专利名称：一种飞机装配过程可视化建模方法
技术领域：
本发明涉及一种复杂产品装配过程的可视化建模方法，特别适用于飞机装配过程的建模，属制造系统建模技术领域。
背景技术：
现代飞机基本采用按客户订单定制生产的 制造模式，生产批量小，品种多，飞机生产过程基本采用按飞机架次进行管理。飞机装配过程具有装配工序复杂、装配内容多、装配空间层次多(装配线-站位-工位-工序)、手工装配作业为主、工作面窄小、装配作业时间不确定性强、装配顺序控制严格等特点，其生产效率与成本直接取决于飞机装配线的性能。因此，为了提高飞机装配线的性能，在进行飞机装配线规划与设计时对飞机装配过程进行建模、仿真分析与优化是十分重要的。目前，制造系统装配过程建模的方法已有不少，主要有二大类以达索QUEST、西门子eM-Plant为代表仿真系统人机交互建模方法和以Petri网为代表的理论方法。仿真系统人机交互建模方法比较实用，但存在对象之间的逻辑关系和时序关系不严格检查，建模效率低，工作量大等问题。基于Petri网的建模方法包括基本Petri网和各种扩展Petri网(包括着色Petri网、随机Petri网、面向对象Petri网、分层Petri网、分层面向对象Petri网、面向对象的随机Petri网等)，这种方法具有比较严格的数学基础和较强的离散事件动态系统描述能力，在性能评估方面具有比较显著的优点，但在描述飞机装配过程这样复杂的系统时存在以下问题结构过于繁琐，不能同时描述空间分层、面向对象、装配时间随机性等特点，也没有可视化方法与系统。因此，有必要开发一种能支持飞机复杂装配过程可视化建模的方法与系统。
发明内容
针对现有制造系统建模方法不满足飞机装配过程建模的分层次、面向对象、装配时间随机性分层次、可视化等要求，本发明专利提出了一种面向对象分层次随机petri网可视化建模方法及系统。这种方法与系统具有建模方便、可视化，可满足飞机复杂装配过程建模的各项要求。为了实现上述目的，本发明的技术方案是综合应用面向对象技术、分层次petri网和随机petri网技术，建立一套面向对象的分层次随机petri网建模方法，形成可视化建模系统。该方法包括了库所对象、变迁对象、有向弧对象、分层次对象等四类可视化对象和一套可视化建模流程。其中的模型对象由其他四类对象组成；库所对象表示飞机装配过程的人员与设备等资源，变迁对象表示飞机装配过程的各种装配或搬运活动，有向弧对象表示飞机装配过程的各种装配或搬运活动的前后关系，分层次对象表示了模型对象之间的层次关系。库所对象和分层次对象可与一个或多个有向弧对象相连接，变迁对象也可与一个或多个有向弧对象相连接，库所对象和分层次对象必须通过有向弧对象实现与变迁对象的连接。对库所对象、变迁对象、有向弧对象、分层次对象这四类可视化对象可以进行编辑、移动、复制、删除等操作。同时，每个模型按计算机文件进行保存，多个模型文件可以文件树结构形式显示，并可调整。其可视化建模流程为定义模型对象和分层次对象；定义库所对象、变迁对象和有向弧对象并分别进行可视化；建立库所对象与变迁对象、分层次对象与变迁的自动连接；定义对象的存储与撤销；建立模型对象的关联关系；上下层模型关系的可视化定义与保存。建模的具体步骤如下步骤一定义四类对象并可视化定义库所对象给定显示位置坐标和 图形大小，生成库所对象图形，输入给定对象名称、信息输入口(頂)、信息输出口(OM)。定义变迁对象给定显示位置坐标和图形大小，生成变迁对象图形，输入对象名称、装配时间、装配时间分布函数。定义有向弧对象给定要连接的前序对象名称与位置坐标、后序对象名称和位置坐标，生成有向弧对象图形。定义分层次对象给定显示位置坐标和图形大小，生成分层次对象图形，输入对象名称、输入变迁、输出变迁、子层输入接口、子层输出接口。定义对象移动操作功能选择要移动的对象；响应移动消息函数；传递移动对象，把对象坐标(X, y)修改为(x+offset. x, y+offset, y)，offset, x 和 offset, y 分别为移动距离的x、y坐标分量；刷新模型视图区，窗口重绘。定义对象复制操作功能建立一个数组对象，把当前所选择对象的数据加入到新建数组对象中。定义对象粘贴操作功能把对象复制操作中新建数组对象添加到视图区的数组对象中，窗口重绘，在给定位置生成新的对象。定义对象剪切操作功能建立一个数组对象，把当前所选择对象的数据加入到新建数组对象中，把当前所选择的对象从视图区中的数组对象中删除，窗口重绘。定义对象删除操作功能把当前选择的对象从视图区中的数组对象中删除，窗口重绘。步骤二 库所对象与变迁对象、分层次对象与变迁对象的自动连接选择要连接的对象，如选择的对象数不等于2，则结束，否则以所选择的第一个对象右侧中点坐标为有向弧对象的起点坐标，以第二个对象左侧中点坐标为有向弧对象的终点坐标，生成一个表示有向弧对象的箭线，窗口重绘，结束。步骤三定义对象的保存和撤销定义对象的保存新建一个类，用这个类把要保存的对象封装起来，包括其数据结构和和对各种数据的操作；在建模时生成类的对象，利用数组对象把生成的对象保存起来；按当前数组对象数据刷新视图区，进行窗口重绘。