（计算机软件与理论专业论文）大规模定制模式下产品配置管理的研究与设计.pdf

塑婆查兰堡主堂堡堡墨 一一 摘要 f 产品结构和产晶配置( p r o d u c t s t r u c t u r ea n d c o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n t ) 是产品数据组 织与管理的一种形式。产品结构是描述组成一个产品的零件、零件集、部件、部件集及它们 之间相互关系的层次结构模型，而产品配置则是根据一个预定义的产品结构来组成现实产品 的过程。产品结构模型是一个相对静态的模型，而产品配置则是一个有多方面用户参与的、 动态的、包含决策的过程模型。 另外，近年来制造业广泛关注的一种新型的生产模式一大规模定9 1 4 ( m a s sc u s t o m i z a t i o n ) ，其本意试图把大规模生产和定制揉台在一起，实现是个性化地定制产品和服务的大规 模生产。但这一生成模式需要产品配置技术来支撑，以确保根据个性化要求能快速地实现最 终符合要求的产品，有人甚至称产品配置为大规模定剖的使能器。 因此，厣文的目标是为大规模定制模式设计符合其要求的产品配置管理系统。本文认 为符合要求的产品配置管理系统需要以产品结构为基础；并且在配置过程中能够符合一定的 配置规则；对产品结构的管理采用多视图的方式；同时还要注重产品版本的有效管理。产品 结构管理使需要配置的产品的各个部分之间的相互关系得到明确；有效的配置规则使得配置 过程得以有序、高效的进行；多视图的方式让多个用户在产品配置管理系统上进行协同工作： 同样有效的版本管理也是产品配置管理系统能够正确、高质量工作的保证。 本文根据产品配置的定义提出了产品配置器的框架产品配置是一个输入输出系统， 输入的是配置条件和配置知识，输出的是配置结果。配箕器的结构主要由需求模型、配置模 型、评价模型和产品配置结果等几个部分组成。配置的目标是实现需求模型和产品配置结果 一致。 本文在最后给出了在一个实际的系统a v i d m 中产品配置管理功能的设计与实现。 关键词：犬规模定制广产品配置 数据管理 登坚查兰堡主兰竺笙苎 a b s t r a c t p r o d u c ts t r u c t u r ea n dc o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n ti s af o r mo fp r o d u c td a t ao r g a n i z a t i o n a n dm a n a g e m e n t p r o d u c ts t r u c t u r er e p r e s e n tt h eh i e r a r c h ys t r u c t u r eo f t h ea c c e s s o r i e sa n dp a r t s w h i c ha r em a d eu po ft h ep r o d u c t ，a n dp r o d u c tc o n f i g u r a t i o ni sap r o c e s sw h i c h m a k et h ep r o d u c t r e a l i t ya c c o r d i n gt or e s t r i c t i o nr e l a t i o n s h i pa r a n n gt h ea c c e s s o r y , a c c e s s o r ys e ta n dp a r t ，p a r ts e t d e f i n e di na d v a n c e t h j s p r o c e s s c a l lb ed o n ea u t o m a t i c a l l yo rs e m i - a u t o m a t i c a l l yo ri n t e r a c t i v e l y w i t ht h et e c h n i q u eo fa r t i f i c i a li n t e l l i g e n c es u c ha ss p e c i a lp r o g r a m c o n f i g u r a t u r , e x p e r t s y s t e m ，a r eu s e dt oa s s i s tp r o d u c ts t r u c t u r ea n dc o n f i g u r a t i