元模型：元模型包括组件和其物理、行为、规则等定义及相互关系。从建模角度讲，元模型定义了基于统一建模语言的组件及其之间的关系、约束和建模规则。基于SysML建模语言定义元模型，利用TGG(Triple Graph Grammar)方法实现其他建模语言与元模型的映射关系。元模型定义时关联了相关知识。通过多个元模型间关系定义连接形成上述六大模型。

定义元元模型：元元模型描述了组件属性，是MDA组成中最小的粒度。元元模型关联了属性特征，包括名称、材料、重量、载荷、部门等等。

通过四层模型的组织，将产品全面生命周期的各类数据、知识和实例能够有效地组织起来，并满足系统细粒度协同的要求。

四层MDA中的模型同产品全生命周期模型之间的关联关系定义如图5所示，其中MDA中模型与产品、过程、组织和资源间形成引用关系，在定义具体的产品、过程、组织和资源实例后，基于MDA实例与产品、过程、组织和资源实例的ID(标识符)之间的数据关联关系，实现MDA实例的建立和映射，能够实现支持产品全生命周期模型的一致化建模和协同管理。

产品全生命周期模型包括需求模型、功能模型、产品模型、工程模型、制造模型、实做模型等六类模型，可以归纳为产品、组织、资源、过程四部分，每一部分中都是MBD模型的表示，如图5所示，该模型根据MDA中的引用多个元模型id组织起来。

具体实施例中，支持协同的复杂产品全生命周期模型管理方法可以满足对于需求模型的设计实例匹配和设计方案推送，包括以下步骤：

步骤S1：从数据库获取元元模型，抽取名称(d_name)、ID(d_id)、描述(d_description)、型号(d_type)、质量(d_quality)、规格(d_{specification})、数据库ID(data_id)等参数及其值形成初始元元模型定义(schema_i)，即；schema_i＝{d_name,d_id,d_description,d_type,d_quality,d_{specification},data_id}；

步骤S2：基于元元模型组合创建面向需求模型的元模型S_j＝{schema₁,schema₂,…,schema_i}；

步骤S3：基于元模型组合创建产品结构化需求模型；R＝{S₁,S₂,…,S_j}

步骤S4：对产品结构化需求模型基于元模型、元元模型的属性、关系特征在设计需求实例库寻找相关实例；

步骤S5：通过领域匹配度mea计算，即

其中

是客户需求定义，Δd_name、Δd_id、Δd_description、Δd_type、Δd_quality、Δd_{specification}、Δdata_id分别为MDA中元元模型定义与客户需求定义的偏差值，判断是否与需求模型相匹配；

步骤S6：若是，将该实例纳入待推送的需求实例集合；

步骤S61：输出需求实例集合和需求清单；

步骤S7：若否，利用专家知识进行新产品设计需求实例构建；

步骤S71：组织进行设计需求实例评审；

步骤S72：评审通过，返回到匹配度计算，执行步骤S6、步骤S61；

步骤S73：评审不通过，返回步骤S7，重新构建设计需求实例。

推进了产品全生命周期从概念阶段开始的结构、数字化、一致化定义，提高了产品数字化率和设计效率。

本公开技术方案可以实现产品全生命周期需求模型的定义，基于MDA中元元模型、元模型和模型之间的id引用关系可以实现模型数据的追溯，支持多类型、细粒度模型的定义，通过添加或裁剪id引用关系实现快速高效的多视图配置，保证了产品全生命周期语义的一致性，满足高效的跨单位跨阶段跨层次的协同机制，支持复杂产品的系统级多尺度定义，实现设计全流程的可视化和可溯化，提高产品质量。

本公开技术方案从模型驱动的角度出发，对面向复杂产品系统设计的建模语言进行分析，运用模型表达与构建技术，研发支持统一模型管理、模型数据特征关联匹配、智能检索查询等功能的软件构件和使能工具集；复杂产品全生命周期各阶段的知识库/数据库/案例库；支持设计、分析、制造规划和维护服务等各环节的复杂产品全生命周期模型管理原型系统。

实施例二

本实施例的目的是提供一种计算机装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法的步骤。

实施例三

本实施例的目的是提供一种计算机可读存储介质。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时执行上述方法的步骤。

实施例四

本实施例的目的是提供本发明的第二个方面提供一种支持协同的复杂产品全生命周期模型管理系统，基于应用于服务器实现，包括：

模型定义模块：针对复杂产品全生命周期管理要求，基于元模型中组件与关系，按照业务需求模板组织构建需求模型、功能模型、产品模型、工程模型、制造模型、实做模型等六类模型，支持单步或全过程、单件或集成的模型配置发布，满足产品设计、集成验证、产品实现过程的模型化要求；

数据库、知识库、案例库模块：用于产品管理的系统平台所有零部件库、各种标准文档、构件、数据库、知识库、案例库、链接其他平台模块程序等。数据库：包含复杂产品设计数据、仿真数据、制造数据、测试数据等4类研制数据，通过数据库ID与元元模型进行关联；知识库：包含复杂产品全生命周期的需求模型、功能模型、产品模型、工程模型、制造模型、实做模型等6类模型知识，通过知识库ID与元模型进行关联；案例库：包含设计缺陷案例、产品质量案例、工艺缺陷案例、装配质量案例等4类，通过案例库ID与模型进行关联。

