一种面向智能制造的协同开发系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种面向智能制造的协同开发系统及方法，该系统包括：需求分析模块：用以在产品的生产之前获取客户对产品的需求，并对需求根据知识进行解释、分类，并转化生成任务；任务分解模块：根据客户对产品的需求生成总任务，然后对总任务进行任务细分和功能细分，最终分解形成可识别的多个子任务；指派任务模块：用以对描述的任务和问题进行分配，并且选择任务执行过程决策要素和过程模型的优化算法，将各个任务指派到相关的协同设计模块；协同开发模块：用以接受和执行指派的任务，并对执行结果进行评估和分析。与现有技术相比，本发明专利技术具有组织协同、直观高效、动态变化、生产柔性化等优点。

A collaborative development system and method for intelligent manufacturing

The invention relates to a collaborative development system and method for intelligent manufacturing, which comprises a requirement analysis module: a requirement analysis module for acquiring customer's requirement for the product before the production of the product, and interpreting, classifying the requirement according to the knowledge, and transforming the requirement into a task; a task decomposition module: a requirement analysis module for the product according to the customer's requirement Generate the total task, and then subdivide the total task into tasks and functions, and finally decompose it into several identifiable subtasks; assign task module: to assign the tasks and problems described, and select the optimization algorithm of decision-making elements and process model of task execution process, assign each task to the relevant task. Collaborative design module; Collaborative development module: used to accept and execute assigned tasks, and to evaluate and analyze the results of execution. Compared with the prior art, the invention has the advantages of organizational coordination, intuitive and efficient, dynamic change and flexible production.

【技术实现步骤摘要】
一种面向智能制造的协同开发系统及方法
本专利技术涉及智能制造系统开发
，尤其是涉及一种面向智能制造的协同开发系统及方法。
技术介绍
随着科技革命的发展，全球市场竞争激烈，主要体现在产品的竞争上，而产品的开发模式却是影响竞争优劣的重要因素，先进的产品开发模式能获得显著的经济效益。而在智能制造生产模式的推动下，制造业向全球化、智能化、信息化发展，产品的功能和结构也越来越趋于复杂化、智能化，传统的生产模式和单个企业已无法适应市场的需求。这就需要用到新的产品开发模式，主要有串行开发模式、并行开发模式和协同开发模式来解决这一问题，而协同开发设计技术是一种将计算机技术和通信技术融入现代制造业的一种技术，它是未来制造业的发展趋势，能实现在异构分布环境下的产品跨行业、跨区域的协同生产。智能制造中产品的协同开发过程是以现代通信技术为基础，充分利用协同工作组的共同资源，从全局优化的角度出发，对产品设计的过程整体进行管理和控制，然后根据客户的需求对开发任务进行细分，使多个智能体进行协同设计。