（计算机应用技术专业论文）面向大规模定制的产品配置管理研究及应用.pdf

：坐奎矍三奎兰竺圭茎堡垒耋：! ： ：= ：= = ：堡茎 摘要 大规模定制( m a s sc u s t o m i z a t i o n ) 是企业以大批量生产的效率和成本提 供满足客户个性化需求产品的种生产模式。产品配置管理基于静态的产品结 构模型，根据客户定单自动配置产品，是大规模定制生产的重要支撑技术。 本文对面向大规模定制的产品配置管理进行了理论与应用研究。首先，提 出基本模块、必选模块、可选模块的模块划分原则和“分类码+ 识别码”的零 部件编码体系，建立台式灭菌器产品的主结构作为自动配置的支持平台。其次， 在论述产品配置管理基本原理的基础上，提出b o m 树型结构的关系数据库存 储方式，研究了树型结构与关系表的双向映射舞法和基于特征匹配的产品自动 配置算法。然后，介绍了面向m c 的产晶配置管理系统开发的其他关键技术， 包括基于a s p 的客户需求采集网站建设技术、基于v i e w p o i n t 的三维图形网页 显示技术和基于x m l 的产品配置信息发布技术，实现产品配置管理的完整功 能。最后，以新华医疗器械股份有限公司的台式灭菌器系列产品为应用对象， 开发了面向m c 的产品配置管理原型系统。以s q ls e r v e r2 0 0 0 数据库作为系 统底层支持，用a s p 开发b s 模式的台式灭菌器定制网站，用v b 6 0 开发c s 模式的产品配置管理客户端软件，同时与三维设计软件和x m l 技术集成，实 现根据客户需求的台式灭菌器自动配置并指导后续的设计和生产过程。 关键词：犬规模定制，产品配置管理，自动配置，特征匹配，关系数据库 尘兰叁! ：奎兰翼圭茎篓堡圣：= = ：! ：竺萎罢： a b s t r a c t m a s sc u s t o m i z a t i o n ( m c ) a i m sa tp r o v i d i n gc u s t o m i z e dp r o d u c t sw i t ht h e e f f i c i e n c ya n dc o s to fm a s sp r o d u c t i o n 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 d e p l o y sp r o d u c ta c c o r d i n gt o c u s t o m e r so r d e ro nt h eb a s i so fs t a t i cp r o d u c t s t r u c t u r em o d e li ti sa ni m p o r t a n ts u p p o r t i n gt e c h n o l o g yf o rm a s sc u s t o m i z a t i o n t h i sp a p e rs t u d i e st h et h e o r i e sa n da p p l i c a t i o n so fp r o d u c tc o n f i g u r a t i o n m a n a g e m e n tf o rm c f i r s t l y ，t h ep r i n c i p l e s o fs e t t i n go f fm o d u l ew i t hb a s i c m o d u l e ，f o r c e d - c h o i c em o d u l ea n do p t i o n a lm o d u l ea n dp a r t se n c o d i n gs y s t e m w i t h “s m l i da n dp a r t i d ”a r ep u tf o r w a r d t h em a i ns t r u c t u r eo fa u t o c l a v e si s s e tu pa st h ep l a t f o r mf o rp r o d u c ta u t o m a t i cc o n f i g u r a t i o n s e c o n d l y ，b a s e do nt h e 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 n ，i td i s c u s s e st h es t o r a g ef o r mo fb o mt r e ei n t h er e l a t i o n a ld a t a b a s e ，s t u d i e st h ee x c h a n g ep r o g r a mb e t w e e nt h et r e es t r u c t u r e a n dr e l a t i o n a lt a b l e sa n dp r o d u c ta u t o m a t i cc o n f i g u r a t i o np r o g r a mb a s e do n f e a t u r em