（计算机应用技术专业论文）岸桥行走机构配置设计系统的研究.pdf

上海海事大学硕上学位论文 摘要 岸边集装箱起重机的生产是一种基于客户定单的典型单件小批量生产模式，其设 计大部分是一种变型设计，需要大量地借鉴历史机型的设计知识和经验。新的设计大 都是采用以往的设计图纸，进行重新利用、继承和修改而成，所以可以采用大规模定 制模式中的实例推理技术( c b r ) ，这样可以有效地利用已有的设计经验和设计图纸， 从而减少设计过程中不必要的重复劳动，大大提高设计效率 本文从模型的组成结构和表达角度出发，剖析了配置模型的结构本质，结合岸边 集装箱起重机大车行走机构的产品结构原理，构建了基于类和特征的产品配置模型。 通过将每一零部件层中实现不同功能的组成元素抽象为各级元件类，而将实现某一功 能的不同结构作为相对应的元件子类，以类和子类的形式组织模型，使建模过程与面 向对象的软件开发思想更为吻合。通过对类的封装和类间特征关系的建立构建产品配 置模型，使建模方法与软件实现有机结合，以这种方式构建的配置模型为配置系统的 软件实现提供了良好的模型组织结构。 在基于类和特征的产品配置模型为基础上，运用了实例推理检索方法，可以高效 地得到一个快速设计原型来响应客户需求。为了选择对配置结果影响较大的特征集。 引入并运用了粗集理论中的约简知识。同时，这样做还避免了设置权重值时的盲目性。 本文根据机械产品结构的层次特点，采用相似系统理论中的相似度量方法，评价实例 间的相似性。 本文所涉及系统利用p 怔提供的p 叫t c l o ik i t 二次开发包，实现了应用程序与 p r o e 的连接，可将产品配置设计系统嵌入到p r o e 环境中，集三维设计与配置设计于 一体，大大降低了产品设计人员工作的复杂度。 关键字：产品配置，配置模型，实例推理，相似度，p r o f f o o l k i t 二次开发 上海海事文学嫒圭擘霞论文 a b s t r a c t t h ep r o d u c t i o no fc r a n ei nh a r b o ri sb a s e do nt h el y p 酬c u s t o m e r - o r i e n t e dm o d e l b e c a u s e t h ed e s i g n so ft h i sk i n do fp r o d u c ta r ea l m o s ta b e r r a t i o nd e s i g n s , m a s s 8o f 如s ；g n 妇湖凳勾ea n d 糕泌渤i sn e e d e dl du s ef o rr e f e r e n c e t h ed e s i g n e r sa l w a y s 嗽j s e , i n h e r i ta n d 晌t h eh i s t o r y d e s i g nt op r o d u c eab r a n dn e wd e s i g n 1 1 1 e m b m ，w ec o u l da d o p tt h ec a s e - b a s e dr e a s o n i n go f m a s sc u s t o m i z a t i o ni nt h ec o u r s eo ft h ed e s j g n i n ga n dc o n f i g u r a l i o n s o ，w ec a n e f f e c t i v e l yu s eu l e h i s t o r yd e s i g na n de x p e r i e n c e ，t h u sm a s s i v en o n e s s e n t i a lr e p e t i t i o n so fd e s i g nc a n 瞻r e d u c e d ，t h a t c a n t 懑p t o g r e a t l y e n h a n c e s 穰嘲a n d a c c u r a c y o f d e s i g n ， t h i sp a p e rw i l ll h o r o u g h l ya n a l y z es t r u c t u r ee s s e n c eo ft h eo o n f i g u r a t i o nm o d e la tt h ep o i n to f i t ss l m c u r ea n de x p r e s s i o nm e t h o d ，t a l l y i n gw i t ht h es t r u c t u r eo ft h ep r o d u c t - c o n t a i n e rc r a n e s g a n t r y , p r o p o s el h ec l a s s - a n d - f e a t u r e s - b a s e dp r o d u c tc o n f i g u r a t i o n m o d e l ，w ea b s t r a c tt h e c o m p o s i t i o ne l e m e n t si ne a c hp a r tl a y e ra se l e m e n td 3 s so fe a c l | l e v e l 。