智能制造协同开发系统借助MAS(Multi-AgentSystems)构建产品的协同开发的物理模型，在描述产品协同开发任务分配问题的基础上，建立任务分配问题的MDP(MarkovDecisionProcesses)数学模型，并采用迭代的优化算法实现对数学模型的求解，得到协同设计的结构模型，包括设计任务的完成过程，以及对任务的评价，最后形成满足客户需求的产品。但是由于串行开发模式开发时间长、成本高，而并行开发模式不能充分利用网络及相关支持工具的集成。因此，设计一个面向智能制造的协同开发系统可实现面向客户需求的跨行业、跨区域的协同设计，这种协同开发模式可根据客户需求动态分配任务，生产过程更加柔性化、多样化，同时资源利用率和开发效率更高，降低了生产成本，提高了经济效益。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种面向智能制造的协同开发系统及方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种面向智能制造的协同开发系统，该系统包括：需求分析模块：为用户和系统之间交互的接口，用以在产品的生产之前获取客户对产品的需求，并对需求根据知识进行解释、分类，并转化生成任务；任务分解模块：用以对生成的任务进行逐层分解，即，根据客户对产品的需求生成总任务，然后对总任务进行任务细分和功能细分，最终分解形成可识别的多个子任务；指派任务模块：用以对描述的任务和问题进行分配，并且选择任务执行过程决策要素和过程模型的优化算法，将各个任务指派到相关的协同设计模块，实现产品开发子任务空间向协同设计智能体空间的映射；协同开发模块：用以接受和执行指派的任务，并对执行结果进行评估和分析。所述的需求分析模块中，客户对产品的需求包括产品功能需求、产品性能需求、产品沟通需求、产品渠道需求、产品服务需求和产品价格需求。所述的任务分解模块在分解任务的过程中包括产品分解子模块、功能分解子模块以及模块化任务子模块，所述的产品分解子模块用以按照产品功能模型、产品的结构模型以及产品的工作流模型分解为多个部件，所述的功能分解子模块用以将产品的抽象模型按照功能细分为多个任务，所述的模块化任务子模块用以将开发任务进行模块化处理并重组，输入协同工作组。所述的指派任务模块的具体指派过程为：根据描述的任务和问题，建立马尔科夫任务分配模型，并选择对应的优化算法求解面向多智能体协同系统开发任务的马尔科夫决策过程模型，实现将各个子任务指派给相应的协同设计模块，即，将各个不同的任务映射为不同的智能体。所述的马尔科夫决策过程模型的要素包括状态集合、动作集合、状态转移概率、收益函数和指标函数。所述的协同开发模块包括任务执行过程和任务执行情况分析过程。所述的任务执行过程依次包括接收任务、分解任务、形成方案、设计标准、执行任务、评定任务和完成任务.所述的任务执行情况分析过程包括风险评估、执行方法、规范标准、推理分析、决策评价和黑板数据。所述的推理分析包括规则推理、实例推理和方法推理，在设计任务时，优先采用规则推理获取设计参数，当规则推理不能满足求解要求时，采用方法推理来获取设计方案，当当前设计任务与实例推理相匹配时，则采用实例推理的经验知识进行设计。一种协同开发方法，具体包括以下步骤：1)获取客户对产品的需求，包括功能需求和结构需求，根据相关知识将其转化为系统可理解的形式，形成系统所要处理的任务；2)对需求分析后的任务从逻辑关系、功能关系、用途关系和资源关系方面进行细分，形成可执行的各个子任务，实现任务的逐层分解；3)对分解后的任务进行问题描述，建立马尔科夫决策过程模型，形成智能制造模式下的动态到达的任务分配问题的特征，并用迭代算法对模型进行优化，模型的求解结果提供任务分配问题的解决方案，并将各个任务指派给相应的协同设计模块；4)对产品进行协同开发，包括对任务的执行及任务情况的评估；5)实现产品的结构要求及功能要求，最终满足客户的需求，形成产品。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：一、组织协同：本专利技术利用信息技术、计算机技术和人工智能技术，通过设计合理的协同生产系统，实现处于异构环境下的产品跨区域、跨行业的进行协同生产，可对产品开发过程进行有效的组织和协同管理，满足智能制造模式下客户的个性化需求；二、直观高效：本专利技术作为智能制造中产品的协同设计系统，本专利技术也可以充分利用执行任务的各个主体的资源、知识和能力，同时客户可全程参与产品的设计过程，能更直观的熟悉产品的结构和性能；三、动态变化、生产柔性化：本专利技术面向智能制造的协同开发系统及方法，在于协同开发系统的实施，不仅能满足客户的个性化需求，还具有安全可靠，生产周期短，生产过程可实时动态改变，生产过程柔性化，并能提高资源利用率，降低生产成本，节约劳动力，提高经济效益。