【文章內(nèi)容簡介】 數(shù)據(jù)協(xié)同是過程協(xié)同的基礎(chǔ)。 在過程 協(xié)同的研究方面，過程建模、優(yōu)化和控制一直以來都吸引著眾多研究者的關(guān)注，過程模型也是過程協(xié)同實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵所在。在此方向上不同應(yīng)用領(lǐng)域的國內(nèi)外學(xué)者提出了眾多的研究方法，因?yàn)閷W(xué)說之繁雜，致使有人專門來研究如何對這些學(xué)說進(jìn)行整理。 Robert P Smith 等人在研究眾多過程模型的基礎(chǔ)上將其分為序列規(guī)劃模型、分解模型、隨機(jī)交貨期模型、設(shè)計(jì)反饋模型和并行模型五類。 過程建模是進(jìn)行過程優(yōu)化和控制的基礎(chǔ)，也是進(jìn)行過程協(xié)同的基礎(chǔ)。過程建模方法從模型建立的形式上看，可以分為三類：第一類為基于語言的方法，如ULYSSES 框架用 Script 語言來描述設(shè)計(jì)任務(wù)；第二類為基于圖形的方法，其中包括了有向圖、網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃和 Petri Net 等方法；第三類為基于知識的方法，如Minerrs 采用了基于知識的設(shè)計(jì)流描述和管理開發(fā)過程。但是，這些模型和工具并未能很好地滿足用戶的客觀需求，因而，未能在工業(yè)界得到普遍認(rèn)可和應(yīng)用，過程建模方法仍然值得深入研究。 過程優(yōu)化分析是對過程進(jìn)行重組以實(shí)現(xiàn)過程的優(yōu)化。 Steward 提出用設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣對具有回路信息要求的眾多變量進(jìn)行排序，并給出了找出耦合集合打破循環(huán)的方法； Eppinger 等人發(fā)展了 Steward 的設(shè)計(jì)結(jié) 構(gòu)系統(tǒng)，他們提出的算法考慮了工程的技術(shù)結(jié)構(gòu)，不僅能將任務(wù)重新排序，而且能將某些任務(wù)簡化或分解成小的子任務(wù)，避免了設(shè)計(jì)的瓶頸； Kusiak 采用矩陣分析方法，通過將設(shè)計(jì)過程分解，對設(shè)計(jì)活動(dòng)運(yùn)用聚類（ Cluster Identification）算法和分支定界（ Branch and Bound）算法使任務(wù)子集之間具有最小的依賴關(guān)系以提高過程的并發(fā)性。上述算法的缺陷是在任務(wù)數(shù)量較多時(shí)，復(fù)雜性迅速增加。由于產(chǎn)品開發(fā)過程的復(fù)雜性，上述分析方法需要對產(chǎn)品開發(fā)過程進(jìn)行了一定程度的簡化，因而與實(shí)際的情況有相當(dāng)?shù)牟罹?。采用仿?的方法可以考慮更多因素的影響，但是，仿真方法目前廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)過程建模與優(yōu)化，相對說來，對產(chǎn)品開發(fā)過程的仿真研究尚不多見。 基于過程模型的產(chǎn)品開發(fā)過程真正開始后，任務(wù)調(diào)度和資源分配是保證開發(fā)過程有序進(jìn)行的關(guān)鍵。已有大量文獻(xiàn)研究了如何依據(jù)過程模型，在資源約束條件下將任務(wù)事先分配給開發(fā)人員，即任務(wù)的靜態(tài)調(diào)度。但是產(chǎn)品開發(fā)過程具有不確定性和多樣性，因而靜態(tài)調(diào)度并不能滿足實(shí)際需要。 Lokesh Gupta 和 Charles Petrie分別提出了基于約束的調(diào)度方法，主要解決在產(chǎn)品開發(fā)活動(dòng)發(fā)生變化后如何調(diào)度的問題。 1 緒論 6 為 了加快產(chǎn)品開發(fā)過程，工作流技術(shù)被用來驅(qū)動(dòng)整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)過程的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)過程的自動(dòng)化。