桶髓l e 趣e 瓤d i f f e r e n t f u n c t i o n s a n dw ea l s oo o r r e s p o n d i n g j ya b s l t a c td i f f e r e n ts t r u c t u r e 蝴他a l i z e ss o m ef l j n c t i o n 鸽 c h i l d - d e m e n td a s s o r g a n i z i n gt h em o d e lb yf o r mo fd a s sa n dc h i l dc l a s s , t h ep r o c e s so fm o d e l i n g c 鲫f i ti nt h et h o u g h to fs o f t w a r ed e v e l o p m e n t w i t ht h ee n c a p s u l a t i o no fd a s sa n dt h ee s t a b l i s h i n g o fr e l a t i o n sb e t w e e nt w oc l a s s e s , w ec a r lc o m b i n em o d e l i n gm e t h o d 拟敷s o f t w a r er e a l i z a t i o n p e f f e c l j y , t h ec o n l l c j u r a t j o nm o d e li nt h i sw a yc a ns u p p o r tt h e 鞫熟嘲w e l tw i t hg o o dm o d e l o r g a n i z a t i o n a ls t r u c t u r e c l a s s - a n d - f e a t u r e s - b a s e dp r o d u c tc o n f i g u r a t i o n ，i n i 妁r a t e dw i l hc a s e - b a s e dr e a s o n i n g ， c a ne f f e c i i v e l yp r o v i d et h ed e s i g n e ra 陷d ；dp r o t o t y p et or e s p o n dt oc u s t o m e r sd e m a n d s t oc h o o s e t h es e to ff e a t u r e s 嫡鞠h a st h e 鲫i l ；c 鞠li n f l u e n c e0 1 1t h ec o n f i g u r a t i o nr e s u l t , 鹣p a p e rw i l t i n b o d u c e a n d a p p t y t h ek n o w l e d g e o f r e d u c t o n r o u g h s e t f i e l d b y n i s w a y , w e c a n a v o i db l i n d n e s s o fh u m a nw h e nw es e tt h ew e i g h t sa sw e l l a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e d s l i co fl e v e ls k u c t u m ，w ew i l l a p p i ys i m i l a r i t ym e a s u r em e t h o dt oa p p r a i s et h es i m i l a r i t yb e t w e e nt h et w oc a s e s , t h e s y s t e m i n i b i s p a p e r w i l lu s e 牦f u r t h e r d e v e l o p m e n t 怼p l 。删l ( 瞪删醣p 艇， t ol i n ku l e 别勋翰p r o g r a mt op r o e ，t h u sw ec a n 溯蜘酣t h ep 幽醴c o n 妁u 艳o nd e s i g ns y s t e m o f s y s t e m si np r o ee n v i r o n m e n t w 孙t h e3 1 3d e 哟na n dc o n n g u 倍l i o nd e s i g ni n t e g r a t e di nas y s t e m 。 n - i ec o m p l e x i t yo ft h ep r o d u c td e s i g n e rc a nb eg 帕a l i yr e d u c e d 上海海事大学预士学筏论文 论文独创性声明 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取褥的研究成果。 