專利名稱：一種基于混合Petri網(wǎng)的產(chǎn)品行為流建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及產(chǎn)品建模技術(shù)，具體地說，是涉及一種基于混合Petri網(wǎng)的產(chǎn)品行為流建模方法。
背景技術(shù)：
產(chǎn)品設(shè)計是一項復(fù)雜的腦力勞動，需要多方面的經(jīng)驗和專業(yè)知識的綜合運用，是一個分析、綜合、推理的過程，傳統(tǒng)CAD系統(tǒng)無法體現(xiàn)出這種智能。ICAD的目標(biāo)是盡可能地使計算機(jī)參與設(shè)計活動，利用設(shè)計專家的知識、經(jīng)驗、和數(shù)據(jù)完成產(chǎn)品的方案決策、結(jié)構(gòu)設(shè)計、性能分析、圖形處理等設(shè)計任務(wù)。ICAD的顯著特征是擁有解決產(chǎn)品設(shè)計問題的知識庫，具有選擇知識、協(xié)調(diào)工程數(shù)據(jù)庫與圖形庫共同完成設(shè)計任務(wù)的推理決策機(jī)制。從上世紀(jì)80,90年代起，盡管人們對產(chǎn)品設(shè)計的模式及過程的認(rèn)識和定義有不同見解，但基本都可歸結(jié)為一個逐步細(xì)化、循環(huán)迭代的過程，是一個設(shè)計約束不斷分解、傳播與滿足的過程。整個設(shè)計過程中以概念設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計三個階段屬于設(shè)計范疇。而當(dāng)前的智能設(shè)計模型以較為成熟的概念設(shè)計理論作為基礎(chǔ)，同時引入智能算法作為手段解決基礎(chǔ)理論中的全部或某一方面問題，常見的基礎(chǔ)概念設(shè)計理論如Suh提出的公理化設(shè)計理論(AxiomaticDesign Theory)、Qian 和 Gero 提出的 FBS(Function-behavior-structure)模型等。為了能更好的使用智能化手段，一般還需要在上述基礎(chǔ)理論的基礎(chǔ)上作一些補(bǔ)充或變化，如:肖人彬等基于工程免疫計算方法，給出一種面向耦合設(shè)計的產(chǎn)品功能規(guī)劃方法，在功能不獨立的情況下完成產(chǎn)品設(shè)計提供功能規(guī)劃的解決方案，有效處理公理設(shè)計過程中出現(xiàn)的耦合設(shè)計問題；鄒慧君和金熙哲等基于FBS模型提出“功能-行為-結(jié)構(gòu)”映射的機(jī)構(gòu)系統(tǒng)概念設(shè)計模型，通過與功能相關(guān)聯(lián)物理行為的綜合，實現(xiàn)功能到結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換，引入遺傳算法構(gòu)建行為-機(jī)構(gòu)映射優(yōu)化求解數(shù)學(xué)模型和方法。此外還有大量學(xué)者采用遺傳算法、免疫算法手段研究概念設(shè)計的概念設(shè)計的方案生成和優(yōu)化?？梢姡?dāng)前的模型幾乎都是從功能設(shè)計為起點，把概念設(shè)計集中在功能表達(dá)的基礎(chǔ)上，概念設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計依然是設(shè)計的主線。功能沒有通用表達(dá)式，即使有，也會存在歧義，因此通用性很低，不適于計算機(jī)描述；而且，功能的是主觀的，屬于人的語言表達(dá)，而對人的語言理解在當(dāng)代仍然是計算機(jī)科學(xué)的巨大難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于混合Petri網(wǎng)的產(chǎn)品行為流建模方法，從產(chǎn)品的行為上進(jìn)行研究，并建立產(chǎn)品的行為流模型，以解決從功能上進(jìn)行建模帶來的問題。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:一種基于混合Petri網(wǎng)的產(chǎn)品行為流建模方法，包括:水平方向一方面是從客觀的行為映射到主觀的功能領(lǐng)域，建立符合人類認(rèn)識的功能模型，另一方面是從客觀的行為模型到行為的實現(xiàn)-結(jié)構(gòu)模型的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)具體的產(chǎn)品；