a t c h i n g t h e n ，i no r d e rt oa c h i e v et h ef u l lf u n c t i o n so fp 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 r e ea d d i t i o n a lk e yt e c h n i q u e so ft h ep r o d u c tc o n f i g u r a t i o n f o rm ca r ed i s c u s s e d ，i n c l u d i n gt h ec o n s t r u c t i o no fc u s t o m e ro r d e rc o l l e c t i o nw e b s i t eb a s e do na s p , t h es h o w i n go f3 ds h a p e si nt h ew e bp a g e sb a s e do nv i e w p o i n t a n dt h er e l e a s eo fp r o d u c tc o n f i g u r a t i o ni n f o r m a t i o nb a s e do nx m l f i n a l l y ，b a s e d o nt h es e r i e so fa u t o c l a v e so ft h es h a n d o n gx i n h u am e d i c a li n s t r u m e n tc o ，t h e p r o d u c tc o n f i g u r a t i o np r o t o t y p es y s t e mf o rm ci sd e v e l o p e d w i t ht h e b o t t o m s u p p o r t i n go fs q l s e r v e r2 0 0 0 ，w ed e v e l o pt h ea u t o c l a v e sc u s t o m i z a t i o nw e b s i t e b a s e do nb sm o d eu s i n ga s pa n dt h ec l i e n ts o f t w a r eo fp r o d u c tc o n f i g u r a t i o n b a s e do nc sm o d eu s i n gv b 6 0 w i t ht h ei n t e g r a t i o no f3 dd e s i g ns o f t w a r ea n d x m l ，w ec a r r yo u tt h ea u t o c l a v e s a u t o m a t i cc o n f i g u r a t i o nb a s e do nc u s t o m e r o r d e r ，w h i c hc a ni n s t r u c tt h ef o l l o w i n gd e s i g na n dp r o d u c t i o np r o c e s s e s k e yw o r d s ：m a s sc 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 nm a n a g e m e n t ，a u t o m a t i c c o n f i g u r a t i o n ，f e a t u r em a t c h i n g ，r e l a t i o n a ld a t a b a s e 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致酗的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得山东理1 ：大学或其它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 表示了谢意。 研究生签名：当年凯 时间：2 卯s 年月“f 关于论文使用授权的说明 本人完全了解山东理1 ：大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送 交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅；学校可以用不同方式在不同媒体上发 表、传播学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制f i 段保存、汇 编学位论文。 f 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名： 誊辛灿 导师签名 时川：加辟i 月日 时间：工一箩年月，5 日 芗 锄 山东理丁大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 当前随着信息技术的飞速发展和全球经济一体化进程的深入，制造业从工 业时代进入网络信息时代，市场环境发生了很大变化，由相对稳定转向动态多 变，企业之间竞争的方式曰益改变。