论文中除了特剐麴以标注和致谢的圭也方外，不包含荬他人或其谴税搦已 经发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的扁发和所做的贡献均 已谯沦文中作了明确的声明并表示了谢意。 作者签名：南曲例日期：油曰7 ，心 论文使孀授权声明 本人同意上海海事大学有关保暖、使用学位论文的规定，即：学校 蠢投僚整送交论文笺印馋，定诲论文被套阕和借阙；学校可疆上瓣公窿 论文的全部或部分内容，也可以采粥影印、缩印或者其他复印手段保窝 论文。保密的论文在解密后遵守此规定。 作者签名：a 力易硼导师镣 日期： 勺旬。7 ， 上海海事犬学蘸士掌链论文 第一章绪论 1 。1 课题研究鹜景 随着市场竞争的霸懑激烈和先进技术谯现代工业中的广泛斑用，企韭之闯 的竟争开始转向基于时间和基于客户需求的竞争。高质量、低成本、短交货期、 个性化产品己经成为现代企业追求新的竞争优势的一种必然趋势。采取何种生产 方式默适应瞬患万交秘瓣麓令性纯的枣场嚣缓，是制造堑垂赣静一令重要漂透。 髓逸嫩采臻哪释生产摸茂主要决定于当孵熬稃援发震窝历史条件，自工韭时代越 来，对制造业有着较大影响的两种生产模式怒；大批量生产( m a s sp r e d u c t j o n ，m p ) 和火规模定制( m a s sc u s t o m i z a l i o n ，m c ) 1 - 6 。大规模定制生产模式的产生过程如 图 * t 所示。 成本高 f 传统定制1 技摩抵 髑期长 质壤幂稳定 卜1 耐向单个客户 产品品种单一 个性诧特点誉甥曩 妻蠹靛( 丈裁量生产) 客户赴f 被动姥骰 胛 市场环境的变化 u 先避管理技术 先进髭逢工艺与毒 丈燕援定翱生产| 】 c 羽嬲翻对：a 酗 | n 毡n 翻皤翻目h 畦 计算辊技术 产品品种多 懑信技束 一 个性化特点明显 效率较高 成本较低 厂 客户处于生动地位 一一一。f 阕1 1 大规模生产模式的产生 可见，m c 是适应新的市场环境并在新技术的支持下，更好地满足客户个性 圭海海事夫学矮j ：学位论文 化鬻求和保持企业以m p 效益为客户提供定制化产品的一种生产方式，也是2 1 世缀嫩产模式发展的一种主流趋势，特别是蒸于网络的产品定制彦式，是未来企 业嫩产模式发展的必然越势。 l 。2 课题戆援出 随着市场环境的变化和制造管理技术的不断发展，产品生产的信息化、自动 化、镩能化成为不可阻撼的趋势，这一切使得制造环境发生了搬本性的变化。现 钱大多数大型撬棱产熬成凌采惩7 上繁箍蘩耱大褒攘定翻生产模式，毽羲是令袭 生产模式。岸边集装箱怒燕机就是一种需求多样的大型祝槭产黼，它是港口必不 可少的设备，用来装卸和搬运集装箱。岸边集装箱起重机在港口不是固定不动的， 在天车行走机构的带动下，它可以沿着轨道行走，大车行走机构怒岸边集装箱起 羹巍瓣莛要组成部分，葵缝兹鞠功能靛需求变纯瞧较丈，所以本文毅殴大车行走 裁襁传菇研究踅类产嚣懿甏器凌资熬对象。 大型港口起重机的熬予客户定单的小批缀生产模式，使得港飘起重机的产品 设计趋于个性化、系列化。在设计阶段仅考虑产品的功能要求，很少考虑产品生 命爝潮中的其他阶段对产黔模型的需要，即锼是从国外定制的一般产品图纸也是 魏魏。对予令毪德、系魏纯夔产瑟谩诗，嚣魏采瘸夔圭要方法燕羧攮客声定莘戆 功能要求，采用类比法辩岛定单耜类钕静蹬纸佟修改，设计出新的产品图纸。这 种设计方式存在大量的熬复劳动，影响了设计效率和质量的提高，以及企业制造 过穰的信息化进程。 嚣蘸在产晶设诗孛，三维的潋d 软侮农我匡已经褥刭7 广泛的应用，其中 美潮p t c 公司豹魏q 蔽黻簇参数讫驱动，鼙全关联豹数器瘁耩珐缒齐全豹模块 等强大优势占据着重鬻的地位，但很多用户却不能充分利用其优势进行产品设 计，因为复杂零件的建模需震熟练的p 内惟技能，丽用户中经骏率寓的设计人员 要全灏掌握p r o e 的技能也非易事，所以钟慰她情况，开发智熊纯的设计系统是 鬻骞必要黪，这弹霹疆经不薅运转睦葚蘩不会弱p r o e 瓣爱谤入爨氇戆嚣蔼箕 进行产品设计，避免繁杂驹重复工作，提高设计效率和质量。 针对制造业面临的挑战，国内外也有不少人在产品结构和产甜配置方面做了 大鬃的研究，也提出了火规模定制( m c ) 的思想，并且已经在很多领域得到了应甩， 2 主海海事太学鞭士攀使论文 但怒在集装箱起重机智熊配置及设计方面的研究及成果还是很少，所以笔者想借 助t 海市科委的课题，猩遮方面做些探讨，借前人在产品配置的贱思想和方法， 针对袋装箱起重机智能既鬟及设计的特点，结会p r o e 二次开发，开发一个有实 鼹俊毽黪丈车行走掇 奄酝嚣设诗系统。 1 3 相关研究现状 最早的产品配置系统悬2 0 世纪8 0 年代麓名的基于规则的配鬣系统r i f x c o n ， 鼗嚣产基蘩置在嚣终褥鬟7 广泛熬磁究，势巍诗算爨获硬锌、藏瓣、汽车、奄话 交换钒、组合家具、重黧綮油瓶、森林收割桃牙科医生嚣椅子等方面得妥了广 泛的应用。近年来，由于犬批量定制生产的必超，针对产品配餐的研究再一次引 起了人们的重视。 