2010年度SDNSF 华天软件联合基金申报指南.doc

附件 4： 2010 年度 SDNSF-华天软件联合基金申报指南 山东省自然科学基金与企业设立联合基金旨在通过组织围绕产业提出的具体需求而开 展的有针对性的应用基础研究，有效整合社会资源，提高相关领域与学科的研究水平，为区 域经济、产业的发展提供有力的科学支撑。山东山大华天软件有限公司（以下简称华天软件） 是一家国内有影响的致力于制造业信息化软件产品研发和实施的高新技术企业，自主软件产 品线覆盖从产品研发－技术管理－工艺管理－生产经营管理等全过程，特别是在 PLM/CAPP/CAD/ERP 等技术领域取得了大量成果。为推动相关学科与产业的发展，山东省 自然科学基金委员会与华天软件联合设立 SDNSF-华天软件联合基金。 本基金主要针对离散制造业，力求突破一批过程管理、数字化建模、计划调度、创新设 计、网络安全等制造业信息化前沿技术并取得创新，为提升我国制造业的产品创新、管理创 新和竞争能力提供科学方法、技术和软件支持。基金将安排经费 100 万元，重点资助以下六 个方向： 指南一：“面向产品设计的生命周期数据闭环管理的研究” 学科代码：F020510 信息系统技术 产品生命周期管理（PLM）是近 20 年市场竞争和技术演化的结果，包括技术和管理两 个层面的内涵，覆盖了从产品需求、设计、生产、使用、维修到回收再处理的全生命周期， 是实现并行工程、敏捷制造、协同设计和制造、网络化制造等先进的设计制造技术的基础。 目前 PLM 的数据管理仍然以设计阶段数据为主，按照前馈方式向后对制造数据、使用 数据做了部分扩展，但缺乏数据闭环管理，难以实现产品生命周期数据管理系统自激的良性 循环。为充分利用企业的智力资产来实现产品创新的最大化，改善产品研发速度和敏捷性， 最大限度满足客户需求，迫切需要对产品生命周期数据闭环管理理论与技术进行深入研究， 这必将具有重要的科学意义和应用价值。 一、科学目标 本课题从产品生命周期数据管理的关键技术出发，重点研究产品生命周期数据模型、知 识获取与应用技术，探索设计、制造与服务环节的数据管理新模式与新方法。建立一条贯穿 于产品全生命周期的知识体系，突破产品设计阶段、制造阶段与使用维护阶段之间知识的封 闭性，使得设计领域、制造领域和使用维护领域的知识融会贯通。建立各种应用模型，为产 品生命周期各阶段提供更好的设计知识服务，同时，产品生命周期各阶段的知识又可通过闭 环反馈，注入到设计阶段，推动企业的产品改进与技术创新。 二、主要研究内容和技术指标 1、产品生命周期数据建模，支持产品定义信息的管理、分发和使用 数据对象的抽象、分类；数据及其关联关系的有效组织结构；数据动态变化的管理机制； 数据与应用系统的关联集成。 2、生命周期阶段数据/知识获取，实现从数据到知识到决策的过程 数据获取技术；数据挖掘技术；设计分析技术。 3、产品生命周期各阶段的知识应用与服务 以产品设计为核心，建立知识应用模型，重点研究设计知识对使用服务阶段的知识供 给和决策支持，以及服务和维修数据在产品开发中的重用。 4、原型系统的研究与开发 基于现有的 PDM/PLM 系统，进行数据模型和应用功能的扩展，实现以设计为核心的 设计、制造、使用服务数据的闭环管理，面向船舶、汽车等行业进行应用验证。 三、研究条件 申请者在产品生命周期管理、知识工程、产品设计方面有一定的研究基础。具备相关成 果在汽车、柴油机或工程机械等企业应用和验证的条件。 四、成果形式 发表论文 3 篇以上，其中 EI、SCI 或 ISTP 收录 1 篇以上；申请软件著作权 1 项以上。 五、支持强度和年限 申请者提出的申请经费不得高于 20 万元。项目课题的支持年限为 3 年。 指南二：“支持知识嵌入和驱动的设计过程管理技术研究” 学科代码：F020510 信息系统技术 近年来，设计阶段的重要管理工具 PDM/PLM 系统已经在企业得到了广泛推广和实施， 它为企业的产品数据和信息管理带来了极大的方便，为企业的信息集成提供了基础平台。