（计算机应用技术专业论文）协同设计中知识冲突消解机制及其应用研究.pdf

1 i l l l li1111111 1 1 1 i l l ll i l l l l q l l l l l l li i l l i y 17 8 9 4 4 1 协同设计中知识冲突消解机制及其应用研究 中文摘要 机械制造业作为我国国民经济的重要支柱产业，在国家经济发展中占有重要的地位。 随着我国经济全球化进程的不断推进，我国制造业面临着更加激烈的市场竞争，作为机 械制造行业核心竞争力的机械设计技术和创新产品的开发技术，越来越受到企业的关 注。随着计算机技术进一步发展和深入应用，一些新的现代设计理论和技术成为学术界 和企业界关注和研究的热点。计算机支持的协同设计技术作为产品现代设计理论和技术 的应用研究领域，已成为国内外研究的热点。 协同设计是在计算机软硬件工具支持的网络环境下，为了实现产品设计的总体目标， 由多学科群组成员协同工作，共同完成产品设计的问题求解过程。由于协同设计具有分 布性、并行性和设计的多主体性，那么，在协同设计过程中必然会存在数据冲突、任务 冲突、知识冲突以及资源冲突等各种冲突问题。从本质上来说，协同设计的过程就是一 个设计冲突消解的过程。 本课题针对协同设计过程中的知识冲突消解机制进行研究，为产品协同设计过程管 理和控制提供有效的支持。本文的主要工作有以下三点： ( 1 ) 在分析了机械产品协同设计过程中知识冲突的特点及分类的基础上，研究了知 识冲突的检测、归档以及消解策略，提出了协同设计过程知识冲突的管理模型框架； ( 2 ) 基于约束网络理论，从约束的角度出发，建立了协同设计过程设计依赖的约束 网络，采用区间传播算法求解具有约束特点的协同设计冲突检测问题。在此基础上，引 入了基于距离空间和决策空间两类冲突消解机制来实现知识冲突的消解； ( 3 ) 在理论研究的基础上，以挖掘机产品协同设计中选择轴承为实例，基于j 2 e e 平台s t r u t s + i b a t i s 轻量级框架开发技术，设计并开发了一个协同设计知识冲突管理系统， 实现了挖掘机协同设计中知识冲突的检测、归档和消解的功能，同时验证了原型系统的 可行性和有效性。 关键词：协同设计；知识冲突；约束网络；冲突检测；冲突消解 r 菩 r e s e a r c ho nr e s o l u t i o na n da p p l i c a t i o no fk n o w l e d g ec o n f l i c ti nc o l l a b o r a t i v e d e s i g n g r a d u a t en a m e ：h a n m e ic h e n m a j o r ：c o m p u t e ra p p l i e dt e c h n o l o g y d i r e c t e db yy i n z h a n gg u o a b s t r a c t m a c h i n e r ym a n u f a c m r i n gi n d u s t r ya s ap i l l a ri n d u s t r yi nc h i n a sn a t i o n a l e c o n o m yp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nt h ee c o n o m i cd e v e l o p m e n t a l o n g w i t ht h e c o n t i n u o u sa d v a n c eo fe c o n o m i cg l o b a l i z a t i o n ，c h i n a sm a n u f a c t u r i n gi n d u s t r y i sf a c i n gm o r ei n t e n s em a n e tc o m p e t i t i o n ，a sac o r ec o m p e t i t i v ec a p a c i t yo tt h e m e c h a n i c a ld e s i g nt e c h n o l o g i e sa n di n n o v a t i v ep r o d u c td e v e l o p m e n t t e c h n o l o g y i nm a c h i n e r ym a n u f a c t u r i n gi n d u s t r yg e tm o r ea n dm o r ec o r p o r a t ea t t e n t l o n w i t ht h ef u r t h e rd e v e l o p m e n to fc o m p u t e rt e c h n o l o g ya n di n 。