（机械设计及理论专业论文）基于知识管理的电梯配置系统的研究与开发.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 大规模定制是以大规模生产的效率和成本向客户提供个性化定制产品的一种生产模 式，它以客户为中心组织生产，提供多样化产品来满足个性化的需求。产品配置设计是 实现大规模定制的关键技术和核心方法，对有效管理产品数据，充分利用现有资源快速 实现产品的定制设计具有十分重要的作用。 本文首先对产品配置理论进行了研究，指出了面向大规模定制的敏捷产品开发方法， 比如标准化、规范化设计，模块化设计，后延设计等的出现为产品配置技术提供了前提 和保障。对产品配置的基础理论进行了研究，阐述了产品配置系统的基本组成与结构模 型。 然后以产品配置为基础原理，结合具体的电梯产品，设计了电梯配置系统的功能模 型，详细阐述了该系统的体系结构和功能实现。 接下来，本文对电梯配置系统的关于知识管理实现的关键技术一电梯设计知识规则 的表达与解析进行详细研究。 在上述理论的指导下，本文探讨了电梯配置系统的实现技术。电梯配置系统采用了 面向对象的建模技术，j 2 e e 的框架技术，基于s t r u t s 的m v c 设计模式，并采取了x m l 格式作为该系统与企业的其他信息系统数据交换的标准。 最后，结合大连某电梯公司的电梯产品设计过程，开发了能够实现电梯配置的原型 系统。 系统运行结果表明，该系统能够合理，准确，有效的对电梯产品进行快速配置设计， 从而达到了降低产品的设计周期，缩短产品上市时间，提高企业竞争力的目的。与传统 的产品配置系统相比，基于知识管理的电梯配置系统在处理电梯设计知识规则方面具有 开放，易于扩展和维护的优点。 关键词：产品配置：配置引擎；知识表达；知识解析 万飞：基于知识管理的电梯配置系统的研究与开发 r & do f e l e v a t o rc o n f i g u r a t i o ns y s t e mb a s e do nk n o w l e d g em a n a g e m e n t a b s t r a c t t h em a s sc u s t o m i z a t i o np r o d u c t i o ni sap r o d u c t i o np a t t e r nt h a tp r o v i d e si n d i v i d u a l c u s t o m i z a t i o np r o d u c ti nt h em a s sp r o d u c t i o ne f f i c i e n c ya n dc o s t i tt a k e sc u s t o m e ra sc e n t e r t oa r r a n g ep r o d u c t i o na n dp r o v i d e st h ed i v e r s ep r o d u c t st om e e ti n d i v i d u a ld e m a n d t h e p r o d u c tc o n f i g u r m i o nt e c h n o l o g y i st h ek e yt e c h n o l o g ya n dc o r ec o m p o n e n to fm a s s c u s t o m i z a t i o n i tp l a y sa ne x t r e m e l yi m p o r t a n tr o l ei nm a n a g i n gp r o d u c td a t ae f f i c i e n t l ya n d u s i n gr e s o u r c et oi m p l e m e n tp r o d u c tc u s t o m i z a t i o nd e s i g n f i r s t ，t h i sp a p e rm a k e sr e s e a r c ho nt h ep r o d u c tc o n f i g u r a t i o nt h e o r ya n dp o i n t so u tt h a t t h ea p p e a r a n c eo fa g i l ed e s i g nt e c h n o l o g ys u c ha sd e s i g nf o rs t a n d a r d i z a t i o n ，m o d e lf o r p r o d u c tf a m i l y ，d e l a y e dp r o d u c td e s i g na n ds oo np r o v i d e st h ep r e c o n d i t i o na n dg u a r a n t e ef o r t e c h n o l o g y o fp r o d u c tc o n f i g u r a t i o n t h e n ，b a s i ct h e o r yo fp r