垂直方向包括至少兩個層次，且從最頂層可以實現(xiàn)從起始狀態(tài)到目標(biāo)狀態(tài)的單個抽象行為開始，到最底層的每個行為直接對應(yīng)一個簡單的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)結(jié)束。進(jìn)一步地，在垂直方向的每個層次上，都是從輸入物質(zhì)組合成的產(chǎn)品起始狀態(tài)到實現(xiàn)目標(biāo)物質(zhì)組合組成的輸出狀態(tài)的過程。更進(jìn)一步地，水平方向和垂直方向的過程相互交互。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:1、本發(fā)明注重對產(chǎn)品行為的研究，并從產(chǎn)品的行為上來建立產(chǎn)品的行為流模型，從而有效解決了通過功能建模帶來的通用性低、計算機(jī)難以識別等問題。2、產(chǎn)品行為是客觀的，和功能不同的是，它可以有無歧義的通用表達(dá)，具有通用性，也適合于計算機(jī)描述，因此，本發(fā)明具有良好的通用性和實用性；3、通過直接對行為的研究，可以定義一個產(chǎn)品的狀態(tài)，特別是起始狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài)。通過這兩個狀態(tài)以及之間的影響狀態(tài)的行為，一方面可以直接對已有產(chǎn)品建模，另一方面，可以根據(jù)這兩個狀態(tài)，找到合適的行為變化序列來實現(xiàn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，從而實現(xiàn)新產(chǎn)品的設(shè)計，建立新產(chǎn)品的行為流模型；再者，行為可以直接對應(yīng)到結(jié)構(gòu)，得到產(chǎn)品的實現(xiàn)；4、產(chǎn)品的行為流模型具有實用性，覆蓋了智能設(shè)計的整個生命周期；同時，每個行為可以作為行為庫的一個元素，通過建立行為庫來保存已有的產(chǎn)品的行為，從而實現(xiàn)人類知識的積累和重復(fù)使用，具有學(xué)習(xí)和重復(fù)使用等智能因素，可以實現(xiàn)產(chǎn)品的智能演化。


圖1為本發(fā)明的原理框圖。圖2為本發(fā)明-實施例的產(chǎn)品行為流模型框圖。圖3為本發(fā)明-實施例中發(fā)動機(jī)進(jìn)氣流程的Petri網(wǎng)示意圖。圖4為本發(fā)明-實施例中發(fā)動機(jī)壓縮流程的Petri網(wǎng)示意圖。圖5為本發(fā)明-實施例中發(fā)動機(jī)燃燒流程的Petri網(wǎng)示意圖。圖6為本發(fā)明-實施例中發(fā)動機(jī)排氣流程的Petri網(wǎng)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，本發(fā)明的實施方式包括但不限于下列實施例。實施例在描述產(chǎn)品行為流建模方法之前，首先對產(chǎn)品行為流建?？蚣艿幕靖拍钸M(jìn)行闡述。一、行為流模型中的物質(zhì)，行為和行為流狀態(tài)(I)行為借鑒于FBS模型對行為的認(rèn)識，同時采用本體的觀點來看待行為。首先，認(rèn)為行為是客觀的，是對產(chǎn)品取得的客觀效果的客觀描述。我們采用了一個設(shè)備本體概念來描述行為，這擴(kuò)展于系統(tǒng)工程的本體和面向組件的本體。設(shè)備本體指定了以設(shè)備為中心的觀點來看待產(chǎn)品，認(rèn)為任何產(chǎn)品或組件是設(shè)備的組成元素，設(shè)備處理輸入，產(chǎn)生我們需要的輸出。我們稱從設(shè)備的入口到出口，引起物質(zhì)的變化的過程為行為。行為是對客觀的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)產(chǎn)生效果的表示和抽象，是引起物質(zhì)狀態(tài)變化的原因，其操作對象是物質(zhì)。如圖1所示，其中P，N代表行為，M代表操作的物質(zhì)，對物質(zhì)操作的結(jié)果是引起物質(zhì)狀態(tài)的變化，因此，行為是一個算子，是一個單元操作符，符號為Λ，可以實現(xiàn)如下計算:A (M1,...Mn) = (Mi,.., Mj)其中，(M1,...Mn)代表輸入的物質(zhì)組合，(Mi,.., Mj)代表操作后輸出的物質(zhì)組合，前后不同的是物質(zhì)的狀態(tài)，因此，行為是引起物質(zhì)狀態(tài)變化的原因，所以可以定義Λ為:A = (Mi,..,Mj)/(M1,...Mn)(2)行為的對象一物質(zhì)之前說到了物質(zhì)和物質(zhì)狀態(tài)，下面將闡述物質(zhì)和物質(zhì)的狀態(tài)。稱經(jīng)過從設(shè)備的入口到出口并在這個過程中被設(shè)備處理的東西叫做物質(zhì)，通常劃分物質(zhì)為三種類型:實體物質(zhì)，是指我們可以感受到實體存在的物質(zhì)，比如水，各種加工的原材料等等;能量物質(zhì)，是指產(chǎn)品運行過程中涉及到的熱能，動能等能量；信息物質(zhì)，是指在在產(chǎn)品運行過程中涉及到的控制信號等信息。因為物質(zhì)是在客觀世界的客觀存在，因此可以通過物質(zhì)的屬性對物質(zhì)進(jìn)行描述，這是物理參數(shù)。