元模型定义模块：基于SysML和元元模型的一致性输入输出接口组装元元模型，从而形成元模型定义。定义元元基于元模型中的item节点实现设计信息、数据、知识、案例的多视图表达和快速追溯；元模型定义时关联了相关知识。

元元模型定义模块：元元模型即为SysML中的元对象，其属性包括：名称、ID、描述、型号、质量、规格、数据库ID等参数及其值，同时在元对象中定义其输入输出接口，便于元元模型的组装。基于数据库ID实现数据库与元元模型的关联。

基于以上模块实现MDA，实现满足产品全生命周期的六大模型的可视化，实现设计信息、数据、知识、案例的多视图表达和快速追溯。

本实施例以该方法及系统应用于服务器进行举例说明，可以理解的是，该方法也可以应用于终端，还可以应用于包括终端和服务器和系统，并通过终端和服务器的交互实现。服务器可以是独立的物理服务器，也可以是多个物理服务器构成的服务器集群或者分布式系统，还可以是提供云服务、云数据库、云计算、云函数、云存储、网络服务器、云通信、中间件服务、域名服务、安全服务CDN、以及大数据和人工智能平台等基础云计算服务的云服务器。终端可以是智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式计算机、等，但并不局限于此。终端以及服务器可以通过有线或无线通信方式进行直接或间接地连接，本申请在此不做限制。

以上实施例二、三和四的装置中涉及的各步骤与方法实施例一相对应，具体实施方式可参见实施例一的相关说明部分。术语“计算机可读存储介质”应该理解为包括一个或多个指令集的单个介质或多个介质；还应当被理解为包括任何介质，所述任何介质能够存储、编码或承载用于由处理器执行的指令集并使处理器执行本发明中的任一方法。

本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种产品全生命周期模型构建方法，其特征是，包括：

从数据库获取元元模型；

基于元元模型组合创建面向需求模型的元模型；

基于元模型组合创建产品结构化需求模型；

对产品结构化需求模型基于元模型、元元模型的属性、关系特征在设计需求实例库寻找相关实例；

通过领域匹配度计算，判断是否与需求模型相匹配，若是，将该实例纳入待推送的需求实例集合；输出需求实例集合和需求清单；

若否，进行新产品设计需求实例构建，直至与需求模型相匹配。

2.如权利要求1所述的一种产品全生命周期模型构建方法，其特征是，从数据库获取元元模型后，抽取名称、ID、描述、型号、质量、规格、数据库ID参数及其值形成初始元元模型定义；

优选的，所述元元模型用于描述组件属性，是MDA组成中最小的粒度，元元模型关联属性特征；

优选的，所述元元模型即为SysML中的元对象，其属性包括：名称、ID、描述、型号、质量、规格、数据库ID参数及其值，同时在元对象中定义其输入输出接口，便于元元模型的组装。

3.如权利要求1所述的一种产品全生命周期模型构建方法，其特征是，所述元模型包括组件和其物理、行为、规则定义及相互关系；

优选的，所述元模型定义基于统一建模语言的组件及其之间的关系、约束和建模规则；

优选的，基于SysML建模语言定义元模型，利用TGG方法实现其他建模语言与元模型的映射关系。

4.如权利要求1所述的一种产品全生命周期模型构建方法，其特征是，基于元模型中组件与关系，按照业务需求模板组织构建模型，支持单步或全过程、单件或集成的模型配置发布。

5.如权利要求1所述的一种产品全生命周期模型构建方法，其特征是，通过数据库ID与元元模型进行关联，通过知识库ID与元模型进行关联，通过案例库ID与模型进行关联。

6.如权利要求1所述的一种产品全生命周期模型构建方法，其特征是，基于SysML和元元模型的一致性输入输出接口组装元元模型，从而形成元模型定义，定义元元基于元模型中的item节点实现设计信息、数据、知识、案例的多视图表达和快速追溯；元模型定义时关联了相关知识。

7.如权利要求1所述的一种产品全生命周期模型构建方法，其特征是，MDA中模型与产品、过程、组织和资源间形成引用关系，在定义具体的产品、过程、组织、和资源实例中，能够实现MDA实例的建立和映射，实现支持产品全生命周期模型的一致化建模和协同管理。

8.一种产品全生命周期模型构建系统，基于应用于服务器实现，其特征是，被配置为执行：

从数据库获取元元模型；

基于元元模型组合创建面向需求模型的元模型；

基于元模型组合创建产品结构化需求模型；

对产品结构化需求模型基于元模型、元元模型的属性、关系特征在设计需求实例库寻找相关实例；

通过领域匹配度计算，判断是否与需求模型相匹配，若是，将该实例纳入待推送的需求实例集合；输出需求实例集合和需求清单；

若否，进行新产品设计需求实例构建，直至与需求模型相匹配。

9.一种计算机装置,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征是，所述处理器执行所述程序时实现上述权利要求1-7任一所述的方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征是，该程序被处理器执行时执行上述权利要求1-7任一所述的方法的步骤。

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