（机械设计及理论专业论文）基于个性化定制的产品配置理论的研究.pdf

基于个性化定制的产品配置理论的研究 摘要 个性化定制是2 1 世纪的主要生产模式之一，产品配置技术是实现个性化定 制的主要理论基础，受到广泛关注。因此，对基于个性化定制的产品配置理论 及其实现方法的研究具有重要意义。 本文通过对个性化定制和产品配置管理的研究现状和主要实现方法的分 析，按照“个性信息表达+ 配置理论实现+ 实际应用验证”的模式对面向个性 化定制的产品配置技术进行细致的研究。为了支持个性产品定制全过程，将信 息模型分为面向概念设计阶段的功能结构模型、面向技术设计阶段的结构配置 模型和面向旌工阶段的零部件模型，三个模型集成后形成一种能支持个性化产 品定制的信息模型。在基于此模型理论的基础上，引入了客户需求域和特征表 达域的概念，为实现从客户的定制条件转化到产品具体结构特征提供了方法， 并建立了客户需求域一功能组合域一原理表达域一结构配置域一特征表达域的 层次型产品配置模型。在产品配置过程中引入实例推理理论，应用最近相邻 n n ( n e a r e s t n e i g h b o r ) 匹配函数计算相似实例之间的相似度，可大大提高产品配 置效率。最后，建立了基于w e b 的虚拟个性化产品配置系统的整体框架，应用 减速器定制实例证明：该方法根据客户的需求，可方便地配置出相应的个性化 产品，满足大批量定制生产的要求。 关键词：产品配置产品数据管理产品信息模型 个性化定制相似度 r e s e a r c ho i lp r o d u c t c o n f i g u r a t i o n b a s e do nt h e i n d i v i d u a lc u s t o m i z a t i o n a b s t r a c t i n d i v i d u a lc u s t o m i z a t i o ni s c o n s i d e r e da so n eo ft h em o s t i m p o r t a n t p r o d u c t i o n m o d ei n2 1 “c e n t u r y a s ap r i m a r yt h e o r e t i c a lb a s i st o c a r r y o a t i n d i v i d u a l c u s t o m i z a t i o n ，p r o d u c tc o n f i g u r a t i o n h a sb e e np a i dm o r ea n dm o r e a t t e n t i o nt o b ym a n ye n t e r p r i s e s u n d o u b t e d l y ，t h er e s e a r c h o nc o n f i g u r a t i o n t h e o r ya n d t h ei m p l e m e n tm e t h o dh a sg r e a tp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e i nt h ep a p e r , o nt h eb a s i so ft h er e s e a r c hs t a t u sa n dr e a l i z i n gm e t h o d so f i n d i v i d u a lc u s t o m i z a t i o na n dp r o d u c tc o n f i g u r a t i o n ，as y s t e m a t i c a la n dt h o r o u g h r e s e a r c ho np r o d u c tc o n f i g u r a t i o nf o ri n d i v i d u a lc u s t o m i z a t i o nw a sc a r r i e do u t w i t ht h es t r a t e g yo f “i n f o r m a t i o ne x p r e s s i o n + t h e o r yi m p l e m e n t a t i o n + a p p l i c a t i o n v e r i f i c a t i o n ”，i no r d e rt os u p p o r tt h ew h o l ep r o c e s so fi n d i v i d u a lc u s t o m i z a t i o n ， t h ei n f o r m a t i o nm o d e li sd i v i d e di n t of u n c t i o ns t