專利名稱：基于網(wǎng)絡(luò)的機床結(jié)構(gòu)協(xié)同處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種具體涉及到基于網(wǎng)絡(luò)的、針對機床結(jié)構(gòu)的、協(xié)同優(yōu)化原理及其方法，屬于基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同分析優(yōu)化方法技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
起始于上個世紀50年代中期的計算機輔助工程(CAE，Computer AidedEngineering)，為整個工業(yè)的發(fā)展起了巨大的推動作用，同時在計算機技術(shù)和數(shù)值分析方法的發(fā)展和結(jié)合的情況下，計算機輔助工程得到了快速的發(fā)展，機械行業(yè)大中型企業(yè)的眾多工程技術(shù)人員在計算機輔助設(shè)計(CAD，ComputerAided Design，)普及的條件下，將主要精力投入到如何優(yōu)化設(shè)計，提高產(chǎn)品和工程質(zhì)量中。其中有限元(FEA，F(xiàn)inite Element Analysis)成為計算機輔助工程分析中關(guān)鍵的技術(shù)要素，它為工程設(shè)計中對產(chǎn)品性能的計算分析提供了有效的途徑。
傳統(tǒng)的CAE的工作方式效率和異地協(xié)同程度都不高，使用者必須具有較高的相關(guān)力學(xué)知識以及有豐富的分析經(jīng)驗，在幾何建模簡化和力學(xué)建模等前處理方面需要花費根多時間和精力。隨著Internet的普及及其對制造業(yè)產(chǎn)生的沖擊，人們已經(jīng)認識到必須將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)貫穿于產(chǎn)品的全生命周期內(nèi)，而傳統(tǒng)的工程軟件工具如CAD/CAE技術(shù)大部分局限于單機環(huán)境，沒有在協(xié)同環(huán)境下體現(xiàn)出它們的優(yōu)勢。將它們移植到基于網(wǎng)絡(luò)的集成環(huán)境中，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)異地協(xié)同設(shè)計，分析和制造，這是現(xiàn)代制造技術(shù)，是企業(yè)走進信息化的必要手段。
網(wǎng)絡(luò)CAE的產(chǎn)生必然帶動CAE技術(shù)的進一步發(fā)展，然而隨著CAE應(yīng)用領(lǐng)域的擴大和專業(yè)深度的縱深發(fā)展，單純購買幾個CAE工具，培養(yǎng)幾個CAE分析人員遠遠不能發(fā)揮CAE應(yīng)有的作用，如何讓CAE技術(shù)真正發(fā)揮作用，讓CAE技術(shù)進入設(shè)計流程之中，這就需要協(xié)同CAE集成環(huán)境。這種協(xié)同CAE集成環(huán)境可以快速解決企業(yè)在技術(shù)和人員方面的問題。它可以將設(shè)計者的成功經(jīng)驗、數(shù)據(jù)以及企業(yè)中的核心技術(shù)引入其中，使跨地域、跨領(lǐng)域的企業(yè)之間實現(xiàn)技術(shù)共享，滿足現(xiàn)代企業(yè)對復(fù)雜產(chǎn)品開發(fā)的需求。因此協(xié)同CAE技術(shù)有著廣泛的發(fā)展前景和應(yīng)用空間。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種具有有效的協(xié)同策略以及協(xié)同過程中的沖突消解機制的基于網(wǎng)絡(luò)的機床結(jié)構(gòu)協(xié)同處理方法。