但 是，企业积累的大部分产品开发信息（如设计资料、工程图纸、标准规范等）以结果的形式 存放在半结构化和非结构化的文档中，这些文档包括以 CAD 形式存放的各种图形文件、 Word 文档、Excel 图表、数据库文件等等，它们的管理还局限于传统的数据分类存储和检 索，与设计过程、设计人员的脱离也导致了设计知识的重用率较低。 而且，上述数据的产生和应用都离不开具体的业务过程，对以产品为导向的企业来说， 企业的业务过程和设计过程的积累更为重要，目前还缺乏有效的管理。因此，研究各类设计 过程、技术流程的管理技术，保证各类知识在设计过程中的嵌入和驱动，这具有重要的研究 意义和应用价值。 一、科学目标 本课题从企业的设计过程管理出发，探索 CAD/CAE 模型与数据的管理技术、设计过程 中各类知识的嵌入和驱动方法以及 CAD/CAE 与 PLM 系统的集成技术。 以 PLM 系统为基础， 重点研究二维图纸、三维模型、CAE 模型及分析数据等知识对象的管理技术，建立设计过 程中各类知识对象 （报表、模型、 参数、 属性等） 的输入、输出、嵌入和驱动机制，实现 CAD/CAE 系统与 PLM 系统的集成，为企业提供一个支持过程积累和重用的设计过程管理工具，辅助 企业的产品设计与创新。 二、主要研究内容和技术指标 以企业的设计过程管理为目标，开展以下三个方面的研究： (一) CAD/CAE 模型与数据管理方法 (1) 研究设计参数、二维图纸、三维模型、CAE 模型及分析数据的管理方法，保证各 类模型、数据的关联关系。 (2) 形成各类手册、规范、标准等通用知识的管理机制，辅助企业形成宝贵的基础数据， 且便于在企业之间进行迁移。 (二) 以工作流为基础的设计过程建模技术 (1) 以工作流技术为基础，建立支持设计过程参数、特征、模型传递的过程模型，支持 各类技术流程模板的形成。 (2) 分析业务过程中所需知识对象的类型，研究支持面向组织机构、零部件对象、过程 的知识嵌入技术，推动设计过程的执行。 (三) CAD/CAE 系统的集成技术 (1) 实现与 CAD 软件的交互操作，如模型加载、流程参数与 CAD 模型参数的双向关 联等。 (2) 实现与 ANSYS、ABAQUS 等主流 CAE 软件的集成，保证网格划分、载荷和边界 处理、求解、后处理等 CAE 分析的自动运行和数据传递。 三、研究条件 申请者在产品生命周期管理 PLM、过程管理、工作流技术等信息化领域具有一定的研 究基础，具备相关成果可以在汽车、柴油机或工程机械等企业应用和验证的条件。 四、成果形式 发表论文 3 篇以上，其中 EI、SCI 或 ISTP 收录 1 篇以上；申请软件著作权 1 项以上。 五、支持强度和年限 申请者提出的申请经费不得高于 20 万元。项目课题的支持年限为 3 年。 指南三:“非均质复合材料结构数字化模型构建与实施技术研究” 学科代码：F020507 计算机辅助技术 非均质复合材料零件具有优异的综合性能，广泛应用于机械工程、矿山开采、石油钻 探、国防工业等领域。伴随着该类零件的大量推广应用，非均质复合材料结构的数字化设计 成为现代 CAD 研究的必然发展方向。传统均质材料结构的 CAD 模型主要记录了结构表面 几何拓扑特征, 解决了均质材料结构的造型问题。而非均质复合材料结构由于内部不均匀的 材料特征, 要求其 CAD 模型不仅包含其几何拓扑信息， 还要包含其相应的材料组成与分布、 材料性能及不同区域之间的结合性能等信息。因此，根据非均质材料零件的结构、材料组成 及性能特点，研究其几何、材料及性能信息的数字化表述方法，以及复合材料结构几何底空 间的布尔运算操作到材料从空间的映射关系，解决该结构数字化模型的构建方法，是实现非 均质复合材料结构数字化集成设计要解决的关键科学问题之一。 纵观现代各种商品化 CAD 软件, 主要用于构建均质材料结构的几何实体模型，对表述 结构材料信息的功能过于简单，无法满足非均质复合材料结构数字化模型的构建要求。以拥 有自主知识产权的先进国产正版三维 CAD/CAM 软件为基础平台，对非均质复合材料结构 数字化建模实施技术进行研究，开发非均质复合材料结构建模专用模块，是实现非均质复合 材料结构数字化设计的又一关键，具有重要的科学意义与应用价值。 