r u c t u r em o d e lf a c i n g c o n c e p t d e s i g np h a s e 、s t r u c t u r ec o n f i g u r a t i o nm o d e lf a c i n gt e c h n o l o g yd e s i g np h a s ea n d m o d e lo f p a r t sa n du n i t sf a c i n gc o n s t r u c t i o nd e s i g np h a s e b a s e do n t h et h e o r yo f t h i si n f o r m a t i o nm o d e l ，t h ec o n c e p t so fc u s t o m e rr e q u i s i t ed o m a i na n df e a t u r e e x p r e s s i v e d o m a i na r ei n t r o d u c e d ，w h i c h p r o v i d e s t h em e t h o df o rt h e t r a n s f o r m a t i o nf r o mt h ec u s t o m e r sr e q u i r e m e n t st op r o d u c t ss t r u c t u r e ak i n d o f l a y e r e dp r o d u c tc o n f i g u r a t i o nm o d e li sp r o p o s e d ，w h i c ht a k e so f ft h em a p p i n g f r a m e ( c u s t o m e rr e q u i s i t ed o m a i n t of u n c t i o n a l c o m p o s i n gd o m a i n t ot h e o r y e x p r e s s i o nd o m a i nt o s t r u c t u r a l c o n f i g u r a t i o n d o m a i nt of e a t u r ee x p r e s s i o n d o m a i n ) i nt h ep r o c e s so fc o n f i g u r a t i o n ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e dt h et h e o r yo f c b ra n du s i n gt h en n m a t c h i n gf u n c t i o nt oc a l c u l a t et h es i m i l a r i t ya m o n g s i m i l a r c a s e s ，s ot h ee f f i c i e n c yi n c r e a s e dg r e a t l y a tl a s t ，t h ew h o l ef r a m eo ft h ev i r t u a l c u s t o m i z a t i o ns y s t e mh a sb e e nf o u n d e db a s e do nt h ew e bi nt h i sp a p e r t a k i n g t h ec o n e g e a r c u s t o m i z a t i o na sa ne x a m p l e i m p r o v e d t h a tt h e c o n f i g u r a t i o n m e t h o dc a nb eu s e dt oc o n f i g u r ec o n v e n i e n t l yt h ei n d i v i d u a lp r o d u c t sa n dm e e tt h e d e m a n d so fc l i e n ta n dm a s sc u s t o m i z a t i o n k e yw o r d s ：p r o d u c tc o n f i g u r a t i o np r o d u c t d a t a m a n a g e m e n tp r o d u c t i n f o r m a t i o nm o d e li n d i v i d u a lc u s t o m i z a t i o ns i m i l a r i t y 合肥工业大学 本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大学 硕士学位论文质量要求。 