（企业管理专业论文）基于大规模定制动态约束满足问题的产品配置方法研究.pdf

硕士学位论文 ii 摘 要 随着社会的高速发展，经济的全球化及工业生产的信息化使制造业的竞争更 加激烈，这对企业提出了更高的要求。如何使企业能快速适应市场的需求，低成 本，高质量的满足客户个性化的要求成为每个企业现在考虑的最关键的问题。 大规模定制就是在这种环境下出现的一种适合市场分散化， 产品生产多元化、 小批量发展的生产模式。产品配置是实现大规模定制生产方式的关键技术。本文 通过对大规模定制和产品配置研究的回顾以及对其研究现状和发展趋势的分析， 按照“理论分析系统实现应用验证”的模式对面向大规模定制的产品配置技术 进行了深入的研究。 论文在分析现代制造业发展的方向和趋势的基础上，分析了实施大规模定制 生产方式的必然性以及生产特点。对产品配置的发展和研究做了分析，在总结基 于传统约束满足问题的产品配置方法的基础上，分析了基于动态约束满足问题的 产品配置的模型。 根据此生成了大规模定制下动态约束满足问题的产品配置方法， 并进行了模拟验证。 作为上述各项研究成果的应用，本文将开发的基于大规模定制下动态约束满 足问题的产品配置方法在甘肃奥凯种子有限公司中进行了验证。验证结果表明， 此配置方法符合大规模定制生产的要求， 并能及时动态的使企业响应市场的需求。 文中提出了对于该系统的一些展望，在网络应用和 cad 接口方面若有好的扩展， 该系统将有良好的使用前景。 关键词：大规模定制；产品配置；约束满足问题；动态约束满足问题 基于大规模定制动态约束满足问题的产品配置方法研究 iii abstract economic globalization and information industry has brought deep changes to manufacturing in its competitive environment, development patterns and operating space, the changes which are also a challenge to all enterprises. the request how to make enterprise can adapt to marketplace need, low cost, height mass rapidly satisfying a customer individuation becomes every enterprise thinking now most the key problem. mass customization (mc) is a production pattern that comes into being for the diversified market and the tendency of multi-variety and small-lot. product configuration is a methodology that can satisfy the mcs need for product data management. it becomes a key technology for implementing mc. with the strategy of theory discussion + prototype research + application verification, a systematic and thorough research on product configuration for mass customization and its implementation was carried out on the basis of the research on mc, product configuration. based on the summarization of the modem manufacturing system development tendency, the dissertation analyzed the necessity and features of implementing mass customization. it have a deep analysis about the development of product configuration. based on the analysis of csp, have brought forward the dcsp