o d u c tc o n f i g u r a t i o ni s r e s e a r c h e da n dt h ec o m p o n e n ta n da r c h i t e c t u r ea r ed i s c u s s e di nt h i sp a p e r s e c o n d ，t a k i n gt h eb a s i cp r i n c i p l ea sp r o d u c tc o n f i g u r a t i o na n dc o m b i n i n gt h ee l e v a t o r p r o d u c t ，t h ea u t h o rd e s i g n st h ef u n c t i o nm o d e lo fe l e v a t o rc o n f i g u r a t i o ns y s t e ma n dd i s c u s s e s t h ea r c h i t e c t u r ea n di m p l e m e n to f t h es y s t e mi nd e t a i l t h i r d ，t h ep a p e rg o e sd e e p l yi n t ot h ek e yt e c h n o l o g i e so fk n o w l e d g em a n a g e m e n ti n e l e v a t o rc o n f i g u r a t i o ns y s t e m t h ek e yt e c h n o l o g i e si n c l u d eh o wt ot r a n s l a t ef r o md e s i g n e r s k n o w l e d g e t oc o m p u t e rs y s t e m sk n o w l e d g ef o r m a ta n dh o wt ou s ec o n f i g u r a t i o ne n g i n et o p a r s et h ek n o w l e d g eb a s e b a s e do nt h et h e o r ya b o v e ，t h ep a p e rd i s c u s s e st h ei m p l e m e n tt e c h n o l o g yo fe l e v a t o r p r o d u c tc o n f i g u r a t i o ns y s t e m o b j e c t - o r i e n t e dm o d e l i n g ，j 2 e ef r a m e w o r ka n dm v cd e s i g n p a t t e r nb a s e do ns t r u t sa r ea p p l i e di nt h i ss y s t e m x m lf o r m a t i s a d o p t e da st h ed a t a e x c h a n g es t a n d a r db e t w e e nt h es y s t e mo fc o n f i g u r a t i o na n do t h e ri n f o r m a t i o ns y s t e m si nt h e e n t e r p r i s e a tl a s t ，c o m b i n i n gt h ep r o c e s so fe l e v a t o rp r o d u c td e s i g n ，t h i sp a p e rh a sd e v e l o p e dt h e p r o t o t y p es y s t e mo f e l e v a t o rc o n f i g u r a t i o n i th a sb e e np r o v e dt h a te l e v a t o rc o n f i g u r a t i o ns y s t e mc a nh a n d l et h ep r o d u c tc o n f i g u r a t i o n e x a c t l ya n de f f e c t i v e l y ，r e d u c et h ed e s i g nc y c l e ，d e c r e a s ep r o d u c tg o i n g o nm a r k e tt i m ea n d e n h a n c e e n t e r p r i s e s m a r k e t c o m p e t i t i v e n e s s c o m p a r i n g w i t ht r a d i t i o n a l p r o d u c t c o n f i g u r a t i o ns y s t e m ，t h ee