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1、第27卷第7期机械设计Vo.l27No.72010年7月JOURNALOFMACHINEDESIGNJu.l2010*产品协同设计的集群规划方法朱琦琦,江平宇,王宪翔(西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室,陕西西安710049)摘要:协同设计通过多学科、多领域设计人员并行、交互、协作地工作,实现产品的设计开发。为了实现对协同设计的集群规划,首先采用无向图描述设计活动及其相互关系,构建协同设计活动图,继而采用集群分割算法求解出设计活动图中的最佳集群结构,使设计集群内部高耦合而集群之间低耦合,达到对设计活动规划重组的目的。
2、最后以汽轮机末级长叶片的设计开发为例,说明了该方法的可行性。关键词:协同设计;设计活动;集群分割;集群结构中图分类号:TH122文献标识码:A文章编号:1001-2354(2010)07-0001-04协同设计是设计人员围绕同一个产品设计任务,程,其中顶点V表示设计活动,边E表示任务之间的承担相应部分的设计子任务,并行、交互、协作地进行协同关系;如果Eij=1,则表示顶点Vi和Vj之间存在[1]设计工作,共同完成设计活动的设计方法。产品协直接的协同关系。如果Eij=0,则表示顶点Vi和Vj之同设计与开发可以缩短产品开发时间
3、,减少设计成本,间无直接的协同关系。显然根据该规则,可以构建出然而协同设计的思想增加了设计过程管理的难度。因产品协同设计活动图。此,非常有必要对设计过程进行分割重组以建立相应1.2设计活动图集群分割的设计小组,并使设计活动协同更多地出现在小组内首先定义2个概念:(1)图中两顶点之间的最短部,从而为设计过程管理提供支持。从20世纪90年路径是指分别以这两点为起点和终点的所有边序列中代开始,国内外一些研究人员对设计过程分割重组问最短的序列,并规定该序列中一条边的终点是下一条[2-4]题进行了研究。边的起点;(2)边的介数是指通过该边的所
4、有最短路文中采用无向图来形式化描述设计活动及任务之径的数目。间的协同关系,再利用集群分割算法对设计活动图进采用Girvan和Newman提出的算法(GN算法)对行集群划分,发现其中的设计活动集群。设计活动集设计活动图进行集群分割。GN算法的基本思想是通群的核心思想是使设计集群内部高耦合而设计集群之过不断移除介数最大的边来发现集群。显然,理论上间低耦合,这样设计管理人员根据最佳的集群划分建介数越大的边越可能是连接集群之间的边,而介数越立相应的设计小组后,设计活动之间的协同将更多地小的边则越有可能是集群内部的边。GN算法的详细[5-6]发
5、生在设计小组内部,从而为协同设计的高效执行提过程可以用以下步骤描述:供了支持。(1)计算图中所有边的介数。(2)删除介数最大的边。1产品协同设计活动规划方法(3)计算剩余的所有边的介数。(4)重复步骤2,直至所有的边都被删除。1.1产品协同设计建模GN算法是一种分级聚类的方法,可以用树形图来在协同设计执行过程中,设计对象(产品)的复杂形象描述每一级聚类的结果。对一个n个顶点m条性,以及对设计活动细分的必要性导致了设计活动众边的设计活动图而言,当所有的边被删除后,根据被删多,因此有必要对设计活动及其相互关系进行形式化除边的反序由底层
6、向上画成树形结构,当2个节点Vi描述,从而为设计活动规划提供基础支持。和Vj通过树形结构能相互联通,则反序还原树形结构采用无向图G=(V,E)来描述产品的协同设计过的过程中再遇到边Eij时,边Eij不画出。例如:一个边*收稿日期:2009-06-22;修订日期:2010-01-24基金项目:国家863计划先进制造领域现代集成制造技术专题资助项目(2007AA00Z121)作者简介:朱琦琦(1982),男,安徽安庆人,博士研究生,研究方向:数字化设计与制造。2机械设计第27卷第7期被删除的顺序为EijEbjEaiEac
7、Eab,其还原的树条边的概率与这2个设计活动属于同一集群这一实际[7]形结构图可以用图1来表示。情况的相关性程度,显然Q[0,1]。因此可以通过计算并比较每一层分割的Q值来确定最佳的集群结构。1.4方法的程序实现从上面的描述可知,找出边被删除的顺序是实现协同设计集群分割的关键,提出了如图3所示的算法流程。采用邻接表存储图并采用广度优先算法计算最短路径,其时间复杂度仅为O(m+n),比Dijkstra算法2具有更高的效率(Dijkstra算法时间复杂度O(n))。图1GN算法树形图的画法对一个n个顶点m条边的设计活动图而言(n8、),当按照被删除边的反序,把所有边都遍历一次,则可形成一个具有(n-1)层的树形结构图(如图2所示)。当把某层的连线断开后(图2中的虚线),各断开的部分就形成了若干设计活动集群,从而实现对无向图的集群规划。图2GN算法