夔着网络技术移惫予商务的迅速发震，颓客希望通过弼络裁熊够快速提供瀵 越个馁住嚣求静产菇。现在已毒一些金鲎筑够提供两主熬产嚣宠裁驻务，翔美国 的o e i i 公司、c i s c o 公司以及通用汽车公司等，中国的海尔喇上商店、浙江大学 开发的网上工业汽轮机选裂和报价系统、重庆大学开发的网上陶瓷产品的销售和 定制系统等。 产磊莰谵秀发铮瓣产菸羧遴孬袭谤，瓣添楚铮对攀令产螽，这楚瑟淘夫鬟模 是制蠹勺产品设计嚣重簧特征。基于产品族的火规模定常恶想的核心爱“设计”与 “定制”分离的模式，“设计”的内容是模块化的产品族，。定制”则通过配置设 计实现，两者之间通过产晶族模型建立关联。所以产品配置建横，配置推理方法 楚零文重点磅究内容。 鬣置设计帮是在产麓族模窒豹基础上砖黧嚣规剩静约寒节进行鹃产燕实铡 求精过程。因此，基于产品族模型的配置设计一直是m c 中的一个研究热点，国 内外学者对产品族模型的研究也已做了大敷的工作，根据产品族模撄表达方式的 举阉，露前流行的建模方法主要有以下几类； 基于撬粥熬配藿建壤 配置模型的建立依据元件问的规则定义，一般采用产生式规则( i f - ”瓤玳) 描述配置逻辑。最早的翔船d n 系统即是一个热型的采用规则建模和推理的产品 配黧系统。在基于规则的既置建模方法中，邋避规则描述元件的领城知识以及元 3 上海海事大学硕j 二学位论文 件问的依赖、选配关系，以对象的规则关系来构建产品配置模型规则中包含了 对象的领域知识和推理策略，一个对象体需要多条规则来描述和表达，整个配置 建模过程需要规则的不断作用和交互。这样，随着规则的增加，产品元件之间的 关系将变得复杂，规则维护成为不容忽视的一个问题1 7 1 基于模型的配置建模 将元件蕴含的知识与知识的使用进行分离，配置模型由可分解的实体以及这 些实体间的相互作用组成，一个结构化的建模过程通过实体的分解和实体问关系 的分析进行详细的描述。这种方法主要面向产品结构模型，为了在一个产品中管 理不同零部件数据的关系，产品模型中必须对元件问现存关系的装配信息进行描 述。装配信息采用装配规则和装配约束来表示。装配规则描述了建立产品间或元 件问关系的必须条件，而装配约束则是不同元件间某一数据关系维护的条件。通 过装配规则和约束就可建立起产品的配置模型，设计人员通过装配规则和约束的 维护实现模型的管理嘲。 基于模型的配置建模方法提高了模型的可维护性，但配置模型与建模方法密 切相关，不同建模方法下建立的配置模型之间具有较大差异，配置模型的共享性 不强。 基于约束的配置建模 该方法对配置模型中功能性、结构性等的约束进行专门描述，将模型中的参 数、元件问的接口关系等定义为变量，参数关联、元件的兼容性、选配关系等由 约束条件进行定义，模型的建立转化为对变量和变量问约束的表达。r a f a e lm 等 人弼提出了结构化约束建模和基本配置单元的推理方法。基本配置单元由一些预 定义的元件和元件问的连接构成，配置模型是这些基本配置单元的组合。基本配 置单元通过元件的属性、元件问的接口以及结构化的约束条件所描述，结构化配 置建模则是基于这些基本配置单元的约束满足。基于约束的配置建模方法通过定 义构件的约束建立起可描述不同实例的配置模型表达，通常采用约束程序语言研 描述配置模型，u l r i c hj o h n p o 设计了c o n b a c o n lfc o n s t r a i n t - b a s e dc o n f i g u r a t i o n l a n g u a g e ) 语言专门描述配置模型，将配置问题转化为约束求解的过程。 基于约束的配置建模方法在解决特定产品专家系统中的复杂深层参数求解 问题中具有一定的优势。但由于变量间各种约束关系的构建复杂，使得它的通用 4 妇每海事文学醺，l ：学靛迨文 性受到限制。 基于本体的配置建模 通过定义构件、资源、接口等配置本体含义构建配置模型。本体是用于描述 慕一镁城翘识懿一缝羧念藏零 擎 l 。文裁# 勰巍篱瑾窥建立一令霹瓣嚣豹产品族系 绞巾指出配置模型是配激领域的概念讫模塑，概念亿的内容怠旗：构件、属性、 资源、端口、上下文关系、功能和约束这燃概念化内容即是描述配曼领域知识 的熬攀术语，即配置本体。吴健等1 1 巩在分析现有几种产品配置知识表达方法后， 挺掇基子本俸的产品懿爨知识共享方法。从知识本体的角度出发，详述橡成产 瑟醚嚣本髂熬基本穰念纂会、概念褥关系集会、配置约素囊粼集会和公理集合， 给出了异质系统问知识拭亭算法并通过产晶配置本体及中闽代联的使用实现 两个界质系统问知识相飘转换。张劲松、壬扇寓等人【1 4 1 也提出了熬予本体的配置 建模方法，定义了构件、功能、资源、关系、端日l ；乏及约束等酝嚣本体的基本概 念，绘窭了墓予本葬黪惫瑟瑟置摸鍪鹣褒鹅蜜秘。 綦于本体的产品酝凝建模方法提高了模型的共享性和对模激谣义的正确理 解，假在表达配置模型中的层次结构关系方筒存在不足。 基于g b o m 的配鬣建模 熏蠼傣、谭建荣等人隅l ；乏g b o m 作为产藏簇盼知识表示方法，箍出了基于 g b o m 豹产燕配置模墼g p c mfg b o m - b a s e dp r o d u c tc o r i n g u r a l 缸nm o d e l ) 。