model, and, the simulation having been in progress verifies. as the application of the research achievement discussed above, at first a system prototype based on the study of the paper is developed, then the implementing workflow in ok ltd.of gansu is presented. validation result shows that this system fits the need of mass customization manufacturing, and make the enterprise has the ability to response to the market quickly and dynamically. have suggested that a few to that system look into the distance in culture , have expanded in the field of network applications and the cad interface if having well, be systems turn to will have the fine prospect. keyword:mass customization;product configuration;constraint satisfaction problem; dynamic constraint satisfaction problem 硕士学位论文 vi 插图索引插图索引 图 2.1 产品配置的概念框图 .13 图 3.1 基于动态约束满足问题 dcsp 的产品配置体系.28 图 4.1 根据要求输入可配置对象及其域值 .31 图 4.2 根据要求输入配置对象关系参数 .31 图 4.3 输入触发条件.31 图 4.4 种子加工成套设备清选、包衣、包装工艺流程.34 图 4.5 工艺流程文字框架图 .35 图 4.6 点击“建参”主页面 .35 图 4.7 “建参”模块界面 .36 图 4.8 点击“产品配置业务”主界面 .36 图 4.9 下拉选择“制种量”大小界面 .37 图 4.10 下拉选择“移动/固定”界面 .37 图 4.11 下拉选择“精选作物”界面 .37 图 4.12 产品配置业务增加约束界面.38 图 4.13 产品配置业务求解界面.38 图 4.14 点击“查询”主界面.38 图 4.15 下拉选择“帐单”主界面.39 图 4.16 查询帐单主界面.39 图 4.17 5t/h 种子加工成套设备工艺流程图 .40 图 4.18 5t/h 种子加工成套设备工艺流程 .42 图 4.19 产品配置销售全体系框架图.45 基于大规模定制动态约束满足问题的产品配置方法研究 vii 附表索引附表索引 表 4.1 某型叉车门架管路系统中可配置对象及其域 .30 表 4.2 某型叉车门架管路系统中的规则 .30 表 4.3 某型叉车门架管路系统中的选择关系.30 表 4.4 产品配置中的触发约束 .31 表 4.5 移动式 5t/h 种子加工成套设备详细配置表.40 表 4.6 固定式 5t/h 种子加工成套设备详细配置表.41 表 4.7 8t/h 种子加工成套设备详细配置表 .41 表 4.8 全套种子加工设备配置明细表 .43 i 湖湖 南南 大大 学学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。 对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查 阅和借阅。 本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位 论文。 本学位论文属于 1、保密，在_年解密后适用本授权书。 2、不保密。 （请在以上相应方框内打“”） 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 硕士学位论文 1 第 1 章 绪 论 1.1 选题背景和选题意义 1.1.1 选题背景 从上个世纪初， 生产模式开始从单件手工艺定制生产逐步过渡到大规模生产， 消费者对产品生产过程的影响被降到了最低限度。