l e v a t o rc o n f i g u r a t i o ns y s t e mb a s e do nk n o w l e d g em a n a g e m e n tc a n b ee a s i l ye x t e n d e dm a dm a i n t a i n e di nh a n d l i n gt h ek n o w l e d g ea n dr u l e ro f e l e v a t o rd e s i g 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 n ；c o n f i g u r a t i o ne n g i n e ；k n o w l e d g ee x p r e s s ； k n o w l e d g ep a r s i n g ； 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名： t 矽吵珍沙 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工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，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文。 作者签名： 导师签名： 勿伊 丛年丝月丝日 卑 大连理工大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 课题研究背景 1 1 t 大规模定制是企业生产模式发展的必然 随着科学技术的不断发展，社会物质财富的不断丰富，市场已经由卖方市场转化为买 方市场，消费者对产品的生产周期、价格、个性化程度等各个方面的要求不断提高。这 种情况下，传统的大规模生产模式已经无法适应当前动态多变的市场，企业需要一种新 的生产模式，能够以大规模的效益( 如低成本、高质量、短的交货期等等) 进行定制产品 的生产。 大规模定制( m a s sc u s t o m i z a t i o n ，m c ) 正是这样一种新的生产模式，它能够根据每 个用户的特殊要求，以大规模生产的效益完成定制产品的生产，从而实现用户的个性化 和大规模生产的有机结合“1 。 工业化时代以前，企业的生产方式是按照客户的具体需求进行设计和生产，这种生 产方式称为定制生产( 又称订单生产，c u s t o m i z a t i o n ) ，与此相对应的经济称为品种经 济( 或称为范围经济，e c o n o m yo fs c o p e ) ，典型应用如起重机、鼓风机的生产等。定制 生产满足了客户的个性化需要，但由于需要根据客户的特殊需求组织生产，由此而带来 的问题是产品设计开发周期长、成本高、产品质量不稳定等。工业化时代以后，出现了 以“福特t 型车”为代表的大规模生产模式，强调生产线和自动化，尽量加大生产的批 量，以提高产生的稳定性和降低成本。这种生产方式称为规模生产( m a s sp r o d u c t i o n ) ， 与此相对应的经济称为规模经济。大规模生产带来了产品的质量稳定性和低成本，但是 却缺乏生产的柔性，无法适应当代迅速变化的客户需求。 大规模定制把生产的大批量与定制这两个看似矛盾的方面有机地结合在一起，能够 根据每个客户的特殊需求以大批量生产的效率提供定制产品的一种生产模式，真正实现 了生产的批量与成本、速度无关，必将成为2 1 世纪主要的生产模式之一。 产品配置是大规模定制中的重要组成部分，是实现m c 的关键技术之一。产品配置是 在一个或者若干个能覆盖产品类中的既定型号和规格变化的动态产品族模型的支持下， 根据客户定制产品的要求，通过对产品模型功能、性能、结构以及零部件进行选配，以 及对局部零部件功能和结构、尺寸的相应变化来快速设计出满足客户需要的定制产品 啷。产品配置技术在大规模定制生产模式发挥的主要作用有： ( 1 ) 实现用户自主细分营销，帮助用户选择需求，从而充分覆盖客户的需求范围。 ( 2 ) 快速得到产品的成本信息以支持报价系统。 万飞：基于知识管理的电梯配置系统的研究与开发 ( 3 ) 实时得到产品的外形演示，加强顾客对产品销售的感官认识。 ( 4 ) 辅助设计人员进行产品设计，缩短产品定制时间，降低发货周期和减少库存。 ( 5 ) 生产控制能力得到加强，可以使用较少的零件单元生产出大量不同的产品。 通过运用产品配置技术，能够在充分利用企业现有资源的基础上，快速满足客户的 需求，为用户迅速提供个性化的产品，是企业实现大规模定制生产模式的重要技术手段 和有效设计方法。 1 1 2 电梯产品设计工作特点及存在问题 电梯行业属于装备制造业的范畴。装备制造业设计部门的主要工作是对已经研发成 型的产品进行客户化的设计，维护和改进工作。其工作特点是： ( 1 ) 产品的结构具有相对稳定性 电梯的设计工作分为刨耨性研发和改进型设计两部分，由于电拂属于比较成熟的产 品，除非研发新结构形式的电梯类型，一般情况下新的创新性的研发工作比较少，大部 分的工作主要是针对客户要求的进行改进性的设计工作。