一种飞机协同设计数据表达范式构建方法

1.本发明属于飞机设计领域，具体涉及一种飞机协同设计数据表达范式构建方法。


背景技术：

2.飞机设计涉及到诸多学科和人员，通常以协同设计的方式开展。飞机协同设计指的是在飞机设计过程中利用必要的工具、技能和劳动力形成设计结果，通过及时分享信息，促进跨专业的合作。飞机协同设计的关键在于及时分享信息，保证参与者能够及时获取所需信息。因此飞机协同设计需要统一的信息交换方式。
3.然而，传统的基于文档的协同设计以纸质文档或电子文档为载体分享信息，设计人员在完成本职工作后需要将设计结果处理，编写设计报告，以文档报告的作为信息交换的媒介传递至其他参与者。其他参与者获取文档报告后从中获取信息完成设计。这种设计方式通常会带来如下问题：
4.(1)信息交换不及时。文档报告作为媒介交换信息不具有实时性，参与者无法得到实时的设计状态；
5.(2)多方案权衡比对难。方案数据隐含在报告内，多个方案权衡比对只能依赖于多份报告，难以直观得出权衡结论；
6.(3)多轮次迭代耗时长。每一轮次迭代中参与者都需要开展计算并编写报告，数据版本容易发生错乱，编写报告占用时间长；
7.(4)多学科耦合理不清。学科之间耦合关系复杂，设计参数繁杂，学科接口不固定，凭借文档报告无法理清学科之间接口关系；
8.(5)以上问题导致协同设计效率低，进而导致飞机设计成本增加、设计方案可靠度降低。
9.为此，可采用数据驱动的方式革新协同设计方式。通过建立飞机协同设计数据表达范式，定义飞机设计中所有可能使用到的数据的表达方式，形成数据基本元素和关系的定义、设计结果的定义、数据交换的标准格式，通过标准格式的数据提高信息交换及时性，通过细颗粒度数据表达提高多方案权衡和多轮次迭代效率，通过建立数据关系理清多学科耦合，从而提高协同设计效率。