在大规模生产环境下，产品品 种单一，产品 bom 结构固定，产品供不应求，企业通过向市场提供大批量生产 的品种来获得规模效应，从而为企业带来巨额利润。随着社会的高速发展，市场 对由大规模生产所提供的同质产品需求容量逐渐减小，消费者不再满足于挑选十 分有限的产品品种，渴望得到符合自己需求规范的产品。因此，企业不得不通过 增加产品品种的多样化战略来保住自己的市场份额。然而，多样化生产的代价是 靠牺牲成本优势来取得的，同时产品多样化并不等于产品定制化。传统的多样化 是指先生产出产品，将它们存入成品库，然后等待需要它们的客户出现。但客户 并不想通过复杂的比较过程选择产品，他们希望快速得到真正符合自己需求的东 西。 为解决这一矛盾，20 世纪 70 年代初，alivin toffler 提出了大规模定制的思 想， 而后 stanley davis将这一思想定义为“mass customization(mc)”。 joseph pine 在文献中第一次对“mc”进行了系统的论述， 这标志着 mc 理论研究和实践应用的 开端。进入 20 世纪 90 年代，大规模定制生产(mcp: mass-customized production) 已成为取代大量生产或精益生产的新的生产模式，而受到全球各相关领域的高度 关注。大规模定制生产的目的在于以接近大规模生产的效率满足客户个性化的产 品需求。在大规模定制生产中，每个客户被允许具体指定产品特征，即产品差异 化，这导致了待制造产品的高度多样性。 为了获取客户定单，并对客户提供产品定制服务，传统的做法是先根据客户 提出的需求，对客户的需求进行分析，建立生产该产品的设计技术参数，匹配生 产该产品所需要的零部件，确定产品的装配结构，计算产品的完工期，根据企业 的实际能力分析该产品在本企业内是否满足可制造性等许多因素，从而最终决定 是否接受客户定单并提供相应的报价服务；这一流程往往会设计到多个部门，需 要多个部门的交互，这造成了决策时间过长，效率低下，妨碍了企业快速对客户 实行定制服务，造成了企业获取客户定单的效率低下。 为了有效的实施大规模定制战略，快速准确的判断客户产品需求规范在本企 业生产能力范围内可制造的合理性，从而为敏捷的获取客户定单打下基础，作为 基于大规模定制动态约束满足问题的产品配置方法研究 2 人工智能领域的一个最成功的应用产品配置系统(配置器） ，重新引起了大规 模定制领域内众多学者的广泛关注。所谓产品配置任务，简单的说，就是根据客 户的产品需求规范，基于特定领域知识的描述，采用有效的推理工具，快速生成 符合客户要求的产品配置。这个产品配置实际上等价于带有装配结构信息的物料 清单（bom） ，它由构成最终产品的所有必须的部件以及部件间的装配连接信息 构成。 在按照定单装配的大规模定制的环境下，产品配置系统作为有效实施按照定 单装配生产的前端，在大规模定制生成模式下有着举足轻重的作用。然而随着产 品多样性的急剧增加，以及产品规模和产品复杂性的增加，传统产品配置系统的 种种弊端都纷纷呈现了出来。作为使用产品配置系统的用户，如客户和销售代表， 他们不具备或很少具备可配置产品特定领域的专家知识，因此，在使用产品配置 系统时，他们希望在根据客户需求规范配置产品时，系统应该能够判断客户的要 求是否合理，并希望系统能对客户不合理需求的地方给出解释并进一步指导用户 如何做适当的处理；这实际上是要求产品配置系统能够具有用户需求诊断功能。 另外，随着在大规模定制环境下，客户个性化需求的增加，导致产品变体的种类 激增，如何正确有效的对产品进行知识获取并描述知识，从而建立易维护的知识 库，也是传统产品配置系统不得不面临的一个挑战。同时传统的产品配置系统把 对产品知识的描述和对产品配置的推理集成在了一起，这不利于知识的维护、更 新和重用。 在大规模定制环境下，企业的战略实施必须围绕客户为中心而进行展开，这 对产品配置系统所具有的功能从而比以往提出了更高的要求。配置系统的设计必 须考虑到与客户进行交互的因素，而传统产品配置系统一般多从技术层面来进行 考虑，不方便不具有技术背景的客户进行使用，对使用者的要求太苛刻，基于传 统产品配置系统在大规模定制模式下面也有很多不足，本课题拟开发一个新的更 适合大规模定制生产方式的产品配置系统。该系统主要有三个部分组成：知识获 取部分（产生知识库） ；诊断部分和配置部分。该系统能够根据用户的要求，快速 生成既符合用户要求又满足企业生产能力的产品配置，同时该系统易于维护、更 新和重用 1。 快速准确地产生待制造产品的产品配置，是企业进行快速报价、快速获取客 户定单和快速制造的前提，因而满足这一功能的产品配置系统，自然成了有效实 施大规模定制战略必不可少的一个重要组成部分。