在g p c m 中，用配置单元来表示预先设计的零件或模块，用约束来表达设计知识和规则。 分析了模型中配置单元的构成，定义了三类配鼹单元，分别为：标准配置单元、 可修改的配置单元、可参数他设计的配置筚露。给出了配置单元的约束关系，包 耩：瓣毪戆取蘧辍定约絮，攀嚣窝摹元之茨懿终素、摹元窝舅一令擎元蠹熬灞毪 之斓的约束、一个单元耩性和另一个单元属憔之阅盼关系、一个单冗内部属性之 间的关系。 簇于g b o m 的产晶既鼹建模方法继承了创成式b o m 产品族建模理论的优 熹，态分俸瑷了模型的霹浆矍毪，青稳于实瑗基予瑟萋模型豹产菇多撵亿。僵该 方法程表达模型瑶次结构关系方蟊也存在幂惩。 如上述分析，以上备穷法各自有各自的优点，但结合起重机火车的实际，仍 有如下缺点： 5 上海海事大学碗上学位论文 一配置模型的共享性不强； _ 规则或约束关系的维护复杂； 一配置模型中的层次结构关系方面存在不足； - 配置模型与软件开发思想的结合不够紧密。 1 4 论文主要工作及结构安排 为了找出一种具有较高共享性，层次结构关系清晰，能结合软件开发思想并 且可以较方便的维护约束的配置模型，本文的主要研究内容有以下几个方面； 深入学习了大车行走机构的配置流程和知识，充分理解订单客户的需求，抽 象出产品结构和配置约束条件； 探讨了目前常用的各种配置模型，结合了基于本体配置模型和基于约束配置 模型方法，汲取二者精髓，提出了基于类和特征的配置模型建模方法； 研究了目前流行的配置推理方法，考虑到本文要开发的系统主要是基于实例 重用的思想，所以深入探讨了c b r 方法，并且将其应用到系统中来。其中主要 包括相似度量算法的研究，特征的选取，以及权重的设置等问题。 研究了p 耐啪ik i t 技术，本文将实现的系统是一个集成到c a d 软件p m 炬 下面的应用软件，本文要开发的是训程序，然后p r 。忙就可以直接调用它，所以 p 岍0 0 l k i t 二次开发关键技术的研究也是本文的一项重大任务。 本文按以下结构进行组织： 第一章绪论 主要介绍了论文的研究背景、主要研究内容以及论文的结构安捧。 第二章产品配置模型 介绍了一些常用的产品配置模型，然后介绍本文采用的基于类和特征的 产品配置模型，给出整个模型。 第三章实例推理检索 分析研究了相关的推理检索，并对其进行简单的比较分析。然后详细介 绍c b r 方法在本系统中的应用。同时本章重点介绍相似度量算法，特征 的选取以及权重的设置 第四章配置系统的设计与实现 6 主海海事大学矮圭二学纯论文 本章从大车产晶的机械结构出发，编余系统分析方法，介绍了系统的功 能模块的设计，简单介绍p r o t 0 0 l k i t 二次开发的基本原理，并给出了 阶q 。o l k i t 接口程序的功能框架。 繁纛章慧缍与展望 对全文的理论、实验工作和意义逃彳亍了总结，提出了本文下一步将要进 行的研究工作，弗展望了结合c a d 软件的内容智能配鬣拽术未来的发展 趋势。 ， 主海海事大学疆 ：学位论文 第二章产品配置模型 2 ， 善l 骞 配置设计面向客户群需求，在配置设计中，产品配置模型是酴鬣设计的基础， 也是配置知识表达的过程。只有建立一个层次结构清晰、能够充分反映客户群需 求、翁予设诗人员理髂鲍酝譬模型，才铯在箕蒸础上进行快速配黉窝对其进行有 效繁疆，在短霹簿肉设诗凌涛足客户令往纯鼗求的产螽。 产品配置建模是建赢配鼍模型的方法和警段，也是配置设计巾的一项关键技 术。簇于传统设计方法学的建模中，从功能、原理和结构三种视图建立产品族的 模激，通过功能、原理和缩 每之间的映射实域产品从功能需求域剡络梅实现域的 转羧，建立夔产暴莰簇登失多获产菸族秀发戆惫疫考瘩建攘避毽，较少考惠嚣量 设计的需求。两配置模型更多遗考虑配置设计的需求，扶配置设计角度攒述产品 信息。与产品族模型相比，配置模型更强调模型的可配置性、层次结构的明确性、 逻辑关系的清晰性、软件的易开发性和设计人员对模型的易理解性。 零部分逶过对配置援溅的本质结构进器剡辑，耨配置模型孛酌实现不霹功筏 戆缀戚元素接象为各缀露传类，瑟褥实现菜一麓能豹不藏结擒偌兔稳对应懿元释 子类，以类和子类的形式组织模型中的组成冗潦，使建模过程与骊向对象的软件 开发思想相吻合；并定义元件类的特征，以功能特征和包含特征反映配置模型的 层次缡构关系，以属性特征反映类的邑身特设，以约束特征反映炎之闻的关系， 获嚣傻褒定义戆特薤熬爱壤类及类之鬻本葳笑系( 静麓够反获模燮豹錾绞维稳穆 征) ，建立起配置模型的旗本框架。通过对类的封装和类阿特被关系的建立，构 建了然于类和特征的产晶配置模型，使配置建模方法与软件实现商机结合，为配 置系统的快速构建和开发提供了良好的模型缎织结构。 2 2 配置模型含义及特点 产品配置设计是一种特殊的设计行为，遇斌从一簇构件集中滚择一组构件， 并将它们进行有规律的缀合形成满足一定要求的产品产品包括哪魑构件以及构 s 上海海事太学醺卡擘经论文 件阕如何进行有规律的缀合则需要产品配置模型来描述。产品配鬣的市场定位是 满飚一定范围的客户群需求，是基于产品族辩围的个性化服务。配鼹模型则是产 品族模型的衍生和发展，悬具有配置特点的产品族模型的表达。 产菇酝萋攘墼，楚搿绫产瑟配置疆诗魏鬣求密发，对产嚣羧内缀残梅箨缢及 鞫释蒯配置约束等稳关知识的组织与表达。 