专利名称：一种基于混合Petri网的产品行为流建模方法
技术领域：
本发明涉及产品建模技术，具体地说，是涉及一种基于混合Petri网的产品行为流建模方法。
背景技术：
产品设计是一项复杂的脑力劳动，需要多方面的经验和专业知识的综合运用，是一个分析、综合、推理的过程，传统CAD系统无法体现出这种智能。ICAD的目标是尽可能地使计算机参与设计活动，利用设计专家的知识、经验、和数据完成产品的方案决策、结构设计、性能分析、图形处理等设计任务。ICAD的显著特征是拥有解决产品设计问题的知识库，具有选择知识、协调工程数据库与图形库共同完成设计任务的推理决策机制。从上世纪80,90年代起，尽管人们对产品设计的模式及过程的认识和定义有不同见解，但基本都可归结为一个逐步细化、循环迭代的过程，是一个设计约束不断分解、传播与满足的过程。整个设计过程中以概念设计、结构设计和详细设计三个阶段属于设计范畴。而当前的智能设计模型以较为成熟的概念设计理论作为基础，同时引入智能算法作为手段解决基础理论中的全部或某一方面问题，常见的基础概念设计理论如Suh提出的公理化设计理论(AxiomaticDesign Theory)、Qian 和 Gero 提出的 FBS(Function-behavior-structure)模型等。为了能更好的使用智能化手段，一般还需要在上述基础理论的基础上作一些补充或变化，如:肖人彬等基于工程免疫计算方法，给出一种面向耦合设计的产品功能规划方法，在功能不独立的情况下完成产品设计提供功能规划的解决方案，有效处理公理设计过程中出现的耦合设计问题；邹慧君和金熙哲等基于FBS模型提出“功能-行为-结构”映射的机构系统概念设计模型，通过与功能相关联物理行为的综合，实现功能到结构的转换，引入遗传算法构建行为-机构映射优化求解数学模型和方法。此外还有大量学者采用遗传算法、免疫算法手段研究概念设计的概念设计的方案生成和优化。可见，当前的模型几乎都是从功能设计为起点，把概念设计集中在功能表达的基础上，概念设计、结构设计和详细设计依然是设计的主线。功能没有通用表达式，即使有，也会存在歧义，因此通用性很低，不适于计算机描述；而且，功能的是主观的，属于人的语言表达，而对人的语言理解在当代仍然是计算机科学的巨大难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于混合Petri网的产品行为流建模方法，从产品的行为上进行研究，并建立产品的行为流模型，以解决从功能上进行建模带来的问题。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:一种基于混合Petri网的产品行为流建模方法，包括:水平方向一方面是从客观的行为映射到主观的功能领域，建立符合人类认识的功能模型，另一方面是从客观的行为模型到行为的实现-结构模型的转换，实现具体的产品；
垂直方向包括至少两个层次，且从最顶层可以实现从起始状态到目标状态的单个抽象行为开始，到最底层的每个行为直接对应一个简单的实现结构结束。进一步地，在垂直方向的每个层次上，都是从输入物质组合成的产品起始状态到实现目标物质组合组成的输出状态的过程。更进一步地，水平方向和垂直方向的过程相互交互。与现有技术相比，本发明的有益效果在于:1、本发明注重对产品行为的研究，并从产品的行为上来建立产品的行为流模型，从而有效解决了通过功能建模带来的通用性低、计算机难以识别等问题。2、产品行为是客观的，和功能不同的是，它可以有无歧义的通用表达，具有通用性，也适合于计算机描述，因此，本发明具有良好的通用性和实用性；3、通过直接对行为的研究，可以定义一个产品的状态，特别是起始状态和目标状态。通过这两个状态以及之间的影响状态的行为，一方面可以直接对已有产品建模，另一方面，可以根据这两个状态，找到合适的行为变化序列来实现状态的转变，从而实现新产品的设计，建立新产品的行为流模型；再者，行为可以直接对应到结构，得到产品的实现；4、产品的行为流模型具有实用性，覆盖了智能设计的整个生命周期；同时，每个行为可以作为行为库的一个元素，通过建立行为库来保存已有的产品的行为，从而实现人类知识的积累和重复使用，具有学习和重复使用等智能因素，可以实现产品的智能演化。
图1为本发明的原理框图。图2为本发明-实施例的产品行为流模型框图。图3为本发明-实施例中发动机进气流程的Petri网示意图。图4为本发明-实施例中发动机压缩流程的Petri网示意图。图5为本发明-实施例中发动机燃烧流程的Petri网示意图。图6为本发明-实施例中发动机排气流程的Petri网示意图。