本课题属于大规模定制下有效 实现响应客户需求变化的关键技术研究，其研究角度和技术路线新颖可行，其研 究具有重要的理论意义和广泛的应用前景。 硕士学位论文 3 1.1.2 选题意义 目前在对产品配置知识的表示和求解这两个主要方面，分别对应有能够很好 表示配置知识或进行有效配置求解的配置方法，但却没有一种配置方法既能够对 产品配置知识进行全面、通用的概念化表示又能够对配置进行快速求解，因此， 本文尝试开发一种不仅能够概念化和系统地表示产品配置知识，同时又能够快速 进行配置求解的产品配置方法，是对目前产品配置方法的完善。另外一方面，目 前产品配置的研究大多使用一个相同的研究模式:即研究产品配置系统应当如何 正确合理地表示产品配置知识或怎样去求解出正确的产品配置结果。因此往往是 侧重于对配置知识表示和求解的研究，而忽略了对如何更好地满足用户要求和为 用户进行配置提供服务的研究，目前对产品配置的研究通常假设用户对所配置的 产品很熟悉或者用户能够完全接受产品配置的结果，但事实上，随着现代产品的 复杂性和用户易使用性的提高，通常用户是在对产品内部结构不了解的情况下进 行配置的，在产品配置的过程中如何识别出用户真正的需求，如何得到用户真正 满意的配置结果等这些有关产品优化配置的研究，应该是产品配置的另一个主要 和重要的方面， 而目前对产品优化配置这方面的研究则几乎还没有或者较为初级， 因此本文对产品优化配置进行研究并开发出相应的产品优化配置方法，也是当前 产品配置需要研究的一个非常重要的方面。所以，本文所要进行的研究具有一定 的理论意义和价值。 应当说目前国内企业普遍也存在着同样的来自国内和国外的同类生产企业日 渐增加的在产品种类、产品功能、产品更新和对用户服务上的竞争和冲击，使用 产品配置是面对这种变化的一种选择，而国内对产品配置的理解却是片面的，因 此，本文引进产品配置全面、系统的概念和分析，不论对于建立国内对产品配置 的正确认识，还是为企业提供一种选择的机会，都具有实际的意义。而对传统的 基于约束的产品配置方法进行改进，并在此基础上建立一种新的能概念化表示产 品动态配置知识和组成结构的基于约束的产品配置方法不仅仅是对基于约束的产 品配置方法在理论上的完善，面对国内存在的众多中小型企业实施产品配置，是 一个便宜实用的解决方法。本文的研究还具有实际的应用意义和价值。 本课题得到国家自然科学基金项目(70671037)；高等学校博士学科点专项科 研基金项目(20050532005)的资助，是该项目的重要子课题之一。 1.2 国内外研究现状 1.2.1 产品配置研究现状 对产品配置的研究一般包括产品配置问题的知识表达、产品配置方法的建模 与求解、产品配置器的实现原理和方法、配置过程管理（销售管理）与开发管理 基于大规模定制动态约束满足问题的产品配置方法研究 4 同其他管理的联系等多个方面。对它们的研究现状主要有以下一些方面： 王承锋，许映秋面向 plm 的产品配置管理的特点和配置方法，结合 plm 系 统的配置管理模块说明了三种配置方法的运用方式和概念模型 2。 alexander felfernig 和 gerhard friedrich 研究了基于知识库配置环境系统， 建立了产品配置的概念模型和知识库的自动构建模型。采用基于模型的诊断技术 对知识库有效性、不合理配置要求、已有配置的合理性进行确定，并用来支持再 配置过程。讨论了如何用一种标准的设计语言对配置知识库进行建模和管理 3。 rick rabiser, deepak dhungana 研究了基于知识库的产品配置原理及方法， 提 出了一种与软件产品开发相结合的工程模型，提出了由产品系列模型自动生成知 识库，软件产品线的演变，方法及使用工具三个仍值得深入研究的问题 4。 mittal 和 frayman 认为所谓配置任务就是：给定： （1）一组固定的组件集合， 其中每个组件是由属性、连接该组件与其他组件的端口、描述连接到该端口组件 的约束及其他约束的集合所描述（2）某预期配置的功能描述（3）最优化选择的 可能标准。构建：所被满足要求的一个或多个配置，其中配置是一个组件集合中 所有组件间连接的描述，或者检测与需求的不一致 5。 sabin 和 weigel 也给出了配置的非形式定义： “配置是一种具有下面两个关键 特征的特殊设计活动：配置的人工制品是从充分定义的确定组件类型集合中的实 例装配的，并且这些组件之间以预先确定的方式相互作用 6。” 苟凌怡基于对产品配置的相关数据对象原理的分析，从设计思想和实现技术 两方面研究了 iman 产品配置管理的三种方法，并且从应用角度出发，以航空企 业的产品数据管理为例阐述了优化方案 7。 