附图说明图1为本专利技术的协同开发结构示意图。图2为本专利技术中产品任务分解混合结构示意图。图3为本专利技术中基于多智能体系统的用于指派协同开发任务的结构示意图。图4为本专利技术中优化算法推理过程示意图。图5为本专利技术中协同开发中任务求解及评价过程的结构示意图。图中标记说明：10、需求分析，101、产品功能需求，102、产品性能需求，103、产品沟通需求，104、产品渠道需求，105、产品服务需求，106、产品价格需求，20、任务分解，201、形成总任务，202、形成子任务，203、任务细分，204、功能细分，30、指派任务，301、状态集合，302、动作集合，303、状态转移概率，304、收益函数，305、指标函数，40、协同开发，401、接收任务，402、分解任务，403、形成方案，404、设计标准，405、执行任务，406、评定任务，407、完成任务，408、风险评估，409、执行方法，410、规范标准，411、推理分析，412、决策评价，413、黑板数据，501、产品分解，502、功能分解，503、模块化任务，601、产品开发子空间任务，602、协同设计智能体空间，701、规则推理，702、实例推理，703、方法推理。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向智能制造的协同开发系统，其特征在于，该系统包括：需求分析模块(10)：为用户和系统之间交互的接口，用以在产品的生产之前获取客户对产品的需求，并对需求根据知识进行解释、分类，并转化生成任务；任务分解模块(20)：用以对生成的任务进行逐层分解，即，根据客户对产品的需求生成总任务(201)，然后对总任务进行任务细分和功能细分，最终分解形成可识别的多个子任务(202)；指派任务模块(30)：用以对描述的任务和问题进行分配，并且选择任务执行过程决策要素和过程模型的优化算法，将各个任务指派到相关的协同设计模块，实现产品开发子任务空间向协同设计智能体空间的映射；协同开发模块(40)：用以接受和执行指派的任务，并对执行结果进行评估和分析。

【技术特征摘要】
1.一种面向智能制造的协同开发系统，其特征在于，该系统包括：需求分析模块(10)：为用户和系统之间交互的接口，用以在产品的生产之前获取客户对产品的需求，并对需求根据知识进行解释、分类，并转化生成任务；任务分解模块(20)：用以对生成的任务进行逐层分解，即，根据客户对产品的需求生成总任务(201)，然后对总任务进行任务细分和功能细分，最终分解形成可识别的多个子任务(202)；指派任务模块(30)：用以对描述的任务和问题进行分配，并且选择任务执行过程决策要素和过程模型的优化算法，将各个任务指派到相关的协同设计模块，实现产品开发子任务空间向协同设计智能体空间的映射；协同开发模块(40)：用以接受和执行指派的任务，并对执行结果进行评估和分析。2.根据权利要求1所述的一种面向智能制造的协同开发系统，其特征在于，所述的需求分析模块(10)中，客户对产品的需求包括产品功能需求(101)、产品性能需求(102)、产品沟通需求(103)、产品渠道需求(104)、产品服务需求(105)和产品价格需求(106)。3.根据权利要求1所述的一种面向智能制造的协同开发系统，其特征在于，所述的任务分解模块(20)在分解任务的过程中包括产品分解子模块(501)、功能分解子模块(502)以及模块化任务子模块(503)，所述的产品分解子模块(501)用以按照产品功能模型、产品的结构模型以及产品的工作流模型分解为多个部件，所述的功能分解子模块(502)用以将产品的抽象模型按照功能细分为多个任务，所述的模块化任务子模块(503)用以将开发任务进行模块化处理并重组，输入协同工作组。4.根据权利要求1所述的一种面向智能制造的协同开发系统，其特征在于，所述的指派任务模块(30)的具体指派过程为：根据描述的任务和问题，建立马尔科夫任务分配模型，并选择对应的优化算法求解面向多智能体协同系统开发任务的马尔科夫决策过程模型，实现将各个子任务指派给相应的协同设计模块，即，将各个不同的任务映射为不同的智能体。5.根据权利要求4所述的一种面向智能制造的协同开发系统，其特征在于，所述的马尔科...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晋飞，刘江山，靳文瑞，唐堂，王亮，陈明，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31