o n ，i td e v e l o p e dr a p i d l y a tt h es a m e t i m e ，t h er e s e a r c hr a n g eo fc o n f i g u r a t i o ni s n o tl i m i t e di np r o d u c tc o n f i g u r a t i o n ，i to p e n su p w i d e l y , s u c ha st h er e s e a r c hi nf i e l do f m e d i c a lt r e a t m e n t ，c o m m e r c e ，n e w sp u b l i s h m e n ta r ea l s o d e v e l o p i n gs t e pb ys t e p w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ep r o d u c tc o n f i g u r a t i o n ，c o m m e r c i a lc o n f i g u r a t o r sa p p e a r , s u c h a ss a pp l m m a t r i x o n e m a n ym a n u f a c t u r e i n d u s t r y a n dp r o d u c td e a l e ru s et h e p r o d u c t c o n f i g u r a t i o nt e c h n i q u e t o p r o v i d e c u s t o m i z a t i o ns e r v i c ea n d p r o d u c t a n d s o m ee n t e r p r i s e c o m m e r c i a l a p p l i c a t i o ns y s t e mp r o v i d e t h e p r o d u c tc o n f i g u r a t o r i nw e bw i t ht h eb 2 b ，b 2 c c o m m e r c i a lm o d ea n dt o p r o v i d et h ep r o d u c ta n ds e r v i c ee a s i l y ，c o n v e n i e n t l y a n dq u i c k l y e s p e c i a l l yi nt h i ss e r v e r a ly e a r sw i t ht h ei n t e m e td e v e l o p m e n t ，i tb e c o m e s m o r ea n dm o r ew i d e l y w i t ht h ed e v e l o p m e n to fo t h e re n t e r p r i s ei n f o r m a t i o ns 3 f s t e ms u c ha se r p ( e n t e r p r i s e r e s o u r c ep l a n ) ，p d m ( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ) ，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 tb e c o m e s m o r ea n dm o r e i n t e g r a t i v e w i t ht h o s e s y s t e m t h ei n t e g r a t i v ec o n f i g u r a t o r h a sm o r e c o m p r e h e n s i v ef u n c t i o n s i tw i l lo p t i m i z ec o n f i g u r a t i o nr e s u l ts t r e n g t h e na b i l i t yt ot r a c et h er e s u l t ， l e s s e nt h ed a t ae x c e s s ，l e s s e nt h en o i s eo ft h ec o m m u n i c a t i o na n di m p r