定义对象的撤销在建模生成类对象时，把当前数组对象压入栈中；撤销时，栈顶的数组对象出栈；把当前栈顶的数组对象赋予当前数组对象；按当前数组对象数据刷新视图区，进行窗口重绘。步骤四建立模型对象的关联关系组成模型的各个对象间的关联通过建立关联矩阵来实现的。关联矩阵是根据连接库所对象(或分层次对象)和变迁对象的有向弧对象来自动生成的。关联矩阵R= {rij}nXm,其中n是变迁对象数，m是库所对象与分层次对象总数,元素rij的取值规则是当有向弧对象从变迁对象i指向库所对象或分层次对象j时，rij = I ;当从库所对象或分层次对象j指向变迁对象i时，rij = -I ;当变迁对象i与库所对象或分层次对象j没有关系时，ri j = O。关联矩阵R的生成过程如下历遍变迁对象，并给每个变迁对象编号i，得到关联矩阵行数n ;历遍库所对象与分层次对象，并给每个库所对象或分层次对象编号j，得到关联矩阵列数m ;生成nXm的关联矩阵R，并使rij = 0 ;历遍有 向弧对象，根据其前集和后集的对象类别与编号，修改相应关联矩阵元素rij的值。步骤五上下层模型关系可视化定义与保存给每个(层)模型一个文件名和保存路径，以一个计算机文件形式进行存储。为了实现上下层模型关系的可视化，同时要定义每个模型文件的上层模型文件；对于顶层模型文件，其上层模型文件用其自身文件名表示。这样通过层层递归，可形成一模型文件树，直观地显示各层模型文件的关系。本发明的有益效果是对飞机等复杂产品的复杂装配过程建模时，可方便地采取人机交互方式、自上向下、分层次进行图形化建模，不仅方便、直观、快速、准确，而且解决了以往制造系统建模方法难以同时表示的复杂对象、分层次、作业时间随机性、生产线连续移动与间歇移动等问题，满足了现代飞机复杂装配过程建模要求。
图I是一个基本模型组成部分及图形表示。图2是可视化建模流程。图中标记名称I库所对象2有向弧对象3变迁对象4分层次对象
具体实施例方式如图I所示，一个模型由库所对象I、变迁对象3、有向弧对象2和分层次对象4四类可视化对象组成，可以使用VC、VB等编程语言，按照图2的建模步骤进行实施。步骤SlOl :定义库所、变迁、分层次、有向弧四类对象并进行可视化。具体是定义库所对象、变迁对象、有向弧对象和分层次对象的数据结构，分别生成库所对象的表示图形、变迁对象的表示图形、有向弧对象的表示图形和分层次对象的表示图形，实现四类对象的可视化；再定义四类对象的移动、复制、粘贴、剪切、删除操作的功能。步骤S102 :建立库所对象与变迁对象的自动连接，建立分层次对象与变迁对象的自动连接；步骤S103 :定义对象的保存和撤销功能；步骤S104 :建立|旲型对象的关联关系。具体是建立库所对象和变迁对象的关联关系，建立分层次对象和变迁对象的关联关系，按照取值规则确定关联矩阵元素值，生成关联矩阵；步骤S105 :上下层模型关系的可视化定义与保存。具体是定义上下层模型关系，通过递归，形成模型文件树，实现上下层模型关系的 可视化，最后定义模型文件保存功能，实现模型保存。
权利要求
1.一种飞机装配过程可视化建模方法，其特征在于定义了库所对象、变迁对象、有向弧对象、分层次对象四类可视化对象和一套可视化建模流程。
2.根据权利要求I中的飞机装配过程可视化建模方法，其特征在于所述的库所对象包括对象名称、信息输入口(頂)、信息输出口(OM)库所对象显示图形、图形尺寸、显示位置坐标等数据； 所述变迁对象包括对象名称、装配时间、装配时间分布函数变迁、对象显示图形、图形尺寸、显示位置坐标等数据； 所述有向弧对象包括前序对象名称和位置坐标、后序对象名称和位置坐标、有向弧对象显示图形数据； 所述分层次对象包括对象名称、输入变迁名称、输出变迁名称、子层输入接口、子层输出接口、分层次对象显示图形、显示位置坐标和图形大小。
3.根据权利要求I中的飞机装配过程可视化建模方法，其特征在于，所述可视化建模流程包括 定义库所对象、变迁对象、有向弧对象和分层次对象，并分别进行可视化； 建立库所对象与变迁对象、分层次对象与变迁的自动连接； 定义对象的存储与撤销； 建立模型对象的关联关系； 上下层模型关系的可视化定义与保存。
全文摘要
本发明涉及一种用于飞机装配过程可视化建模方法，包括库所对象、变迁对象、有向弧对象、分层次对象等四类可视化对象定义和一套可视化建模流程，包括如下步骤定义库所对象、变迁对象、有向弧对象和分层次对象，并分别进行可视化；建立库所对象与变迁对象、分层次对象与变迁的自动连接；定义对象的存储与撤销；建立模型对象的关联关系；上下层模型关系的可视化定义与保存。
文档编号G06F17/50GK102789520SQ20121021395
公开日2012年11月21日 申请日期2012年6月26日 优先权日2012年6月26日
发明者余路, 刘霞, 卢鹄, 叶文华, 庞微, 魏碧胜 申请人:上海飞机制造有限公司, 南京航空航天大学