d e p t ha p p l i c a t i o n s ， s o m en e wm o d e md e s i g nt h e o r ya n dt e c h n o l o g yb e c o m ea t t e n t i o na n d r e s e a r c h f o c u so ft h ea c a d e m i ca n db u s i n e s s a sr e s e a r c hf i e l d so f m o d e mp r o d u c td e s i g n t h e o r ya n dt e c h n o l o g y , c o m p u t e rs u p p o r t e d b e c o m ear e s e a r c hh o ta th o m ea n da b r o a d c o l l a b o r a t i v ed e s i g nt e c h n o l o g yh a s c o d e s i g nw o r k si nan e t w o r k e n v i r o n m e n ts u p p o r t e db yc o m p u t e rh a r d w a r e a n ds o f t w a r et o o l ，i no r d e rt oa c h i e v et h eo v e r a l lo b j e c t i v eo fp r o d u c td e s i g n ， s t a f ff r o mt h em u l t i d i s c i p l i n a r yg r o u pw o r kt o g e t h e rt oc o m p l e t et h ep r o d u c t d e s i g np r o b l e m a st h ec o d e s i g n w i t hd i s t r i b u t i v e s ，p a r a l l e l a n dm o r e s u b i e c t i v i t y , s o ，i tm u s te x i s td a t a ，c o n f l i c t ，t a s kc o n f l i c t ，k n o w l e d g ec o n f l i c t r e s o u r c e sc o n f l i c t ，a n do t h e rc o n f l i c t si nt h ec o l l a b o r a t i v ed e s i g np r o c e s s i n e s s e n c e c o l l a b o r a t i v ed e s i g np r o c e s si sad e s i g nc o n f l i c tr e s o l u t i o np r o c e s s l n g t h ek n o w l e d g ec o n f l i c tr e s o l u t i o nm e c h a n i s m so f t h ec o l l a b o r a t i v ed e s i g n p r o c e s sw e r es t u d i e d i nt h ep a p e r t h i sp r o v i d e s e f f e c t i v es u p p o r tf o rt h e m a n a g e m e n ta n dc o n t r o l o fc o l l a b o r a t i v ep r o d u c td e s i g np r o c e s s t h em a m w o r ko ft h i sp a p e rh a st h ef o l l o w i n gt h r e ep o i n t s ： ( 1 ) b a s e do nt h ea n a l y s i s o ft h ec h a r a c t e r i s t i c s a n dc l a s s i f i c a t i o no ft h e k n o w l e d g ec o n f l i c t i nm e c h a n i c a lp r o d u c tc o l l a b o r a t i v ed e s i g np r o c e s s ， k n o w l e d g ec o n f l i c td e t e c t i o n ，a r c h i v i n g ，a n dd i g e s t i o ns t r a t e