我們可以通過面向?qū)ο蟮姆椒▉矶x物質(zhì)，定義如下:類名:物質(zhì)的名稱屬性列表:類型:類型的身份識別數(shù)字標(biāo)識符:物質(zhì)的唯一的身份識別數(shù)字父類:物質(zhì)的超級父類數(shù)量:物質(zhì)的數(shù)量相位:物質(zhì)表現(xiàn)出來的狀態(tài)，固體，液體等位置:入口，出口，內(nèi)部參數(shù):對應(yīng)物質(zhì)的物理參數(shù)列表參數(shù)關(guān)系:參數(shù)之間的關(guān)系因此，通過物質(zhì)屬性項的值列表，我們可以唯一標(biāo)識一個物質(zhì)當(dāng)前的狀況，稱這個屬性列表為物質(zhì)狀態(tài)，表示如下:物質(zhì)狀態(tài)S:〈類型，標(biāo)識符，父類，數(shù)量，相位，位置>(3)產(chǎn)品的行為流和行為流狀態(tài)如前所述，行為處理輸入物質(zhì)，輸出處理后的物質(zhì)，改變的是物質(zhì)的狀態(tài)。同時如圖1所示，產(chǎn)品的總行為往往不是由單獨的一個行為可以完成的，相反，是把一個行為的輸出作為下一個行為的輸入，這種輸入輸出之間自然而然的構(gòu)成一個“流”的關(guān)系。這個“流”有兩方面的概念范疇:一是物質(zhì)在所有的行為過程中的流動；二是這些前后銜接的行為構(gòu)成行為串，“流”中的元素是行為。如圖1所示，通過產(chǎn)品的行為“流”實現(xiàn)了產(chǎn)品的功能，行為“流”描述了產(chǎn)品功 能實現(xiàn)的過程和機(jī)理。所有可以實現(xiàn)的功能，都可以通過一個行為流來實現(xiàn)，從這個角度，我們可以定義行為流Π如下:V/7, 3Ak，...，A2，A1，使得 Ak，...，A2A1OM1，…，Mn) —F，我們稱 Π= Ak,...，A2A1為行為流。其中(M1,...Mn)表示行為所在的產(chǎn)品的輸入物質(zhì)。行為流就是一串的行為操作。雖然行為操作的對象是物質(zhì)，但是改變的是物質(zhì)的狀態(tài)，而每個物質(zhì)正是通過物質(zhì)的狀態(tài)來表示其存在，即通過物質(zhì)的狀態(tài)在模型中表示物質(zhì)的存在。狀態(tài)是物質(zhì)在模型中的抽象。因此，行為對物質(zhì)的操作，在模型中可以等價于算子對物質(zhì)狀態(tài)的計算?？梢赞D(zhuǎn)化如下:
權(quán)利要求
1.種基于混合Petri網(wǎng)的產(chǎn)品行為流建模方法，其特征在于，包括: 水平方向 一方面是從客觀的行為映射到主觀的功能領(lǐng)域，建立符合人類認(rèn)識的功能模型，另一方面是從客觀的行為模型到行為的實現(xiàn)-結(jié)構(gòu)模型的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)具體的產(chǎn)品； 垂直方向 包括至少兩個層次，且從最頂層可以實現(xiàn)從起始狀態(tài)到目標(biāo)狀態(tài)的單個抽象行為開始，到最底層的每個行為直接對應(yīng)一個簡單的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)結(jié)束。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于混合Petri網(wǎng)的產(chǎn)品行為流建模方法，其特征在于，垂直方向的每個層次上，都是從輸入物質(zhì)組合成的產(chǎn)品起始狀態(tài)到實現(xiàn)目標(biāo)物質(zhì)組合組成的輸出狀態(tài)的過程。
3.據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于混合Petri網(wǎng)的產(chǎn)品行為流建模方法，其特征在于，水平方向和垂直方向的過程相互交互。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于混合Petri網(wǎng)的產(chǎn)品行為流建模方法，其特征在于，包括水平方向，一方面是從客觀的行為映射到主觀的功能領(lǐng)域，建立符合人類認(rèn)識的功能模型，另一方面是從客觀的行為模型到行為的實現(xiàn)-結(jié)構(gòu)模型的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)具體的產(chǎn)品；垂直方向，包括至少兩個層次，且從最頂層可以實現(xiàn)從起始狀態(tài)到目標(biāo)狀態(tài)的單個抽象行為開始，到最底層的每個行為直接對應(yīng)一個簡單的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)結(jié)束。本發(fā)明從產(chǎn)品的行為來建立了產(chǎn)品的行為流模型，提供了一種精確的模型的數(shù)學(xué)表示，為數(shù)學(xué)建模的計算機(jī)應(yīng)用提供了新的思維，提高了產(chǎn)品建模的通用性和實用性。
文檔編號G06F17/50GK103093012SQ201110340829
公開日2013年5月8日 申請日期2011年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月2日
發(fā)明者郝泳濤, 樓狄明, 王力生 申請人:同濟(jì)大學(xué)