o v et h e q u a l i t y a n d e f f i c i e n c yo f d e s i g n f u r t h e r m o r e ，m a n u f a c t u r i n gw o r eg r e a t l ya t t e n d i n g t oan e w p r o d u c em o d e ：m a s s c u s t o m i - z a t i o ni nr e c e n ty e a r m a s sc u s t o m i z t i o nm o d ei n t e n d st oc o m b i n et h em a s sp r o d u c t i o nm o d ea n d c u s t o m i z a t i o nm o d ei no r d e rt om a k em a s s l yp r o d u c i n gt h ec u s t o m i z a t i o np r o d u c tc o m et r u e t h i sm o d en e e d st h es u p p o r to fp r o d u c tc o n g u r a t i o nt e c h n i q u ew h i c hc o u l da s s u i et h er a p i d p r o d u c t i o n o ft h e r e q u i r e dp r o d u c ta c c o r d i n gt oc u s o m i z a t i o n s os o m ee v e nc a l l i tm a s s c u s t o m i z a t i o ne n a b l e t k e y w 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 n ，v e r s i o nm a n a g e m e n t ，r u l e b a s e d s y s t e m ，c o n f i g u r a t i o np r o b l e ms o l v i n g 。p r o d u c td a t am a n a g e m e n t 塑望查兰堡! ：兰垡笙兰 1 1 引言 第一章绪论 产品结构和产品配置( p r o d u c t s t r u c t u r e a n d c o n f i g u r a t i o n m a n a g e m e n t ) 是产品数据组 织与管理的一种形式。产品结构是描述组成一个产品的零件、零件集、部件、部件集以及相 互关系的层次结构模型，而产品配置则是根据一个预定义的产品结构并由此组成现实产品的 过程。产品结构模型是一个相对静态的模型，而产品配置则是一个由多方面用户参与的、动 态的、包含决策的过程模型。 配置问题的研究经过不断的整理，交流和研究，使得产品配鬣的研究同时向广度和深 度两个方向发展。广度主要是表现在配置的研究范围的扩展，很多研究已经很大的扩展了产 品的范畴，如果说原来产品主要是指硬系统的话，现在则将一些较软的系统也看作产品，如 在医疗、商务、新闻出版等领域存在的问题，所以在这些领域也出现了产品配置器的研究 4 1 1 5 1 “。在深度上的扩展，主要随着计算机信息技术发展，尤其是2 0 世纪8 0 年代以来，随 着人i ：智能技术例如专家系统、知识管理、问题求解等方法的应用在对产品数据进行结构和 配置管理上，使得该技术得到了很大的发展。同时，针对产品配置问题的研究，也出现了各 种研讨会。 随着研究地发展，产品配置器发展出了众多的产品，比如d e c 公司用于计算机产品 配置的配置器r 1 x s e l l l j f 2 1 ，w e s t i n g h o u s e 电梯公司配置电梯产品的v t 工具【3 】等等。同时还 出现了商用配置器。s a p p l “”， 翻印k o n e 【。1 等就是被相继推出的商业化的产品，配置器的 商业化，表明了配置器的研究已经成熟到相当的程度。在i n t e r n e t 飞跃发展的今天，产品制 造商羽l 产品供府商提供网上产品配置f ：具来满足客户需求的多样化和提供客户个性化服务 雨i 产品的同时，这些配置工具通常集成在b 2 b 、b 2 c 的商务运营模式中，自然、简单、方 便、快捷地向客户提供产品和服务吼 其它的企业信息系统如e r p 和p d m 等发展以及产品配置本身发展的需求，使得产晶 配置器越来越向集成化的方向发展。