g ya r es t u d i e d ， a n dk n o w l e d g ec o n f li c tm a n a g e m e n tm o d e lf r a m e w o r ki sp r o p o s e di n c o l l a b o r a t i v ed e s i g np r o c e s s ； ( 2 ) b a s e do nt h ec o n s t r a i n tn e t w o r kt h e o r y , f r o mt h ep e r s p e c t i v eo fc o n s t r a i n t ， c o n s t r a i n tn e t w o r ki se s t a b l i s h e di nc o l l a b o r a t i v ed e s i g np r o c e s s i n t e r v a l p r o p a g a t i o na l g o r i t h mi sa p p l i e d t os o l v ec o l l a b o r a t i v ed e s i g nc o n f l i c t d e t e c t i o nw i t hc h a r a c t e r is t i c so fc o n s t r a i n t o nt h i sb a s i s ，t w ot y p e so f c o n f l i c tr e s o l u t i o nm e c h a n i s m s ：s p a c e b a s e da n dd e c i s i o ns p a c e b a s e d c o n f l i c tr e s o l u t i o ns t r a t e g i e sa r ei n t r o d u c e di nt oa c h i e v et h ek n o w l e d g e c o n f l i c tr e s o l u t i o n ； ( 3 ) b a s e do nt h et h e o r y , t a k i n gt h e s e l e c t i o n o fb e a r i n ga sa ne x a m p l ei n e x c a v a t o rp r o d u c tc o l l a b o r a t i v ed e s i g n ，ak n o w l e d g ec o n f l i c tm a n a g e m e n t s y s t e m si sd e s i g n e da n dd e v e l o p e di n c o l l a b o r a t i v ed e s i g n ，w h i c hb a s e d j 2 e e p l a t f o r m a n ds t r u t s + i b a t i sl i g h t w e i g h t f r a m e w o r k d e v e l o p m e n t t e c h n o l o g y i t r e a l i z e d k n o w l e d g e c o n f l i c t d e t e c t i o n ，a r c h i v i n g ，a n d r e s o l u t i o ni ne x c a v a t o rc o l l a b o r a t i v ed e s i g n ，a n da tt h es a m et i m et h e f e a s i b i l i t ya n de f f e c t i v e n e s so f t h ep r o t o t y p es y s t e ma r ev e r i f i e d k e yw o r d s ：c o l l a b o r a t i v ed e s i g n ；k n o w l e d g ec o n f l i c t ；c o n s t r a i n tn e t w o r k ； c o n f l i c td e t e c t i o n ；c o n f l i c tr e s o l u t i o n i v 目录 第一章绪论1 1 1 课题研究的背景及意义1 1 1 1 协同设计概念1 1 1 2 协同设计的基本特征1 1 1 3 协同设计中的冲突2 1 1 4 课题研究的提出2 1 2 课题研究现状和问题分析3 1 2 1 协同设计中知识冲突的国内外研究现状3 1 2 2 协同设计知识冲突研究分析4 1 3 课题研究主要内容及论文的组织结构4 1 