刘刀桂，孟繁晶等在传统产品结构模型的基础上，定义了一种适用于系列产 品管理的统一产品变量结构(product variant structure ,pvs)模型， 基于此模型提出 了变量配置管理(variant configuration management, vcm)概念。这种模型可以表 示面向配置的简单产品结构，但对于复杂产品配置的需求却难以满足 8。 韩永生，李和良等从产品配置、产品结构和版本等三个方面介绍了产品配置 和产品结构的联系与区别，从产品结构中的具体对象出发详细分析了转化中存在 的难点，利用两重递归实现了查询子对象状态、对产品配置对象进行转化两个子 算法，并在工程数据库的应用中得到验证 9。 刘晓冰等提出了创成式物料清单(generic bill of material ,gbom)的概念，研 究了 gbom 的面向对象表达方式以及基于它的产品配置过程， 提出采用模糊优选 法解决配置过程中相似实例的提取问题，并给出了基本算法 10。 车帅，吕利勇，李云山提出了一种基于 web 的产品配置方法，论述了相关 的问题 11。 杨建红提出基于组件搜索的产品配置模型，认为配置的过程是对部件和零件 硕士学位论文 5 的两次搜索来完成的，第一次搜索确定出零部件族，第二次搜索确定具体的有效 零件版本。并在三层 pdm 结构下进行了设计实现 12。 艾新好等讨论了产品配置过程中的信息类别，将产品配置过程中的信息分解 为产品结构信息、配置管理信息和用户需求信息，给出了一种基于统一数据源的 成长树产品配置模型，满足了一定产品配置的要求，但对于复杂结构的配置仍显 不足 13。 张劲松提出了基于本体的配置建模方法， 建立了产品配置元模型;并应用配置 本体的基本概念(构件、功能、资源、关系、端口以及约束等)对产品进行配置建 模，给出了配置建模的一般过程并用面向对象的方法表达了配置模型 14。 以上的研究从多方面对产品配置进行了讨论，建立了多种产品配置模型。但 这些模型均存在知识表达较少，结果简单，不能适应复杂的产品配置;有的模型与 建模方法联系紧密，使得模型扩展性较差，因而均不能很好地满足实际中复杂的 产品配置模型的需要。 1.2.2 大规模定制生产中产品配置的研究现状 对大规模定制生产的研究主要集中在产品定制设计方式上，针对产品配置在 大规模定制中应用比较少，主要有以下一些: 王涛，李占山，王红梅阐述了大规模定制下产品配置器设计目标、实现目标 以及产品配置器构成和功能，提出了基于大规模定制下产品配置器工作机理 15。 周欣研究了大规模定制模式下的产品配置管理，对产品配置过程中由于产品 版本问题产生的再配置问题，以及配置的求解方法进行了说明。根据大规模定制 下对产品配置的特殊要求，提出一种定制模式下的产品配置器结构模型，并进行 了设计实现 16。 崔纪超，刘瑞香针对产品配置设计的全过程进行了分析研究，提出了产品配 置系统的总体框架、体系结构，开发了原型系统 17。 谭建荣研究了大规模定制的特点，提出了产品功能结构单元的概念，给出了 产品配置模板的信息模型和配置求解策略，引入配置设计知识的混合表达方法以 适应不同产品设计类型的要求，实现了大规模定制生产的产品配置设计系统 18。 钱炜，赵亮，潘双夏结合企业 pdm 项目，对如何从产品族生成物料清单的 产品配置方法进行了研究，通过建立产品编码、产品族结构、物料属性之间的多 重关联，实现了根据用户需求形成产品特征，再根据产品编码自动从产品族中生 成特定的物料清单 19。 王世伟，谭建荣，张树有，齐峰在研究产品配置设计工作流程和管理内容的 基础上，针对需要设计的实例单元提出了一个产品配置设计过程模型，给出了配 置设计过程中设计活动分解的三种结构、三个层次和两个模版，实现了配置中的 基于大规模定制动态约束满足问题的产品配置方法研究 6 实例单元数据和设计活动的集成 20。 高磊，王启付等研究了分布式大规模定制环境下的产品配置过程，在分布式 产品数据管理（pdm）系统中建立了以产品模型为中心，基于知识库和规则来实 现产品配置的三层结构配置过程模型，并给出了配置算法及其优化方法。但没能 对产品结构配置模型的正确表述和实现过程进行讨论 21。 刘晓冰、董建华等针对大规模定制生产中的快速变型设计要求，研究了产品 族模型的组成和表达方法，提出了产品族建模中的关键技术，建立了一个适合于 产品族建模的信息环境 22。 mitchrll m. tseng 和 jianxin jiao 提出一种基于实例的进化设计思想来满足 大规模定制的需要。它要求选择过去存在产品族平台为基础，通过对原有信息的 重用和改变来完成多样化的定制。并对产品实例平台的选择和修正方法进行了讨 论 23。 