工作流管理一直是企業(yè)界和學(xué)術(shù)界關(guān)注的熱點(diǎn)領(lǐng)域， 1993 年，國際上專門成立了工作流管理聯(lián)盟（ WFMC），按 WFMC 的定義，工作流是一類能夠完全或者部分自動(dòng)執(zhí)行的經(jīng)營過程，根據(jù)一系列過程規(guī)則，文檔、信息或任務(wù)能夠在不同執(zhí)行者之間傳遞、執(zhí)行。目前國際上有較大影響的工作流系統(tǒng)包括美國佐治亞大學(xué)研制的 Meteor 系統(tǒng)、美國普度大學(xué)開發(fā)的CORBAflow 系統(tǒng)、土耳其中東大學(xué)開發(fā)的 METUFlow 系統(tǒng)等。 當(dāng)前，在知識經(jīng)濟(jì)和網(wǎng)絡(luò)經(jīng) 濟(jì)時(shí)代的大背景下，工作流技術(shù)發(fā)生了深刻的變化，其作用已不再是簡單地在使用者之間傳遞任務(wù)與數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)商業(yè)流程自動(dòng)化，而是能夠有效管理商業(yè)規(guī)則知識庫，在商業(yè)邏輯發(fā)生變化的時(shí)候不需要重寫應(yīng)用過程，而且能夠聚合、裂變和優(yōu)化過程知識。工作流技術(shù)作為計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作的一種重要使能技術(shù)，在支持協(xié)同產(chǎn)品開發(fā)中扮演著重要角色。但是，產(chǎn)品開發(fā)過程具有的不確定性和創(chuàng)造性的特點(diǎn)給工作流技術(shù)帶來了挑戰(zhàn)。目前的工作流適合于那些過程可以事先明確定義，執(zhí)行時(shí)只需要簡單實(shí)例化的場合。將工作流技術(shù)運(yùn)用到產(chǎn)品開發(fā)過程時(shí)必須解決如何增強(qiáng)工作流 的適應(yīng)性的問題。目前的工作流技術(shù)在支持復(fù)雜產(chǎn)品開發(fā)過程方面還存在以下不足： 1) 工作流模型只能描述如辦公自動(dòng)化中電子郵件或文檔等簡單的工作流，而不能描述工程設(shè)計(jì)等復(fù)雜過程處理。 2) 不能提供很好的互操作性。例如，在異構(gòu)環(huán)境中， IBM 的 FlowMark 不提供 API 接口以支持一個(gè)工作流的輸出，作為下一個(gè)工作流的輸入。 3) 大多數(shù)現(xiàn)有工作流應(yīng)用系統(tǒng)只是作為設(shè)計(jì)一種協(xié)作工具，適用于小群體之間業(yè)務(wù)的工作流，在體系結(jié)構(gòu)上存在缺陷，缺乏可伸縮性。 4) 大多數(shù)現(xiàn)有工作流軟件只適合于小團(tuán)體和輕負(fù)載，缺乏有效的后備機(jī)制，不具備強(qiáng)的故障恢復(fù)能力 ，達(dá)不到復(fù)雜環(huán)境下的應(yīng)用要求。 課題來源及研究目的與意義 課題來源 課題 來源 為 國家 863 計(jì)劃先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域目標(biāo)導(dǎo)向課題（ 2020AA04Z1B1） 課題目的 網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同設(shè)計(jì)制造是未來的趨勢，對企業(yè)快速開發(fā)產(chǎn)品，搶占市場有著舉足重輕的作用，但業(yè)務(wù)流程的再造也是很重要的環(huán)節(jié)，本文主要針對網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同設(shè)計(jì)過程的業(yè)務(wù)流程進(jìn)行建模，并給出了軟件的技術(shù)架構(gòu)的解決方案，以滿足企業(yè) 快速響應(yīng)市場機(jī)遇，迅速組織人力、物力資源，開發(fā)出質(zhì)量優(yōu)、成本低的新產(chǎn)品，贏得市場競爭 。 1 緒論 7 課題意義 目 前 ,我國眾多機(jī)械制造企業(yè)中 ,大型企業(yè)約占 2%,中小企業(yè)約占 98%。大多數(shù)中小企業(yè)是大型企業(yè)的零部件供應(yīng)商 ,在設(shè)計(jì)過程中都需要與供應(yīng)鏈的上游主機(jī)廠發(fā)生連接 ,進(jìn)行協(xié)同。