3 1 课题研究的主要内容4 1 3 2 论文的组织结构与安排：4 第二章协同设计中的知识冲突7 2 1 知识冲突的根源及定义7 2 1 1 知识冲突的根源7 2 1 2 什么是知识冲突7 2 2 知识冲突的分类与特点7 2 2 1 知识冲突的分类7 2 2 2 知识冲突的特点7 2 3 解决冲突的关键技术8 2 3 1 知识冲突的避免8 2 3 2 知识冲突的检测9 2 3 3 知识冲突的消解9 2 4 本章小结9 第三章基于约束的协同设计知识冲突管理11 3 1 协同设计中的冲突管理模型框架1 1 3 2 协同设计知识冲突检测1 2 3 2 1 基于约束满足的冲突检测1 3 v 3 3 协同设计知识约束管理1 3 3 3 1 约束分类1 3 3 3 2 约束的存储和表示1 4 3 3 3 约束满足问题1 6 3 3 4 基于区间传播算法的冲突检测1 6 3 3 5 知识冲突检测实例2 1 3 4 冲突归档2 2 3 5 协同设计知识冲突消解策略2 2 3 5 1 回溯策略2 2 3 5 2 约束松弛策略2 2 3 5 3 知识推理2 3 3 6 基于距离空间的知识冲突消解策略及算法2 3 3 6 1 知识粒度2 3 3 ，6 2 知识距离2 4 3 6 3 冲突消解算法及实例2 4 3 7 基于决策空间的知识冲突消解策略及算法2 7 3 8 本章小结2 8 第四章挖掘机协同设计冲突管理数据库建模与设计2 9 4 1 需求分析2 9 4 2 实体图2 9 4 3 数据库逻辑结构设计3 1 4 4 数据库结构的实现3 2 4 5 本章小结3 4 第五章挖掘机协同设计冲突管理系统的实现3 5 5 1 挖掘机协同设计冲突管理系统的体系架构3 5 5 2 约束管理过程3 6 5 3 挖掘机协同设计冲突检测的流程3 8 5 4 冲突归档模块的实现3 8 5 5 系统运行测试3 9 5 5 1 测试的目标及准则3 9 5 5 2 设计测试用例4 0 5 5 3 测试方法4 0 5 5 4 结果分析4 l 第六章总结与展望4 3 6 1 总结4 3 6 2 展望4 3 参考文献4 5 攻读学位期问发表的学术论文4 9 致谢5 1 v l i 第一章绪论 第一章绪论弟一早三百t 匕 席卷全球的金融危机对中国经济产生深刻的影响，然而根据马克思主义哲学矛盾的 观点，对任何事物的分析都应当是一分为二的，金融危机也不例外，中国经济市场挑战 与机遇并存，这场金融危机也给中国经济带来了历史性的机遇，当今竞争手段更加多样 化，市场环境更加复杂化，产品更加快速化。反应到机械产品设计中，传统的串行设计 模式已经不能满足用户个性化和多样化的要求，也无法适应快速变化的市场。在这样一 个大的背景下，计算机支持的协同设计迅速发展起来，国内外许多学者对计算机支持的 协同设计技术进行了大量深入地研究并获得了重大成果。制造业作为国家的经济命脉和 综合实力的基础，要想在激烈的市场竞争中处于不败之地，越做越强，就只有在产品开 发设计过程中不断地缩短时间、提高质量、降低成本，改进服务，才能占据市场、处于 优势、提高竞争力。 挖掘机作为一个复杂的机械产品，广泛地应用于国民经济的多个领域。挖掘机设计 制造涉及到了产品级设计、部件级设计和零件级设计，因此如何快速、高质量并且低成 本地设计制造出挖掘机产品? 本文将协同设计技术引入挖掘机设计中，并重点研究挖掘 机协同设计中的知识冲突消解问题。 1 1 课题研究的背景及意义 1 1 1 协同设计概念 计算机支持的协同设计技术是在计算机软硬件支持的异构环境下，分布在不同地点 的不同领域的人员为完成一项共同的设计任务而组成用户群，通过计算机网络技术构造 虚拟的合作设计环境，设计人员通过各自终端访问该共享环境，协同、并行地参与到同 一机械产品的设计过程当中，最终产生符合要求的机械产品设计模型，从而缩短产品设 计周期、提高机械产品设计质量、降低产品开发成本。 协同包含两个方面的内容：一方面设计群组成员可以向主任设计师提出协调要求或 者反馈信息；另一方面由主任设计师对各个设计人员的设计进度、设计质量等进行协调。 1 1 2 协同设计的基本特征 计算机支持的协同设计( c s c d ) 是计算机支持协同工作( c s c w ) 在产品设计领域的 重要应用。目前国内外在协同设计和网络化制造方面做了许多研究和开发工作并取得了 很多成果。对复杂机械产品协同设计而言，协同设计一般具有以下特点： 群体性包括设计人员组成的用户群和应用系统； 集成性集成包括信息集成、知识集成、过程集成和组织集成等； 协同设计中知识冲突消解机制及其应川研究 动态协作性成员之间的关系不确定因素导致协同设计间的必要的动态协作； 层次性产品开发活动在一定组织层次上进行，任务的分解本身也带有层次性； 并行性组内成员之间需要同步协同，组间需要异步协同，两者并存； 分布性设计人员可以在不同的时间不同的城市参与到设计中来； 共享性无论是并行活动还是串行活动都需要大量的信息交流和共享； 丌放性协同过程具有足够的丌放性和灵活性才能支持异构环境。 