所以电梯产品的主体结构具有 相对的稳定性，变化不多。 ( 2 ) 工作的繁琐性与重复性 电梯的改进性设计，即根据客户的要求，比如用途，载重，速度，装饰等，结合建 筑的土建信息，对已有零部件进行组合设计工作，如果遇到现有零部件不能满足客户需 要的情况，需要运用变形设计等手段设计新的零部件，并将新的零部件加入到企业的零 部件库中。整个设计流程重复且繁琐。 ( 3 ) 产品数据要求准确，并需要提供给其他部门共享 电梯制造企业中，产品的材料清单( 8 i 1 1o f m a t e r i a l ，b o m ) 的源头是企业的设计部 门。设计部门生成产品的设计b o m ，需要转化成制造b o m ，采购b o m 供企业的制造部门， 采购部门使用，同时还要与企业的财务系统结合，得到产品的成本信息。 从上述现有流程的特点，可以看出传统形式下的电梯设计存在以下问题： ( 1 ) 设计工作相对枯燥 电梯设计不同与电梯研发，电梯设计工作主要是熟悉现有电梯结构，对产品零部件 进行选择装配工作。这个过程中不需要太多的创造性活动，工作相对枯燥，繁琐性和重 复性较大。设计人员需要电梯配置系统的帮助，从无意义的重复性劳动中解放出来，把 更多的精力投入到新产品的研发工作中去。 ( 2 ) 手工处理无法保证设计的效率和准确度 大连理工大学硕士学位论文 售前技术支持时，设计部门要根据销售人员获取的客户订购产品意向，迅速提供产 品报价，但对于组成结构复杂的电梯等装备制造业产品，仅仅依靠手工处理这些产品报 价无法及时准确的支持销售人员，从而使销售机会受挫。 电梯产品进入设计阶段，由于企业的各个部门对b o m 都有不同格式的需求，传统的 设计手工处理b o m ，再下发给制造，生管，采购，财务等部门，由这些部门手工录入到 相应的信息系统去，在这个过程中，手工录入的效率和准确度无法保证，而且会形成一 系列的数据孤岛。目前存在的企业信息系统，比如e r p ，c r m ，都没有包含产品配置这方 面的功能，所以适合企业需求的产品配置系统有迫切的研究需要。 1 2 相关技术国内外研究现状 1 2 1 大规模定制产品设计理论的研究 工业发达国家都把以大批量定制的实现作为其制造业的战略目标，把大批量定制的 思想和方法作为实现其战略的重要方法。 在日本，1 9 9 1 年日本政府提出智能制造系统( i m s ) 的国际合作研究开发计划，其中 的个主要内容是全球制造业集成技术，要把产品的开发和制造分散在全球范围内进 行，以便降低成本，缩短交货期，其实现的途径是根据制造和生产环境将从产品设计开 始的整个生产过程进行模块化处理。利用大规模定制，日本丰田( t o y o t a ) 公司可以在收 到客户订单的5 天之内交付汽车。 美国在大规模定制研究领域的热点就是在大批量生产模式的基础之上，研究和实现 柔性生产的方法和技术，在基本保持大批量生产的交货期和成本的约束下，满足市场个 性化的需求。而且，美国的大规模定制生产方式已经进入到企业的适用阶段，并且产生 了很大的效应，极大地促进了美国国内乃至世界知名企业的发展，举例如下： 戴尔电脑( d e l lc o m p u t e r ) 公司是大规模定制的典范。戴尔电脑在工业界做到了以下 两点：一是为顾客量身定做产品。戴尔在创立之始就明确规定：要敏锐的观察顾客的意 见与需求，以此来设计产品和服务顾客。因此它创建了“按需配置、按单生产”的大规 模定制模式。在这种方式下，戴尔的每件产品都是按照每个用户的个别需求定做而成。 这不仅充分满足了顾客个性化的需求，而且还使顾客产生了“拥有量身定做的独一无二 的产品”的超值满意感。二是根据顾客的直接反馈改进产品。戴尔在按照客户的要求设 计生产并交付产品后，还想方设法地了解顾客使用产品的体验以获得修改设计或改变制 造程序的灵感。因而，戴尔的主导产品始终能够围绕顾客的使用体验不断改进。新产品 开发也始终适应了顾客需求的发展趋势。当竞争对手仍在为预测顾客需求变化举棋不定 时，戴尔己经掌握了清晰的顾客定单。 万飞：基于知识管理的电梯配置系统的研究与开发 而位于明尼苏达州b a y p o r t 的窗户制造商安德森公司( a n d e r s e nc o r p ) 在实施大规 模定制后，拥有了数百万、甚至很可能是数亿种可制造的窗户结构，他们为单个客户所 生产的窗户品种从1 9 8 0 年的一万种激增到1 9 9 5 年的十八万八千多种。通过一个名为“知 识之窗”的多媒体设计制造系统，可以自动生成无差错的报价单和详细的制造说明书， 并将完成的定单直接传给安德森公司的加工厂。公司的加工系统可以做到将新产品连夜 送交给分销商。 另外，李维斯一美国著名的服饰公司，在实旋大规模定制后，使其p e r s o n a lp a i r 牌牛仔裤的生产规格从4 0 种增加到4 0 0 0 多种( 即两个数量等级) 。类似的例子还有很多。 大规模定制生产模式实施的关键是设计，面向大规模定制的产品设计( d f m c ) 是支持 大规模定制的产品设计方法。d f m c 一直以来都受到国内外学者研究的重视。 文献。1 中，张曙等人提出了分散网络化生产系统的设想。目标是利用不同地区的现 有生产资源，把它们迅速组合成一种没有围墙的超越空间约束的、靠电子手段联系的、 统一指挥的经营实体。 