答辩委员会签名：( 工作单位、职称) 主席：静尊 委员： 兮岛吻 胁过 ? 睡雹，r 刁 穆哥习 别盹串良淑 插图清单 图1 1 制造业模式的发展过 图1 2p d m 体系的结构 图1 3 版本三种基本形式 图l - 4 主副版本管理方案 图1 5 文档的生命周期 图1 6 产品结构树、 图1 7p d m 与c a d c a p p c a m ，e r p 信息流框架 图2 1 产品配置过程模型 图2 2 状态空间的搜索过程 图2 - 3 配置过程的四元组模型 图2 - 4 产品配置实现过程 图2 5 客户订单分离点原理 图2 - 6 个性化定制生产分类【1 ” 图2 7 个性化定制生产与产品族的关系图 图2 8 六种模块化类型 图2 - 9 产品快速设计系统开发与产品快速设计实现 图2 1 0 延迟设计原理 图3 1 个性化产品定制过程示意图 图3 2c b r 问题求解过程 图3 3 个性产品设计过程阶段示意图 图3 _ 4 产品功能的功能部件描述 图3 5 产品结构的结构配置描述 图3 - 6 个性化产品配置模型 图3 7 个性化产品配置过程 图3 8 多层原型类的信息模型 图3 - 9 对象之间的三类关系 图3 一1 0 产品管理对象模型 图3 。1 lc s 方式结构示意图 图3 1 2b s 方式结构示意图 图3 1 3 功能部件类图实例 图4 1 相似度计算图例 图4 2 层次分祈法过程 图4 - 3 减速器层次结构 圈5 1 产品需求数据库模型 ，1 ，3 5 5 ，6 ，6 一7 1 1 13 13 1 4 15 16 1 7 18 ，19 2 0 2 2 。2 3 ，2 4 ，、，2 6 ，2 7 2 8 3 2 3 3 。3 6 3 6 3 7 ，3 8 3 9 、4 1 ，4 4 4 4 5 0 图5 2 减速嚣执行过程 图5 3 减速器功能分解图 图5 - 4 减速器零件的层次结构 图5 5 减速器个性化定制配置模型 图5 - 6 标准渐开线圆柱直齿轮实例库的设计 图5 7 减速器结构类图 图5 ，8 个性化定制产品配置原型系统主界面 图5 - 9 系统登录注册界匿， 图5 ，1 0 个性需求定单提交 图5 1 1 产品功能配置界面 图5 1 2 齿轮设计界面 5 l ，5 1 5 2 5 3 5 6 ，5 8 5 9 6 0 6 0 6 1 6 1 表格 清单 表4 1 相似度定义表 表4 2 标度尺寸及其定义 表4 3r a b c 层判断矩阵 表4 - 4b ，d 层判断矩阵 表4 5a d 层判断矩阵， 表4 - 6c d 层判断矩阵 表4 7 各阶矩阵的随机一致性指标 表5 1 减速器需求表 们钙郇钙钾如 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据 我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得盒目b 王些盔堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签字：牢孙硐签字日期：2 ，o 炸弓月和日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金目b 王些盍堂有关保留、使用学位论文的规定- 有权保留 井向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权金 胆王些盘堂可以将学位论文的全部或部分论文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、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名；彳李毒朋 导师签名 签字日期：2 一、睥3 月如日签字日期：o 年? 月2 d 日 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 电话 邮编 致谢 本文是在指导教师朱家诚副教授的 期间，朱老师在学习、生活和学术研究 助。朱老师严谨求实的作风、渊博开阔 树立了为人、治学和处事的榜样，并且 能成为朱老师的学生是我一生的荣幸。 我读研期间 同时， 副教授、吴 师和朱立红 的宽厚的学 多帮助。 感谢师 感谢教研室 最后， 给我的关心和帮助! 在此对 真诚感谢机械原理及零件教 天星副教授、田杰副教授、 老师，感游他们在学术上给 习条件和机会! 感谢教研室 精心指导下完成的。在我攻读硕士学位 上都给予了无微不至的指导、关心和帮 的学识、立足前沿的学术目光，为学生 对我的学习和工作产生了巨大的影响， 同时还要衷心感谢我的师母许林老师在 恩师和许老师表示我衷心的谢意! 