技术实现要素：

10.为克服传统协同设计信息分享不及时问题，本发明提供一种飞机协同设计数据表达范式构建方法，能够帮助参与者构建统一的飞机协同设计数据表达范式。
11.为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
12.一种飞机协同设计数据表达范式构建方法，包括建立构建原则、实施构建流程和建立元模型机制；所述构建原则帮助使用者明确构建的基础；所述构建流程依据所述构建原则，形成飞机协同设计数据表达范式构建的可操作步骤，确定构建过程中需要完成的活动内容；所述元模型机制是数据表达范式的呈现形式，包含数据的实例模型、概念模型、元
素定义、关系定义。
13.进一步地，建立构建原则具体包括：
14.明确基础，以飞机协同设计过程中现有的文档和数据为基础；明确交付，梳理出飞机协同设计各专业在当前设计阶段的交付物的种类和形式；明确传递，梳理出飞机各专业之间传递的数据的传递方法和数据形式；明确工具，梳理出飞机各专业在飞机协同设计中使用的工具及工具的输入输出格式；明确标准，梳理出飞机协同设计中使用的国际、国家、行业、企业标准及适航规章。
15.进一步地，实施构建流程具体包括：
16.根据构建原则得到数据表达范式构建的基础资料，所述基础资料包括各类飞机设计报告、飞机设计原始数据和参考手册；从所述基础资料获取数据，通过正式和非正式的文本分析，将飞机设计的过程数据和结果数据逐条列举，从数据中明确数据的实例模型；将数据的实例模型概念化，去掉与飞机方案设计相关的数值得到数据的概念模型，确定数据概念模型的名称及类型、备注等属性；将数据的概念模型形式化，检查概念模型是否重复，产生标准化的表达，采用中间淘汰法，首先自上而下制定概念模型的结构，其次自下而上填充概念模型并淘汰不需要的数据，定义元素及其类别和属性、关系及其类别和属性；将所有元素和关系集成，融合差异性小的元素和关系，并开展实体消歧和共指消解，根据数据结构的差异定义飞机协同设计的元素和关系；评估数据表达范式的可用性，包括验证概念模型的可用性和易用性，确认实例模型的完备性；针对飞机协同设计中的具体领域开展实施工作，扩大使用范围；对建成的数据表达范式开展维护工作，更新与修改数据表达范式。
17.进一步地，所述元模型机制包括元元模型层、元模型层、概念模型层和实例模型层，是构建流程不同阶段的产物，元元模型层包括“元素”和“关系”两个基本概念；元模型层包括元素和关系的实例化，定义元素及其类型和属性、关系及其类别和属性，元素为飞机协同设计数据的基本表达形态，关系为飞机协同设计数据之间的关系；所述概念模型层由多种类别的元素和关系根据业务场景组合而成；所述实例模型层由概念模型层根据实际飞机对象填充数据而成。
18.本发明与现有方法相比具有以下优点：
19.(1)所述构建原则充分考虑基于文档的协同设计可供利用的基础，使数据表达范式构建有迹可循。
20.(2)所述构建原则尽量不改变设计人员习惯，参考现有交付物、数据传递关系和工具。
21.(3)所述构建原则善于借助外界的力量，参考各类标准及适航规章作为构建原则，能够提高数据表达范式构建的效率。
22.(4)所述构建流程可操作性强。本发明形成从文档报告到数据表达范式再到使用维护和实施的数据全生命周期操作流程，学习成本低，设计人员可快速学习展开使用。
23.(5)所述构建流程适用性强。本构建流程无需调整即可适用于飞机协同设计的任意专业或阶段，过程方便快捷。
24.(6)所述元模型机制具有开放性。元模型层的元素和关系可以根据飞机协同设计所包含专业和数据的扩充而扩充，能够为飞机协同设计提供连续支持。
25.(7)所述元模型机制表达性强。通过数量有限的元素和关系根据业务场景能够组
合成多种类型的概念模型。
26.(8)所述元模型机制认知难度低。元素和关系的类型与属性可根据设计人员的业务场景定义，概念模型与实例模型保持与设计人员的设计习惯和交付物一致性强。
27.(9)所述元模型机制机器识别容易。通过标准的元素和关系定义表达的概念模型和实例模型能够支持计算机解析。
28.综上所述，本发明形成了一种全新的飞机协同设计数据表达范式构建方法；具有开放性，能够支持数据类型的动态扩充，为飞机协同设计提供连续支持；表达性强，能够支持飞机协同设计多阶段多种数据的表达范式；可操作性强，提供详细的构建流程，数据表达范式和设计人员联系紧密，学习成本低；可读性强，数据表达范式贴合设计人员习惯，且通过标准的元模型机制构建，具有良好的人可读性与机器可读性。
附图说明
29.图1为本发明的飞机协同设计数据表达范式构建方法运行框架图；
30.图2为本发明的构建流程途径；
31.图3为本发明的数据表达范式构建实例模型示例。
具体实施方式
32.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
33.如图1所示，本发明的一种飞机协同设计数据表达范式构建方法通过设置构建原则1、构建流程2和元模型机制3实现。其中，构建原则1为指导构建方法全过程的基本原则，能够帮助使用者明确构建的基础。构建流程2是依据构建原则，形成飞机协同设计数据表达范式构建的可操作步骤，确定了构建过程中需要完成的一系列活动。元模型机制3是数据表达范式的呈现形式，包含了数据的实例模型、概念模型、元素定义、关系定义。
34.具体地，本发明的一种飞机协同设计数据表达范式构建方法具体实现步骤如下：
35.步骤s1、建立构建原则：需要建立的原则包括基础、交付、传递、工具和标准。明确基础，以飞机协同设计过程中现有的文档和数据为基础；明确交付，梳理出飞机协同设计各专业在当前设计阶段的交付物，包括交付物的种类和形式；明确传递，梳理出飞机各专业之间传递的数据，包括传递方法和数据形式；明确工具，梳理出飞机各专业在飞机协同设计中使用的工具及工具的输入输出格式；明确标准，梳理出飞机协同设计中使用的国际、国家、行业、企业标准及适航规章。
36.步骤s2、实施构建流程：
37.如图2所示，根据构建原则，能够得到数据表达范式构建的基础资料，基础资料包括各类飞机设计报告、飞机设计原始数据和参考手册。从基础资料获取数据，通过头脑风暴、访谈、正式和非正式的文本分析，将飞机设计的过程数据和结果数据逐条列举，从数据中明确数据的实例模型；将数据的实例模型概念化，去掉与飞机方案设计相关的数值得到数据的概念模型，确定数据概念模型的名称及类型、备注等属性；将数据的概念模型形式
化，检查概念模型是否重复，产生标准化的表达，采用中间淘汰法，首先自上而下制定概念模型的结构，其次自下而上填充概念模型并淘汰不需要的数据，定义元素及其类别和属性、关系及其类别和属性；将所有元素和关系集成，融合差异性小的元素和关系，并开展实体消歧和共指消解，根据数据结构的差异定义飞机协同设计的元素和关系；评估数据表达范式的可用性，包括验证概念模型的可用性和易用性，确认实例模型的完备性；针对具体领域开展实施工作，扩大使用范围；对建成的数据表达范式开展维护工作，适时地更新与修改数据表达范式。
38.步骤s3、建立元模型机制，将构建流程各阶段的产物汇总形成元模型机制。
39.所述元模型机制包括元元模型层、元模型层、概念模型层和实例模型层，是构建流程不同阶段的产物。所述元元模型层包括“元素”和“关系”两个基本概念；元模型层包括元素和关系的实例化，定义了元素及其类型和属性、关系及其类别和属性，元素为飞机协同设计数据的基本表达形态，关系为飞机协同设计数据之间错综复杂的关系；概念模型层由多种类别的元素和关系根据业务场景组合而成；实例模型层由概念模型层根据实际飞机对象填充数据而成。
40.数据表达范式构建结果可读性强，方便用于飞机协同设计。图3为本发明的数据表达范式构建实例模型示例。图3所示实例模型去掉值即为概念模型。图3中定义的元素和关系为文本、图片、cad模型、数值、分类。
41.本发明的数据表达范式构建方法需要不断迭代与维护；数据表达范式构建应在少量设计人员或典型场景中试用，不断完善和迭代后再推广至全场景使用；需建立配套软件系统配合数据表达范式共同使用，该配套软件系统应能够解析元模型机制，并且能够可视化展示实例模型。
42.本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。