传统的以产品质量和企业内部效率提高为 基础的竞争模式正逐步被以客户为中心的新兴模式所取代。以客户为中心，倾 听客户呼声和需求，对不断变化的客户期望迅速做出反应的能力成为了企业成 功的关键。在当今市场上，产品生命周期越来越短，客户需要低成本、高质量 并能满足其个性化需求的产品，传统的大批量生产方式和定制生产方式显然不 能满足要求，于是大规模定制( m a s sc u s t o m i z a t i o n ，m c ) 生产方式应运而生。 它以大规模生产的速度和效率提供满足客户个性化需求的定制产品，将两种看 似矛盾的生产方式有机结合起来，可以显著地增加企业产品多样化并提高企业 的生产效率。 大规模定制从提出设想、理论研究到实际应用已经有3 0 多年的历史，现 在其理论研究已经比较成熟，并且在许多行业得到了应用，具有良好的发展势 头。美国乔治华盛顿大学的个由4 5 位著名的未来学家和技术专家组成的 新兴技术预测委员会对未来技术发展作了预测，大规模定制被列为2 0 0 1 2 0 1 0 年l 、日j 将取得突破的1 0 项首要新兴技术之f i l o 由于大规模定制是一种全新的生产方式，它的实施需要企业对现行生产模 式进行改进，以适应大规模定制的需要。企业需对产品进行面向大规模定制的 优化设计，减少产品内部多样化，增加产品外部多样化，在设计阶段保证产品 能够以大规模生产的效率满足客户的多样化需求。同时，大规模定制的实施需 要企业充分利用现代信息技术、网络技术，引进c a d 、c a m 等先进的计算机 辅助设计和制造系统，实施产品数据管理、产品配置管理、e r p 等信息管理集 成系统，实现企业产品设计和生产管理的数字化，循序渐进，逐步地实现由大 批量生产向大规模定制的转变。 本课题以淄博市科技局项目面向大批量定制的自组织设计技术及其应用 研究为基础，以新华医疗器械股份有限公司的台式灭菌器产品为依托，重点 研究面向大规模定制的产品配置管理方法，同时开发基于台式灭菌器产品的客 户需求采集网站与面向m c 的产品配置管理系统。 皇童量三奎耋星圭耋堡垒奎：= ! ：= ： ：茎三兰：篁鎏 1 2 大规模定制生产概述 1 2 1 企业生产模式的演变 在科学技术、社会经济和市场需求的推动下，企业生产模式主要经历三个 发展阶段 引。( 1 ) 工业革命之前的单件手工作坊生产模式；( 2 ) 机械化大批量 生产模式：( 3 ) 以大批量生产的时间和成本生产出具有个性化产品的大规模定 制乍产模式。从图l _ l 可以看到企业生产模式的演变过程。 圈t - 1 企业生产模式的演变过程图 在当今和未来多变的市场环境中，大批量生产方式由于无法快速提供符合 客户个性化需求的产品而遇到了严峻的挑战。传统的单件定制生产方式也因为 价格高、交货期长和维修成本高等问题，很难在竞争中取得优势。市场迫切需 要一种新的生产方式，能够以大批量生产的效益进行定制产品的生产。在这种 背景下，企业将逐渐向大规模定制的生产模式转变，也就是说要求企业以大批 量生产的时间和成本去生产出具有个性化的产品，实现客户的个性化与大批量 生产的有机结合。因此，大规模定制具有广阔的发展前景，将是2 l 世纪企业 的主流生产模式。 1 2 2 大规模定制的定义与特点 因为大规模定制的发展历史不长，加之各国的国情以及对大规模定制的认 识和需求不同，不同专家学者扶不同角度对大规模定制进行了不同的解释。 p i n e 列在其大规模定制一企业竞争的新前沿( m a s sc u s t o m i z a t i o n ：t h e n e wf r o n t i e ri nb u s i n e s sc o m p e t i t i o n ) 一书中指出，大规模定制是以大批量生 产的成本和速度，提供定制的个性化产品和服务。个性化的产品意味着产品的 多样化，但这种多样化不同于大批量生产中产品的多样化。大规模定制中消费 者和生产者共同参与产品的设计和生产，其面i 临的矛盾是既要充分展现产品外 2 山东理工大学硕士学位论史 第一章绪论 部多样化，又不能因产品过多的内部多样化而导致额外的成本和时间。 j e 球4 l 认为，所谓大规模定制，使指某个企业以很大的批量生产某种产品， 但同时又能根据每个客户各自的需要和兴趣进行产品的变型。 综合各国专家学者从不同角度对大规模定制的各种解释，可将大规模定制 的含义概括为f 5 】：它是一种集企业、客户、供应商和环境等于一体，在系统思 想指导下，甩整体优化的观点，充分科用企业已有的各种资源，在标准化技术、 现代设计方法学、信息技术和先进制造技术等的支持下，根据客户的个性化需 求，以大批量生产的低成本、高质量和高效率提供定制产品和服务的生产方式。 大规模定制将大批量生产与定制生产的优势相结合，具有产品多样化、个 性化，产品质量高、成本低、交货期短和生产效率高的特点，其特点形成如图 卜2 所示i 矾。 