研室的周美立教授、董玉革教授、汪进 王纯贤副教授、王勇副教授以及陈奇老 予的全方位的指导、帮助和为我所创造 的其他所有老师在我读研期间给予的诸 兄张连廷、师姐宋晖、师弟靳习永、王炎欢、黄士伟对我的帮助。 的程学进、常传勇等同学给予的帮助。 还要深深感谢我的父母和我的家人! 感谢所有支持和帮助过我的亲 人、同学和朋友们。 作者：徐丰羽 2 0 0 5 年3 月1 日 1 1 制造模式演变过程 第一章绪论 从制造业发展的历史可以看出，制造业运作模式经历了单件生产、大批量 生产、精益生产和定制生产四个阶段，如下图1 1 所示： 第一阶段第二阶段第三龄段 第四鼢段 2 0 世纪以前2 0 世纪初一8 0 年代8 0 9 0 年4 f 9 0 年代屯l 世纪 i 单件生产大规模生产精益生产j定制生产 特点j 特点 j 特点l _ 特点 1 1 广一， 模块化 i 产品定制产品标准化多品种i产品定制 生产效率低生产效率高生产效率高生产效率高 i成本高成本低成本低1成本低 图1 1 制造业模式的发展过 1 1 1 从单件生产到大批生产 在2 0 世纪以前，主要的生产运作模式是单件的小批量生产，手工作坊式的 企业占多数，其特征是使用手工工具，以手工劳动和手工工艺为主。蒸汽机发 明之后，机械作坊逐渐代替了手工作坊，成为1 9 世纪的主要生产模式。作坊生 产是单件定制式生产，主要按照客户的要求生产制造，生产成本很高，效率也 很低。 进入2 0 世纪以后，随着工业革命的推进，由于采用了比较先进的技术和设 备，企业的生产效率太大提高，1 9 1 4 年福特流水线生产方式的问世，标志着作 坊的生产方式结束，演变成为以高效的自动化专用设备和流水线生产为特征的 大规模生产方式【1 2 1 。这种新型的生产方式对整个制造业产生了强烈的冲击，在 提高生产效率，缩短生产周期的同时，也大幅度地降低了生产制造成本。但与 此同时大批量生产也大大降低了产品种类。由此我们可以看出，大批量生产方 式的最大缺点在于产品品种单一。 1 1 2 丰田的精益生产 随着社会生产和人们的生活水平的提高，产品的市场环境发生了巨大的变 化：一是消费者需求日趋多样化和个性化；二是制造商之间的竞争r 益激烈。 在这种情况下，新的制造模式一以日本丰田汽车公司为代表的精益生产模式【2 】 产生了，这种生产方式以成组技术和信息技术为支撑，以及时生产( j i t ) 为核 心，结合全面质量管理( t q m ) 和并行工程( c e ) ，以减少一切浪费为主要思 想。将工艺过程的准备时间从最初的2 3 小时降到3 分钟，极大的提高了生产 效率。到7 0 年代，丰田生产方式因其具有更大的柔性，能更好地满足客户需求， 取代了大批量的流水线生产，并占据主导地位。 虽然丰田公司能够以更好的质量、更低的成本、更多的品种来满足市场需 求，但从生产方式的本质上来看，精益生产仍属于大批量生产方式。 1 1 3 从大批量生产到定制生产”i 进入2 l 世纪以后，随着市场竞争的进一步加剧，客户的个性化需求越来越 强烈，出现了一种新颖的生产模式一一定制模式。它根据每个客户的特殊需求， 通过对产品结构和生产过程的重组，应用先进制造技术、管理技术和信息技术， 用大批量的生产效率和效益完成定制产品的生产，加上有效的销售服务，实现 了客户的个性化和大批量生产的有机结合。以美国d e l l 公司为代表的定制生 产，在个人电脑市场上取得了很好的效益。 从制造业运行模式的发展过程可以看出，新的运作模式的发展都是由市场 推动的，个性化定制生产模式就是在新的市场形势下发展起来的。要在激烈的 市场竞争中求生存，就必须适应市场，满足客户个性化的需求，而企业还要以 批量方式来组织生产，以便减少生产成本。因此，探讨在企业中如何实现定制 生产的理论和可操作的方法是非常必要的。 1 1 4 个性化定制是制造模式发展的一个重要方向 随着现代市场竞争的加剧，企业之间的竞争开始转向基于时间的竞争和满 足客户需求的竞争。为客户提供定制化的产品，全面提高客户的满意度，已经 成为现代企业追求的一种必然趋势。在这种以客户为中心的市场环境中，出现 了一批低成本的个性化产品，预示着个性化定制( i n d i v i d u a t i o n c u s t o m i z a t i o n ) 时代的到来。2 0 0 0 年，华盛顿大学的一个专家组将定制生产视为2 l 世纪最具 有突破性的十大技术之一1 4 j 。 简单的说，个性化定制必需结合定制生产和大批量生产两种生产方式的优 势，在满足客户个性化需求的同时保持较低的生产成本和较短的交货期。个性 化定制自提出以来，在各个领域得到了广泛的关注，由于它能够很好的满足当 今动态多变市场的要求，所以正在逐步成为信息时代企业重要生产模式【5 】。 1 2p d m 发展综述 产品数据管理( p d m ) 是企业实施定制生产的基础，下面简要介绍p d m 的定义及其主要功能。 