新產(chǎn)品立項(xiàng)以后 ,整機(jī)廠首先進(jìn)行項(xiàng)目階段規(guī)劃 ,編制具體的項(xiàng)目計(jì)劃 ,然后發(fā)布項(xiàng)目任務(wù) ,并向配套廠提供與設(shè)計(jì)相關(guān)的技術(shù)文檔 ,要求其參照執(zhí)行。此間 ,就涉及到了大量的項(xiàng)目協(xié)同、技術(shù)協(xié)同、資源協(xié)同需求?；诨ヂ?lián)網(wǎng)的“企業(yè)間網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同設(shè)計(jì)與管理平臺” (以下簡稱協(xié)同平臺 )采用ASP 應(yīng)用服務(wù)提供商的模式向平臺用戶提供服務(wù)。整機(jī)企業(yè)利用網(wǎng)絡(luò)平臺與配套企業(yè)進(jìn)行項(xiàng)目的異 地協(xié)同 ,技術(shù)溝通和資源共享 ,有效縮短開發(fā)周期 ,降低開發(fā)成本 ,提高產(chǎn)品的市場競爭力。 章節(jié)安排 全文 共分為四個(gè)章節(jié)，每部分的內(nèi)容如下： 第一章 介紹了本文的研究背景，指出技術(shù)進(jìn)步和外部環(huán)境的變化必然導(dǎo)致新方法、新理論、新技術(shù)的產(chǎn)生。在分析現(xiàn)代產(chǎn)品開發(fā)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，從過程協(xié)同和數(shù)據(jù)協(xié)同兩個(gè)層次對協(xié)同產(chǎn)品開發(fā)的相關(guān)研究進(jìn)行了系統(tǒng)的綜述?；仡?、分析了當(dāng)前相關(guān)領(lǐng)域的研究狀況，明確本文的研究重點(diǎn)和主要內(nèi)容。 第二章結(jié)合一般企業(yè)間的實(shí)際協(xié)同業(yè)務(wù)流程建立了面向主機(jī)廠的協(xié)同設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)建模。詳細(xì)的描述了主機(jī)廠在網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同 設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)中怎么開展業(yè)務(wù)，在協(xié)同項(xiàng)目創(chuàng)建后如何選擇自己的供應(yīng)商和零部件廠商，如何通過協(xié)同設(shè)計(jì)平臺很好地組織零部件廠商進(jìn)行協(xié)同項(xiàng)目，控制項(xiàng)目進(jìn)度，最終完成協(xié)同項(xiàng)目。然后利用 UML 建模工具建立了面向主機(jī)廠的協(xié)同設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)模型。 第三章針對第二章中的業(yè)務(wù)流程，從平臺實(shí)現(xiàn)的角度給出了部分重要環(huán)節(jié)的解決方案。 第四章在已有的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同設(shè)計(jì)制造平臺上，模擬減速器的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同設(shè)計(jì)制造過程，從項(xiàng)目的創(chuàng)建、子任務(wù)的劃分、供應(yīng)商的查找、動(dòng)態(tài)聯(lián)盟的形成到任務(wù)的發(fā)放、數(shù)據(jù)的發(fā)放、任務(wù)的管理、任務(wù)的評審直至項(xiàng)目文檔的形成。驗(yàn)證了第章 中協(xié)同設(shè)計(jì)制造業(yè)務(wù)流程的可行性。 第五章結(jié)合減速器案例總結(jié)了全文的主要工作內(nèi)容及平臺的應(yīng)用效果，對網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造所需要進(jìn)一步研究的工作做了展望。 2 面向主機(jī)廠的 協(xié)同設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)建模 8 2 面向 主機(jī)廠 的 協(xié)同設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)建模 面向主機(jī)廠的減速器協(xié)同設(shè)計(jì)實(shí)例 現(xiàn)代產(chǎn)品的復(fù)雜度越來越來高，更新?lián)Q代的速度也越來越快，主機(jī)廠要想快速的開發(fā)出自己的產(chǎn)品，搶占市場，滿足消費(fèi)者日益增長的需求，協(xié)同設(shè)計(jì)作為一種新的設(shè)計(jì)理念，自然成為主機(jī)廠的首選。