大批量生产 缺点： 优点： 品种单一 质量高 成本低 灵活性差 交货期短 大规模定制 质量高 个性化 成本低 多样化 交货期短生产率高 图卜2 大规模定制特点形成框图 1 3 面向m e 的产品配置管理技术 1 3 1 产品配置管理的概念与功能 产品配置管理【7 】以产品的各种电子资料为底层支持，以物料清单( b i l lo f m a t e r i a t ，b o m ) 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，对产品对象及其相互之间的联系进行维护和管理。同时根据用户给出的 配置需求基于单一、通用的产品结构，配置出完全或部分满足需要的产品零 部件组成结构，并以完整的物料清单的形式显示出来。此外，产品配置管理系 统还应具有版本控制，高效、灵活的检索与查询产品数据，实现产品的安全性 山东理工太学硕士学位论文 第章绪_ i 宅 部多样化，又不能因产品过多的内部多样化而导致额外的成本和时间。 j e f t l 认为，所谓大规模定制，使指某个企业以很大的批量生产某种产品 但同时又能根据每个客户各自的需要和兴趣进行产品的变型。 综合各国专家学者从不同角度对大规模定制的各种解释，可将丈规模定制 的含义概括为 5 l ：它是一种集企业、客户、供席商和环境等于一体，在系统思 想指导下，用整体优化的观点，充分利用企业已有的各种资源在标准化技术、 现代设汁方法学、信息技术和先进制造技术等的支持下，根据客户的个一陲化需 求，以人批量生产的低成本、商质量和高效率提供定制产品和服务的生产方式。 大规模定制将大批量生产与定制生产的优势相结合，具有产品多样化、个 性化产品质量高、成本低、交货期短和牛产效率高的特点其特点形成如图 1 2 所示。 图1 2 大规模定制特点形成框图 1 3 面向m e 的产品配置管理技术 1 ，3 产品配重管理的概念与功靛 产品配置管理”以产品的各种电子资料为底层支持，班物料清单( b i l lo f m a t e r i a 】，b o m ) 为组织核心，把定义鼹终产品的所有工程数据和文档联系起 来，对产品对象及其相互之间的联系进行维护和管理。同时，根据用户给出的 配置需求基于单一、通用的产品结构，配置出完全或部分满足需要的产品零 部件组成结构，并以完整的物料清单的形式显示出来。此外，产品配置管理系 统还应具有版本控制高效、灵活的检索与奇询产品数据，实现产品的安全性 统还应具有版本控制高效、灵活的检索与查询产品数据，实现产品的安全性 山东理工大学硕士学位论史 第一章绪论 部多样化，又不能因产品过多的内部多样化而导致额外的成本和时间。 j e 球4 l 认为，所谓大规模定制，使指某个企业以很大的批量生产某种产品， 但同时又能根据每个客户各自的需要和兴趣进行产品的变型。 综合各国专家学者从不同角度对大规模定制的各种解释，可将大规模定制 的含义概括为f 5 】：它是一种集企业、客户、供应商和环境等于一体，在系统思 想指导下，甩整体优化的观点，充分科用企业已有的各种资源，在标准化技术、 现代设计方法学、信息技术和先进制造技术等的支持下，根据客户的个性化需 求，以大批量生产的低成本、高质量和高效率提供定制产品和服务的生产方式。 大规模定制将大批量生产与定制生产的优势相结合，具有产品多样化、个 性化，产品质量高、成本低、交货期短和生产效率高的特点，其特点形成如图 卜2 所示i 矾。 大批量生产 缺点： 优点： 品种单一 质量高 成本低 灵活性差 交货期短 大规模定制 质量高 个性化 成本低 多样化 交货期短生产率高 图卜2 大规模定制特点形成框图 1 3 面向m e 的产品配置管理技术 1 3 1 产品配置管理的概念与功能 产品配置管理【7 】以产品的各种电子资料为底层支持，以物料清单( b i l lo f m a t e r i a t ，b o m ) 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，对产品对象及其相互之间的联系进行维护和管理。同时根据用户给出的 配置需求基于单一、通用的产品结构，配置出完全或部分满足需要的产品零 部件组成结构，并以完整的物料清单的形式显示出来。此外，产品配置管理系 统还应具有版本控制，高效、灵活的检索与查询产品数据，实现产品的安全性 皇兰竺三查耋堡圭兰堡墼冬 ：塞三塞翼篁 和完整性控制等功能。 管理功能 配置功能 图1 - 3 产晶配置管理系统的管理与配置功能 如图1 3 所示，产品配置管理系统以产品数据库为底层支持，同时具备管 理与配黄两类基本功能。在管理功能方面，该系统管理多个产品配置b o m 单、 支持零部件信息以各种方式的查询和检索，以方便设计人员重用设计成果，加 速产品的开发进程；在配置功能方面，系统根据单一、通用的产品模板配置出 满足客户需求的特定产品结构，并作为b o m 单存入数据库，实现基于客户需 求的产品自动配置。配置功能与管理功能二者相辅相成，共同完成产品配置管 理的过程。 1 3 2 产品配置管理在面向_ c 生产中的核心地位 大规模定制的实施需要p d m 、e r p 和c a x 一体化等信息集成技术的支待， 其中，产品配置管理居于核一t ；, k g 位，起到系统整合的作用。因此，研究产品配 置管理技术对于大规模定制的实施具有重要意义。 大规模定制的支撑技术形成如图l - 4 所示的环状层次结构。