1 2 1 产品数据管理( p i ) m ) 的定义 p d m ( 产品数据管理) 技术最早出现于2 0 世纪8 0 年代，最初的目的是为 了解决大量工程图纸、技术文档，以及c a d 文件的计算机管理问题，后来逐 渐扩展到产品开发的主要领域，即设计图纸和电子文档的管理、材料报表的管 理以及工程变更请求、指令的跟踪与管理。在1 9 9 5 年，c i m d a t a 公司总裁e d m i l l e r 在( ( p d m t o d a y ) ) 一文中对p d m 的定义是：“p d m 是一门用来管理所有 与产品相关的信息和所有与产品相关过程的技术；与产品相关的所有信息，即 描述产品的各种信息，包括零部件信息、配置、文档、c a d 文件、结构、权限 信息等：与产品相关的过程，即对相关过程的定义和管理，以及信息的审批和 发放”。这一定义是最具代表性的【6 l 。 从狭义上讲，p d m 仅管理与工程设计相关的领域内信息；从广义上讲，它 应该能覆盖到整个企业中产品生命周期的全过程。 综合各种定义可知：p d m 是以软件技术为基础，以产品为核，i i , ，实现对产 品相关的数据、过程、资源一体化集成管理的技术。 1 2 2p d m 的体系结构 p d m 的体系结构t t 如图1 2 所示。 第一层为数据处理层，目前流行的关系型数据库是p d m 系统的支持平台， 提供了数据管理最基本的功能。为了适应工程设计中复杂数据类型的处理，采 用面向对象技术，将p d m 系统中的数据信息定义为对象，所以，在数据处理 层要实现对象与关系数据库的数据进行双向转换。 第二层为功能模块层，包括p d m 中的各种管理功能和集成功能，是p d m 系统的主要部分。 第三层为客户工作层，包括开发工具层和客户界面层，经过身份验证后， p d m 为不同要求的客户提供了不同的客户界厩。 用户1 ii 用户2l l 用广n 用户接r 层 集盖釜具li 项目管理l l 上喜委程ji 主曼鬈墨il 扳限管理ll 登源管理l1 田档管理 网络及数据库接口层 操作系统、网络、分部式数据库 图1 2p d m 体系的结构 型一 1 2 3 产品数据管理( p i ) m ) 的发展趋势主要有以下几个方面 ( 1 ) 与网络技术相结合 网络技术在p d m 系统中应用越来越深入，基于网络平台、j a v a 语言、a s p 和n e t 技术开发的结构灵活、客户界面友好的p d m 系统已成为一种趋势。在 p d m 系统中通过w e b 实现全球化的信息查询、浏览、刨建与更新已逐渐成为 现实，并以此来支持全球化的虚拟企业的信息管理。 ( 2 ) 面向对象技术的应用及信息模型的标准化 数据库作为p d m 系统的核心部分，正由现在的关系型数据库向面向对象 数据库发展。由于p d m 系统所要管理的数据类型及数据模型的复杂性，要求 系统有良好的开放性，采用面向对象方法建立系统管理模型与信息模型，并提 供面向对象的建模工具与开发工具，支持客户的二次开发；另一方面，由于各 系统功能不同，其信息模型也不同，即使是相同的功能，但在不同系统中，其 信息模型的差别也很大，如何实现p d m 系统信息模型的标准化，为不同系统 之间提供便捷的信息交换是当前研究的一个重点。 ( 3 ) 过程管理与配置管理功能的强化 为了适应产品设计与制造过程中复杂过程变化的需要，各厂商竞相开发出 独立的工作流程管理模块，且功能在不断增强，以满足工程更改、并行化产品 设计所必需的过程管理的需要。以配置管理为核心，将数据管理、工作流程管 理与变更控制集于一体，形成更为强大的p d m 系统。 ( 4 ) 在p d m 系统管理中需融入企业管理的先进思想、先进的管理模式和 管理方法，这样能更好地对设计人员进行设计管理和指导工作。 1 3p d m 系统主要功能 1 3 1电子数据存储和文档管理 p d m 系统中数据的存储一种典型方法是通过电子保险箱来完成的。电子保 险箱是一个逻辑单元，连接数据库和数据使用界面。其工作原理是：当把文件 存入时。首先在数据库中产生一条记录，用以记录这个文件的各种信息( 名称、 作者、存入日期、文件状态等) ，把这个文件存入到专用存储区中，再把文件的 地址指针存入记录。当把文件取出时，p d m 先到数据库中找出这个文件的记录， 然后根据记录中的地址指针找到这个文件，把这个文件交给操作者，并且更改 此文件的状态标志。 p d m 文档管理的一个特殊功能是对文档版本的进行管理。一份文档会有多 个不同的版本，不同版本反映了信息资料的变化过程，零部件的版本演变一般 有以下三种形式： ( 1 ) 线形( 如图1 3 a ) ，一个版本只能发展一个版本，版本v 1 发展成版 本v 2 ，继续可发展成v 3 。 ( 2 ) 分叉( 如图1 3 b ) ，一个版本可以发展成两个版本。版本v 3 和v 2 都是从v 1 发展出来的，比如v 2 发展出来后，仍感到不满意，后从v 1 重新发 展出v 3 。 ( 3 ) 合成( 如图1 3 c ) ，以两个不同的版本发展成一个新的版本。 