复杂性可将设计任务分解成若干个子设计任务，而且各活动之间并行、串行关系 同时存在，活动之间的层次性使得协同设计复杂化。 1 1 3 协同设计中的冲突 在机械产品协同设计中，每一个小组都有着自己独立的结构、知识库和问题求解策 略，这决定了协同小组的独立性；同时各小组的资源、能力、信息是有限的，必须通过 一定的合作和协调才能完成对整个问题的求解，即协同小组间又存在种种依赖关系；设 计小组之间的这种独立性和依赖性必将导致冲突的产生；而且组内或组间的设计人员对 产品开发的考虑角度、评价标准、领域知识也不尽相同；这些因素也将导致冲突的产生， 所以既协同设计中冲突是普遍存在又不可避免的，冲突是协同设计的内在特征，是隐蔽 于协同设计中的，协作的紧密程度越大，冲突的可能性也就越大。从某种意义上来说， 协同设计过程就是一个冲突不断产生和消解的过程。 1 1 4 课题研究的提出 为了适应越来越激烈的全球化市场竞争，快速响应客户定制产品的需求，计算机支 持产品协同设计的研究得到学术界和企业界的广泛关注，并被认为是未来广泛采用的一 项新技术。机械制造业作为国家的经济命脉和综合实力的基础，要想在激烈的市场竞争 中处于不败之地，越做越强，就只有在协同设计模式下不断地缩短产品开发时间、提高 产品质量、降低成本，改进服务，才能在竞争中占有优势。由于每一个小组都有着自己 独立的结构、知识库和问题求解策略，这决定了协同小组的独立性；各小组的资源、能 力、信息是有限的，必须通过一定的合作和协调才能完成对整个问题的求解，即协同小 组间又存在种种依赖；设计小组之间的这种独立性和依赖性必将导致冲突的产生；而且 组内或组问的设计人员对产品开发的考虑角度、评价标准、领域知识也不尽相同；这些 因素也将导致冲突的产生，所以说协同设计中冲突是普遍存在又不可避免的，从某种意 义上来说，协同设计过程就是一个冲突不断产生和消解的过程。 根据唯物辩证法，我们应该一分为二的地看待一个事物的存在，一分为二的分析一 个事物，冲突也不例外。冲突的产生势必造成设计的不协调甚至搁浅，因此必须有效地 2 第一章绪论 避免、检测、解决冲突以保障协同设计顺利、高效地进行；另一方面，冲突虽然对设计 过程有负面影响和阻碍作用，但也有它积极的一面，冲突可能是一个革新设计的开始， 冲突促使设计人员及早发现问题并解决问题，最终能显著缩短产品丌发周期，降低产品 开发成本，提高产品质量，从而增强产品中在市场中的竞争力，因此币确地认识冲突， 在机械产品设计过程中及时地检测冲突并解决冲突具有重大的现实意义。 1 2 课题研究现状和问题分析 1 。2 1 协同设计中知识冲突的国内外研究现状 国外对基于知识的冲突消解问题作了大量的研究，f p o l a t 建立了一个基于多a g e n t 的冲突检测和消解模型；h a r r i n g t o n 和s o l t a n 9 】提出了一种基于知识的协商策略，用于 一个并行工程设计环境中，以解决设计过程中不同专业知识的主体冲突，并在系统中引 入了基于事例的推理技术；w o n gs t c h a r r i n g t o nj v , s o l t a n h ，f o r s k i t tm s y c a r ak p 【4 0 1 提出了基于知识的冲突消解方法；m k l e i n 4 1 4 2 1 1 4 3 1 等指出各种类型的冲突可以归纳为不 同的冲突“类 ，每一个冲突类都对应着适用的冲突消解策略。这些冲突类由低到高被 组织成多个层次，越靠近顶层的是通用性越强的冲突类，对应着领域无关的冲突和相应 的冲突解决策略，越接近底层的是特殊性越强的冲突类，适用于特定领域的冲突。当一 个冲突发生时，找到包含这个冲突的最特殊的冲突类，尝试这个冲突类对应的冲突消解 策略。如果这些冲突消解策略都不成功，向上找到上一层的对应冲突类，使用这个冲突 类对应的通用性更强的冲突消解策略，利用这种将冲突分层的方法可以快速地找到解决 一个冲突的策略；b a h l e r 4 6 】提出了一种基于经济效用的协议，在设计初始阶段允许多功 能小组提出自己的最大或最小期望，采取适当评判工具，对期望进行折衷，避免设计初 期产生冲突； 近几年来，国内对协同设计中基于知识的冲突消解也做了大量工作，魏宝刚分析了 分布式人工智能( d a l ) 系统中冲突产生原因，并提出了一个基于协商的冲突消解策略； 清华大学的赵慧设，田凌，童秉枢在文献【1 4 】中研究协同设计基于约束的冲突检测与协商 技术时提出：可以从约束满足的角度，对协同设计中的冲突检测与协商问题进行探讨； 丁毓峰，胡业发在文酬1 8 】中提出了基于规则和事例混合推理的冲突解决技术，它能在一 定的推理机制的支持下辅助协同小组进行冲突消解；孟秀丽，韩向东在文献【l9 】中研究了 机床协同设计中基于事例的冲突消解，此方法具有很强的扩充性但该方法仅仅对一些知 识表达困难、规则难以提取、耦合程度高的冲突消解非常有效；同济大学桥梁工程系的 陈明在文献【3 6 j 中以p e t r i 网为基础，提出了一个集成p e t r i 网的概念，并在此基础上创建 了冲突检测模块构架，为冲突检测的程序实现提供了参考。 