一、科学目标 以非均质层状复合材料结构为研究对象，利用空间几何、特征造型、数据结构等理论与 技术解决该结构几何、材料特征信息的数字化表述、结构几何信息底空间的布尔运算操作到 材料、性能信息丛空间的映射关系等问题，研究该复合材料结构数字化模型的构建方法。选 择具有自主知识产权的国产正版三维 CAD/CAM 软件为基础平台，利用软件开发技术及该平台 的二次开发工具，解决该复合材料结构的特征信息表述、推理性布尔操作等在基础平台上的 具体实现方法，开发非均质层状复合材料结构数字化设计专用模块。 通过本项的研究，可以完善和发展现有的零件设计理论体系，推进非均质复合材料结 构的数字化设计与制造进程，促进新型复合材料零件在各行各业的广泛应用，发展现有三维 CAD/CAM 软件的功能，为提升我国制造业设计水平与创新能力奠定基础。 二、主要研究内容和技术指标 本课题将对非均质层状复合材料结构数字化设计中涉及的建模技术和实施技术进行研 究，主要开展以下几方面的研究： （一）非均质层状复合材料结构数字化模型构建系统的总体框架研究 1、分析非均质层状复合材料结构的实体特点、材料组成、分布特点以及层间结合特性。 2、研究该类复合材料结构的基本造型思想。 3、建立该类复合材料结构数字化模型的总体系统框架。 （二）非均质层状复合材料结构特征信息的数字化表述方法研究 1、研究包含丰富的几何形状和拓扑关系特征、材料组成及分布特征、层间结合性能特 征的非均质层状复合材料结构数字化表述方法。 2、研究实现该复合材料结构信息表征的数据结构技术。 （三）非均质层状复合材料结构的几何信息底空间的布尔运算操作到材料、性能信息丛 空间的映射关系研究 1、研究将传统的布尔操作扩展到非均质材料结构建模中，建立推理性布尔操作的方法。 2、解决结构几何信息底空间的布尔操作到材料、层间性能从空间的映射关系算法。 3、研究映射过程中材料冲突解决方法，协调处理几何信息与材料性能信息之间的操作 关系。 （四）非均质层状复合材料结构数字化模型构建实施技术研究 1、选择一款国产自主知识产权的正版三维 CAD/CAM 软件，研究非均质层状复合材料 结构的特征信息表述、推理性布尔操作、材料冲突解决等在该软件上的具体实现技术。 2、开发基于该平台的非均质层状复合材料结构数字化设计专用模块。 3、研究该专用模块生成的结构建模信息文件导入设计后续的数值模拟分析软件的接口 技术。 三、研究条件 申请者在非均质材料结构设计理论、三维 CAD/CAM 软件应用及开发方面有一定的研 究基础。开展该课题所需具备的条件为：国产正版先进的三维 CAD/CAM、CAE 软件，高 性能的计算机及外围设备，数据库服务器，彩色激光一体机等。 四、成果形式 发表论文 3 篇以上，其中 EI、SCI 或 ISTP 收录 1 篇以上；申请软件著作权 1 项以上。 五、支持强度和年限 申请者提出的申请经费不得高于 15 万元。项目课题的支持年限为 3 年。 指南四:“分布式企业生产计划调度及控制技术研究” 学科代码：E051005 制造系统调度、规划与管理 为了增强企业的市场竞争能力与产品创新能力，传统的单点企业逐步向不同形式的联盟 企业过渡。这也使得分布式生产计划与调度问题得到了广泛关注。对分布式计划进行数学建 模、利用最优控制技术进行优化求解，并对计划更改进行动态调度，是分布式生产计划要解 决的关键科学问题之一。 从 MRP、MRPII、ERP 一直到高级计划排程所建立的生产计划模型，基本解决了单点 企业的生产过程控制问题。动态联盟的出现，进一步推动了分布式生产计划的发展。面向动 态联盟与供应链的生产计划系统研究成果，为分布式生产计划控制奠定了基础。但是大规模 定制模式以及产品生命周期的缩短，都增加了生产计划管理与控制的难度。尤其是企业联盟 的快速发展，迫切需要对分布式企业生产计划控制技术问题进行深入研究，这必将具有重要 的科学意义和应用价值。 一、科学目标 通过分布式制造企业生产计划的数学建模，实现多个企业间生产计划的准确性与合理 性；利用最优控制技术及其多目标优化技术，实现生产计划安排的有效性；借助计划变更条 件下的再调度技术，改善生产计划的动态适应能力。 二、主要研究内容和技术指标 （1）针对各种联盟企业以及集团企业组织模式，研究其生产计划的制定方法，从而降 低成本，提高生产效率，缩短交货期。