一v 2 r v l 一 一 k v 1一v 2 - v 3 v l j v 3 。 一 v 3v 2 、 ( a ) 线形 ( b ) 分叉( c ) 合成 图1 3 版本三种基本形式 这三种基本形式的复合可以实现实际中的许多类型的版本管理。如下图1 _ 4 编排方案( a ) 显示了一军中常用的主副版本的管理方案，v i 、v 2 等为主版本， v 1 i 、v 2 1 分别是v 1 、v 2 的副版本，主副版本均为线性生成a 编排方案( b ) 是对上一种方案的变形，这种方案表示每一次主版本升级并 不一定是从上一主版本的最后版本开始。 版本编排方案( a ) 版本编排方案( b ) 图1 4 主副版本管理方案 在电子保险箱中，为了对文件进行存取，可以把文件分成登入、修改、发 行和废弃等几种状态。电子保险箱对文件的操作有：注册，登出，登入，批准 发行等。图1 - 5 描述了文档在其生命周期内的各种状态和基本工作原理。 尚x 甲 窝 惠否 图1 5 文档的生命周期 1 3 2 产品结构树与配置管理 产品结构用来反映一个产品由哪些零部件构成以及这些零部件之间的构成 关系。定义产品就是根据企业的管理模式和产品零部件之间的层次关系，构造 产品结构树，可以把个系列化产品定义为棵树，也可以把一个产品定义为 一棵树。产品零部件之间的装配深度不同产品结构树的层次也不同，产品结构 树模型如下图卜6 所示，产品配置相关内容将在第二章中介绍。 1 3 3p d m 的工作流程管理 图1 6 产品结构树 p d m 工作流程管理的作用是实现对产品设计与修改过程的跟踪与控制。可 以根据工作需要建立串行或并行的工作流程，使得审核、批准工作能够高效、 协调地执行，同时审批记录能够入库保存以备查询。 1 3 4 项目管理 项目管理是建立在工作流程管理基础之上的一种管理方法。项目管理的任 务是：根据项目任务制定工作计划，配置资源，安排时间，组织人员，分解并 分配任务以及进行项目费用成本核算等。在项目的实施过程中对其计划、组织、 资源及相关数据进行监控，完成计划的反馈。 傅圃彳葛誊蓦 1 3 5p d m 系统的应用集成 p d m 系统涉及的大量原始信息来自不同应用系统，因此集成性是p d m 系 统的重要特性。通过应用集成，实现对企业使用的各种软件所产生数据和文档 进行有效的管理，实现应用软件之间的信息共享，也可以建立企业全局信息集 成的平台【8 】。经过多年的发展和在企业中的成功应用，c a d 、c a p p 和c a m 系 统分别在产品设计自动化、工艺过程自动化和数控编程自动化方面发挥了重大 乍用，成为企业信息管理的重要组成部分。但这些系统各自独立，不能实现系 统之问信息自动转换和共享。例如用c a d 系统进行产品设计的结果只能输出 图样和技术文档，不能直接为c a p p 系统所利用，需要由人工将这些图样和文 档转化成c a p p 系统所需要的输入信息，通过人机交互输入给c a p p 系统。同 样，在c a m 系统进行计算机辅助数控编程时，需要由人工将c a d 或c a p p 系 统输出的纸介质文件转化成c a m 系统需要的输入文件和数据，输入到c a m 系 统中。这些系统之间的人工转换不仅影响工程设计的效率，而且容易产生错误， 导致数据不一致。给企业的全局信息管理带来问题。p d m 不仅为c a d 、c a p p 、 c a m 系统提供数据管理和协同的工作环境。同时还为c a d 、c a p p 、c a m 系 统的集成运行提供支持。图1 7 为p d m 系统的应用集成的信息流。 广 嚣隰，篙慧 k 一销售管理 l 竺脯瓣7l j 鼬d 目、e & l $ * 悻一生产管理 l、。 产 企 r 1 i ￥i ；i ；8 品 ，i ，。一 业 悻一质量管理 1 c a p pi 社”+ 娃掌蔓- 数 、。一资i 据渣 u 嚣鬻美嚣 管规 + _ _财务管珲 理划 f p 蹦)( r r p ) j jc 一“k 一位盘件代4 i + 一 供应链臂理 i i i n t e r n e t i n t r a n e t ( n t 、u n i x 、l i n u x 、w e b 服务器 l 数据库管理系统( s q ls e r v e r 、o r a c l e 、s y b a s e 、d b 2 ) i 圈1 7p d m 与c a d c a p p i c a m i e r p 信息流框架 1 4 产品配置概述 1 4 1 产品配置的基本功能 产品配置管理系统是p d m ( 产品数据管理) 系统中的一个重要部分和核 心模块，产品配置管理是随着p d m 的完善雨发展起来的。 产品配置管理的主要功能是在产品结构管理的基础上，对产品定义的不同 方面进行管理和配置，对不同工作阶段产生的与产品结构有关的各种数据进行 管理，以使人们了解组成产品零部件之间的关系、零件基本数据之间的关系、 产品文档与产品工作流程的关系等的重要信息。 