文献中，谢友柏提出创建“现代设计与产品研究开发网络一虚拟异地合作设计组 织”，其中关键的是分布式设计知识资源的建设和运用。 文献。1 中，汪应洛等提出高效快速重组( l a f ) 生产系统的概念，以获取生产有效性为 首要目标，以制造资源集成为基本原则，工作重点置于组织的创新和人因的发挥。 文献刚中，顾新建和祁国宁提出了基于因特网( i n t e r n e t ) 的大成组技术的设想：将 传统的成组技术和最新的网络技术相结合，通过自组织和分布化的发展模式，在大范围 内实施成组技术，对企业群体进行整体优化，将不同企业的产品设计和制造的信息资源 有序化，显著扩大相似件的成组范围，支持企业高速度、高质量和低成本地制造出客户 满意的产品。并且认为，大成组技术是实现大规模定制的有效方法，同时还对大成组技 术中的关键问和解决方法进行了研究。 文献”1 中，祁国宁、韩永生、陈俊、蒋平等根据m c 的特点及我国企业的实际情况， 提出了一整套适应于中国企业的合理化工程的理论和方法，在企业的设计业务流程重组 以适应产品快速变型设计、产品的标准化、产品建模、信息集成等方面开展了较为深入 的研究。 中科院软件所工业中心、大连理工大学c i m s 中心和浙江大学生产研究所联合承担 了国家8 6 3 项目“面向大规模生产模式的现代化设计技术”，该项目针对m c 模式下的现 代设计方法进行应用开发研究，并在企业内成功实施。 南京林业大学的林海博士则针对大规模定制的原理在家具设计与制造的具体应用 上提出了详细的，可操作的系统化思路。1 。 大连理工大学硕士学位论文 1 2 2 产品配置研究现状 产品配置是大规模定制生产的核心支撑技术，也是面向大规模定制的产品设计方法 中的一种重要方法，产品配置的研究一直以来是大规模定制中研究的热点。从目前查阅 的一些文献来看，主要可以归纳为以下两大方面。 一方面主要集中在理论方法的研究： 文献。1 中，a l e x a n d e rf e l f e r n i g 和g e r h a r df r i e d r i c h 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 i 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。 文献“中，刘刀桂等给出了适用于系列产品管理的统一产品变量结构( p r o d u c t v a r i a n ts t r u c t u r e ，p v s ) 模型，并提出了变量配置管理( v a r i a n tc o n f i g u r a t i o n m a n a g e m e n t ，v c m ) 概念。这种模型可以表示出面向配置的简单产品结构，但无法满足实 际复杂产品配置的需求。 文献“”中，阴向阳等从产品配置、产品结构和版本几个方面介绍了产品配置和产品 结构的联系与区别，给出了能够有效实现从产品配置向产品结构转化的算法，并在工程 应用中得到验证。 文献“2 1 中，刘晓冰等提出了创成式物料清单( g e n e r i cb i l l o fm a t e r i a l ，g b o m ) 的 概念，研究了g b o m 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。 文献“”中，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p d m 结构下进行了设计实现。 文献“”中，艾新好等讨论了产品配置过程中的信息类别，提出了基于成长树模型的 产品规则配置模型，满足了一定产品配置的要求，但对于复杂结构的配置会显得无能为 力。 文献“”中，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、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进行了表达和描述。 文献“”中，h e l a n d e rm a r t i ng ：j i a o ，j i a n x i n 等研究了根据客户的不同类型， 如何开发不同的销售配置接口来满足客户不同的需要。 万飞：基于知识管理的电梯配置系统的研究与开发 以上的研究都从不同方面对产品配置进行了讨论，建立了多种配置模型。但这些模 型有的包含信息量过少，不能适应复杂产品配置：有的模型与建模方法关系紧密，使得 模型难以表达且维护困难，因而不能很好地满足实际应用中复杂产品模型配置的需要。 产品配置完成后，需要把配置出来的物料清单转化为产品不同生命周期的各种状态 视图，比如设计视图、工艺视图、制造视图、采购视图等。虽然从概念范畴上讲，物料 清单( b o m ) 管理的研究不属于产品配置理论研究的范围，但是物料清单管理( b o m ) 对产品 配置的理论有验证和促进的作用，也得到了研究学者的重视。 文献“7 1 中，乌云等人研究了产品结构树和配置过程模型，以及b o m 多视图的作用及 其它们之间的相互关系，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 b o m 的结构形式。 