martin g. helander 和 jianxin jiao 研究了产品电子化开发设计， 建立了一个基 于网络的产品大规模定制系统模型，并对其中的定制交互、客户决策、电子产品 目录和平台、网络化产品族建模、虚拟供应链管理、以及网上产品开发工作流管 理等主要技术进行了说明和讨论 24。 从以上的研究内容可以看出，尽管对大规模定制的研究比较多，但大都集中 在整体设计研究上。对大规模定制中产品配置的分析，缺乏系统的理论支持，对 于它的特点、实现方式、以及同一般产品配置的区别和联系等没有进行详细的分 析和讨论。 1.2.3 物料清单(bom)管理研究现状 对物料清单(bill of material, bom)的管理及多视图映射研究是产品配置管理 的一个重要课题。目前对它的研究比较多，主要体现在 bom 的自动生成管理和 多视图映射上。 naken wongvasu 提出在逻辑 bom 中，采用兼容性矩阵和兼容性树来表示部 件间的约束关系，并建立了相应的逻辑 bom 结构。 kai a. olsen 提出了另一种类 bom，他采用面向过程的伪程序语言来表示 bom，过程（procedure）概念被应用于描述类 bom 结构中的类部件，通过关键 字部件（component）识别的一个过程（procedure）由一个过程头（head）和一个 过程体（body）组成。过程头表明这个类部件如何被识别并列出该类部件的属性， 过程体表明进入型关系，同时在过程体中采用包含（include） 、限制（constrain） 、 涉及（reference）来表示部件变体间的各种关系；这种采用面向过程概念的方法 提供了更大的柔性去描述类 bom 结构，使之更适宜处理多产品变体，其缺点： (1)要求企业相关人员在实际操作中必须具有较高的计算机编程水平； (2)在过程体 硕士学位论文 7 中采用限制（constrain）和涉及（reference）等方法会带来部件被误用的危险， 因此从该 bom 系统中快速生成的 bom 质量保证有所降低。 乌云、尚凤武通过对 bom 的概念和 bom 一般性描述的介绍，研究了产品结 构树及其配置过程模型，和 bom 多视图的作用及其相互之间的关系，给出了不 同产品结构视图之间的转换原理，以及在不同情况下 bom 的结构形式 25。 刘武贵，孙建雄，黄智敏在机车制造业产品配置的基础上，对在产品数据管 理系统中实现产品配置管理的核心技术bom 管理技术进行了探讨， 提出了支 持产品配置的 bom 管理信息模型 26。 魏志强、王先逵等提出了基于单一数据源的产品 bom 数据多视图映射技术， 初步建立了 bom 多视图映射的基本理论和 bom 主要视图间的 bom 映射类型。 通过分析 bom 多视图数据映射关系，基于基元化组件重构理论，设计了 bom 多 视图数据映射平台和 bom 视图映射工具组件， 实现了分布式环境下的 bom 主要 视图间的数据映射 27。 邓琳等研究了产品 bom 的特点，根据组成产品物料间的单层依赖和对应关 系，利用关系数据库理论，提出一种基于单层 bom 的产品 bom 描述方法。该方 法能够较好的满足企业对产品 bom 的维护、修改、查询和使用需要，为企业实 施产品数据管理和制造资源计划等信息化改造工程提供支持 28。 刘裕，麦家健，李磊形式化定义和描述了一种基于与或树的产品结构及其相 关特性，使基于该结构的 bom 设计具有更好的产品配置柔性。在此基础上，还 提出了一种面向任务的产品配置算法，能使产品的结构配置适应企业的特定生产 任务要求 29。 曾富东，曾富鸿等分析了常规的bom实现方法，并在此基础上提出了一种新 的实用的bom实现方案，采用设计区bom和归档区bom的概念，通过产品结构 定义、产品结构配置两步骤对其进行细致化的设计和管理 30。 王国鸿，宁汝新提出了对 bom 的多视图和可视化的研究。从多视图的实现 角度出发，提出了本体和从体的概念，并进一步分析了 bom 本体和从体的组成 及各部分的实现方法和步骤，根据这些方法和步骤实现 bom 的多视图，得到内 容更加丰富的 bom，且形式也更加多样化。认为 bom 的内容包括它所反映的对 象和对象的属性，或者与之相关的对象关系。多视图是 bom 完整信息在不同职 能面上的投影，通过在不同属性和关系之间的选择来实现不同视图的映射转换 31。 黄学文，范玉顺为有效地保证 bom 视图之间的数据完整性、正确性和一致 性，在分析产品及其零部件之间的装配关系描述模型的基础上，提出了 bom 视 图之间的转换方法。通过定义“继承部件”、“虚设部件”、“中间部件”和“外协部件” 及其相关映射函数实现了从设计 bom 和工艺 bom 到制造 bom 的转换，实际应 基于大规模定制动态约束满足问题的产品配置方法研究 8 用表明 bom 视图转换技术是有效和可行的 32。 