技術(shù)方案協(xié)同CAE主要表現(xiàn)在如下幾個方面CAE分析就是一項很專業(yè)的工作，要求工作人員具有很高的專業(yè)水準和理論基礎(chǔ)，對于協(xié)同CAE來件，除了CAE單機分析存在的問題外，還涉及到信息交流和共享的問題。因此協(xié)同CAE分析不僅需要解決幾何模型、材料、邊界條件及力學(xué)性能，設(shè)計者的設(shè)計思想和設(shè)計目標等的交流和共享問題，還需解決分析與優(yōu)化的方法、過程控制，以及計算結(jié)果的信息共享等問題。因此在研究協(xié)同CAE的過程中需要提出有效的協(xié)同策略以及協(xié)同過程中的沖突消解機制等。
1.協(xié)同策略CAE的協(xié)同策略主要體現(xiàn)在三個方面A)多任務(wù)間的協(xié)同就是利用有限元分析模型及邊界條件的內(nèi)在聯(lián)系，以及不同層次的分析建模方法，共享模型數(shù)據(jù)和協(xié)作資源，形成分層次分目標的協(xié)同模式，如圖1所示，第一層是對機床零部件進行靜剛度分析和模態(tài)計算，通過對CAD(Computer Aided Design)幾何模型的抽象、簡化，自適應(yīng)網(wǎng)格劃分，邊界條件的定義設(shè)置而得到有效的有限元分析計算模型。對同一零部件的靜剛度計算和模態(tài)分析可采用并行計算的方式完成。第二層是優(yōu)化，利用第一層的模型及邊界條件等作為優(yōu)化的最初力學(xué)模型，并確定設(shè)計變量的取值范圍，再利用第一層的計算結(jié)果獲得優(yōu)化必需的約束條件(主要是剛度約束或頻率約束)，亦即確定有限元優(yōu)化中的各個狀態(tài)變量，尋優(yōu)目標確定后，即可進行優(yōu)化。這種協(xié)同策略可以減少有限元力學(xué)模型的生成時間，從而提高協(xié)同分析優(yōu)化的工作效率。
B)單任務(wù)分析的有限元前處理的協(xié)同針對有限元分析過程中的特點，在對上述的兩層協(xié)同優(yōu)化過程中，可以對第一層的計算分析過程進行協(xié)同，有限元分析或優(yōu)化涉及三個階段前處理，中間分析，后處理。中間分析過程全部由計算機完成，但它完全依賴于由前處理而得到的正確有限元力學(xué)模型和分析方法。因此有必要在有限元前處理過程中進行協(xié)同。主要包括幾何模型的生成、簡化，網(wǎng)格劃分的疏密程度，單元類型的選擇，邊界條件的正確設(shè)置以及分析和優(yōu)化方案的選擇的確定等。多個協(xié)同人員參與同一分析任務(wù)的前處理過程，根據(jù)自己的經(jīng)驗和知識得到不同的分析方案，并同步地在網(wǎng)上發(fā)布，所有參與者都能看到。
C)CAD/CAE間的協(xié)同 CAD與CAE的協(xié)同主要表現(xiàn)為CAE分析過程與設(shè)計流程的協(xié)同。更為詳細地表現(xiàn)在CAE與CAD的數(shù)據(jù)集成共享以及和數(shù)據(jù)的雙向傳遞。在CAD與CAE集成過程中，我們采用基于中性基礎(chǔ)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標準IGES(Initial Graphics Exchange Specification，初始化圖形交換規(guī)范)格式(絕大多數(shù)的CAD與CAE軟件都支持IGES格式的數(shù)據(jù)文件)作為集成的基礎(chǔ)，可將多個不同的CAD系統(tǒng)構(gòu)建的幾何模型分別都以IGES的格式導(dǎo)入到CAE軟件中。當(dāng)然由IGES格式調(diào)入CAE軟件中的幾何模型很可能會出現(xiàn)信息的丟失(如幾何體的丟失)，在處理IGES數(shù)據(jù)文件時，我們采用有限元軟件中的關(guān)鍵點這一幾何特征來形成完整的幾何模型，從而構(gòu)成具有與CAD幾何模型相同內(nèi)容的CAE分析模型，滿足分析需求。