文献“”中，魏志强等提出了基于单一数据源的产品b o m 数据多视图映射技术，建立 了映射模型和主要视图问的映射类型。通过分析b o m 多视图数据映射关系，建立了映射 平台和映射工具组件，实现了分布式环境下的b o m 主要视图间的数据映射。 文献“”中，刘晓冰，黄学文等研究了面向产品生命周期的多种b o m ，通过定义虚设 部件、中间部件和外协部件以及相关映射函数，实现了设计b o m 、工艺b o m 和制造b o m 之间的转换，并在制造b o m 的基础上实现了采购b o m 和其他b o m 的快速构建。 产品配置研究的另一方面主要是产品配置技术的具体实现，即产品配置系统的开发 和应用。面向不同的配置系统使用者，目前研制的配置系统主要有两大类，即，“基于营 销的销售配置系统”和“基于设计过程的工程配置系统”。 销售配置系统，允许系统用户( 不论是客户还是销售代表) 可以根据产品部件确定最 终产品，而用户不需了解这些部件是怎么连结在一起，甚至不需要知道这些部件能否连 结在一起。由于用户不需技术背景即可配置复杂的产品，因此，这种销售配置工具特别 适合在网上应用。 在销售配置中最成功的例子是戴尔电脑“0 1 ，它允许其客户通过网络配置和定购个人 电脑。自助的网络销售能力，使得客户可通过互联网选择、购买产品和服务，使得企业 可直接与客户进行低成本的、以网络为基础的电子商务。 下图是戴尔电脑产品配置的网上的配置界面： 大连理工大学硕士学位论文 图1 1 戴尔电脑网上配置界面 f i g 1 1o n l i n ec o n f i g u r a t i o ni n t e r f a c eo fd e l lc o m p u t e r 工程配置系统面向企业的设计人员，目标是辅助工程设计人员进行重复和繁琐的设 计工作。它以智能化的方式为设计人员提供一个配置向导，供设计人员选择，如果设计 过程中，工程配置系统无法满足设计人员的设计要求，则可以提醒设计人员那些部件没 有配置成功，与该配置实例部件类似的模型，图纸是什么，根据这些关键配置信息，设 计人员采用变形设计等手段设计新的产品零部件，最终形成满足客户需求的产品。例如， t e x t r o n 动力传输公司提供的减速器配置功能。“，即是一个较典型的工程配置系统应用。 下图是t e x t r o n 动力传输公司的减速器工程配置界面： 图i 2t e x t r o n 动力传输公司的减速器配置界面 f i g 1 2c o n f i g u r a t i o ni n t e r f a c eo ft e x t r o np o w e rt r a n s m i s s i o n sg e a rr e d u c e r 由于工程配置系统考虑的因素涉及设计，制造，采购与成本等因素，它的组成体系 复杂度比销售配置系统要大很多。因此，面向企业设计人员的工程配置系统的研究和 应用，是目前科研院所和企业研究的重点。本文主要以电梯产品为例，着重研究面向 企业设计人员的工程配置系统，旨在理论研究的基础上，为电梯行业的设计人员提供 一种支持产品快速开发的应用工具，从而提高设计效率和满足客户的定制要求。 万飞：基于知识管理的电梯配置系统的研究与开发 1 ，3 论文的研究意义 本论文工作源于辽宁省科技攻关项目“基于知识管理的大规模定制产品开发系统” 的部分研究内容。主要研究如何借助产品配置的理论来支持和改进电梯的设计过程。 大规模定制生产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。产品配置是大规模 定制生产的核心支撑技术，总体上讲，产品配置是根据预定义的零部件集合以及它们之 闻的相互约束关系，通过合理地组合，形成满足客户个性化要求的产品设计过程。企业 实施产品配置理念，可以提高对已有产品资源的利用率，增强企业新产品的开发能力， 满足多样化的客户需求。 从上述研究可以看出，目前对于产品配置理论的研究已经开展的很多，而且已取得 了一定的成果。理论研究的目的在于通过理论方法来指导实际的应用和开发，如产品配 置系统的应用。针对不同的行业和具体的产品，配置技术的应用也不尽相同。本文以电 梯产品为研究对象，针对电梯产品的可配置特点，研究产品配置技术，并开发电梯产品 的配置系统。从目前查阅的一些文献来看，针对电梯产品的配置研究，目前还很少见详 细的探讨。本文在省科技攻关项目的支持下，选取电梯作为产品配置理论的应用实例进 行具体研究，目标是建立一个能满足功能需求且实现方便的电梯配置系统，来实现功能 强劲，扩展灵活的电梯产品配置设计管理，为企业设计人员提供有效的产品敏捷开发工 具，从而满足大规模定制的要求。依据上述分析电梯产品设计过程中存在的具体问题， 该系统要实现的目标为： ( 1 ) 实现电梯产品在销售过程中的自动化配置以支持产品的报价。 ( 2 ) 实现电梯产品在设计过程中的半自动化配置。产品初步配置后，设计人员根据 配置系统提示的信息完成电梯产品的设计过程。 ( 3 ) 实现电梯b o m 的自动生成，并依据企业的需求，提供制造的b o m ，采购的b o m ， 成本的b o m 等格式。 ( 4 ) 采用基于知识管理的方法，支持客户对知识规则库的自由扩展。 综上所述，本文的研究与开发对于电梯产品以及与其类似的装配制造业产品的设计 过程具有重要的意义。 1 4 论文的研究内容和结构安排 本文首先对产品配置理论展开研究，在理论研究的基础上，以电梯产品为应用实例， 针对电梯产品的配置特点，开发了电梯配置系统，并重点探讨了该系统实现的知识管理 技术，给出了系统的原型。具体内容如下： 大连理工大学硕士学伎论文 ( 1 ) 第二章，重点研究了产品配置的理论基础，配置规则和配置模型；对产品配置相 关的专业术语进行解释，对产品配置系统包含的具体内容进行了讨论。 ( 2 ) 第三章，结合产品配置的基本原理，阐述了电梯的设计过程及相关术语，并对电 梯配置系统的具体功能加以设计。 ( 3 ) 第四章就电梯配置系统在知识管理方面的关键技术：设计人员的设计知识规则如 何显性表示出来；配置引擎如何借助配置模版，解析设计知识规则库两个问题进行了详 细研究和阐述。 ( 4 ) 第五章，首先说明了开发电梯配置系统所采用的技术框架和设计模式，然后给出 了该系统数据库的分析，接着对该系统开发时需要关注的细节问题进行了讨论；本章最 后对电梯配置系统的运行实例进行了模拟演示，验证了产品配置系统的功能实现。 ( 5 ) 第六章对本论文研究的问题进行了总结，并对以后的研究工作进行了展望。 本文的结构安排如下图所示： r t o _ 1 隆、尊j 一；凝骥沧量1 问题提出 。 一 一茅囊产品酉l 置方法霹撼奉鲥或 理论研究 o 睦：兰兰兰! 曼塑! ! 兰至篓塑翌堕堡鲨：_ _ _ j 縻甄磊舔悬蓊蒜禳 _ l l 堡塑皇塑! ! 兰至笙! 兰垄翌! ! r _ 土l 1 l _ _ _ ! 三二二 三翌奎垩竺兰兰墨兰兰= 二二=王：i 功能设计 关键技术攻关 开发与实现 全文总结 图1 ，3 本文的总体结构 f i g 1 3t h e f r a m e w o r ko f t h ep a p e r 1 5 本章小结 大规模定制是企业实现低成本、高效率和满足客户个性化要求的一种有效生产模式。 产品配置作为实现大规模定制的一项重要技术，已经得到广泛的研究和应用。本文结合 电梯产品的配置特点，指出了传统电梯设计流程中存在的问题，提出了将产品配置与电 梯设计相结台研究和应用的必要性。回顾了面向大规模定制的产品设计研究的现状，重 点介绍了产品配置国内外的研究现状和发展趋势。在此基础上，提出了本文的研究内容 和研究意义，给出了本文的总体结构安排。 万飞：基于知识管理的电梯配置系统的研究与开发 2 产品配置方法及基本组成 2 1 配置设计的基础 2 2 1 标准化、规范化设计 标准化是有计划的为了普遍通用而又感兴趣的部门共同进行的对物质和非物质对象 的统一。标准件分为国标件、部标件、厂标件等。产品中大量标准零部件的使用有利于 成本的降低，因此实现大规模定制的企业应该将对产品成本影响较大的零部件进行标准 化，而通过其它零部件的变型来满足定制的需求。规范化是指对零件进行分析，将企业 中的相似零件进行合并、分解，提高零件附使用频率，减少企业内部的零件数，从而降 低零件管理费用的方法。通过对零部件的标准化和规范化，企业内部的零部件数量减少， 零件分布目趋合理，在定制产品的实现中标准件的使用比例得到提高，零部件的重用性 得到提高，从而降低了定制的成本。2 “2 ”。 2 2 2 模块化设计 模块化设计是指在对一定范围内的不同功能或相同功能不同性能、不同规格的产品 进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合可以构 成不同的产品，以满足市场的不同需求“”。这种设计方法并不是大规模定制设计的发明， 其概念是在产品设计和生产不断发展的过程中逐步形成的，但由于模块能够用来组合成 不同的产品，而促进设计重用，节省设计成本，因此成为大规模定制设计的项主要技 术。与大批量生产阶段相比，提取产品模块的方法是实现大规模定制设计的关键，因为 虽然从客户的角度看定制是提供能够自己特定需求的最终产品，而从企业的角度看定制 产品的实现仍然依赖于其零部件的加工与制造，而使用这些规划好的，或已经标准化， 或易于变型的零部件模块进行组装，就容易实现成本的降低和速度的提高。 2 2 3 后延设计 产品变型延迟( d e l a y e dp r o d u c td i f f e r e n t i a t i o n ，d p d ) 是为了增加产品种类、客 户满意度和制造效率提出的一种设计概念。”，它的基础是产品进行识别，如在特定制造 过程的特定阶段的特定产品模型的时间的后延，参见图2 1 。一般制造过程包括多个阶 段，每个阶段需要不同的零部件。提高早期阶段零件的通用性，在后期阶段进行定型， 可以减轻供应链负担，降低生产成本。这里通用性定义为几个不同产品对同一组件的使 用。 使用产品变型延迟概念的设计方法称为后延设计，产品变型不后延的设计称为普通 大连理工大学硕士学位论文 设计。虽然后延设计可能带来具体产品中零件数的增加，但由于通用性的存在，企业内 全部零部件的数量会减少。一般产品可以采用后延设计和普通设计来共同完成。