ji guo -li 和 gong da-xin 等提出 bom 的一种树型结构存储模型，使用两个 关系表来分别记录产品结构中的父部件和子部件。并且研究了使用该模型进行 bom 的创建、管理和维护 33。 1.2.4 约束满足问题的研究现状 约束满足问题作为人工智能领域的研究方向，在经过几十年的研究后，目前 已经拥有了数量丰富的各种求解算法，其中搜索算法作为最终解决方法，在吸收 了一致性算法等新技术后，产生了许多新的搜索算法。而将搜索算法与一致性技 术结合起来的算法称为约束传播算法，它是近几年来兴起的一项技术。 系统搜索。所谓系统搜索，是指对赋值空间的所有部分进行系统搜索，即遍 历问题中的每个变量。系统搜索的优点在于，如果问题的解的确存在，那么该解 就一定会被找到。缺点是效率偏低。系统搜索算法中的穷举和回溯是典型的算法。 局部搜索 34。所谓局部搜索是指在搜索过程中，先产生一个局部解，然后再 逐渐剔除局部解中不符合一致性的数值，将局部解扩展到全局解，局部搜索的最 大问题在于容易陷入局部最优。 一致性技术 35。一致性算法主要包括节点一致性、弧一致性和路径一致性三 种解法。同时，一致性技术与回溯搜索相结合可以产生丰富的算法，如回看搜索， 前向检查，回跳算法等。 1.3 本文研究的主要内容 本文的研究工作主要集中在大规模定制的环境下，产品配置的理论以及它在 大规模定制生产中的实际求解应用上，主要有以下内容： (1)分析和研究产品配置的理论和模型。研究产品配置的理论体系和模型，并 说明它的实现方法。研究产品配置的实现过程，以及产品配置设计的实现模型。 (2)研究大规模定制生产的实现方式，特别是产品配置在定制生产中的应用。 根据大规模定制生产方式的基本原理和特点，研究它的实现方式和流程模型。主 要研究产品配置在个性化定制设计流程中的应用和特点，建立相应的实现模型。 (3)建立一个产品配置的实现模型， 并研究它的实现方法。 根据相应建模理论， 建立一个能够方便实现配置管理功能的产品配置模型;研究构建模型的实现方法 和过程，确定出合适的算法、步骤来实现产品配置过程。 (4)按照所建立的产品配置模型，开发相应的软件进行实现。采用面向对象的 程序设计语言实现产品配置过程和主要的管理功能。通过产品配置进行个性化产 品的定制设计，来满足大规模定制设计和生产的要求。 本文研究工作的意义:由前面叙述可知，产品配置是在对产品信息管理基础 硕士学位论文 9 上，产生新产品和改变旧产品，实现产品多样化的一种重要设计方法。它可以提 高对已有产品资源的利用率，增强企业的新产品开发能力，满足多样化的客户个 性化需求。目前在对产品配置知识的表示和求解方面都有很好的求解方法，但却 没有一种配置方法既能够对产品配置知识进行全面、通用的概念化表示又能够对 配置进行快速求解，因此，本文尝试开发一种既能直观表示产品配置知识，直观 体现配置部件约束关系，又能迅速求解的产品配置软件。 目前，国内外生产企业日渐增加，产品品种、功能也在与日俱增，产品更新 和对用户服务上的要求也越来越高， 大规模定制生产就是针对客户需求的多样化、 个性化的发展而提出来的，它所要解决的是定制生产低效率高成本和产品需求的 低成本多样化之间的矛盾。对它的研究就是要针对不同的企业，提供能满足大规 模定制的全面方案。通过对产品开发、生产制造、销售服务、以及企业组织、经 营方式等多方面进行改造，来达到这一先进生产方式的要求。本文研究产品配置 在大规模定制生产中的应用，是要通过加强配置和变型设计来提高企业产品开发 能力，满足多样化的市场需求；研究实现大规模定制生产的流程，快速实现产品 的配置，并增加顾客和企业的售前交流，增强配置产品与顾客要求的匹配度。所 以，本文具有一定的理论意义和实际价值。 基于大规模定制动态约束满足问题的产品配置方法研究 10 第 2 章 大规模定制生产中的产品配置 2.1 大规模定制 2.1.1 大规模定制的概念 大规模定制的概念可以从广义和狭义两个方面理解： 广义地，大规模定制作为一种现代生产和管理模式，面向多元化的、细分的 市场和个性化的客户需求，在大规模的基础上生产和销售定制产品并提供相应的 服务，它代表通过高度的过程敏捷性、柔性和集成性向每个客户提供个性化产品 和服务，从而获得范围经济的能力。 狭义地，大规模定制作为一种方法和技术，被看成是利用信息技术、柔性地 过程和敏捷的组织结构，以接近大批量生产的效率和成本提供能满足各个客户特 殊需求的一系列产品并提供相应的服务。它是一个贯穿营销、开发、生产和递送 （即从客户提出需求到收到最终产品）全过程的系统的概念。 