由于協(xié)同CAE系統(tǒng)與CAD設(shè)計過程一樣具有分階段的特征。在不同的設(shè)計階段，可以通過用不同階段的CAE分析結(jié)果數(shù)據(jù)來指導(dǎo)設(shè)計的修改，CAD數(shù)據(jù)的修改能直接影響CAE模型數(shù)據(jù)的修改，而同樣CAE分析模型的修改能觸發(fā)CAD數(shù)據(jù)模型的修改，使模型數(shù)據(jù)雙向傳遞，而滿足CAD與CAE的協(xié)同。
2.協(xié)同沖突決策機制。
A)沖突消解的數(shù)學(xué)方法沖突是協(xié)同過程中的本質(zhì)現(xiàn)象，沖突消解過程就是對多人多目標決策問題求解的過程，首先分析協(xié)同過程中沖突的起因和分類，然后從深淺兩個層次研究了沖突消解的數(shù)學(xué)方法。
分析人員根據(jù)自己的經(jīng)驗和知識，針對分析對象可提出不同分析方案，即沖突消解建議，在對這些建議方案進行選擇時，不同的分析人員根據(jù)自身的目標做出不同的選擇，從而產(chǎn)生沖突，利用求解多目標決策問題的優(yōu)化算法，構(gòu)造了在方案層次上進行沖突消解的算法，該算法在定性分析的基礎(chǔ)上綜合來自不同領(lǐng)域?qū)＜业囊庖姡瑓f(xié)同決策最佳方案，選擇群體最滿意的建議，從而解決方案選擇中的沖突。該方法的實質(zhì)是從多個可行方案中找到最佳分析方案。這是淺層次的沖突消解。
當(dāng)沒有可行建議方案時，淺層次的沖突消解無法進行，必須對沖突進行深層次的處理。將對策論引入?yún)f(xié)同產(chǎn)品性能分析過程中的沖突協(xié)商中，研究基于對策論的目標沖突協(xié)商方法，建立協(xié)同分析沖突協(xié)商模型，給出該模型的Nash協(xié)商解和基于滿意度的解，在此基礎(chǔ)上建立具體的沖突協(xié)商流程，從而使沖突涉及的各方可以與其他設(shè)計者進行協(xié)調(diào)，通過對設(shè)計屬性的取值進行協(xié)商來解決沖突。這是深層次的沖突消解。
B)基于人工智能的沖突消解工具協(xié)同分析中沖突的多樣性要求采用多種不同的沖突消解方法，以有效地解決協(xié)同分析領(lǐng)域的沖突。雖然提出了沖突解決的數(shù)學(xué)策略，但其對沖突對象各數(shù)學(xué)模型的要求高，在數(shù)學(xué)模型難以建立的條件下，需要研究其它的沖突消解方法。但目前尚難以提供一個能對所有的沖突進行全自動解決的工具，因此進一步研究基于人工智能的沖突消解工具，包括基于約束松弛的沖突消解工具、基于規(guī)則的沖突消解工具和基于事例的沖突消解工具，提供一個計算機支持的協(xié)同設(shè)計決策機制，給出了沖突解決的實用工具。
從沖突全生命周期的角度考慮，對檢測到的沖突進行歸檔分類，然后根據(jù)沖突的不同類型采用適當(dāng)?shù)南獠呗?。該沖突消解模型分為沖突檢測、沖突歸檔和沖突消解三個層次，當(dāng)然，其中，離不開沖突管理和數(shù)據(jù)庫管理的支持。基于案例的沖突解決方法將人工智能中基于案例的推理方法應(yīng)用于協(xié)同過程，根據(jù)當(dāng)前沖突的特征直接提取過去實踐中的相似案例而構(gòu)成當(dāng)前沖突的解決方案?；谝?guī)則的沖突解決方法是根據(jù)工程實踐中存在的沖突解決經(jīng)驗知識通過規(guī)則推理直接構(gòu)造沖突解決方案。約束松弛法是通過放寬一些約束條件或忽略次要約束來達到?jīng)_突消解的目的。