集成的产品配置器拥有了更为全面的功能，更为优化的 配置结果t 更为强大的配置结果跟踪能力，减少了数据亢余，减少了通讯的嵘音，提高设计 质量和效率。 另外，近年米制造业广泛关注的一种新型的生产模式一大规模定s u ( m a s sc u s t o i z 口 浙江人学烦l 学位论文 r i o h ) ，其本意试图把人规模生产和定制揉合在一起，实现是个性化地定制产品和服务的大规 模生产 l o l 。但这一生成模式需要产品配置技术来支撑，以确保根据个性化要求能快速地实 现最终符合要求的产品，在5 “1 中甚至称产品配置为大规模定制的使能器。本文在研究配置 理论的基础上，着重关注在大规模定制模式下，产品配置管理的实现。 1 2 产品配置的简述 1 2 1 产品配置的概念 产品配置的定义有多种形式，可以直接结合企业的情况给出一种简单的定义。在企业中， 使用形式单一的材料明细表和简单的版本管理已经不能完全满足企业复杂产品信息管理的 要求，b o m 作为企业进行设计、生产、管理的核心，不同的部门要求有所不同。比如在生 产部门中，他们只需要知道需要自已生产的零部件的制造b o m 表；对于采购部门需要包括 原材料及标准件、外购件信息的采购b o m 表：财务部门更关心的是反映零部件成本核算情 况的财务b o m 表；设计部门作为提供b o m 表的部门应提供涵盖以上各方面信息的、最为 全面的设计b o m 表。设计b o m 表信息与其他b o m 袭信息的关系相当于集合概念中的全 集与子集的关系。另外针对产品设计中的同一产品的不同批次及同一批次中的不同阶段( 如 设计、制造与组装等) ，需要有不同的b o m 描述。为了满足上述的要求，须将产品结构中 的零部件按照一定的条件进行重新编排，得到该条件下特定的产品结构，称为配置，其中的 条件是配置条件。用各种不同的配置条件形成产品结构的不同配置，称为产品结构的配置管 理。 上面是对产品配置管理的一个简单而形象的定义，在研究领域仅靠这样的定义是不够 的。由于研究领域的侧重点不同，很多研究者给出了不同的定义： 比如m i t t a l 和f r a y m a n 在他们的文章( 1 2 1 中，面向c o n f i g u r e - f o r - o r d e rf 历力启瞒：移解 管j 给山了一种描述性定义，根据定购的特性，他们把产品配置任务描述为一个输入输出 系统，其输入为： ( 1 ) 一个闱定的、预定义的构件集合，每个构件由一个属性集、该部件与其它部件进行 联结的端e l ( p o r t ) 集、端口上的约束集及其它结构约束集来描述。 ( 2 ) 配置的需求定义集。 ( 3 ) 一些进行优化选择的规则集。 6 塑坚! ；兰堡主兰垡堡兰 一 产品配置任务的输出为： ( 1 ) 一个或多个配置结果，其中每个配置结果由一个构件集合及该集合中元素的相互连 接关系描述组成。 f 2 ) 配置结聚满足需求定义。 ( 3 ) 配置结果满足优化选择的规则。 该定义还指出了一个配置设计活动的三个重要方面： ( 1 ) 配置过程中不能够生成新的组件。 ( 2 ) 组件间的连接关系都是固定的、预知的。 ( 3 ) 配置结果不但包含组件集，而且还包括组件之间的关系描述。 该定义把产品配置任务描述成为构件集根据构件端口集在优化的规则下，满足需求定 义的一个过程。然而这个定义是有局限性定义中的端口、连接等概念实际上是衍生丁- 个人 计算机的e h l t ：关系，但是产品零部件之间的组合方式未必是通过端口进行的连接。同样上述 定义柔性不足，比如在定义中要求配置过程不能够生成新的组件，在后面文中也会捉到，产 品配置中的产品和零部件与它们的实际存在与否是没有直接关联的，在产品配置器中的完全 可以是原来所有没有产品，这其实也是一个产品创新的过程哪”1 。同样，组件间的连接关 系是固定和预知的也不利于商业配置器的发展，组件之间的连接关系应该是可定义的。 对产品配置的定义还有很多，如b r o w n 在吲中任务分解的角度来表述产品配置；s t e 徘 在中把配置定义为一项问题求解活动：s t u m p t n e r 和m a i l h a r r o 【1 5 1 【1 6 1 等则把产品配置描述 为一个c s p ( c o n s t r a i n ts a t i s f i c a t i o np r o b l e m ) 问题的变形，并进行求解。m a r c u s 【3 1 则把产 品配置问题看成一个规划问题，并通过规划的生成和执行来求解配置问题。