产品配置所要解决的基本问题为：产品在不同的工作环境下的配置历史信 息( 包括产品结构、相关数据与文档、工作流程等) 的维护与管理。因此，产 品配置的基本功能可简述为： ( 1 ) 可以选择系列产品的标准结构和可选结构，提供客户关心的不同类型 的产品配置信息； ( 2 ) 根据产品结构配置数据和配置要求，定义p d m 系统所管理的生命周 期的功能模块，以便描述产品在配置状态下各功能模块的工作流程装配关系结 构i ( 3 ) 统一管理生命周期内全部数据的有效性，选择特定零部件相应的文件 版本，构成确定型号的产品： ( 4 ) 产品结构树的多视图管理； ( 5 ) 保存文件版本的历史记录，保持各部门材料清单的一致性： 利用产品结构模块化组成产品，正如建筑上可以使用少数的几种建材来完 成形态万千的工程一样，机械上也可以使用种类数量有限的零部件来装配出各 种各样产品。在产品结构下使用模块化的构件，有助于这些构件的标准化，同 时也可以提高零部件的生产和供应能力。所以，产品配置可以用来解决个性化 定制中出现的如下问题： ( 1 ) 可解决个性化生产成本较高的问题。每一个最终产品的设计采用各种 功能模块装配的方法来实现，实现以大批量的生产效率来配置客户提出的个性 化产品。 ( 2 ) 配置出的产品能较好地满足某些( 类) 特定客户的需要。也就是说， 通过产品配置管理定义的产品的功能模块，将能很好地满足客户的个性化需求。 1 4 2 我国的个性化定制技术在产品配置方面研究现状 对于p d m 和产品配簧管理的研究，国外的起步较早且研究时间相应较长， 研究活动也越来越活跃，国内这方面的研究和开发工作开始于上世纪九十年代， 现在我国的产品配置研究基本上处于初步阶段。 在产品配置方面这些年来主要形成了以下研究成果： 清华大学的阴向阳等从产品配置、产品结构和版本等3 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和对产品配置对象进行转 化等两个子算法【叭。结合使用这两个子算法能够有效地实现产品配置向产品结 构的转化。 浙江大学的顾新建等介绍一种新的网上通用产品配置设计工具，并提出了 面向结构和面向功能这两种变形配置方法【1 0 1 。将产品配置设计放在网上是以后 产品配置及产品数据管理的一个重要发展方向，产品数据管理将从两层的客户 服务器结构向三层的b s 结构发展。不过该文提出的变形配置方法从对客户功 能的方面，还是无法完全满足客户配置比较多样化的要求。 北航的刘刀桂等提出了适用于系列产品管理的统一产品变量结构p v s 模 型，并以此模型为基础提出变量化配置管理( v c m ) 概念、并辅以实例说明i t l l 。 这种统一产品变量p v s 模型将产品结构分为三层，更好地表示了面向配嗣的产 品结构，但真正要以这个模型来面向产品配置实现技术的活，还是过于简单， 无法满足实际功能要求。 1 , 4 。3 产品配置管理存在的问题 通过对已有研究成果可以看出，p d m 中的产品配置已经取得了一些成果， 但在个性化定制生产中，产品配置管理仍存在以下不足： ( 1 ) 现有的企业模块化程度不高、产品配置效率低为了对客户的需求进 行快速响应，配置过程必须有足够的模块性，这样在需要的时候，就可以将它 们很快的拼装在一起，配置出最终产品； ( 2 ) 缺少产品全部资料之间相互关系的形象描述为了更好地实现企业内 各种信息的交互，需通过整个企业的全局产品信息模型进行描述； ( 3 ) 产品结构模型的柔性扣可配置挫不够理想现在生产企业急需一种数 据模型，它能够以最少的基本产品结构，形成更多的最终产品。 ( 4 ) 缺少面向个性化产品定制的配置方法通常的配置偏向于产品设计领 域，而个性化定制生产下的产品配置则偏向于产品结构的变型，即通过很少甚 至不用设计新的零部件来达到最多产品型号，满足不同客户的个性化需求，这 就需要解决在基本产品数据模型基础上的配置约束的多样化的需求模型与描 述。 ( 5 ) 产品信息管理困难由于个性化定制要满足客户的个性化和可定制 化，这导致生产企业中的产品数据急剧膨胀，而且变得越来越复杂，一般的管 理信息系统很难实现对这些数据的管理。 ( 6 ) 产品结构与配置信息不准确在设计和生产过程中各种更改会造成产 品配置信息的混乱，直接影响采购、制造和装配等部门，需要进一步完善设计、 生产、采购各部门之间b o m 的一致性； ( 7 ) 基于网络的配置管理系统不理想为了在更大范围内实现个性化产品 定制，实现跨平台、跨系统的信息系统集成，基于网络的产品配置的研究仍有 待研究。 1 5 本论文研究的目的及主要内容 根据以上对产品配置方面的分析，在现有的研究基础之上，本文针对现有 的企业模块化程度不高、产品配置效率低，以及如何响应客户的个性化需求等 存在的问题，开展进一步研究与探讨。 