本小節(jié)將以減速器為例，說明一般的協(xié)同過程是如何進(jìn)行的。 現(xiàn)在重慶減速器廠 A 需要為某帶式運(yùn)輸機(jī)設(shè)計(jì)一減速器 ，重慶減速器廠 A根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書中 運(yùn)輸帶工作拉力 F， 運(yùn)輸帶工作速度 V， 輸送帶滾筒直徑 D，先選擇電動(dòng)機(jī)的類型，再根據(jù) 工作機(jī)械所需功率 Pw 計(jì)算出 電動(dòng)機(jī)所需功率 Pd，確定電動(dòng)機(jī)的具體型號和轉(zhuǎn)速。然后根據(jù)帶輪速度和電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速， 確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比并分配各級傳動(dòng)比 ，并確定傳動(dòng)形式。最后確定傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)，包括各軸的轉(zhuǎn)速、 各軸輸入功率 、 各軸轉(zhuǎn)矩 。 主機(jī)廠短時(shí)間完成不了設(shè)計(jì)任務(wù)，所以決定將部分設(shè)計(jì)外包。初步分為箱體的設(shè)計(jì)、軸系的設(shè)計(jì)和減速器附件的設(shè)計(jì)，如圖 所示。其中箱體有主機(jī)廠自己設(shè)計(jì)，軸系的設(shè) 計(jì)外包給零配件廠 B 完成， 附件的設(shè)計(jì)外包給零配件廠 C 完成。 軸系的外包設(shè)計(jì)有任務(wù)輸入和任務(wù)輸出，其中任務(wù)輸入為每根軸的轉(zhuǎn)速、輸入功率和扭矩，還包括預(yù)計(jì)將與重慶減速器廠 A 和零配件廠 C 的交互內(nèi)容，比如軸承的選取、端蓋與軸之間密封圈的選取以及與主機(jī)廠關(guān)于箱體外形尺寸的交互等。輸出任務(wù)為軸系的設(shè)計(jì)說明書和三維模型，包括軸和軸上的鍵和齒輪的設(shè)計(jì)參數(shù)和三維模型。 減速器附件的外包設(shè)計(jì)同樣也有任務(wù)輸入和任務(wù)輸出，其中任務(wù)輸入包括每根軸的設(shè)計(jì)參數(shù)和箱體的外形尺寸。任務(wù)輸出為各附件的設(shè)計(jì)參數(shù)，比如軸承端蓋、各種螺栓、聯(lián)軸器、油 標(biāo)及軸承的選取。 重慶減速器廠 A 完成上述總體設(shè)計(jì)后，在協(xié)同電子商務(wù)網(wǎng)上查找滿足自己要求的零配件廠商，邀請加入自己的協(xié)同項(xiàng)目，成為自己的供應(yīng)商；或者寫好自己的需求信息，在協(xié)同電子商務(wù)網(wǎng)上發(fā)布，讓零配件廠商自己找上門，然后主機(jī)廠從這些零配件廠商中挑選合適的零配件廠商成為自己的供應(yīng)商。 協(xié)同項(xiàng)目創(chuàng)建后，先將軸的設(shè)計(jì)任務(wù)書發(fā)給零配件廠 B，并給其限定設(shè)計(jì)任務(wù)完成時(shí)間，零配件廠 B 完成軸的設(shè)計(jì)任務(wù)后，提交設(shè)計(jì)文檔給重慶減速器廠 A，重慶減速器廠 A 組織人員對零配件廠 B 的設(shè)計(jì)說明書審核，若有問題，打回重新設(shè)計(jì)，直至通過審核。軸 系的設(shè)計(jì)完成后，減速器的箱體設(shè)計(jì)和附件設(shè)計(jì)就要 2 面向主機(jī)廠的 協(xié)同設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)建模 9 開始了，重慶減速器廠 A 參考軸系的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和箱體的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)寫好減速器附件的設(shè)計(jì)任務(wù)書，并將其發(fā)給零配件廠 C，同樣給其限定任務(wù)完成時(shí)間。