这些定义都是从 不同的侧面定义，而且它们都有一个倾向就是主要为销售s a l e s 服务，把产品配置看作是 扩展销售能力的技术使能器和【具【”i 。 受b 镪也奄一些起义是面氪工程的，即c o 硝g u r e 咖r - e h g i n e e r n g 葱商溺犟豹配i 毒。 f e l f e m i g 等在中认为产品配置是一个知识获取和配置相互交织的过程，其中不但有新的变 形产生，而且还要对配置模型进行修改和扩充。t i i h o n e n t l 3 1 在其定义中认为，对丁部仆集 应该考虑到变量设计、参数化部件等因素，以使得配置过程和结果具有更人的伸缩性。 以上的这些定义，实际上是从系统实现的角度来定义产品配置，其本身就是对相关系 统的再己置问题的一种抽象。综合来说，本文倾向于t o i v o n e n 的定义口“。 定义1 1 ： 声品配置是以照置模型和需拣搓型为输入，以最终产品的怒置结果为输出的一 类垃计活动。其中，a 置携型描述可能出现在配置结果中的组件及其相互芙系：菇求襟 7 塑望查兰堡主兰堡丝兰 一 型描述配置完毕的最终产品应该满足的特定约束；配霉结果则描述最终产品的组件构成 及相互关系。如果配置结果与需求模型一致，则认为该配置结暴是盒适艘。而使用评价 模型来描述配置结果与需求模型是否一致性满足，如果配置结果是合适的，并且与配置 模型一致，则认为该配嚣绕暴悬正确鲍。 在上述定义中，产品配置被表述为四个模型：配置模型，需求模型，评价模型，配置 结果模型之间的相互关系。配置的目标就是所得即是所需。配置模型为配置过程提供条r f ：， 评价模型是检验配置结果的标准。 1 2 2 进行产品配置的目的 随着多次工业革命带来的制造能力的飞跃发展，客户需求的发展似乎总是赶不上制造 m a s sp r o d u c t i o n u a l i t i t y c o s t u n i tk i n dq u a l b i g f e w c o n f i g u r a t i o np r o d u c t i o n ，、 l l i t i t yc o s t u n i tk i n dq u a l ： m n l l h i g h o n e o f a k i n dp r o d u c t i o n 图1 1 两种往可配置化的趋向 能力的发展。当今社会，对绝大多数商品而言都是买方市场。由于有选择，客户越来越倾向 r 所获得的产品使用价值最大。这就希望所获得的产品尽可能满足自己的需求。由此，各商 家就产生了竞争，如何比其它对手更快速、高效、低成本地生产符合客户需要的产品，甚至 可以说是已经上升到企业能否生存的高度了。这些竞争极大得推动了相关的技术发展，产品 配置器也就是其中之一。产品配置器的发展，主要是圈于这样的个矛盾：生产和需求的矛 盾。在传统的生产中，经济学家认为，产品的生产总是趋向生产出最后一个无需追加新的生 产资料的那个产品。相同的机器、流水线使得单位产品的成本最低。另外一方面，在传统的 生产中，定制产品的生产，无法实现流水线生产，单位产品占用过多的生产资料。因此在相 同的生产资料投入下，大规模生产方式生产大量的品种单一而且便宜的产品，而定制生产则 得到了少量的品种丰富但昂贵的产品。图1 1 即表达了矛盾所在。 在图1 1 中显示了，当大规模生产希望增加产品种类以满足客户的需要的同时，单什 8 浙江入学硕i 学位论交 定制生产也希望增加产量和降低成本，它们都会不约而同的寻求一条新的技术路线即是利用 产品配置技术，设计和生产可配置的产品n ( c o n f i g u r a b l ep r o d u c t ) 。由此，这类可配置产品一 般需要有如下的特点f 1 3 】1 1 9 】： 可配置产品类的每一个展终产品都要满足某个( 类) 特定客户的需要。也就是说， 产品生产是由需求推动的。 可配置产品类是“预先设计”的，预计可以满足一定需求范围的产品，超出此范围 则不在此限。 每一个最终产品都是一系列预定义的部件按照某种规则的组合，新的部件类型不会 出现在最终产品中。 每一可配置产品类都有一个预定义的通用的产品结构。 每一个最终产品的设计采用统一的，与传统设计活动完全不同的方法来实现( 该类 设计也被川称为第三类设计问题) 。 当然，正如权变原理所描述的那样，各种的管理方式总是有其适用的情景。大规模定 制模式绝对不是所有生产问题的最优解。这一点多少可以在图1 1 中得到一些论证。