产品配置模型更多的从配置设计的角度出发描述产品信息，模缀是为满足配 置 鼗计的需求而建立的，模型中融入了各种可能的配置设计要求，配鼹模型能够 摇麓酝雹系统髂构建秘黪滋多静配置实铡；褥品族模型大多扶声茹蔟聂发斡危 发考纛建模过程，模鳌静建立更多戆考虑产赫浚薅系结耱静会理缎矧彝箍透，较 少考虑产品配置设计的滞求，产品模型不利予赢接指导配置设计系统的构建。 湖北，产品配置模型怒基于产品族的思想建立的，但它较产晶族模型而言具 有自捋的特点，表现为； 强诿产曩攘鍪瓣莰港雯鳖毪窝嚣髦誉撩 明确体现出模型巾豹层次结构关系 充分表达出构件间的逻辑和约束关系 配置模型要易予表达，便于软件的实现 骞翻于设诗人员蠖孵襄应餍 2 3 基于类和特征的产品配置建模 2 3 1 类和特征思想的引入 麸模型豹组成结 奄角度来漭，产瑟瑟鬟摸溅是对客户群爨求蕊强蠡各不同零部 件组食模型的聚类，是涵箍某个客户群需求的一类产品模型，它怒同一产品族中 多种阮置方案的统一表选。组成模型中的零部件不是具体的实例对苏，而是具有 类含义的零部件类，是镪禽多种具体实例其旃嗣族零部件共同特筑的零部件类， 簸这鉴零帮箨类孛虿戮锈囊窭多令其奏苓麓瓣援篷豹薅象实俸。零酃箨类是这些 具有相同属性不同赋值的对象实体的抽象袭达，是对产品配置模塑舶不同层次结 构抽象信息的统一描述，配置模型实质上是j 袅魑不同零部件类的裔理组合。因此 将类的思想引入配置模型的构建中有利于模型的合理组织 謇 上海海事太学磺士攀斑沧变 农这一思想方面，谭建荣等提出的基予产品功能结构单元的产品配置模板技 术1 1 蝌，通过将模型中的零部件族抽象为产品功熊结构单元，使功能并韵原理作为产 品族零部件类的特征属性岛产品结构封装在一起，这种方法很好娥体现了零部件 族豹炎特蠖，毽是，该方法在表达模登孛熬滋次臻 奄关系上存在攀廷，没舂考瘩 模型巾的每一层次革元遥基有的逻辑关系。 本文认为，从面向对敷角度研究配置模溅的组成，任一零部件层均可视为由 父炎朔予类两层构成，如图纠所示，对于缚一层零部件，父类袭示零部件结构 囱功黢兹抽象，面子类煲l l 楚实现零豁l 孛功能熬不同结梅体琨，鄹父类是实现某一 特宠耱糍豹结稳集，嚣予类是实瑷菜一特定磅簸兹一个或多令爨髂绩梅。嚣魏， 本文结合产品配置模型的特点，将配置模型巾的实现不同功能的缀成元素抽象为 各级元件类，而将实现繁一功能的不同结构作为相对应的元件予兴，这样做的好 处怒产赭配置模型层次璺为清晰，更符合蘧恕对象的思想，因而爨肖利于软件实 蠛耪搂登兹扩充秘维护。铡麴，霹手菜一类产熬，鹭灌热其功戆辩，在产瑟配耋 模黧巾只需按一定的规则增加实现该功能的零部件类，丽对于程零部件类，扩 充实现其功能的具体结构时，只需按一定的规则增加其子类即可。 霆“ 层 委| 满足麓特定 l 功能1 l l 具 | 静子类 l 现 结构和j 宴现某特定 集结构 餮2 - 元捧屡靛父炭袋子赛寝选 从模型的表达角发讲，配置模型中需要表达蹬两一产品族中所有可能的零部 件问的相互关系，配置实例即是这些不同的零部件按照一定的约柬关系组合而成 的。产品配置模型是不周攀部件间各种相互关系的组合，对于每一个零部件而言， 最熊反欧其固有特点和袭达它与其它零部件酝剐戆是零部佟豹特糍，这些特征是 搦述零部箨疆牲窝建变冬冀宅零帮俘鬻关系鹃纂磁。鬣置蒺墅孛零帮箨蠲豹攘蔓 关系最终都会反映到它们的特征问的各种约浆关系。而且，连接客户需求与配置 实例的最好桥梁是产品的特性参数，这些特性参数包括产品的功能特征、性能指 标、几何尺寸等旧，这数特性参数实质上都憝袭征零部件固有性质的特征属性， 1 0 主海海事夫学磺量掌袋论文 通道这些特征属性即可袭达出模型中各零部件本身特性以及零部件问的相互关 系。 骧于特征在表达零部佟特性以及零部件阅关系中具有的优势，在产品配置建 模遐程孛，本文弓l 入黪髹戆瑟瑟，健这曼蘑瀵的特薤苓秀是攀缝戆蔻嚣特薤夔含 义，丽是包括零部锌萌熊、属性、约束等程陌的多种语义描述。谶弱，若将类和 特征的思想相结合，把模烈中的零部件依组成结构划分成不同层次，而将每一层 又采用父类和子类来表永，同时定义零部件父子类的各种特征，使得零部件间的 穗纛关系转亿为零郝彳警类的特征翘静关系，这样，零锌子类可以递进继承代表其 父类豹零罄箨类熬特鬣褥翻公共磊性，模羹黥缀绞绪携关系与软伟歼发孛瑟囱黯 象的黥想就能很好地吻合，从而为配置设计系统的开发提供了良好的模型组织结 构，并便于配置模型的扩充和维护。 2 。3 。2 元件类鲍特薤定义 特征是表征零部件圃有特性和零部件问相互关系的基础。在配置建模过程 中，通过引入功能、属饿、包含、约束等语义，对零部件的特镊翕义进行扩充， 不露仅仅局限予几何形状的特征，使零部件的特征成为含有多种谬义内容和建立 零郝转麓疆互关系豹蘩惑藏终。藩瑟在分裁鬣嚣模墅缝残结褐辩，挺弱了元箨类 的概念，所谓元件类，怒指在基于类和特征的产品配置模型中，对缀成配置模型 中的不同零部件类的抽蒙元件类可以代表产品类，部件类，零件类等。因此， 对零部件类的特征的定义即是对元件类的特征的定义 关予零部终特征戆定义，不同豹研究鬈豹考虑受度往往苓瓣，痰予类是对象 雯体瓣l 垂象表达，在定义茏侔类静特征霹，灌褥特征麴象至能爱姨类及类之翔本 质笑系( 即能够反映模粼的组织结构特征) 的层面上来定义，本文从四个方面来 定义元件类的特征： m 功能特征一用予攒述元件类实现驰特定功能。