产品配置管理技术 处于系统的核心地位；中间层的p d m 、 e r p 和c a d c a m c a p p 技术分别实现产 品数据管理、企业供需链管理和计算机辅 助产品设计、制造等功能；最外层大规模 定制的实现技术包括面向大规模定制的 开发设计技术、制造技术与管理技术，涵 盖了企业实施大规模定制过程中从产品 设计、制造到企业管理运作的各方面技 术，是企业成功实施大规模定制的必要保 证。图卜4 产品配置管理的核心地位 山东理工丈学硕士学位论文 第一章绪论 1 4 国内外研究与应用现状分析 1 4 1 研究进展 近年来出现了很多关于产品配置管理的方法和理论：如p l a v e n c y 等 8 1 提 出了基于知识的配置管理思想，该方法认为高级配置管理系统需要许多不同种 类的知识表达来支持这些知识不仅仅用来跟踪部件不同版本的使用，而且还 用来支持版本选用以及描述不同版本之间的兼容性规则和约束。t i m os o i n i n c n 等1 9j 针对产品配置过程提出了一种基于规则的配置知识描述语言，该语言通过 一种描述性语义对产品配置的主要概念例如配置模型、需求以及合法配置进行 形式化定义。a l e x a n d e r f e l f e r n i g 等i i 叫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，以解决产品配置系统的开发和维护面临着知识库不断增长 的复杂性问题。 国内近些年对产品配置管理及其相关技术( 如b o m 树管理、产品零部件 编码等) 的研究也取得了很大进展，目前主要有以下研究成果： 谭建荣等【1 1 1 通过产品功能结构单元、配置模板的信息模型和产品配置设 计的知识表达来构建面向大规模定制的产品配置管理系统，阻工程液力变速器 为依托，实现产品依据客户需求的快速配置。刘钧等【挖】在产品族概念的基础 上提出了产品族的对象模型，并通过分析整个产品配置的过程，以产品族模型 为核心提出了产品配置模型以及版本配置的概念。蒋平【l3 】研究了面向大规模 定制生产中的产品功能、结构、原理模型和产品的变型设计，分析了以客户定 单为依据通过功能配置、结构配置为产品选择合适的结构，同时将需要进行尺 寸变动的部分进行变型设诗的产品配置设计过程。顾新建等 1 4 1 研究了在线产 品配置器，使客户通过w e b 定制自己需要的产品和服务，并在线得到产品配 置的反馈信息。 物料清单( b o m ) 是指产品所需零部件明细表及其结构，它列出产品的 所有物料品目，并指明这些品目之间的结构关系，是组织产品数据的重要形式。 它作为产品配置管理的核心数据，其应用研究对于产品配置管理系统的构建具 有重要意义。程存有等【1 5 1 论述了b o m 在p d m 、e r p 集成系统中的应用，通 过建立基本物料表和产品b o m 表实现b o m 的存储与调用。陈慧芳等f l6 j 论述 了b o m 的种类和构建b o m 的常用方法，提出以数据库为支撑，基于w i n d o w s 平台和t r e e v i e w 控件构建b o m ，既可以总成方式显示b o m ，又可以单个产 品的形式显示详细的零部件构成情况。杜杰等【l 提出一种改进的多级型b o m 遍历算法，通过构建临时表实现对b o m 树型结构的遍历，能较好地展现物料 间的父子关系、数量关系以及b o m 树的整i 奉结构。 山东理工大学硕士学位论文 第一章绪论 此外，产品信息编码对于产品零部件的组织及配置管理具有十分重要的作 用。彭卫平等 t 8 l 研究了产品信息的分类、特性弓结构及c i m s 环境下对产品信 息编码的关联性、可扩充性、规范性等要求，对c i m s 中的产品信息编码给出 概念性的解释。杨现峰等【i9 1 提出了以标准编号、分标准编号、分表编号和分 图编号等为依据的基于w e b 的产品零件编码结构。吴含前等【2 0 】在分析了建立 面向企业的信息编码体系的原则的基础上，提出了以客户机n 务器结构实现 的信息编码软件，并介绍了软件的模块组成及功能。 1 4 2 应用现状 国外在二 世纪八十年代就开始p d m 和产品配置技术的研究，其产品问 世也有近十多年的历史，目前已经形成较成熟的商用产品。如e d s 公司的 i m a n ，它的产品结构编辑器( p s e ) 中可以创建g b o m ，用户通过设定版本 规则、有效性规则、变量规则等配置规则便可生成需要的产品配置；p t c 公司 的w i n c h i l l 通过首先创建通用部件( g e n e r i cp a r t ) ，然后得到一个通用产品结 构( g e n e r i cp a r ts t r u c t u r e ) ，并在这个结构树上定义配置逻辑，最后通过配置 得到需要的产品；s m a r t e a m p s c m 的产品配置管理功能，将专家和工程师长 期以来积累的产品设计经验和专业知识加入到知识库中，建立配置规则，从而 保证产品的一次设计成功，抑制错误产品配置的发生，同时促进产品的标准化 和通用化，提高零件重用度。 在国内产品配置管理系统的应用也显示出强大的功能，给实施企业带来巨 大的效益。