外協(xié)廠的數(shù)據(jù)同樣要經(jīng)過審核才能算完成設(shè)計(jì)任務(wù)。 重慶減速器廠 A 拿到所有的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)后，開始虛擬裝配，當(dāng)發(fā)現(xiàn)沖突后，分析到底是哪里有錯(cuò)，然后通知相關(guān)企業(yè)開會討論如何解決沖突，最終確定解決方案，完成項(xiàng)目的設(shè)計(jì)任務(wù)。 總體設(shè)計(jì) 重慶減速器廠 A 為國內(nèi)比較知名的減速器供應(yīng)商，在行業(yè)內(nèi)有較好的聲譽(yù)。其總部設(shè)在重慶市沙坪壩區(qū)，現(xiàn)有員工 300 多人?，F(xiàn)應(yīng)某帶式輸送機(jī)廠商要求需要 設(shè)計(jì)帶式輸送機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)，采用兩級圓柱直齒齒輪減速器傳動(dòng) 。減速器任務(wù)書如下所示： 設(shè)計(jì)帶式輸送機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)，采用兩級圓柱直齒齒輪減速器傳動(dòng)。 （ 1）外形美觀，結(jié)構(gòu)合理，性能可靠，工藝性好； （ 2）多有圖紙符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求； （ 1）運(yùn)輸帶工作拉力 F=4KN， ， 5KN （ 2）運(yùn)輸帶工作速度 V=， ， （ 3） 輸送帶滾筒直徑 D=450mm， 450mm， 450mm 兩班制工 作，空載起動(dòng)，載荷平穩(wěn)，常溫下連續(xù)（單向）運(yùn)轉(zhuǎn)，工作環(huán)境多塵，中小批量生產(chǎn)，使用期限 10 年，年工作 300 天 。 重慶減速器廠 A 接到上述設(shè)計(jì)任務(wù)書后組織人員完成總體設(shè)計(jì)，傳動(dòng)方案如圖 所示，計(jì)算過程如表 所示。 圖 傳動(dòng)方案的擬定 2 面向主機(jī)廠的 協(xié)同設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)建模 10 減速器總體設(shè)計(jì) 表 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 與 說 明 運(yùn)輸帶工作拉力 F=4KN 運(yùn)輸帶工作速度 V=輸送帶滾筒直徑 D=450mm 一 、 選擇電動(dòng)機(jī)的類型 按工作要求和條件，選用 Y 系列一般用途的全封閉式自扇冷鼠籠三相異步電動(dòng)機(jī)。 二 、 計(jì) 算和選擇電動(dòng)機(jī)的容量 1．求工作機(jī)械所需功率 wP F D 4 0 0 0 4 5 0T = = = 9 0 0 N m 2 2 1 0 0 0? ?? 2020 60 3 m i 450wnr???? ?主 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) —— 主執(zhí)行機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率，取 ? ?主 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) ； 由方案可得 9 0 0 8 4 . 9 3 8 . 69 5 5 0 9 5 5 0 0 . 9 3ww wTnP K W? ?? ? ?? 2．求電動(dòng)機(jī)所需功率 dP wdaPP ?? 32a? ? ? ? ? ?? V帶 剛 聯(lián) 減 速 器 齒軸 承 式中 a? —— 電動(dòng)機(jī)至主執(zhí)行機(jī)構(gòu)沖頭的傳動(dòng)總效率 ?V帶 —— V 帶的效率，查得 ? ?V帶 ； ?剛 聯(lián) —— V 帶大輪軸與減速器輸入軸間的聯(lián)軸器，取 1? ?鋼 聯(lián) ； ?減 速 器 —— 減速器的效率，查得 ? ?減 速 器 ； ?軸 承 —— 一對滾動(dòng)軸承的效率，取 ? ?0 .9 9? ?軸 承 角 接 觸 球 軸 承； ?齒 —— 一對閉式圓柱齒輪傳動(dòng)齒合效率，當(dāng)齒輪精度為 8 級（不含軸承效率）稀油潤滑時(shí)取 ? ?齒 ； 則 320 . 9 5 1 0 . 9 6 0 . 9 9 0