以生产成本、交货期为目标，建立分布式企业生产计 划多目标优化模型，利用相应的求解算法，得到生产计划方案。 （2）针对大规模定制、个性化定制生产模式下，不同类型产品的共线混装程度越来越 高的特点，对同时具有多批量、多任务和复杂的作业次序约束条件下的多装配线协同计划与 调度问题进行研究，建立多条装配线的协同优化数学模型。 （3）系统分析分布式生产环境中不确定因素对生产计划与控制的影响，针对分布式企 业的制造成本构成特点，研究分布式制造的计划更改问题。建立分布式生产计划再调度数学 模型，根据计划变更进行生产计划的再调度，并设计相应的求解算法。 三、研究条件 申请者应具有 ERP、PDM、CAPP、信息集成、生产计划与调度等相关领域的研究和应 用基础。 四、成果形式 发表论文 3 篇以上，其中 EI、SCI 或 ISTP 收录 1 篇以上；申请软件著作权 1 项以上。 五、支持强度和年限 申请者提出的申请经费不得高于 15 万元。项目课题的支持年限为 3 年。 指南五：“支持协同创新设计的模型、算法及学习机制的研究与 应用” 学科代码：E050603 智能设计与数字化设计 设计活动不仅是创造性的智能活动，而且是一种协作性的群体活动。传统的 CAD 软件 在产品的分析、计算、绘图以及制造等方面发挥了很大的作用，但不能支持概念设计阶段的 创新活动，多数不支持协同设计及设计重用。因此，研究支持协同创新设计的理论并用于开 发具有自主产权的 CAD 集成软件势在必行。 计算机支持的协同创新设计研究是一门多学科交叉的研究课题。该研究对推动计算机 辅助协同创新设计，提高产品的市场竞争力，以及推动相关的思维科学、艺术创作和计算机 模拟技术的发展，具有重要的科学意义和应用价值。 一、科学目标 面向产品创新设计，研究支持产品创新的协同及创新设计模型、进化及学习算法，并用 于开发具有自主产权的 CAD 集成软件。重点研究支持外观造型创新设计的计算智能算法， 人机交互协同创新的机器学习机制，三维可视化模型及协同设计关键技术。 通过该项研究，推动计算机辅助设计技术、人工智能技术、设计方法学及相关的思维 科学、艺术创作等相关学科的结合与发展，促进协同创新产品设计的三维 CAD 软件开发和 产业化，提高我国各相关领域专业人才的研究水平，为提高我国产品的市场竞争能力奠定发 挥作用。 二、主要研究内容和技术指标 面向产品创新设计，开展如下三个方面的研究： （一）支持外观造型创新设计的计算智能算法 研究支持外观造型的计算智能算法，包括基于小生境技术的遗传算法，分形算法，微粒 群算法及混合算法。 1. 面向计算机辅助创新设计，建立产品基因的编码方式； 2. 研究产品设计中产品基因的获取、遗传和重组的基本原理； 3. 根据产品的特性，选择合适的算法，并建立一种创新设计多目标评价体系，引导设 计的进化。 （二）人机交互协同创新的机器学习机制 研究通过人机交互获取设计知识并实现设计知识重用的知识表示、感知模型及机器学 习算法。 1. 人机交互的感知模型； 2. 设计知识的挖掘及融合技术； 3. 多源知识的组织与重用问题。 （三）三维可视化模型及协同设计关键技术 三维可视化模型，在保留基本三维模型信息的基础上，实现文件轻量化以及与三维软件 无关联性。设计文件可以在不同的 CAD/CAM 软件中被交换与共享，从而支持协同设计。 协同设计的关键技术主要包括： 1. 协同创新设计中的网络通信和基于 Web 数据库的信息共享问题； 2. 利用不同类型 CAD 系统进行同步协同设计的方法； 3. 复杂 CAD 模型在互联网上的实时传输方法； 4. 复制式同步协同设计系统中保证高响应性和并行性的一致性维护与并发控制方法。 三、研究条件 申请者在创新设计及协同设计，机器学习的研究及软件开发方面有一定的基础。开展该 课题所需具备的软件包括 ACIS 三维建模引擎及 Visual C++6.0, .NET 等。 四、成果形式 发表论文 3 篇以上，其中 EI、SCI 或 ISTP 收录 1 篇以上；申请软件著作权 1 项以上。 五、支持强度和年限 申请者提出的申请经费不得高于 15 万元。项目课题的支持年限为 3 年。 