可配置 产品生产的方法其实是一种协调，大规模生产模式向产品配置模式发展，牺牲了生产的数量 和增加了单位产品的成本，而赢得丰富的产品种类；单件定制生产则牺牲产品种类来增加产 量和降低成本。因此在企业普遍追求利润最大化和可持续发展的今天，这几种方式孰优孰劣， 很难有定论。但这毕竟是一种新的生产方式，新的生产方式总是能带动新的经济增长点据 g a r t n e r g r o u p 的估算，1 9 9 5 年与产品配置有关的软件销售额为8 亿美圆，并以每年3 5 的 速度增长口”。所以d a 仃“j 将产品配置称为扩展销售能力和个性化产品的一个技术使能器。 1 2 3 产品配置的主要研究方向以及产品配置系统举例 产品配置是许多领域中广泛存在的问题，目前对产品配置的研究集中在以下几个方面 川础，l f ： ( 1 ) 配置问题的认识和表达 再己管问题作为软系统问题。解决的第步就是认清需要涉及哪些问题，如何对其分类。 接着是配置问题的表达。比如如何表达和获取配置知识，如何管理和有效的利瑚配置知识库 锋。 ( 2 ) 配置问题的建模和求解 9 塑婆查堂堡主兰垡笙兰 配置产品建模，再配置问题，配置优化空间配置问题，布局问题，二维配置问题等 以及高效的配置问题求解方法及推理技术，配置问题求解方法的复杂性、可行性研究t 配置 求解过科的分析和一致性判别，交互式配置，多智能主体的协同配置，配置问题的人机交互 技术等。 ( 3 ) 产品配置器实现 产品配置器包括独立的和集成的两种。独立的产品配置器涉及的问题包括如何利用各 种问题求解方法进行高效率的求解，配置知识的演化和维护，实现配置器的各种软件技术。 集成的产品配置除了以上问题还包括如何与各类应用相结合，如：支持产品配置的产品数据 管理的实现，与其它产品信息系统的高效集成，配置与网络技术的结合，配置在电子商务中 的运用等等。 ( 4 ) 配置管理与其它管理的联系 配置管理不可能与其它管理方式完全割裂而独立存在。其中最为常见的是配置管理与 采购、生产、设计、销售等管理之间的相互关系。具体的说，就是如何面向采购配置，如何 面向生产调度，如何面向工艺，如何在p d m 或者c a x 系统中使用产品配置器，如何面向 销售等等 可以看出由于配置问题的广泛性使得配置技术的研究是一个涉及多学科的，多层次研 究课题。 虽然还有很多问题，很多公司和实验室已经相继推出他们的产品配置系统的实现。下 面就是关于d e c ，w e s t i n g h o u s e 等公司的配置系统简介。 x c o n 是d e c 公司用于大型计算机系统配置的一个工具，实际上包含两个分离的 程序- - x s e l 和) ( c o n 。x s e l 主要用来获取需求信息并映射成相应的部件信息，然后 交给x c o n 进行详细的配置和校验。配置模型知识存储在部件信息库、规则库中，知 识的表示形式采用框架描述和规则相结合的形式。x c o n 采用分级问题求解方法把问 题分为阶段级和子任务级，x c o n 在阶段级的求解通过模仿专家的思路，采用一个同 定的求解顺序进行。在子任务级则采取p r o p o s e - a n d - b a c k t r a c k 问题求解方法。x c o n 的使用暴露了基于规则的知识库难于维护的诟病。 m 1 是一个配置单板机的实验性知识库系统o ”。配置模型知识存储在部件信息库、 规则库中，部件知识按功能层次分类，部件的选择以规则的形式表示，通过关键部件 的方法建立需求定义到部件的映射。问题求解采取类似于p r o d u c t - s t r u c t u r e 的分类推 理及p r o p o s e - a n d b a c k t r a c k 的方法 t 0 浙江大学硕士学位论文 阳州是w e s t i n g h d w p 电梯公司的电梯配置器。实际上也包含两个程序- s a l t ； 1 1v t 。 其知识的表达采崩框架、规则及参数约束网络相结合的形式。问题求解分为两个阶段： 由s a l t 完成的分析及需求定义阶段，由玎完成的配置阶段。在分析及需求定义阶段 s a l t 生成一个部件参数约束网络。在配置阶段，玎根据约束网络，采用 p r o p o s e a n d - r e v i s e 的方法进行求解。 c o s s a c 一”1 是x e r o x 的一个个人计算机配置系统，由于开发出来不久，x e r o x 便停止了个人计算机的生产，所以系统没有经过大规模的测试和使用。c o s s a c k 使 用框架及分类的形式来组织配置知识，并引入p o r t 来描述部件之间的连接关系。 c o s s a c k 通过关键部件的方法建立需求定义到部件的映射。