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工业设计云服务平台协同任务模块化重组与分配方法
资料介绍
针对工业设计云服务平台中子任务与服务资源配置过程中存在的匹配效率问题,提出一种协同任务模块化重组与分配方法。该方法在分析云服务平台协同任务与服务资源特点的基础上,给出任务模块化重组的计算方法与实施框架。通过采用权重有向图与设计结构矩阵结合的方法,定量分析子任务间的信息交互强弱关系与耦合关系,实现对子任务的模块化重组。同时,建立趋向矩阵对资源执行任务的综合能力与任务之间的相对重要度进行评估,将趋向矩阵转化为执行矩阵,得出模块化任务与候选资源之间的匹配映射关系,并找到最优的虚拟资源组合方案。以医疗镇痛泵协同产品设计任务为例,采用实验比对分析的方法,验证了所提方法的正确性与有效性。
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第
卷第
期
３
２４
Ｖｏｌ．２４Ｎｏ．３
Ｍａｒ．２０１８
ꢀꢀꢀ
年
月
２０１８
ꢀꢀꢀ
３
Ｃｏｍ ｕｔｅｒＩｎｔｅｒａｔｅｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎ Ｓｓｔｅｍｓ
ꢀ ꢀ
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：
／
ＤＯＩ１０．１３１９６ ．ｃｉｍｓ．２０１８．０３．０１９
ｊ
工业设计云服务平台协同任务模块化
重组与分配方法
， ， ， ，
健 莫 蓉 初建杰 刘 敬 吴林健
ꢀ ꢀ
陈
ꢀ
（ ，
西北工业大学 陕西省工业设计工程实验室 陕西 西安
ꢀ
）
７１００７２
ꢀ
： ，
要 针对工业设计云服务平台中子任务与服务资源配置过程中存在的匹配效率问题 提出一种协同任务
摘
ꢀ
。 ，
模块化重组与分配方法 该方法在分析云服务平台协同任务与服务资源特点的基础上 给出任务模块化重组的计
。 ，
算方法与实施框架 通过采用权重有向图与设计结构矩阵结合的方法 定量分析子任务间的信息交互强弱关系与
， 。 ，
耦合关系 实现对子任务的模块化重组 同时 建立趋向矩阵对资源执行任务的综合能力与任务之间的相对重要
， ， ，
度进行评估 将趋向矩阵转化为执行矩阵 得出模块化任务与候选资源之间的匹配映射关系 并找到最优的虚拟资
。 ， ，
源组合方案 以医疗镇痛泵协 同 产 品 设 计 任 务 为 例 采 用 实 验 比 对 分 析 的 方 法 验 证 了 所 提 方 法 的 正 确 性 与 有
。
效性
： ； ； ； ； ；
关键词 工业设计 云服务平台 任务重组 模块化任务 任务分配 产品设计
：
：
Ａ
中图分类号
文献标识码
ＴＰ３９１
ꢀꢀꢀ
Ｍｏｄｕｌａｒｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｉｎ ａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅｔａｓｋｉｎ
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ｇ
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ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｄｅｓｉｎｃｌｏｕｄ ｌａｔｆｏｒｍ
ꢀ
ｐ
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ｇ
，
，
，
ＣＨＥＮＪｉａｎ ＭＯＲｏｎ ＣＨＵＪｉａｎｉｅ ＬＩＵＪｉｎ ＷＵＬｉｎｉａｎ
ꢀ ｇ
，
ꢀ
ꢀ
ｇ
ꢀ
ｊ
ꢀ
ｊ
（
，
，
ＳｈａａｎｘｉＥｎｉｎｅｅｒｉｎ Ｌａｂｏｒａｔｏｒ ｆｏｒＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＤｅｓｉｎ ＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔ
ｙ
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ｇ
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ｙ
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，
Ｘｉａｎ７１００７２ Ｃｈｉｎａ
ꢀ
）
：