具体的说，是元律类可以 完藏t 层父俘菜礓功戆域装配要求懿磊毪 i l 述。 一属性特征阉予描述元件类固有的、可表征其主要特微的集合。属性特 征又包括基本属性特征和几何描述属性特征 基本属性特征用于描述元件类的自然属性，如代寝的元件类名 1 1 上海海事大学硕，i ：学位论文 称、版本、使用状态等； 几何描述属性特征用于描述元件类的关键几何特性和参数特征， 如关键尺寸参数、重要性能指标等。 一包含特征用于描述元件类与其所容许包括的子元件类间的关系，如组 成或聚集关系。 在包含特征中只限定表达具有最近的、直接包含关系的聚集或组成关系，如 产品类的组成元件中只表达其直接包含的部件类和零件类，而不包括部件类中又 包含的零件类。 约束特征用于描述元件类属性间的相互约束关系，约束特征又包括自 身约束特征、同级约束特征和父子类约束特征。 自身约束特征用于描述元件类自身的特征间的关系运算方法和 相互依存性规则等 同级约束特征用于表达同一级元件类之间的约束关系，如不同部 件类或不同零件类之间的关联关系、依赖关系等。 父子类约束特征用于表达元件类与其父类或子类之间的关系，即 子类和父类问的继承关系 元件子类的特征与元件类一样，也包括功能特征、属性特征、包含特征和约 束特征这四大类，但具体的特征值是不同的。 上述四方面特征中：功能特征和包含特征反映配置模型的层次结构关系；属 性特征反映类的自身特性；约束特征反映类之间的关系。 2 3 3 产品配置模型的建立 2 3 3 1 配置建模流程 产品配置建模的目的是建立一个通用的、抽象的能够表达一个产品族内多种 配置方案的可变型的产品模墅。建模过程是对产品所蕴含的知识、关系、经验的 提取和表达的过程。配置建模结果不仅仅是模型本身的描述，更重要的是包含多 种知识的表达。配置模型是涉及产品功能、结构、约束等多种语义的知识综合体， 设计人员必须对产品的这些信息进行分析，正确理解配置模型的层次结构和语义 1 ：2 上海海事大学硕七学位论文 知识。产品配置建模是一个逐步分解和合理求解的复杂过程。 产品配置建模的基本原则是：在使模型涵盖产品族内所有的产品信息和知识 的情况下，使用尽可能少的对象类型表达配置模型，使模型易于理解和管理。根 据元件类的特征的定义，本文提出了基于类和特征的产品配置建模方法，建模过 程按照元件类的特征进行逐层分解，配置建模的一般流程如图2 - 2 所示。 田2 - 2 产品配置建横一般流程 配置建模过程主要涉及以下几项关键环节。 1 确定产品类的功能特征 通过综合分析客户群需求，确定产品的功能要求是配置设计系统开发的第一 步，也是建立产品配置模型的基础设计人员通过对产品的功能进行分析，明确 黑一 虱匝 上海海事天学磺士擘浆论文 产黼需要实现的功能，确定产品类应具有的功能特征。分勰产懿类的功能特征为 子功能特征，根据功能的独立性公理，寻找姆予功能匹配的元件炎，确定配置模 型幽哪些部件类和零件类组成。在传统的产黼族建模方法中，需隳单独建立产品 黟凌缝模型，嚣在基予炎帮特征靛产品配嚣建模孛，将动能终秀露磐类戆一令雩荸 鬣，遁过动能特征的殛徽确定产品类包含静鄢件类和零件类，省酶了功能模型豹 构建过程 2 分解元件类( 元件子类) 的包含特征 鬻嚣模型是元件类的会理缝合，确定模溅申豹元俘类型，楚鬣嚣建模的关键 步骤。髭置模墅孛要钵袋穗产晶鹃瑟次结 弩，建立起零熬箨之溺静缀藏毽含关系。 配鬣问题的计算规模较大，建立零部件的分装层次一方面便予模型的表达和理 解，另一方面可以缩小敞鬣问题的搜索空间。配置模型的层次结构芙系可以通过 分解元件类( 元件予类) 的包含特征建立起浓，元件类( 元件予炎) 的包含特征 接遮了宅霹笈包含豹缀戒稳捧，逶遘对元传炎( 元箨子类) 熬藏鑫特徭瓣分簿霉 戳确定出配置模型中裔哪些零部件组成。 文建立父子类层次缁构 配鬣模型的任一元件展均以元件类和元件予类的形式进行袭达，子类元件与 其父类元搏之阕存在继承关系。倒如，在选撵瞧凝隧，投据安装形式静类型，霹 分为聚式，立式等，这臻类鍪戆电掇都缝承了魄祝这一大类其宥鹣蓉弼特薤( 如： 功率、转速) ，但每种类型电机又分别具有备自的特征零部件_ 之阆的继承关系 通过冗件类的父子类特缀避 行描述，父构件类挺的所有特征能够被子构件类型所 继承，通过类的继承属性可以建立起配置模麒申父梅件与子构件蚓的层次结构关 系。 t 识剐元件类的约柬荚系 产品是由构件组成的，构件之间不完全怒相互独立的，它们猩功能、结构、 兼容憔等方面存在一定的约束关系。配置模缴作为多个产品实例的聚类，不仅要 表达出产鑫由哪些麴搏缝残，嚣且要对拇律瓣耱稿互约束关系逶赞接逮。在基于 类帮特征戆产品配置攘勰串，掏俘瘸静籀嚣荧系通过元锌类静约东特征逶抒表 达，构件自身属性参数阐的约束关系通过自身约束特征来描述，不同构件间的相 互关系通过元件类的同缀约束特征建立配鬣模型是一个多构件的复杂组合和关 上海海事太学联士学位绝交 联闷题。从理论上讲，每个构件可以与其能构件相关联，随着构件数量的增加， 构件问的关系将变得更加复杂。因此，在构建产品配置模型时必须对构件问的关 系进行识别，去除冗余关系，消除矛盾关系。 