3 协同设计中知识冲突消解机制及其应川研究 1 2 2 协同设计知识冲突研究分析 虽然国内外对协同设计中的知识冲突相关技术进行了大量的研究，但由于冲突产生 的原因复杂、种类繁多，目前尚缺少有效且通用的冲突消解方法，冲突消解的理论仍不 完善，冲突消解的策略还有待改善。 ( 1 ) 目前主要的知识冲突消解策略都是从某个角度来考虑冲突消解，不论哪一种消 解策略，在推理过程中，一方面受知识的不确定性影响，可操作性相对较差；另一方面 由于对规贝0 测度以及规则相似性描述的乏力，容易造成规则搜索陷入局部最优。 ( 2 ) 如果将知识冲突消解局限于产品设计过程中，势必增加冲突消解的代价，如果 在协同设计的概念设计阶段就对设计的过程和资源配置进行合理优化，可避免一些冲突 的产生，有利于协同设计的顺利进行。 ( 3 ) 在协同设计过程中，协同小组的局部利益和整个产品开发的全局利益并存，在 冲突消解的过程中，可能损害到某一方的局部利益，因此在冲突消解的过程中还存在利 益协调的问题。 针对上述分析，所以提出本论文课题研究内容。 1 3 课题研究主要内容及论文的组织结构 1 3 1 课题研究的主要内容 计算机支持的复杂机械产品协同设计的研究涉及到许多学科：如工程设计、计算机 科学、系统科学、心理学、社会学、协同学等等，其相应的研究内容也十分广泛。本论 文理论创新和实践创新并重，把计算机支持的复杂机械协同设计理论知识引入到实例挖 掘机产品设计中来，着重研究挖掘机产品协同设计中的知识冲突检测技术、归档方法以 及消解策略。并在理论知识研究的基础上，结合实例挖掘机产品协同设计选择零件轴承 开发了基于约束的协同设计中冲突管理原型系统，该原型系统在一定程度上解决了挖掘 机产品设计中知识冲突的检测、归档和消解问题，同时也验证了知识冲突管理系统的有 效性和实用性。 1 3 2 论文的组织结构与安排 第一章引言 简单介绍了协同设计的概念，提出了研究课题的背景和意义，阐述了课题的研究现 状及目前存在的问题以及论文的研究内容和组织结构。 第二章协同设计中的知识冲突 知识冲突是本论文的核心概念，在这一章中，详细介绍了什么是知识冲突、知识冲 突的根源以及知识冲突的分类和特点；阐述了解决知识冲突的三个关键支持技术：冲突 4 第一章绪论 检测、冲突归档和冲突消解。 第三章挖掘机协同设计中的冲突管理 在这一章中，首先给出了协同设计知识冲突管理模型框架，描述了冲突从产生到消 解的过程，然后分别从约束管理、冲突检测、冲突归档和冲突消解四个方面用到的相关 技术进行了研究，包括约束分类、约束的表示与存储，区间传播算法，基于p e t r i 网的冲 突检测，基于真值的冲突检测，基于约束的冲突检测方法，接着讨论了冲突检测、归档 与消解之间的关系，多种冲突消解策略；最后重点研究了基于知识推理的冲突消解，包 括基于距离的知识冲突消解方法和基于决策空间的冲突消解方法。 第四章数据库设计 本章详细介绍了挖掘机协同设计中冲突管理系统的数据库设计，分别从数据库结构 的需求分析、数据库表对应的实体图、数据库逻辑结构和数据库的实现四个方面讲述了 数据库的设计。 第五章挖掘机协同设计中冲突管理系统的实现 以挖掘机协同设计为例，开发了冲突管理原型系统，系统包括五个功能模块：用户 登录、约束管理、冲突检测、冲突归档以及冲突消解。这一章对挖掘机协同设计中冲突 管理系统的实现过程展开阐述。介绍了系统的开发环境和体系架构，接着讲述了约束管 理过程，以选择轴承为例演示了冲突检测流程冲突归档及知识冲突的消解过程，最后一 小节是系统运行测试，介绍了测试的目的，设计了测试用例，测试方法及测试结果分析。 第六章总结与展望 第二章协同设计中的知识冲突 第二章协同设计中的知识冲突 2 1 知识冲突的根源及定义 2 1 1 知识冲突的根源 协同设计是一种复杂的创造性活动，每个设计者的领域知识、语意表达、对任务理 解程度可能会有不同。就好比一棵树，在画家看来，这棵树能给人们带来美感；而在木 匠眼中，则是这棵树可以做成什么样的家具；对农民来说，他更看重的是这棵树可以劈 成多少捆木柴，可供他烧多少顿饭。把这个简单的例子引入到复杂机械产品协同设计中， 道理就是具有不同领域知识的专家，自然会有观点不同、意见分歧的知识等这些因素必 将导致知识冲突的产生，协同设计过程就是一个知识冲突不断产生并不断消除的知识创 新过程，冲突是协同设计过程中不可完全消除的。 2 1 2 什么是知识冲突 知识冲突：各设计人员对没计任务的理解和认识仅局限于自己的专业领域，而缺乏 对其他领域知识的了解，同时对产品丌发的考虑角度、评价标准也不尽相同而且不同设 计者的经验不同，对同一设计对象的同一参数的要求也可能不同，由此产生的冲突一般 归结为知识冲突。 