ＡｂｓｔｒａｃｔＴｏｓｏｌｖｅｔｈｅｍａｔｃｈｉｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃ ｒｏｂｌｅｍｉｎｔｈｅ ｒｏｃｅｓｓｏｆｓｕｂｔａｓｋａｎｄｓｅｒｖｉｃｅｒｅｓｏｕｒｃｅａｌｌｏｃａｔｉｏｎｉｎｉｎｄｕｓ
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，
ｔｒｉａｌｄｅｓｉｎｃｌｏｕｄ ｌａｔｆｏｒｍ ａｍｅｔｈｏｄｏｆｍｏｄｕｌａｒｒｅｏｒａｎｉｚａｔｉｏｎａｎｄａｌｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅｔａｓｋｓｗａｓ ｒｏｏｓｅｄ．
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，
Ｂａｓｅｄｏｎａｎａｌｚｉｎ ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅｄｅｓｉｎｔａｓｋａｎｄｓｅｒｖｉｃｅｒｅｓｏｕｒｃｅｓｉｎｃｌｏｕｄ ｌａｔｆｏｒｍ ｔｈｅｃｏｍ
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ｕｔａｔｉｏｎａｌｍｅｔｈｏｄａｎｄｉｍｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｆｒａｍｅｗｏｒｋｏｆｔａｓｋｄｅｃｏｍ ｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｍｏｄｕｌａｒｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｉｎ ｗｅｒｅ ｉｖｅｎ．Ｂ
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，
ｃｏｍｂｉｎｉｎ ｔｈｅｗｅｉｈｔｅｄｄｉｒｅｃｔｅｄ ｒａｈｗｉｔｈｔｈｅｄｅｓｉｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍａｔｒｉｘ ｔｈｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓｔｒｅｎｔｈａｎｄｔｈｅ
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，
ｃｏｕｌｉｎ ｒｅｌａｔｉｏｎａｍｏｎ ｓｕｂｔａｓｋｓｗｅｒｅａｎａｌｚｅｄ ｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｌ ａｎｄｔｈｅｍｏｄｕｌａｒｒｅｏｒａｎｉｚａｔｉｏｎｏｆｓｕｂｔａｓｋｓｗａｓｒｅ
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ａｌｉｚｅｄ．Ｔｈｅｔｒｅｎｄｍａｔｒｉｘｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｔｏｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅｅｘｅｃｕｔｉｖｅｃａａｃｉｔ ａｎｄｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｉｍ ｏｒｔａｎｃｅｏｆｔａｓｋｓ．Ｂ
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，
ｃｏｎｖｅｒｔｉｎ ｔｒｅｎｄｍａｔｒｉｘｉｎｔｏｅｘｅｃｕｔｉｏｎｍａｔｒｉｘ ｔｈｅｍａ ｉｎ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉ ｂｅｔｗｅｅｎｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｔａｓｋｓａｎｄｃｏｏｅｒａｔｉｖｅ
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，
ｒｅｓｏｕｒｃｅｓｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄ ａｎｄｔｈｅｏｔｉｍａｌｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｏｆｖｉｒｔｕａｌｒｅｓｏｕｒｃｅｓｗａｓ ｏｔ．Ｗｉｔｈｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｅｘ
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，
ｅｒｉｍｅｎｔｃｏｍ ａｒｉｓｏｎａｎｄａｎａｌｓｉｓ ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓａｎｄｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓｏｆｔｈｅ ｒｏｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｗａｓｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄｂ ｔｈｅ
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ｅｘａｍｌｅｏｆｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅｄｅｓｉｎｔａｓｋｏｆｍｅｄｉｃａｌａｎａｌｅｓｉａ ｕｍ ．
ꢀ ꢀ ꢀｐ
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：
；
；
； ； ；
Ｋｅｗｏｒｄｓｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｄｅｓｉｎ ｃｌｏｕｄｓｅｒｖｉｃｅ ｌａｔｆｏｒｍ ｔａｓｋｒｅｏｒａｎｉｚａｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌａｒｔａｓｋ ｔａｓｋｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｒｏｄｕｃｔ
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ꢀｐ
ꢀ
ｇ
ꢀ
ꢀ
ｙ
ｄｅｓｉｎ
ｇ
：
；
：
修订日期
２０１７０７１２ Ｒｅｃｅｉｖｅｄ０３Ｎｏｖ．２０１６ａｃｃｅｔｅｄ１２Ｊｕｌ ２０１７．
。
；
收稿日期
２０１６１１０３
－ －
－
－
ꢀ
ｐ
ꢀ
ｙ
ꢀ
：
基金项目 国家重点研发计划专项资助项目
（
）；
国家科技支撑计划资助项目
（
）。
２０１５ＢＡＨ２１Ｆ０１ ＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｉｔｅｍｓＰｒｏｅｃｔＳｕ
ꢀ ꢀ ｐ
－
：
２０１７ＦＢ１１０４２０５
ｊ
，
（
），
ｏｒｔｅｄｂ ｔｈｅＳｅｃｉａｌ ｒｏｅｃｔｓｏｆｎａｔｉｏｎａｌｋｅ Ｒ＆Ｄ ｌａｎ Ｃｈｉｎａ Ｎｏ ．２０１７ＦＢ１１０４２０５ ａｎｄｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＫｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏ Ｒ＆ＤＰｒｏ
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， （ ）
ｒａｍ Ｃｈｉｎａ Ｎｏ．２０１５ＢＡＨ２１Ｆ０１ ．
ｇ
：
健 等 工业设计云服务平台协同任务模块化重组与分配方法
ꢀ
７２１
第
期
陈
３
［
］
１１
；
过程
庞辉等使用任务分解策略定性研究与任务
引言
０
ꢀ
，
粒度定量分析结合的方法 通过建立任务内聚系数
，
由于市场经济飞速发展 产品更新换代的节奏
，
计算公式 构建了网络环境中产品设计流程的任务
［ ］
１２
，
不断加快 中小型企业在产品研发中通常采用协同
；
Ｂｕ ａ
ｙｙ
分解模型
等通过虚拟机技术建立了面向
（
，
ｇ
）
模
ＣｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅＰｒｏｄｕｃｔＤｅｓｉｎ ＣＰＤ
，
市场的任务资源分配云服务体系 提出一种基于用
产品 设 计
ꢀ
ꢀ
［
］
１２
。
－
， 、 、
同时 随着虚拟化 云计算 云服务等概念和
，
户驱动与风险评估的任务分配策略 并基于该策略
式
［
］
１３
；
贺东京等通过语义来
，
技术的发展与引入 产生了面向服务的云设计与制
建立云服务任务分配机制
（
，
，
描述云环境下协同设计中任务与资源的信息 提出
造
ＣｌｏｕｄＢａｓｅｄ Ｄｅｓｉｎａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎ ＣＢ
－ ꢀ ꢀ －
ｇꢀ ｇ
［］
３
。
）
模式
ＤＭ
，
一种事件驱动与语义逻辑结合的服务模型 由事件