2.1.2 大规模定制的特征 大规模定制模式的关键特征为多样化和个性化的需求，多元化的细分市场， 低成本、高质量、定制化的产品和服务，短的产品开发周期，以及短的产品生命 周期。 （1）多样化和个性化的需求 买方市场、市场全球化、需求分层和多样化的用途是造成多样化的和个性化 的需求的主要原因。随着商品供应的日益丰富，出现了供过于求的现象。市场环 境由卖方市场转向买房市场，客户有了更多的权力去选择他们喜好的商品。过去， 客户只能调整和克制自己个性化的需求去适应标准化的产品；而现在，制造商需 要了解和满足客户个性化的喜好以赢得和留住客户。 市场全球化的趋势给许多公司特别是跨国公司带来了前所未有的机器，但它 们也要面对各个国家不同的市场和不同需求的消费者。不同的国家有不同的国家 标准、消费水平、习惯和文化背景，制造商只有充分了解这些不同的需求和要求， 进而提供满足这些需求和要求的产品和服务，才能在全球化市场中赢得市场份额 和客户。 （2）多元化的细分市场 需求的多样化和个性化使以往统一稳定的大市场日益多元化，逐渐变成许多 不同层次的和不同区段的细分市场，市场呈现总额在逐渐增大但每个细分市场在 硕士学位论文 11 逐渐缩小的趋势。企业要想赢得市场竞争，就应该追随这些具有个性化需求的细 分市场，并尽量满足细分市场中不断变化的需求；要想获得更大的市场份额，又 必须覆盖和占领尽可能多的细分市场。 不断细分的市场使企业陷入更加专著于细小的市场和扩大总市场份额的矛盾 中。幸运的是，这些细分的市场并不是孤立的，而是存在着内在的联系和许多相 似的需求。因此，找到这些内在联系和相似需求，同时发现每个细分市场的特殊 性和个性化需求，是企业采用大规模定制模式生产定制化产品并提供相应的服务 以满足客户多样化和个性化需求的先决条件。 （3）低成本、高质量、定制化的产品和服务 细分市场还会给企业带来另一对矛盾。由于市场不断地细分，使企业所在的 细分市场的需求量逐渐减少，从而导致产品生产批量的下降，造成生产成本升高 的压力，但是需求量的减少又会导致市场价格的下降。采用大批量生产模式的企 业在不断细分的市场环境中会逐渐陷入困境。既能以小批量甚至单件生产和提供 满足细分市场中个性化需求的定制化产品和服务，又能够保持低成本的企业才能 赢得市场竞争。要做到这一点，企业需要在不增加固定成本的前提下生产和提供 大量不同品种的定制化产品， 在满足不同细分市场需求的同时保持高的生产总量。 （4）短的产品开发周期 多样化的客户需求和多元化的市场需要大量不同的产品来满足，要求企业开 发多品种的产品。而个性化需求和细分市场很不稳定，不断变化，只有不断地以 更快地速度开发出满足客户需求地产品才能获得成功。这两个方面因素都要求企 业缩短开发周期。另外，新的产品技术和过程技术的不断涌现使得产品不仅能更 快地开发出来，而且还可以高效地制造出来。这些因素综合到一起，就加快了新 产品推出的速度。 （5）短的产品生命周期 不稳定的个性化需求和细分市场会造成产品生命周期的缩短。新的替代产品 的迅速推出也加速了老产品生命周期的终结。现代消费者不但要求产品的样式选 择多样化，同时其需求的变化速度之快更令人吃惊。 2.1.3 大规模定制下产品变体配置管理的意义 传统生产管理系统的运行建立在产品结构数据和物料清单(bom)已经存在的 基础之上,制造商只能生产出固定的产品品种,对于新产品，又需要有新的物料清 单。而在大规模定制生产环境下, 强调产品的顾客化、个性化, 产品在需求数量 和需求次数上并没有限制,很可能一种产品只有一次需求或是单件需求。这样，要 预先建立所有产品的 bom 数据是不现实的。因此,必须采用新的管理方法,具体原 因如下:(1)是解决产品结构复杂性的需要。大规模定制生产的环境下,企业为了满 基于大规模定制动态约束满足问题的产品配置方法研究 12 足客户的个性化需求,必须提供多样化的产品,从而引起产品结构的多变性和复杂 性,如果按传统的方式对产品结构进行管理,将会造成数据灾难,不具备可操作。(2) 是解决计划和预测困难的需要。 大规模定制生产环境下,由于产品中存在诸多可选 件,通过可选件的组合数表示的最终产品数量将十分庞大,要对这些最终产品都进 行计划和预测是不现实的。(3)是解决合同处理流程自动化的需要。大规模定制生 产环境下,定制产品在订单中以参数方式描述,企业必须对客户的需求快速予以响 应,而传统的手工处理远远满足不了这种要求。综上所述,大规模定制生产方式要 求企业实现多样化、面向客户的产品设计、生产与装配。传统的产品结构管理方 式已无法适应当前要求。如何建立通用产品结构, 实现某一产品族的结构管理