指南六:“面向网络应用的签密技术研究” 学科代码：F020705 信息系统安全 在网络环境下进行信息传输，如何保证信息在传输与存储中的安全性和有效性，是信 息安全的重要内容之一。其中公钥密码技术和数字签名技术为信息安全与有效提供了有力的 工具。公钥密码技术可以使用户方便的进行密钥管理，可以在不安全的网络环境下传递信息， 协商加密方法与密钥，便于大规模应用的开展及系统的扩充；数字签名技术在公钥密码技术 之上发展起来，可以提供信息真实性、不可否认性、不可伪造性和数据完整性等服务。将信 息签名后再加密传输可以保证信息保密的同时具有完整性检验能力，签密技术是将公钥密码 技术与数字签名结合起来，在一个逻辑步骤内同时完成签名与加密，时间效率与通信量小于 两者之和，是目前信息安全领域的研究热点，该技术的应用，可以保证信息传输中的安全性、 真实性和有效性。 一、科学目标 本课题主要针对以下主要问题，通过利用信息签密技术，完成对网络信息传输的加密 和信息验证，提高被传输信息的可确认性和加密效率。 目前广泛使用的公钥加密技术主要分为基于数字证书的 PKI 公钥体系和基于身份的 IBE 公钥体系。基于数字证书的公钥体系中用户每次加密解密需要验证证书合法性，时间效 率低，占用存储空间大，而自产生证书技术可以解决 PKI 系统中的证书托管，但效率低下， 计算过程复杂，不利于应用；基于身份的公钥体系通过可信第三方 PKG 利用用户的身份（姓 名、地址、email、身份证等）建立公钥和私钥，但存在密钥托管问题，即 PKG 的安全问题， 这种方法在分发用户私钥时需要安全的信息通道，不利于多用户的大规模应用。另外，无证 书签名技术可以解决 IBE 体系中的密钥托管问题，但是效率普遍较低，运算量大，且不易 于信息加密。 二、主要研究内容和技术指标 在本课题的研究中，主要以身份加密公钥加密技术为基础，构建利于在大规模不稳定的 网络中应用的签密方案，对网络中的信息进行安全性附加服务。主要研究内容和技术指标如 下： 1) 将基于身份的加密技术与数字签名技术结合，构建身份签密方案，保证信息的保密 性与传输的完整性。 2) 改进基于身份的公钥体系，创建无托管的加密技术。通过用户的私钥由客户和第三 方密钥管理端共同创建的方法，使得应用系统的客户密钥分配不需要特殊的安全通 道，便于系统的扩展；同时在密钥管理方泄露客户密钥的情况下仍然能保证信息的 安全， 3) 利用椭圆曲线双线性对设计签密方案，大幅度地减少签密与解签密的计算量，减小 密文长度短，有效地提高签密的效率，适合于大规模并发应用。 4) 通过对签密过程的改进，使每次加密数据的密钥不同，这样如果用户的私钥不慎泄 露，攻击者也无法解密用户的数据，保证信息的前向安全性。 5) 能够建立环签名体制，在数据流程中的每一个节点上都对信息进行签名，通过签名 的验证使节点不可否认对数据的使用，使数据流程信息具有不可否认性。 6) 能够加密不定长的数据报。通过将对称加密过程引入到签密过程中，对变长数据进 行加密。 本课题要求能够在安全模型中验证签密方案的安全性，证明方案在适应性选择密文攻击 下安全，验证内容包括签名的不可伪造性、签名的可公开验证性、信息的保密性、数据前向 安全性。 三、研究条件 申请者及课题组成员在网络安全、信息管理、分布式应用等领域具有丰富的研究经验， 理论水平较高；申请人主持或参与多项国家与省部级科研项目，具有良好的项目组织能力和 开发水平，实践能力强。课题组具备完善的硬件设施支撑实验环境：大规模计算环境，高性 能交换设备，完善的网络环境及管理手段。 四、成果形式 发表论文 3 篇以上，其中 EI、SCI 或 ISTP 收录 1 篇以上；申请软件著作权 1 项以上。 五、支持强度和年限 申请者提出的申请经费不得高于 15 万元。项目课题的支持年限为 3 年。 联系方式： 联系人：省自然科学基金委办公室 陈成刚 电 话：0531-82629800 联系人：山东山大华天软件有限公司 张善辉 电 话：0531-88879088 转 6009 13793153570 邮 箱：zsh@hoteamsoft.com 地 址：山东省济南市高新区颖秀路山大科 技园华天大厦 邮 编：250101