浙江巨人电梯有限公司应用浙江大学c a d & c g 国家重点实验室开 发的g e m c 配置设计系统对电梯产品进行面向大规模定制的开发设计，实现 了可根据客户对电梯不同的速度、载重量、倾斜角、高度、层站、装潢等要求 的自动配置与报价，有效地提高了对客户需求的响应速度，实现了通过m c 数 据管理到产品设计的驱动，客户需求到配置与生产的驱动，取得了良好的经济 效益【2 “。 1 5 课题的来源、意义及主要研究内容 大规模定制将大批量生产与完全定制生产的优势相结合，具有多样化、个 性化、生产效率高等特点，是制造业信息化的一项关键技术，它对于降低生产 成本、缩短交货期、增强市场竞争力、提高企业经济效益等方面都有巨大的促 进作用。现在，m c 已开始应用于汽车、电器、工业机械、p c 机、玩其等行业， 并具有广阔的发展前景。 6 竺童量三奎兰竺圭耋堡垒圣：= ：=!= ：叁三兰篁堡 在大规模定制生产方式下，产品配置设计是主要采用的设计模式，它以企 业标准化、系列化的基型产品为基础，按客户需求对产品的功能、物理结构进 行调配布置，提供满足客户个性化需求的最终产品，并为客户展示产品和提供 价格参考。产品配置管理的实施对于企业实现基于客户需求的快速产品设计具 有现实意义，是企业大规模定制实现的关键技术。 目前，大规模定制原理在医疗器械行业的应用还处于空白状态。本课题洳 作单位山东新华医疗器械股份有限公司生产的台式灭菌器产品有种类变型多、 结构复杂、结构相似性大等特点，是典型的m c 原理应用产品。本课题以大规 模定制生产的思想为前提，将产品配置管理应用于台式灭菌器系列产品，能够 提高企业产品设计效率，增强企业竞争力。 研究大规模定制的产品配置设计技术及其应用，并形成一艇套完整的理论 和软件系统，成为同益突出的一个重要j 题。本文对面向m c 的产品配置管理 进行了理论研究，并以新华医疗器械股份有限公司的台式灭菌器产品为依托， 实现了产品配置管理的原型系统，包括以下几个主要研究内容： ( i ) 面向大规模定制的产品模块划分与编码 产品的模块化设计与编码是企业实施面向大规模定制的产品配置管理系 统的前期准备工作，对于产品的可定制性及大规模定制的顺利实旌具有重要意 义。第二章提出了以功能分解为基础的“基本模块、必选模块、可选模块”的 模块划分原则和“分类码十识剐码”的零部件编码体系，并将这些原则应用于 台式灭菌器产品的模块划分与零部件编码，对产品配置系统的实现做好前期准 备工作。 ( 2 ) 面向大规模定制的产品配置管理的实现算法 对各种产品配置规则与配置方法进行研究，分析比较其性能特点，提出基 于特征匹配的g b o m 产品自动配置算法，实现了树型结构与关系表的双向映 射机制，同时研究了基于g b o m 的产品结构多视图管理与版本管理。 ( 3 ) 面向大规模定制的产品配置管理系统开发的其他关键技术 客户的定制需求是产品配置管理的驱动力量，系统配置完成最好能查看产 品及零部件的三维结构并能通过i n t e r n e t 发布产品的零部件配置信息。因此， 本文研究了基于a s p 的客户需求采集网站建设技术、基于v i e w p o i n t 的零部件 3 d 图像显示技术和基于x m l 的产品结构发布技术。 ( 4 ) 面向大规模定制的产品配置管理系统的开发 综合应用以上a s p 网站建设、关系数据库与b o m 树型结构转换算法、产 品自动配置技术、零件3 d 图像显示和产品结构发布技术，开发台式灭菌器的 产品配置管理系统，对于增加企业产品多样住、提高企业生产效率具有现实意 义。 山东理f 又学礞七学位论文 第一章绪论 论文结构如图卜5 所示。 l 第章绪论 i n 第二章面向m c 的产品模块划分与编码技术 n 第三章面向m c 的产品配置管理的基本理论弓算法 儿 l 第四章面向m c 的产品配置管理系统开发的其他关键技术i ，儿，弋 7 - 第五章面向m c 的产品配置管理系统的实现 i 士 i 第六章总结与展望 l 1 6 本章小结 图卜5论文结构图 背景研究 理论研究 技术分析 系统开发 论文总结 本章介绍了大规模定制的基本理论和产品配置管理在面向m c 生产中的 核心作用，论述了课鼹的来源与意义。在总结当前国内外产品配置管理及其楣 关技术的理论与应用研究现状的基础上，概括阐述了本文研究的内容与系统实 现步骤，那就是在充分研究面向大规模定制的开发设计技术与产品配置管理技 术的基础上，以数据库技术、a s p 技术、v e i w p o i n t 三维显示技术和x m l 技 术为依托，构建台式灭菌器的产品配置管理系统。通过构建产品快速配置设计 的平台，提高企业满足客户需求的灵活性与生产效率。 皇量矍三垒兰竺圭兰堡垒圣： ：=： 塞；：茎：堡窒塑呈篁耋量茎垒型坌! 叁竺鎏童 第二章面向m c 的产品模块划分与编码技术 2 1 弓l 言 大规模定制以大批量生产的效率提供满足客户需求的定制产品，它的实施 需要企业对现行产品设计方法与资源规划做出相应的改进。住设计方法方面， 模块化技术在产品功能分析的基础上，设计出一系列功能与结构独立的基本模 块，通过模块的选择或组合构成不同的产品，以满足市场的不同需求，在国内 外许多产品的开发中已经取得显著成效。在资源规划方面，零部件编码技术建 寺统一、简洁、完善、无二意的编码系统，可以快速有效地检索并充分利用企 业积累的大量产品数据和文档资源实现产品快速开发设计。所以说，产品模 块划分与零部件编码技术是面向大规模定制开发的两项支撑技术，是产品配置 管理系统实现的基础。 