现代设计大型应用软件的可信性研究

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1、项目名称：现代设计大型应用软件的可信性研究首席科学家：孙家广清华大学起止年限：2010年1月-2014年8月依托部门：教育部41一、研究内容在现代制造业，随着产品设计规模和设计难度的增加，设计系统和产品设计过程的复杂性越来越高，个性化设计需求越来越强烈，设计活动越来越突出地体现了知识密集性和通讯密集性的特点。本项目将围绕三个科学问题，对产品设计过程和设计模型的可用性、安全性、可靠性和可验证性等可信性内容进行深入研究。主要研究内容有以下几个方面：Ø产品模型数据表示和计算误差可控性以及模型表示的一致性，以提

2、高设计过程中数据表示可信性；Ø设计系统程序代码与规约说明的一致性验证，以提高设计系统程序代码的正确性；Ø产品设计流程的可信保障机制，以解决产品数据模型在全生命周期的一致性；Ø基于GPU集群的数字模型仿真优化计算，以保证产品交互设计的一致性和高效性；Ø构建产品设计与仿真优化交互设计平台，以增强产品功能和性能仿真优化设计的实用性和可靠性。2.1产品数据模型表示的一致性及其误差控制理论2.1.1复杂产品数据模型的高精度表示及其误差控制研究表示复杂产品的新型数据结构，研究产品数字模型中几何操作的误差精度控制方法

3、，研究设计过程误差精度统一表示（研究产品设计误差以及各设计环节的误差关联约束）和产品数据表示误差和设计过程误差的约束、传播和扩散机制，研究产品设计轻量化表示中的精度保持方法。1、几何运算中的误差精度控制本项目将几何运算分解成为底层的单元几何运算和高层次的特征几何运算。研究从单元几何运算到高层次特征几何运算的误差传播机制，设法统一同一阶段的不同单元几何运算的误差精度控制方法，设法统一不同阶段的单元几何运算的误差精度控制方法。研究在产品设计过程中统一的几何运算误差精度控制理论和方法。2、设计过程误差精度统一

4、表示41本项目将分析在产品设计周期中从产品概念设计、几何设计到结构设计及其迭代分析过程中各种相关数据之间的对应关系，对精度的要求，以及在实际操作过程中所能达到的误差精度。同时将分析和总结在产品设计周期中所涉及到的误差种类。在此基础上，将形成产品设计过程的误差精度统一表示理论和方法，研究误差动态控制理论和技术，以适应在产品设计周期中各个阶段以及迭代过程的误差不断积累及动态发生变化的情况。由此进一步规范产品设计的实现手段，形成与其相适应的理论和方法。本项目将研究产品设计数据的轻量化表示方法及其精度保持的策略

5、。还将研究有损精度和无损精度的多种数据压缩理论和策略，进一步控制几何和非几何数据的规模。将进一步研究各多层次模型之间的精度度量理论和策略。2.1.2面向产品设计全生命周期的数据模型和设计过程的一致性度量本项目将研究复杂产品设计手段可达性，研究产品数据模型的结构特征的语义表示方法，研究产品迭代设计过程中数据模型修改中的结构特征约束方法，研究产品结构特征模型的可重用度量方法，研究产品全生命周期的设计迭代交互过程中的数据模型统一表示（研究异构系统或者设计流程各设计环节之间的数字模型数据转换机制）和研究产品全设

6、计流程的数据表示完整性。1、产品设计过程的数据模型表示一致性产品设计过程中，从CAD的部件设计到CAE有限元优化设计，再回到CAD数据模型设计，设计过程迭代反复修改，但是整个设计过程需要考虑产品设计手段是否能够满足设计全过程的要求，也就是需要考虑设计全过程的设计手段的可达性，同时也需要考虑产品模型的覆盖域和产品表示的完备性，使得产品设计过程方便快速，产品数据模型表示一致和完备。同时将考虑产品模型中的各种特征的提取方法和特征与产品模型之间的约束关系及其度量方法，在产品迭代修改过程中，产品模型中的结构特征必

7、须与数据模型保持相对应的约束关系，产品特征在设计修改过程中具有特征的一贯性和连续性，同时还研究异构系统中模型数据之间的数据转换机制，考虑模型特征的连贯性，产品特征的可重用性，以保证模型数据的一致性，为此将研究可重用特征的设计逻辑一致性和可重用的度量方法。2、基于设计时序关系和逻辑关系的设计迭代求精从时序性关系角度，产品设计流程与规范可以被描述为一系列时间节点所构成的子任务行为及其迭代的集合。“逻辑关系”是设计流程与规范间的一种抽象，这种抽象的关系主要体现在设计主体对设计目标及设计系统认知的深度及抽象性上

8、。逻辑关系在更深的层次上揭示了产品特征设计和数据流的相互作用和结构关系的相互制约，包括设计目标的表征、设计特征提取及语义化描述；设计过程中语义演化及物理造型属性的迭代过程。建立符合人的预期的产品设计迭代求精机制，为基于领域知识的复杂产品设计迭代模型和领域任务的一致性和可度量性奠定基础。2.2支持产品全生命周期的交互设计系统的可验证理论2.2.1产品设计系统的程序代码可验证理论研究产品数据模型中几何算法和几何操作的程序自动验证方法，研究产品设