基于设计要素矩阵的设计服务耦合分析方法研究

In modern time, design is highly complex activity with a large number of coupling relationship exists in essential design factors and design resources. Traditional research is mainly focused on the internal coupling analysis for design objects and design process, but rarely involved the uncertainty coupling knowledge, essential design factors coupling, and design services coupling. In this project, a coupling analysis method for design service modeling and execution is proposed. .Coupling eigenvectors will be employed as expression tool for uncertainty coupling relationship. In order to build multi-resolution coupling model in local and global size, Essential Design Factors Binding Matrix and Essential Design Factors Matrix group will contribute to getting the inside of the relationship between design services. At the aspect of design information necessary to coupling analysis, this project used three key technologies for semantic modeling: domain design interface, design context and design process graph. A hybrid approach, based on partitioning operation, clustering operation and genetic algorithms, will used to solve the coupling sets for global essential design factors. Then, due to the rebuilding needs of design activity, the threshold system of propagation reachability judgment and the recognition method of cross-scale coupling propagation path will be researched. Finally, the theory, method and technologies mentioned above will be demonstrated on typical complex engineering applications.

现代设计活动具有高度的复杂性，体现在设计要素与设计资源之间存在复杂耦合关系。传统研究主要针对设计对象和设计进程内部进行耦合分析，较少考虑耦合知识的不确定性及设计服务内部各要素和设计服务之间的耦合。本项目研究设计服务建模及集成运用中的设计耦合分析方法，利用耦合特征向量描述不确定性耦合关系，利用设计要素绑定矩阵和各设计要素设计结构矩阵组对设计服务关联关系进行描述，建立设计服务局部和全局的多分辨率耦合模型。利用设计进程图、领域设计接口和设计语境三种设计要素语义建模技术附带全局耦合分析必要的设计信息。基于耦合模型，利用聚类、划分等操作，结合遗传算法等智能算法进行全局各要素耦合集求解，在此基础上建立针对设计活动重构的跨尺度设计服务耦合传播路径识别技术及传播可达性判断阈值体系结构，并研究基于不确定耦合特征的耦合传播衰减机制。最后研究设计服务耦合分析自动化技术并利用复杂机电产品设计活动实例加以验证。

现代设计活动的高度复杂性体现在设计要素与设计资源之间存在复杂耦合关系。本项目以设计服务中的设计对象耦合和设计进程耦合为研究对象，针对云制造环境下设计资源高度动态性和设计服务耦合的高度复杂性开展设计服务耦合分析理论及方法的研究。项目主要利用设计要素绑定矩阵和各设计要素设计结构矩阵组对设计服务关联关系进行描述，建立设计服务局部和全局耦合模型。基于耦合模型，利用遗传算法等智能优化算法进行全局各要素耦合集求解，并着力解决多设计过程及设计资源之间的耦合分析问题。.本项目主要成果包括：.（1）研究并提出了强控制封装、弱控制封装、虚拟化封装、计算能力封装这4种设计服务基本封装模式。提出了基于设计要素矩阵及设计要素绑定矩阵的设计服务耦合建模方法。定义了基于XML的服务耦合信息描述语言DSIL，并进一步给出了设计服务耦合建模过程。.（2）提出了一种设计服务建模与执行的耦合分析方法。为了在局部和全局尺度上建立多分辨率耦合模型，采用设计要素绑定矩阵和设计要素矩阵基来表示设计服务之间的内在联系，并基于划分操作、聚类操作和遗传算法，采用混合方法求解全局设计要素的耦合集。.（3）提出了一种基于时序与资源的仿真过程耦合建模分析方法，该方法首先将多值设计结构矩阵分解为针对设计过程的计算周期矩阵、过程间的顺序耦合度矩阵、过程间的资源耦合度矩阵，并确定过程顺序约束集。随后利用遗传算法求求解最佳的过程模型及最佳资源配置方案。.（4）在系统研发方面，开发了设计服务耦合分析平台原型系统，并以车辆动力舱布局设计对该原形系统进行验证。在工程应用方面，本项目成果已经成功应用到环境噪声仿真计算的实际工程实践中，能够将其计算服务的并行计算效率从54%提升至78%；另外本平台也已应用到某研究所的某发动机产品的分布式协同设计过程中。通过上述工程应用，验证了本项目所提出的理论方法及所开发的软件工具的有效性。