基于網(wǎng)絡(luò)的機床結(jié)構(gòu)協(xié)同處理方法具體包括有效的CAE協(xié)同方法以及協(xié)同過程中的沖突消解方法，其中有效的CAE協(xié)同方法為a、分析任務(wù)文檔、初始化圖形交換規(guī)范格式的模型或參數(shù)化模型或前序任務(wù)模型，通過協(xié)同決策并參考計算結(jié)果反饋消息，通過CAE軟件中的建模工具進行建模形成分析模型，輸出協(xié)同分析方案和分析幾何模型，b、網(wǎng)格劃分及邊界條件根據(jù)協(xié)同分析方案、分析幾何模型及計算結(jié)果反饋，在網(wǎng)格劃分及邊界條件設(shè)置后輸出的有限元力學(xué)模型建立信息，交給語言轉(zhuǎn)換工具，轉(zhuǎn)換成CAE軟件的命令流文件，即有限元分析文件，c、將有限元分析文件的輸出通過CAE工具產(chǎn)生執(zhí)行分析文件，執(zhí)行分析文件輸出計算結(jié)果并反饋到建立分析模型、網(wǎng)格劃分及邊界條件；協(xié)同過程中的沖突消解方法為d、沖突檢測、分類、e、沖突發(fā)布，f、通過協(xié)同小組A和協(xié)同小組B，進行基于知識沖突消解和約束松弛沖突消解，g、消解成功，則進行沖突消解發(fā)布；如消解不成功，則進行沖突協(xié)商，h、如協(xié)商成功，則進行沖突消解發(fā)布；如協(xié)商不成功，則進行仲裁，如仲裁成功，則進行沖突消解發(fā)布；如仲裁不成功，則進行沖突層次轉(zhuǎn)換，返回步驟e重新進行沖突消解，直到?jīng)_突消解完成。
有益效果協(xié)同CAE的實現(xiàn)能大幅縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低成本，提高企業(yè)競爭力。這是開發(fā)協(xié)同CAE系統(tǒng)的目的所在。利用該系統(tǒng)方法，可以直接使用商業(yè)CAE軟件進行分析與優(yōu)化，提高了計算結(jié)果的可靠性，同時通過協(xié)同CAE的協(xié)同方法，以及協(xié)同過程中的沖突消解機制，進一步保證了CAE分析結(jié)果的正確性和可靠性，給設(shè)計提供重要參考。CAE協(xié)同分析優(yōu)化過程具有階段性、并行性、協(xié)同性、層次性等多個系統(tǒng)特點。
(1)階段性 面對不同的設(shè)計階段，CAE分析過程也不僅相同，因為對初步設(shè)計的產(chǎn)品進行有限元分析的目的是對詳細設(shè)計階段的設(shè)計參數(shù)進行修改或者拓撲結(jié)構(gòu)的進一步改進，因此不同設(shè)計階段的CAE分析表現(xiàn)出階段性的特點，主要表現(xiàn)在有限元模型的創(chuàng)建不同以及邊界條件設(shè)置不同。
(2)層次性 CAE技術(shù)的應(yīng)用可以在產(chǎn)品的部件級和零件級層次上進行分解，也可以在產(chǎn)品的功能級上對產(chǎn)品進行層次上分解，進行不同領(lǐng)域的分析與優(yōu)化，因此系統(tǒng)存在層次性特點。
(3)并行性 設(shè)計過程和分析過程中層次性分解，可以得到許多關(guān)系不大的，相對獨立的任務(wù)。那么這些任務(wù)在進行分析或優(yōu)化時，可以并行進行。而且，如果同一任務(wù)在對不同領(lǐng)域角度進行分析，也可以并行進行。該系統(tǒng)是面向多任務(wù)、多用戶并行的CAE分析環(huán)境，實現(xiàn)異地協(xié)同CAE分析和優(yōu)化工作。
(4)協(xié)同性 CAE協(xié)同，對于有限元分析來講，可以體現(xiàn)在模型的共享，邊界條件的共享以及在有限元前處理過程中，由多個人員共同參與同一任務(wù)的前處理過程，使得生成的有限元力學(xué)模型正確。