2 2 知识冲突的分类与特点 2 2 1 知识冲突的分类 根据冲突产生的原因可以将协同设计中的冲突分为以下几类： ( 1 ) 对设计任务的不同理解产生计划冲突； ( 2 ) 设计过程中由于数据不一致而引起设计数据不能同时满足多个协同小组的要 求，引起数据冲突； ( 3 ) 不同领域的规则难以互相满足产生知识冲突； ( 4 ) 由于资源的缺乏或是缺乏对资源良好的规划调度产生资源冲突； ( 5 ) 协同设计过程与产品丌发的实际过程不一致产生过程冲突。 2 2 2 知识冲突的特点 知识冲突是协同设计众多冲突中的一种，因此它具有协同设计中冲突的所有特点： ( 1 ) 多样性由于设计任务具有多样性与层次性，导致设计领域中冲突类型也具有 多样性，如设计参数冲突、设计意图冲突、设计资源冲突等； ( 2 ) 关联性机械产品协同设计的冲突之间存在着复杂的关系，如冲突i u j 的平行关 系，因果关系，耦合关系。在解决某些冲突的同时，有可能引发其它种类的冲突，这就 协同设计中知识冲突消解机制及其虑川研究 大了冲突消解的难度； ( 3 ) 不可避免性虽然不少学者已着手研究冲突的避免技术，但由于人类对未知 域知识认识的局限性，冲突只能在一定程度上避免，完全没有冲突发生的情况是不可 的； ( 4 ) 积极性冲突的存在有可能使得机械产品协同设计搁浅甚至无法进行下去，但 据马克思主义唯物辩证法：任何事物的存在都是一分为二的，因此冲突的存在也有利 的一面，冲突的消解预示着人类对客观规律的认识又深入了一步，具有积极的一面。 2 3 解决冲突的关键技术 机械产品协同设计是一项动态且复杂的过程，冲突产生不可避免。冲突管理的三种 关键支持技术包括冲突的避免技术、冲突的检测技术和冲突的消解技术，如图2 1 所示： 图2 1 冲突管理的关键支持技术图 f i g 2 1t h ek e ys u p p o r tt e c h n o l o g yo f c o n f l i c tm a n a g e m e n t 2 3 1 知识冲突的避免 冲突避免是针对冲突产生的根源，采用相应的技术手段和管理手段来避免潜在的冲 突发生，将冲突消灭在萌芽阶段。冲突避免技术只能在一定程度上减少和避免一定数量、 一定类型的冲突，由于人类对未知领域知识认识的局限性，不可能完全避免冲突。目前 冲突避免技术一般指的是：组织划分与管理、设计任务规划、领域知识共享、产品数据 管理和没计原理支持等。 领域知识共享不同学科的设计专家共同参与到同一个设计中来，需要提供一个 领域知识能够共享的环境，使得各领域的设计专家能够精确地表达各自的专业知识，并 且能正确地理解其它领域专家的知识和想法，从而避免因领域知识的误解而产生不必要 的冲突。 产品数据管理在协同设计环境下提供了这样一个系统平台，对设计中的产品信 息及过程信息进行综合管理，保证协同设计过程中得到的所有数据信息都能有效地管理 r 第二章协同设计中的知识冲突 与控制，保证在正确的时刻、把正确的信息、以j 下确的方式、传递给j 下确的人，它能有 效避免设计过程中数据的混乱与无序。 设计原理支持设计原理支持就是对机械产品设计原理进行说明，使协同设计者 能理解他人的设计，了解整个设计过程的进展。因为多个管理人员、设计人员、施工人 员以及用户在不同时间不同地点参与到在协同设计中，如果不对产品的设计原理以及设 计过程做说明的话，人们就不能理解设计本身，也就很难根据设计原理提出有效的协同 设计思想和建议，从而引发一些不必要的冲突。 2 3 2 知识冲突的检测 冲突检测技术是冲突管理中最关键的一项技术，其功能是采用有效的冲突检测技术 来及时发现复杂机械产品协同设计中存在的冲突。冲突检测方法可分为领域无关方法和 领域相关方法，两者区别在于是否利用了领域知识来判定冲突的存在。协同小组之间或 内部通过约束网络来建立他们的联系，冲突的产生势必造成约束违反，因而冲突检测可 通过约束传播来实现。常用的冲突检测方法有基于p e tr i 网的冲突检测方法、基于真值 的冲突检测方法和基于约束满足的冲突检测方法等，这些方法都是领域无关的。 2 3 3 知识冲突的消解 。冲突的消解对协同设计的顺利进行至关重要，当检测到冲后，如果冲突得不到很好 的解决，就会把冲突带到下游的设计过程中甚至可能使得整个协同设计过程无法进行下 去。由于协同设计过程中冲突的种类繁多，目前还没有一个通用且有效的冲突消解策略。 常用的冲突消解方法有知识推理、回溯、约束松弛，仲裁。约束松弛法平衡多方利益一 般解决数据冲突；回溯法解决不相容的冲突；知识推理往往解决计划和知识冲突；对于 这些方法都不能解决的冲突则通过协商和仲裁加以解决。本论文中，针对复杂机械产品 协同设计中的知识冲突，结合机械产品的特点，采用基于知识推理的冲突消解策略，并 且根据知识中前提条件属性值量化、非量化，分别采用基于知识距离的冲突消解方法和 基于决策空间的冲突消解方法。 ，2 4 本章小结 知识冲突是本论文的核心内容，所以在第二章详细介绍了什么是知识冲突、知识冲 突的根源以及知识冲突的分类和特点；阐述了解决知识冲突的三个关键支持技术：冲突 的避免、冲突检测和冲突消解技术。 9 第三章基丁约束的协同设计知识冲突管理 第三章基于约束的协同设计知识冲突管理 3 1 协同设计中的冲突管理模型框架 通过上面对知识冲突的基本概念和关键技术的研究，这一章将结合挖掘机协同设计 实例提出了一种协同设计过程中冲突管理的模型。冲突管理主要包括冲突的避免技术、 冲突检测技术和冲突消解技术，由于冲突避免技术是从组织管理任务规划还有领域知识 的共享上实现的，可以认为是冲突管理的前期工作，因此本文的挖掘机协同设计中的冲 突管理模型没有把冲突避免技术考虑在内。其冲突管理模型如图3 1 所示。 降完登记表 冲突雷埋 冲突分类表 冲完关不表 冲旁捡刹器 雨面 冲完捕获 约束罔耋萏 虱篓 广_ jr 计划冲踅 叫= ： 【敖据坤謇 知识雉埋 冲完j 琦船嚣 一 作包耆的属。i 基于距离的 性星壁化倒_ 1 1 冲爱淆解 非巨化i 建议 评债 回破氟 冲完雷埋 图3 1 挖掘机协同设计冲突管理模型 f i g 3 1c o n f l i c tm a n a g e m e n tm o d e li ne x c a v a t o rc o l l a b o r a t i v ed e s i g n 图3 1 中是一个解决知识冲突的冲突消解方案，冲突管理模型包含四个数据库，分 别是冲突数据库、规则数据库、产品信息数据库和约束数掘库。 1 、冲突数据库：冲突数据库主要用来管理与维护相关的冲突信息，可以对检测到 的冲突进行登记，及时地将已经解决的冲突删除掉，还可以对检测到的冲突进行分类以 及归档等。冲突数据库包含三个表，分别是冲突登记表、冲突分类表、冲突关系登记 表，当冲突检测器检测到一个冲突时首先先将它添3 n - 至u 冲突登记表罩，为下一步的冲突 归档与消解做准备。冲突归档器根据冲突登记表中的某些属性项如：是否用到了规则库， 1 1 一空清一最完 i_f决冲解一于的， 一甚闸 协同设计中知识冲突消解机制及其廊川研究 是否用到了约束网络对冲突进行分类，并将其添加到冲突分类表中去，根据分类的原则 不同，捕获到的冲突的类型也就不相同。目自仃尚未形成一个通用的冲突消解策略，大 多的冲突消解方法都是根据冲突的类型进行解决的，不同类型的冲突将采用不同的消解 方法，因此冲突的归档是进行冲突消解的一个必要的前提。冲突关系表对当前发生的各 种冲突之间的关系进行登记，是冲突解决顺序的一个重要依据。 2 、规则数据库：规则数据库负责对规则的增、删、改、查。在进行冲突的归档时 要用到规则库罩的信息，依据冲突是否用到了规则来对冲突进行分类。需要说明的是， 规则数据库可以根据挖掘机协同设计系统的需要动态地增长，也可以根据设计的需要， 增加新的规则，修改规则或者删除已经不需要的规则。 在挖掘机协同设计知识冲突管理原型系统中，最为关键的是冲突检测、冲突归档和 冲突消解，对应到冲突管理模型框架中就是重点研究冲突检测模块、冲突归档模块和冲 突消解模块。 3 、产品信息库：主要负责对产品、零部件及零部件特征参数的管理。产品表罩的 属性项有产品编号、产品名称等。零件表旱的属性特征项包含：零件编号、零件名称、 零件所属产品等。产品信息数据库可以对产品、零部件信息进行增、删、改、查。 4 、约束数据库：进行约束管理，设计人员可以根据设计需要增加、修改、删除协 同设计中的约束，约束数据库作为冲突检测器进行冲突检测的依据。挖掘机的约束数据 库设计时将约束分为一元约束、多元约束。一元约束和多元约束在数据库罩是分开存储 和管理的。 3 2 协同设计知识冲突检测 冲突管理模型中冲突检测模块的主要功能就是捕获挖掘机协同设计中的冲突。目 前，冲突检测技术分为两类：领域相关的冲突检测方法和领域无关的冲突检测方法。对 于领域相关的冲突检测技术，捕获冲突是个很复杂的过程，要根据具体机械产品设计时 涉及到的领域知识确定，没有一个统一的冲突检测方法。对于领域无关的冲突检测方法， 在本文第二章中已经提到了，可以根据上面讲到的冲突检测方法捕获冲突。捕获到冲突 后要及时地将冲突添加到冲突登记表中，便于后面冲突的归档和消解。 本文的研究重点就是协同设计中的知识冲突，并且知识冲突也是协同设计中的主要 冲突类型之一。基于约束网络理论，提出了基于约束满足的冲突检测策略和算法。基于 约束满足的检测流程如图3 2 所示。 1 2 第二章基丁约束的协同设计知识冲突管理 3 2 1 基于约束满足的冲突检测 图3 2 基于约束满足的冲突检测流程图 f i g 3 2t h ec o n f l i c td e t e c t i o nf l o w c h a r tb a s e do nc o n s t r a i n ts a t i s f a c t i o n 根据协同设计的推进，提出冲突检测的请求，由冲突检测器完成冲突的检测，约束 数据库对挖掘机产品设计的约束进行