具体实施例方式下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。实施例在描述产品行为流建模方法之前，首先对产品行为流建模框架的基本概念进行阐述。一、行为流模型中的物质，行为和行为流状态(I)行为借鉴于FBS模型对行为的认识，同时采用本体的观点来看待行为。首先，认为行为是客观的，是对产品取得的客观效果的客观描述。我们采用了一个设备本体概念来描述行为，这扩展于系统工程的本体和面向组件的本体。设备本体指定了以设备为中心的观点来看待产品，认为任何产品或组件是设备的组成元素，设备处理输入，产生我们需要的输出。我们称从设备的入口到出口，引起物质的变化的过程为行为。行为是对客观的产品结构产生效果的表示和抽象，是引起物质状态变化的原因，其操作对象是物质。如图1所示，其中P，N代表行为，M代表操作的物质，对物质操作的结果是引起物质状态的变化，因此，行为是一个算子，是一个单元操作符，符号为Λ，可以实现如下计算:A (M1,...Mn) = (Mi,.., Mj)其中，(M1,...Mn)代表输入的物质组合，(Mi,.., Mj)代表操作后输出的物质组合，前后不同的是物质的状态，因此，行为是引起物质状态变化的原因，所以可以定义Λ为:A = (Mi,..,Mj)/(M1,...Mn)(2)行为的对象一物质之前说到了物质和物质状态，下面将阐述物质和物质的状态。称经过从设备的入口到出口并在这个过程中被设备处理的东西叫做物质，通常划分物质为三种类型:实体物质，是指我们可以感受到实体存在的物质，比如水，各种加工的原材料等等;能量物质，是指产品运行过程中涉及到的热能，动能等能量；信息物质，是指在在产品运行过程中涉及到的控制信号等信息。因为物质是在客观世界的客观存在，因此可以通过物质的属性对物质进行描述，这是物理参数。我们可以通过面向对象的方法来定义物质，定义如下:类名:物质的名称属性列表:类型:类型的身份识别数字标识符:物质的唯一的身份识别数字父类:物质的超级父类数量:物质的数量相位:物质表现出来的状态，固体，液体等位置:入口，出口，内部参数:对应物质的物理参数列表参数关系:参数之间的关系因此，通过物质属性项的值列表，我们可以唯一标识一个物质当前的状况，称这个属性列表为物质状态，表示如下:物质状态S:〈类型，标识符，父类，数量，相位，位置>(3)产品的行为流和行为流状态如前所述，行为处理输入物质，输出处理后的物质，改变的是物质的状态。同时如图1所示，产品的总行为往往不是由单独的一个行为可以完成的，相反，是把一个行为的输出作为下一个行为的输入，这种输入输出之间自然而然的构成一个“流”的关系。这个“流”有两方面的概念范畴:一是物质在所有的行为过程中的流动；二是这些前后衔接的行为构成行为串，“流”中的元素是行为。如图1所示，通过产品的行为“流”实现了产品的功能，行为“流”描述了产品功 能实现的过程和机理。所有可以实现的功能，都可以通过一个行为流来实现，从这个角度，我们可以定义行为流Π如下:V/7, 3Ak，...，A2，A1，使得 Ak，...，A2A1OM1，…，Mn) —F，我们称 Π= Ak,...，A2A1为行为流。其中(M1,...Mn)表示行为所在的产品的输入物质。行为流就是一串的行为操作。虽然行为操作的对象是物质，但是改变的是物质的状态，而每个物质正是通过物质的状态来表示其存在，即通过物质的状态在模型中表示物质的存在。状态是物质在模型中的抽象。因此，行为对物质的操作，在模型中可以等价于算子对物质状态的计算。可以转化如下:
权利要求
1.种基于混合Petri网的产品行为流建模方法，其特征在于，包括: 水平方向 一方面是从客观的行为映射到主观的功能领域，建立符合人类认识的功能模型，另一方面是从客观的行为模型到行为的实现-结构模型的转换，实现具体的产品； 垂直方向 包括至少两个层次，且从最顶层可以实现从起始状态到目标状态的单个抽象行为开始，到最底层的每个行为直接对应一个简单的实现结构结束。
2.据权利要求1所述的一种基于混合Petri网的产品行为流建模方法，其特征在于，垂直方向的每个层次上，都是从输入物质组合成的产品起始状态到实现目标物质组合组成的输出状态的过程。
3.据权利要求2所述的一种基于混合Petri网的产品行为流建模方法，其特征在于，水平方向和垂直方向的过程相互交互。
全文摘要
本发明公开了一种基于混合Petri网的产品行为流建模方法，其特征在于，包括水平方向，一方面是从客观的行为映射到主观的功能领域，建立符合人类认识的功能模型，另一方面是从客观的行为模型到行为的实现-结构模型的转换，实现具体的产品；垂直方向，包括至少两个层次，且从最顶层可以实现从起始状态到目标状态的单个抽象行为开始，到最底层的每个行为直接对应一个简单的实现结构结束。本发明从产品的行为来建立了产品的行为流模型，提供了一种精确的模型的数学表示，为数学建模的计算机应用提供了新的思维，提高了产品建模的通用性和实用性。
文档编号G06F17/50GK103093012SQ201110340829
公开日2013年5月8日 申请日期2011年11月2日 优先权日2011年11月2日
发明者郝泳涛, 楼狄明, 王力生 申请人:同济大学