这种基于 云服务 平台 的协 同产品设
，
模式的延伸与变革 该模式将大量
，
驱动来完成任务的分解 并由语义逻辑图表达服务
计模式是对
ＣＰＤ
，
服务资源虚拟化并封装为云服务 通过云平台向用
，
之间的工序关系 以此完成复杂产品设计的任务分
［
］
１４
；
、 、
户提供可随时获取 按需使用 优质廉价的协同产品
配
等提出了一种云环境下的任务数据交换
Ｗｕ
［
］
。
４５
－
，
，
技术 通过特征数据交换方法以云端服务的形式将
设计服务
作为一种创新的
模式
ＣＢＤＭ
ＣＰＤ
模式下的设计任务与资源具有分散性 多
ＣＰＤ
［
］
１５
。
。
其任务分解与分配是
过程中的重要组成部分
各个子任务分配给协同设计成员
、
在
以上研究为协同产品设计中的任务分解与分配
ＣＢＤＭ
，
样性与灵活性等特点 因此任务分解与分配过程较
，
提供了多种思路 已有研究中任务分解主要利用其
。 ，
为复杂 合理地对设计任务进行分解与分配 可以
，
自身特性 较少对协同过程中子任务之间的交互关
，
提高任务与资源的匹配效率 缩短研发周期
。
，
系进行定量分析 分解后的子任务数量与种类较多
，
，
目前 云设 计 与 制 造 的 理 论 研 究 已 有 一 定 成
，
子任务与资源匹配的难度将会增大 并在云服务平
，
果 为本文 相 关 研 究 提 供 了 一 定 的 理 论 支 撑
。
；
台的应用中会过多消耗平台的计算能力 在任务分
面
：
向服务的 云 设 计 与 制 造 的 相 关 研 究 主 要 有 李 伯
，
配方面 主要是以任务的重要度为标准完成与资源
，
虎等首先 在 制 造 领 域 提 出 云 服 务 概 念 将 制 造 服
，
的分配 缺少对任务权重与服务资源能力的综合评
，
，
估 这类分配方法很难得到最优的服务资源组合方
务范围扩 展 到 产 品 全 生 命 周 期 活 动 的 各 个 环 节
。
，
同时 云服务平台环境下的相关研究目前主要
并总结出云平台中服务资源具有组合与 优化调度
案
［ ］
６
。
， 。
集中在制造领域 而工业设计领域的研究较少 因
等特点
等将 云 设 计 制 造 与 网 络 化 协 同 设
Ｗｕ
，
计制造进行比对研究 通过研究二者间服务 模式
、
，
此 本文以工业设计云服务平台协同任务模块化重
，
支撑技术 与 协 同 设 计 过 程 等 方 面 的 区 别 得 出 云
， ，
组与分配为研究对象 提出模块化任务重组方法 对
、
平台中的 协 同 产 品 设 计 具 有 灵 活 性 实 时 性 与 众
，
协同任务进行双层分解 结合权重有向图与设计结
［ ］
７
。
， ，
构矩阵 定量地研究子任务间关系 将分解后的子任
包性等新特征
，
然而 云环境 下的 任务 分解 与 分 配 研 究 较 少
。
，
务重新进行模块化组合 降低子任务与资源匹配的
：
其相关研究有 张宏利分析了
； 、 、
求解难度 构建服务资源执行能力 繁忙度 创新能
云计算应用平
Ｇｏｏｌｅ
ｇ
，
台的关键技术 以
（
）
网描述
ＡＯＶ ａｃｔｉｖｉｔ ｏｎｖｅｒｔｅｘ
，
力与任务相对重要度综合评估模型 使协同任务可
ｙ
ꢀ
ꢀ
，
任务之间的关系 改进了基于多协作的任务分解算
，
匹配到最佳的服务资源组合方案 并在最后给出实
，
法以及任务分解最佳粒度的方法 同时设计了
。
验验证
ＩＭ
－
［］
８
；
匹配算法实现任务分配
马飞等采用设计结
Ｒｅｔｅ
工业设计云服务平台协同模式分析
１
ꢀ
，
构矩阵对子任务间的活动信息进行分析 利用传递
，
闭包法得到模糊等价设计结构矩阵 从定量的角度
“ ”
工业设计云服务平台是以 设计先行 为指导思
［］
９
；
提出任务分解方法
易树平等在云制造平台中提
想对产品全生命周期活动中各个 服务 资 源进行 整
，
出一种基于聚类算法的任务分解方法 对分解后的
。
产品全生命周期 活动 是广 义上 的协 同产品 设
合
，
子 任 务 进 行 优 化 提 高 子 任 务 与 资 源 的 匹 配 效
， 、 、
计 它包含了设计前阶段 制造中阶段 销售维护后
［
］
１０
；
［
］
１６１７
。
云
－
“
”
，
阶段 而各阶段又包含了具体的协同任务
率
何玉 安 等 基 于 任 务 之 间 存 在 的 弱 耦 合 关
， ，
系 提出了一种基于模块化的任务分解策略 通过建
服务平台将参与协同任务的各阶段服务资源虚拟化
“ ”， 、 、
为 云 其中服务资源指在产品设计 制造 销售回
立分解模型验证了模块化任务分解的可行性与分解
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