本章主要介绍模块化的概念、作用和基本原理，基于功能一结构映射的模 块划分方法和面向m c ( m a s s c u s t o m i z a t i o n ) 的零部件编码系统，同时给出台 式灭菌器产品的模块划分与零部件编码实例。 2 2 面向m c 的产品模块化技术 面向大规模定制的开发与设计是建立在产品模块化基础上的。模块化设计 技术作为标准化的高级形式，是实现产品资源重用的基础，是实现产品配置设 计的关键，是大规模定制哲理实施的关键技术2 2 1 。 2 2 1 模块化的概念与作用 “模块化设计”概念最早由德国提出，是近年来新兴的一种先进产品设计 技术。它在全面分析客户需求的基础上，开发一些具有独立功能的模块，以模 块的灵活组合实现产品的快速开发并满足客户的多样化需求。模块化技术首先 在发达国家的机床行业兴起，应用领域不断扩大，现在该技术在我国许多行业 己得到了普遍应用。德国西门子公司的工业汽轮机【2 ”采用模块化技术，利用 不同标准模块组成不同的汽缸，快速满足客户的定制需求，提高了产品的生产 效率。重汽公司通过模块化设计，较好地解决了重型汽车变型多、客户个性需 求强的特点，节约了设计时间，提高了产品质量1 2 “。 山表理工大学碗上学位论义第二章面向m c 的产品模块划分与编码技术 模块化设计 2 5 1 是在对一定范围内的不同功能或相同功能不同性能、不同 规格产品进行功能分析的基础一卜。划分并设计出一系列功能独立、结构独立的 基本模块，并使模块系列化、标准化，由这些模块组成完整的产品族，通过模 块的选择或组合可以构成不同的产品，以满足市场的不同需求。 图2 1由8 个模块组成的简单产品 对于一般的产品，尤其是结构复杂的产品，无论是在功能上还是结构上都 具有分级的特点，呈现出一种树状层次结构，这是由产品自身的特点所决定的。 因此，在以模块描述产品组成时也应该体现出这种分级结构。图2 1 表示了 一个由8 个模块( 3 个部件，5 个零件) 组成的简单产品。产品由部件1 和部 件2 组成；部件l 包括了部件3 和零件l ；部件2 包括了零件2 和零件3 ；部 件3 又可分解为零件4 和零件5 。 模块化技术具有简化设计，实现技术和资源重用，提高产品质量和可靠性， 具有良好的可维护性等特点。产品的模块化设计能够减少产品内部多样化，增 加产品外部多样化，增加企业对市场的快速应变能力，提高生产效率，对于企 业大规模定制的实施具有熏要意义。 2 2 2 模块化设计的基本原理 模块是模块化设计和制造的基本单元，模块划分是模块化设计的第一步， 模块划分是否合理，直接影响模块化系统的功能、性能和成本。在进行面向大 规模定制的模块化产品开发时，分解与组合原理、相似性原理、独立性原理是 应该遵循的基本原理。 分解与组合原理：一个产品可以分解为若干个具有独立功能的单元，同 时，一些具有不同作用原理或不同功能的模块又可以组成多种产品。在大规模 定制中，可以按照客户的需求，把各个不同的标准模块、通用模块和专用模块 组合起来，形成一个具有新功能的定制产品。 山嚣理工大学欢士学位论文 第二章面向m c 的产品模块划分与编码技术 相似性原理：不同产品中具有相同或相似的模块，通过同类归并、选优 和简化形成具有特定功能的标准化模块。产品模块化设计方法在对来自不同 产品中的各种零部件进行相似性分析的基础上，将相似的零部件进行适当的归 并处理，设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合，构成不同的定制产 晶，以满足市场的不同需求。 独立性原理：在进行模块化产品丌发时，应尽量提高模块内的信息、功 能和结构等的关联度，减低模块间的信息、功能和结构等的关联度，使模块具 有清晰、可识别的功链，便于通过更换模块丽组合成多种变型产品。 2 2 3 以模块为基础建立产品主结构 产品主结构插述了一个可配置的、包括所有标准构件的模块化产品系统的 组成情况，相当于产品配置的模板。可以根据不同客户的需求，从该模板中派 生出客户定制的产品结构。下面研究怎样通过模块的划分建立产品的主结构。 2 2 3 1 模块的分类 大规模定制需要建立可配置的产品主结构。依据模块的可定制性，将产品 的组成模块分为三类，分别是基本模块、必选模块和可选模块。首先建立产品 基本模块的层次结构，然后再在该层次结构上加入必选模块和可选模块。必选 模块和可选模块的选择可以利用决策表【2 6 l 、知识库0 2 7 j 或第三章将要介绍的产 品配置管理等技术来实现。图2 2 表示了由三类模块组成产品的主结构。 二类模块的各自定义如下所述： ( 1 ) 基本模块，是指组成一个产品时必须包括的模块。例如台完整的 台式电脑必须包括显示器、主机、键盘、鼠标等。 ( 2 ) 必选模块，是指按照一定规则从产品主结构的若干指定模块中必须 而且只能选择一个模块加入到定制产品中，模块的选择是一种多选一的关系。 例如在图2 2 中，r i 表示在组成产品时必须而且只能在必选模块l 、2 或3 中 选择一个模块：r 2 表示在组成基本模块1 时必须而且只能在必选模块4 或5 中选择一个模块。典型的例子如某种电脑可以配置三种不同型号的c p u ，但 是在配置具体的产品时只能从这三种型号的c p u 中选择一种。 ( 3 ) 可选模块，是指可以按照一定的规则从产品主结构的指定模块中判 断是否将该模块加入到定制产品中，模块的选择是“是”与“否”的关系。例 如在图2 。2 中，o l 表示在组成产品时可以选择可选模块l 也可以不选择可选模 块l ；0 2 表示在组成基本模块1 时可以选择可选模块2 也可以不选择可选模块 当童堡三查妻翼圭耋堡兰耋 ：。： 量三塞：重皇! 耋鎏圣量堡窒兰些耋i ：i ! 堡羹查 2 。典型的例子如某种电脑提供附加喷墨打印机的选择客户可根据需求选择 或不选择打印机。 f 三曼 r 睡圜t ( s ：h i ：囊蠢受j l 。霍委蒌鎏蓟f- ! 鎏垂囊 “、h 7 i 荟蔽j 一“匿鋈薹鋈弱( r 卜一。必琏挺块 ll _ _ 匕i 曩鍪! ! 鲨型”i 、。筐卜( i i ： 翌二霉霉 l 一些竺苎i 一； 匿磊蕊习： i o ，卜l 一：! 些兰囊 景同磊一 ? = ：二二一二二j 囊要堡警堡一i 图2 2产品模块划分示意图 r 一必选模块选择规则o 一可选模块选择规则 2 2 3 2 基于功雏结构映射法的模块分解 1 功毹模型钳 产品的功能是指产品的强的和用途，它体现了个产品为用户提供服务所 产生的影响和作用f 28 1 。面向大规模定制的产品功能分析，是对产品功能进行 分解与细化，为功能单元与结构单元的映 射打下基础，以实现产品的模块化分解并 满足客户的定制需求。 产品的功能分解过程是产品功能需求 由粗到细的演变过程，功能分解法是产品 设计中常见的系统设计方法。产品功能分 解过程如图2 。3 ，首先通过q f d 2 9 l 或其它 客户需求分析工具获取客户的技术与功能 需求，建立产品总功能i 然后对总功能进 行分解，形成多层分功能；最后对各分功 能进行分解，直到功能元( 即不能再分的 功能单元) 为止。 经过功能分解，形成了产品的功能模 1 2 获取客户需求 建立产品总功能 上 对总功能进行分解 形成多层分功能 对各分功能进行分解 直到功能元为i 圉2 - 3产品功能分解流程图 山东理工大学硕士学位论文 第二章面向m c 的产品模块弼分与编码技术 型树，如图2 4 所示。由于产品功能分析是针对产品族而不是个产品进行的， 因此所得到的产品功能树结点之间具有“与”( 必须同时存在) 、“或”( 可选) 、 “异或”( 必须选择其中之一一) 三种逻辑关系。在功能树中，_ 一般来说，对于 产品族的各个基本功能模块之间是“与”的关系；对于多个可选功能模块，它 们之间是“或”的关系；而对于相互之间存在矛盾关系的功能模块，它们之间 就是“异或”的关系。 图2 - 4产品功能分解示意图 2 功能元与模块的映射 产品功能元是在产品功能分解过程中不能再分的单元，其确定基于以下三 个原则：( 1 ) 如果某个功能可以通过现有的某个部件或零件结构实现，则定为 功能元；( 2 ) 该功能的实现结构非常简单，无须进步划分；( 3 ) 某一功能对应 的结构件是外购件或标准件，该功能也不再分解。 图2 - 5功能元零部件映射模型 f 一功靛a 一部件p 一零件 产品功能树与产品结构树的映射要通过分别在两个树中处于叶子节点的 产品功能单元与模块单元的映射来实现，基于功能结构映射的模块分解方法就 是以这种映射为基础的。在图2 5 中，功能元f 与零部件模块a 相对应。 该零部件模块a 可能是企业自制的部件与零件组合，也可能是外购件或 标准件，它能独立实现功能f 。产品的总体功能就是通过各种零部件模块 的灵活组合实现的。 山东理工大学硕上学位论史 第二章面向m c 的产品模块划分与编码技术 3 产品级映射过程 产品功能模型树的建立与功能元一结构单元的映射都是为了建立产品的 模块化结构树，产品功能结构映射模型如图2 - 6 所示。在分析产品功能的基础 上，通过功能结构映射，以基本模块、必选模块和可选模块建立产品主结构。 在面向大规模定制的产品配置管理系统中，以产品主结构为配置模板，通过配 置规则快速形成满足客户需求的定制产品。 r 禽审审薯嚣 ，囱够逛乒搿 a 区习j a f 3 图2 - 6产品功能结构映射模型 f 一功能a 一模块 2 3台式灭菌器产品的模块化分解与主结构的建立 2 3 1 可定斜性分析 台式灭菌器是新华医疗器械股份有限公司的主打产品，是一种符合国际最 新标准p r e n l 3 0 6 0 的小型全自动快速高压蒸汽灭菌器，适于口腔科、眼科、 手术室、实验室，对齿科器械、手术器械、玻璃器皿、效料和液体等可耐受压 力蒸汽作用物品的灭菌，其主要功能包括高温灭菌、控制、水汽循环和确保安 全等方面。 综合考虑t m q c 、t m q j 、t m q r 和t m qc v 系列中各种型号的台式灭 菌器产品，其主要区别在于容积的大小、控制方式的先进程度、外观的美观要 求和是否具备真空功能等方面。从客户的观点来看，选购台式灭菌器产品主要 考虑功能是否齐全、使用是否方便及外观是否美观。基于以上客户需求和企业 的实际生产能力，提供外观、性能、装置三大类别，共9 种定制项目、2 3 种 定制选项，如表2 1 所示。定制项目覆盖产品的外观、容积及功能等各个方面。 4 皇奎矍三尘耋窒窒兰! ! ：! 垒兰= ：= ：= ：一：叁三兰至呈竺呈墼耋：坠堡竺型坌皇塑! ：i 釜 可充分满足客户对于台式灭菌器产品的多样化需求。 表2 1