鉴于客户需求的多样化，本文对定制的产品结构进行分解，建立产品功能 结构模型和结构配置型，并以个性化产品信息模型为导向，从客户需求角度出 发，在配置模型中引入客户需求域和结构特征表达域，从而构成个性化产品配 置过程模型，旨在对整个企业的全局产品信息进行描述，并引入用实例推理理 论对客户的需求与现有模块相似度进行判断以提高产品配置效率。本论文共 分六章，各章主要内容安排如下： 第一章绪论部分，从制造模式的演变过程说明实行个性化产品定制的必 要性，简要介绍企业实施个性化定制的基础一p d m 系统的主要功能和产品配置 的研究现状，以及本文的研究目的。 第二章主要介绍现有的产品配置理论和个性化产品的定制过程，国内 外学者对产品定制的分类，以及与实施定制相关的模块化设计和快速设计等关 键技术基础。 第三章提出个性化产品的功能分解模型、结构配置模型和产品零部件模 型，并由此构成个性化产品设计的产品原理信息模型。迸一步阐述了原理模型 的实现一一原型类信息模型。在信息模型中加入客户需求域和产品结构特征表 达域，描述个性化产品的配置模型和配置过程，并应用面向对象数据库对产品 数据进行管理。 第四章在产品配置过程中引入实例推理理论。应用n n 匹配函数计算客户 需求与已有相似实例之间的相似度，大大提高了产品配置效率。 第五章在第三、四章中提出的个性产品配置的理论和方法的基础上，开 发原型系统。并选用减速器定制实例，对本文所提出的个性化产品配置原 理进行验证。 第六章对本文工作进行总结，并指出研究中存在的一些欠缺和需要完善的 问题，对以后的工作进行展望。 第二章 产品配置理论与个性化定制生产的关键技术 2 1 产品配置理论概述 2 1 1 产品配置管理定义 产品配置管理( p r o d u c tc o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n t ) 是p d m 系统的重要功 能，它是以电子仓库为底层支持，以物料清单为组织核心，把定义最终产品的 所有工程数据和文档联系起来，实现产品数据的组织、控制和管理，并在一定 目标或规则约束下，向客户或应用系统提供产品结构的不同视图和描述i l3 1 。在 产品数据管理系统中，零部件按照它们之间的装配关系被组织起来，可以将各 种产品定义的数据与零部件关联起来，最终形成对产品结构的完整描述。产品 配置管理能够使企业的各个部门在产品的整个生命周期内共享统一的产品配 置，并且对应不同阶段的产品定义，生成相应的产品结构视图，如：设计视图、 装配视图和工艺视图等。 2 1 2 产品配置过程模型 下图2 1 为产品配置过程模型，在此模型中，产品数据库对产品配甏的实 现提供了底层的支持。配置的实现以从左向右的流程展开，并提供“查询”机制 使产品配置过程更加面向客户需求的多样化、柔性化要求。根据此配置模型， 客户可以直接利用配置规则进行产品配置，之后由系统进行版本有效性配置。 配置好产品结构就得到了一个最终的产品组合。根据这个产品组合，可以生成 客户所要求的b o m 表，显示或输出到e x c e l 文件中去。此时，客户可以根据 查询条件进行产品结构的查询。 图2 1产品配置过程模型 2 2 产品的配置规则 2 2 1常用的配置规则 产品配置规则主要分为三类：变量配置规则、版本配置规则与有效性配置 规则i 6 1 。 ( 1 ) 变量配置规则 产品的某零部件可能有若干个可选项。例如一辆摩托车的发动机，可以 是国产件，也可以选用进口件，它的“功率”属性可以有5 0 、1 0 0 、15 0 马力等多 个可选值。在产品定义信息中也可以把“产地”作为该零部件的一个变量，这变 量可能有“国产”和“进口”两个取值。把产品属性作为变量，根据这些变量的取 值决定哪个型号的零部件入选产品结构，这种产品配置的方法称变量配置。 在变量配蚤中通常有多种逻辑运算法则。可以是“= ”、“ ”、“ ”、 “l i k e ”、“a n d ”、“o r ”等，也可以用多种逻辑运算综合配置的法则。变量既可 以是字符型，也可以是数字型、日期型和逻辑型等( 其中“l i k e ”是指带有通配 符变量值的逻辑运算符) 。 ( 2 ) 版本配置规则 在版本产生过程中具有不同状态，如工作状态、提交状态、发布状态、冻 结状态、归档状态等。不同的客户按照版本所处的状态可以形成不同的配鼹。 其中，按照已发布的最新版本进行配置是应用较多的配置方法。 ( 3 ) 有效性配置规则 有效性分为时间有效性、批次有效性、地点有效性。时间有效性标志着这 个组件在不同的时间选择不同的零部件来进行配置，比如在定时间段只能提 供a 类型的零部件，那么在这个时间段进行产品配置时，时间有效性规则将决 定装配哪个零部件。批次有效性是由数量决定的配置规则，比如当装配数量大 于定值时，将选用某一个零部件来进行装配。而地点有效性适用地域分散的 企业，比如由于不同的地域某种原材料供货情况和价钱的不同，决定了在不同 地方生产的产品要选用不同的零部件来进行装配。 此外，还有可选件配置规则，可选件