后延设 计是大规模定制设计应该采用的一项重点技术，但其研究目前还不很成熟，需要迸一步 的研究完善。 ( a ) 产品结构不后延 j 年量 ( b ) 产品结构变型后延 图2 1 后延设计 f i g 2 1d e l a y e dp r o d u c td e s i g n 2 2 产品配置实现的核心方法 2 2 1 理论模型 产品配置活动的理论模型，是整个产品配置系统的研究内容的核心”。 s 生! - 抽! 丝- & ! 二- l 卜+ g 【a ) o j 图2 2 配置活动理论模型 p i g 2 2t h e o r ym o d e lo fc o n f i g u r a t i o na c t i v i t y 产品配置可以看作是根据配置规则和条件从产品模型的状态空间，到具体零部件状 态的状态搜索匹配过程。”。如图2 2 ( a ) 所示。对于产品模型下的所有的零部件的组合情 况可以看成一个状态空间，并用三元组( s ，0 ，g ) 来描述，其中：s 是状态集合，每个元素 都有一个状态；g 是s 的非空子集，表示配置目标产品：0 是配置规则。产品配置最终 万飞：基于知识管理的电梯配置系统的研究与开发 结果的得出过程是从初始状态空间到目标状态的映射过程，实际上可看成是在配置规则 和条件作用下对所有节点状态集合的搜索过程。 每节点的配置活动如图2 2 ( b ) 所示： t i = i i ，0 ；，c ，n 。，m 。) 其中：t 。表示在第i 个节点上进行的配置过程； i i = i ，ki ，i 。 表示第i 个节点( 零部件) 对应的知识规则库输入信息： c i = c n ，c 。：，c c 。) 表示第i 个节点与其父节点的组成信息； n i = ( n 。n 。n 。n ，。) 表示第i 个节点对应的约束信息； m 。= m i 。，m 。m 。m 。 表示第i 个节点对应的零部件族信息； 0 。= f o i 。，0 。o i 。0 。) 表示在第i 个节点上进行的配置得到的目标零部件。 产品配置的过程也是从功能向结构映射的过程。采用构件。”。7 1 来表示能完成父节点 功能的抽象部件，从而使得功能结构的映射可以通过父节点对子节点构件的选用，以及 构件对自身零部件的选用来完成。配置过程作用的对象是配置系列的全部零部件的集 合，可通过以下定义来给出配置的全结构模型。 【定义1 】m ，是某个构件的一个可能属性特征集，如尺寸参数系列集合( 1 ，2 ，3 ，) 、 颜色集合( r e d ，b l u e ，g r e e n ) 等，其中i 为零部件属性特征数； 【定义2 】c ；( c h a r a c t e r ) 为构件所对应的零部件族的某个可能属性特征集； 【定义3 】配置模型p 可用笛卡儿积来表示： p = m ，xm 2 x m 。x m 。x c c 2 c 。c 。 产品配置过程需要进行两阶段的推理搜索过程，首先针对产品模型上的节点，确定构 件的类型和它所对应的零部件族，第二阶段是对零部件族的搜索，得到零部件集合，最 后根据有效性选择出正确的版本。配置过程是配置模型笛卡儿积p 在规则r ( 包括强制性 规则集和用户特殊性规则集) 的驱动下，向产品结构映射的过程，其数学表示如下： s = f 。( r ，p ) = f 。( r ，m ，) x f 。( r ，m s ) f 。( r ，m ) f u ( r ，c 。) x f 。( r ，c 。) f 。( r ，c 。) 配置过程是一个搜索和匹配的过程，也是一个知识推理的过程，相应的推理机制有 嘶1 ：( 1 ) 特征和选项型，根据订单在预先定义的产品特征选项中进行选择。( 2 ) 基于规则 推理，使用产生式规则作为一致的表达领域知识和控制策略的机制，采用向前推理的方 式。( 3 ) 基于模型的推理，以一个由可分解的元素及元素之间相互作用组成的系统模型 为前提，将知识表达和推理机制相分离。( 4 ) 基于实例的推理，在已有的知识基础上， 按照相似性调整己有方案使之能适用于新的需求，通常包括：检索相似配置，调整实例 使之适应新的情况，存储新的配置。 大连理工大学硕士学位论文 2 2 2 配置规则 产品配置是一个配置规则匹配、知识推理的过程。配置规则是在配置过程中，对产 品模型中需要配置的项目进行选择和确定的一系列限制和匹配原则，如零部件的装配组 合关系、约束关系、版本限制关系、属性变量同结构的对应关系等等。同配置规则紧密 联系的是配置条件，它是配置过程的输入量。配置条件的定义实际上是对产品信息( 知 识) 和用户需求的获取、加工和抽象。在配置过程中，配置规则按照输入条件对产品配 置过程中的功能模块选项、零部件等进行限定和匹配，来确定出相应的配置产品。 配置规则按不同属性可分为：强制性规则和自定义的特殊配置规则。强制性规则包括 了装配规则和有效性规则，装配规则反映的是产品结构中零部件的相互约束，如：依赖、 互换、冲突等，并且可以由简单的规则去可以定义复杂的规则。对于一个模型，它首先 是一个装配体，所以我们可以把零件的装配关系也称作一种规则，零部件有如下基本关 系2 8 3 ( 1 ) p a r e n t ( c ，p ) ：父子关系： ( 2 )