(5)重復(fù)性 對于同一零件進行優(yōu)化，在幾何尺寸或者拓撲結(jié)構(gòu)方面進行優(yōu)化，那么優(yōu)化后的結(jié)果還需要對剛度、強度、熱等不同領(lǐng)域進行分析和校驗，那么各種校驗過程就存在著重復(fù)性的特點，多次重復(fù)可以更好地保證優(yōu)化和分析結(jié)果的正確性。
(6)信息的高度集成 能完成CAD到CAE系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，以統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型為核心，實現(xiàn)信息共享和集成，實現(xiàn)了分析過程與設(shè)計流程的協(xié)同。


圖1是分層次協(xié)同優(yōu)化策略模型。
圖2是協(xié)同CAE過程分析(IDEFO—ICAM DEFinition Method語言描述)。
圖3是集成化沖突消解模型。
圖4是協(xié)同CAE集成沖突消解過程模型。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖對本說明作進一步的說明本發(fā)明的基于網(wǎng)絡(luò)的機床結(jié)構(gòu)協(xié)同處理方法包括有效的CAE協(xié)同方法以及協(xié)同過程中的沖突消解方法，其中有效的CAE協(xié)同方法為a、分析任務(wù)文檔、初始化圖形交換規(guī)范格式的模型或參數(shù)化模型或前序任務(wù)模型，通過協(xié)同決策并參考計算結(jié)果反饋消息，通過CAE軟件中的建模工具進行建模形成分析模型A11，輸出協(xié)同分析方案和分析幾何模型，b、網(wǎng)格劃分及邊界條件A12根據(jù)協(xié)同分析方案、分析幾何模型及計算結(jié)果反饋，在網(wǎng)格劃分及邊界條件A12設(shè)置后輸出的有限元力學(xué)模型建立信息，交給語言轉(zhuǎn)換工具，轉(zhuǎn)換成CAE軟件的命令流文件，即有限元分析文件A13，c、將有限元分析文件A13的輸出通過CAE工具產(chǎn)生執(zhí)行分析文件A14，執(zhí)行分析文件A14輸出計算結(jié)果并反饋到建立分析模型A11、網(wǎng)格劃分及邊界條件A12；協(xié)同過程中的沖突消解方法為d、沖突檢測、分類、e、沖突發(fā)布，f、通過協(xié)同小組A和協(xié)同小組B，進行基于知識沖突消解和約束松弛沖突消解，g、如消解成功，則進行沖突消解發(fā)布；如消解不成功，則進行沖突協(xié)商，h、如協(xié)商成功，則進行沖突消解發(fā)布；如協(xié)商不成功，則進行仲裁，如仲裁成功，則進行沖突消解發(fā)布；如仲裁不成功，則進行沖突層次轉(zhuǎn)換，返回步驟e重新進行沖突消解，直到?jīng)_突消解完成。
圖2顯示了更為詳細的協(xié)同CAE分析過程，節(jié)點A11中有三種模型輸入方式，可以體現(xiàn)CAD與CAE之間的協(xié)同以及CAE多任務(wù)之間的協(xié)同。節(jié)點A12中，由多人協(xié)同參與有限元分析的前處理節(jié)點，包括網(wǎng)格劃分、材料選擇、單元類型選擇、邊界條件設(shè)置以及其他信息的輸入和控制等，通過工程決策后得到最終的協(xié)同分析方案，然后根據(jù)分析方案和各種數(shù)據(jù)，最終形成包括有限元所有過程的有限元文件(命令流文件——針對某商業(yè)有限元軟件，如ANSYS)，最后執(zhí)行此命令流文件，就可以完成分析任務(wù)。節(jié)點A13和節(jié)點A14分別是形成可執(zhí)行的命令流文件并執(zhí)行此文件，完成所有的CAE分析過程。這是協(xié)同CAE的分析過程。