鬟要浚饕夔是：鍪警类霹耪薤酶产菇醚爨建模方法绘出了麸产赭类一舔终类 一部件子类一零件类一零件子类一零件对象豹全过程模型构建的一般方法，针对 不问的定制产品，以及畿般产品零部件标准化和模块化程度的不同，配置模型构 建过程中停止分解点不同，即模型中的最小组成单元不同，有些需骚分解到零件 级帮诳，在标准往程度菇躲债况下，可能哭嚣分解嚣部俸级，两耱郏转终为一个 檬壤纯耱模块接疆与冀京都箨之闽建立关联帮霹。嚣蘧，零文绘掇约基于类窝特 征的产品配置建模方法怒一种一般性的方法，结合定制产品的标猴化情况和实际 结构，应作具体分析和处理。 2 3 。3 。2 琵耋元模墼麓建立 农基于类和特征的产品配置建模中，元件类的各种知识以特援的方式表现， 零部件间的关系通过元件黉的特征进行表达。针对不同的研究对象，元件类具有 的知识和类阕约束关系的不同，所产生的产懿配置模型也不尽撩阏。为了对配置 模整避行麓萃、一致经懿袭达，在配萋建撰俸瑗类帮特薤豹憨戆，涛囊逢表达 出徽鼹模型中类之间的朦次结构，班及类的特征之间的相互关系，建立了产品配 置觉模型。 产品配置元模型是酝鼹建模的基础，它是对一个产品族内多种酝雹实例模型 懿糖象表达，是对不弱熬蓑实爨孛元箨类戆潺义要素进行抽象秘一致毪静表达。 产赫瓤嚣元模型将模燮豹语义与西入丽异鹃模型表达方法籀分离，实现7 不同表 达方法下配置模型的统一描述。本文采用u m l 模型描述方法建藏产品配置元模 型，其结构如图2 - 3 所看鼍 圭海海事夫学硬士攀袋蹙文 圈2 - 3 产品配置元模獭 从产品配置元模型的结构图中可以明显地看出，每一零部件愆( 除产品类层， 因为裁嚣模型是在产赭族已经援划妊的基臻童建立黪，报据客户爨蔫求e 经旋够 确定爨配置产菇属于餐释产菇类，无需透行产葫子类静翻分) 都怒豳父类稻子类 两艨构成，父类是实现篥一特定功能的结构集，而子类是实现该功能的一个或多 个具体结构，这种父子类的模型构建方式，方便产品类中功能的增删以及对应子 类结构的增加和删除，并岛面向对象的思想棚吻合。在配置元模擞中，功能特征 嚣键客特薤建立霆了零酆转类之溺夔瑟次缝褥关系，绞索特征劐建嶷起7 零部绛 类之闯的褶互关联、依赖关系，从而建立起辩爨模型的基本框架。通过对产品配 置冗模型中各级元件类( 元件子类) 的具体化，可以构建出元件类( 元件子类) 赋有具体含义的产品配鬻模型 上海海事天学联 ：攀靛论文 蒸于类和特征的产黼配置建模方法，通过对类的封装和特征的建立构建配置 模粼，使配置模型的层次结构更加清晰，更谢效地支持了客户化设计，并使建模 过程与面向对象的软件开发思想相吻合。 2 3 。4 配置模型的表达 2 。3 4 1 配置模型的面向对象特性 蒸手类窝特薤戆产懿熬嚣貘壅孛每今元侉类( 元舞子类) 楚镶禽硗戆、藩毪、 约索镰语义信息的翔谈攀元，配置模型是辩产晶族内所有零部件髂怠的知识综合 体元件类( 元件子类) 中包含各种知识，对元件类( 元件子类) 进行类的封装， 零部件间的知识共享、传递、交互等可以通过对类的操作实现。产品配置模型的 表达充分体瑗了面自对象豹愚想，模型孛誉仪表达7 各个零部侈本身剪箍述信 意，嚣盈表达了零都佟之阉约售惠处理方浚。遥过对产品配萋摸黧所蕴含知识熬 分析，可以将配置模型冉勺颟向对象特性归纳如下 1 组成单元的o o ( o b j e c t o r i e n t e d ，面向对象) 特性 声品配置模型中，横溅结构的组成单元誉怒具体的零部件对象，面是具有类 含义戆零辩终类，各类之蠲冥毒篡次绩梅。兔y 瓣这些零郝箨类遴徭统一定义窝 攒述，引入了元件类的概念。元件类( 元件予类) 具有面向对象的程序设计串的 类含义。把产品配置模型定义为一个类结构，模型中的每一个元彳牛类( 元件子类) 实质上定义了一种对象炎型，它描述了属予该对象类型的所有对象的性质，对象 类黧审粒每一令怼象棚瓷予类豹一个实爨。瓣于配置模型瑟吝，爨髂识元律类( 元 稃予类) 豹特征，可戳获褥一个渍是特定震浆的配置实稠。组成肇元采弼面向对 象的结构形式组织数据，有利于配置模型层次结构的建立和组成模块间关系的表 达 乏元传类( 元件子类) 的封装佳 零罄嫠奉砉是一个惫含多裤语义夔絮谈纂元，透过舞零穆耱炎l 蠡象秀元终 类，零部件子类抽象为冠件予类，定义元体类( 元件子类) 豹功能、约束、包含 等特征，使每一元件类( 元件子类) 成为包含数据和数据操作的凝结构，具有类 的封装性，对某一类的操作不会影响其他类。封装性使各个零部传成为一个独立 1 7 土海海事文学醺士学链论文 的模块，模块内部属性的定义和实现细节不受其他模块的影响，对该模块的操作 只需通过其特征的引用米实现，元件类( 元件予类) 具有的这种封装性与面向对 象中类的封装特性相似。 3 父子类特薤豹缝窳羧 对配置实例面言，产赫结构可以细纯劐每一个具体靛零郝件缝构；对产品配 置横烈来讲，由于它面向产品族，表达的是释户群的需求，因此，在产品模型中 经常会有一个父类下包禽多个不同子类的结构。如，将滚动轴承定义为基类，按 照辘承滚动体不露可接茭分为：球辘承、隧镶滚予轴承、滚子皴躐鞫滚针辘承4 令擎类，这4 令子类爨蠢滚动辘承基类静艨窍特经，羁雾季叉其鸯备蠡不霾戆特 征，它们与滚动轴承基类形成了父子关系，w 以继承滚动轴承支撵回转运动件的 共i 弼特征。在基于类和特征的产品配置模型中，对各层元件类之间具有的继承或 多黧继承的特性，通过筑义元件类的父子类约窳特征进行表