圖4顯示對于協(xié)同過程中產(chǎn)生的沖突消解的實施方式。首先，系統(tǒng)使用特定的沖突檢測工具對協(xié)同過程中產(chǎn)生的沖突進行檢測，并將檢測到的沖突進行分類，根據(jù)沖突類型選擇不同的沖突消解策略，如對于計劃沖突和知識沖突，采用基于知識的沖突消解策略，對于數(shù)據(jù)沖突，采用約束松弛策略。對于上述兩種沖突消解策略無法解決的沖突，采用協(xié)商的沖突消解策略，在協(xié)商過程中，當(dāng)沖突各方考慮到各自的利益不肯為沖突消解再做出讓步時，沖突協(xié)商失敗，此時，可進行沖突仲裁，仲裁人在綜合各方建議的前提下實施決策，消解沖突，若最終有沖突方不接受仲裁，則沖突消解轉(zhuǎn)入層次轉(zhuǎn)換策略。
權(quán)利要求
1.一種基于網(wǎng)絡(luò)的機床結(jié)構(gòu)協(xié)同處理方法，其特征在于協(xié)同處理方法包括有效的CAE協(xié)同方法以及協(xié)同過程中的沖突消解方法，其中有效的CAE協(xié)同方法為a、分析任務(wù)文檔、初始化圈形交換規(guī)范格式的模型或參數(shù)化模型或前序任務(wù)模型，通過協(xié)同決策并參考計算結(jié)果反饋消息，通過CAE軟件中的建模工具進行建模形成分析模型(A11)，輸出協(xié)同分析方案和分析幾何模型，b、網(wǎng)格劃分及邊界條件(A12)根據(jù)協(xié)同分析方案、分析幾何模型及計算結(jié)果反饋，在網(wǎng)格劃分及邊界條件(A12)設(shè)置后輸出的有限元力學(xué)模型建立信息，交給語言轉(zhuǎn)換工具，轉(zhuǎn)換成CAE軟件的命令流文件，即有限元分析文件(A13)，c、將有限元分析文件(A13)的輸出通過CAE工具產(chǎn)生執(zhí)行分析文件(A14)，執(zhí)行分析文件(A14)輸出計算結(jié)果并反饋到建立分析模型(A11)、網(wǎng)格劃分及邊界條件(A12)；協(xié)同過程中的沖突消解方法為d、沖突檢測、分類、e、沖突發(fā)布，f、通過協(xié)同小組A和協(xié)同小組B，進行基于知識沖突消解和約束松弛沖突消解，g、如消解成功，則進行沖突消解發(fā)布；如消解不成功，則進行沖突協(xié)商，h、如協(xié)商成功，則進行沖突消解發(fā)布；如協(xié)商不成功，則進行仲裁，如仲裁成功，則進行沖突消解發(fā)布；如仲裁不成功，則進行沖突層次轉(zhuǎn)換，返回步驟e重新進行沖突消解，直到?jīng)_突消解完成。
全文摘要
基于網(wǎng)絡(luò)的機床結(jié)構(gòu)協(xié)同處理方法是一種具體涉及到基于網(wǎng)絡(luò)的、針對機床結(jié)構(gòu)的、協(xié)同優(yōu)化原理及其方法，該方法中有效的CAE協(xié)同方法為a.分析任務(wù)文檔、初始化圖形交換規(guī)范格式的模型或參數(shù)化模型或前序任務(wù)模型，b.網(wǎng)格劃分及邊界條件(A12)根據(jù)協(xié)同分析方案、分析幾何模型及計算結(jié)果反饋，c.將有限元分析文件(A13)的輸出通過CAE工具產(chǎn)生執(zhí)行分析文件(A14)，協(xié)同過程中的沖突消解方法為d.沖突檢測、分類、e.沖突發(fā)布，f.進行基于知識沖突消解和約束松弛沖突消解、協(xié)商、仲裁，如仲裁成功，則進行沖突消解發(fā)布；如仲裁不成功，則進行沖突層次轉(zhuǎn)換，返回步驟e重新進行沖突消解，直到?jīng)_突消解完成。
文檔編號G06F17/50GK1645380SQ200510038209
公開日2005年7月27日 申請日期2005年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月24日
發(fā)明者易紅, 倪中華, 倪曉宇, 夢秀麗, 劉 英 申請人:東南大學(xué)