其问题求解方法采用 p o r t - c o n n e c t i o n 和p r o p o s e - a n d - b a c k t r a c k 。 1 3 产品数据管理与产品配置 1 3 1p d m 的概念及功能 客观的说t 同产品配置管理相比，p d m ( p r o d u c t d a t am a n a g e m e n o 作为企业信息集成 的一项关键技术更为广泛的为人们所接受，但和产品配置管理一样，p d m 的定义也是多种 多样。 比如，e d s 公司( 著名p d m 软件i m a n 的提供商) 认为【2 8 】：p d m 是以软件为基础 的技术，它将所有与产品相关的信息和所有与产品相关的过程集成到一起。其中，与产品相 关的信息包括任何属于产品的数据，如c a d c a m c a e 文件、材料清单( b o m ) 、产品配置、 事务文件、产品定单、电子表格、生产成本、供应商状态等等。产品相关的过程包括任何有 关的加i ：j l ：序、加阱自南和有关批准、使用权、安全、工作标准和方法、：【= 作流程、机构关 系等所有过程处理的程序。p d m 使最新的数据能为全部用户，包括从 i 程师、n c 操作人员 剑财会人员和销售人员均能按要求方便地存取。 而c i m d a t a 公司认为p d m 是管理与产品相关的f 述信息及过程的技术【”i ： 与产品相关的所有信息。即描述产品的各种信息，包括零件信息、结构配置、文件、 翻d 档案以及审批信息等； 与产品相关的所有过程。即对这些过程的定义和管理，包括信息的审批和分配。 g a r t n e rg r o u p 公司所理解的p d ，v 2 7 1 是为企业设计和生产构造一个并行开发环境的关 浙江大学硕上学位论文 键使能技术；一个成熟的p d m 系统能够使所有参与创建、交流和维护设计意图的i ：作人员 在整个信息生命周期内自由共享和交换与产品相关的所有数据。 这些定义都从不同侧面对p d m 进行了说明。因此，从广义上，本文趋向于陈刚的定 义为： 2 9 1 定义1 2 ：产品数据管理( p d m ) 是为了实现降低产品成本和改进生产过程这一目标，在 整个产品生命周期内对所有与产品相关的信息进行科学和有效管理的方法的总和。 然而，这个定义过于笼统。现实中存在的p d m 系统不可能实现在整个l i f e c y c l e 中对 所有的信息实现管理。这种不可能有哲理性的也有现实性的。举个简单的例子，现有的p d m 中一股不能也不会包括产品的采购和财务信息。而通常这些信息的管理会被归入e r e ( e n t e r p r i s er e s o u r c ee l a n ) 范畴。现存的p d m 系统多数侧重于产品设计领域，因此在p d m 系统研究中就存在着如何与e r e 连结的闯题。 虽然现在存在各个p d m 系统功能有强有弱，也各有各的侧重点和应用面。但总体上 看，一个p d m 系统中应该包含如下五大功能 2 9 1 1 3 0 1 1 3 1 肼】： ( 1 ) 数据和文档管理 ( 2 ) 过程和工作流管理 ( 3 ) 产品结构与配置管理 ( 4 ) 零部件分类库管理 ( 5 ) 计划顾目管理 1 3 2p d m 中集成的产品配置管理 一直以来，p d m 和产品配置相互独立地发展。p d m 起源于工程( e n g i n p e r ) 设计领 域，设计师们希望有一个整体的观点来观察产品的整个生命周期，从创意到设计，从设计到 制造。从制造到销售，产品信息的产生、维护、共享。而产品配鬣则起源于销售( s a l e s ) ， 使得客户需求和配置结果匹配，实现客户和供应商之问的一个o r d e r - d e l i v e r y 的系统。两者 原先的独立发展，其实相当于企业内市场部和技术部的对立，这两者之间的对立，增加两者 相互通讯的滞延和噪声。为了促进交流和产品研发的即时性促使人们意识到可以把p d m i i 产鼎配置有机地结合。集成产品配置的p d m 有以下优点1 3 3 i ： 保持产品数据的一致性，减少交流的噪声。由于人的特性，人的交流和记忆总是会 有损失的。产品配置模型不是一成不变的，由于产品的升级、更新，新产品的引入往 1 2 浙江大学硕上学位论文 往要修改产品配置模型，而这些信息都是p d ，要维护的，二者的结合可以人大减少 数据同步的i ：作保证配置结果准确无误。另外，把配置信息的维护纳入p d m 的更 改控制、版本管理过程，更增强了配置模型维护的可靠性以及维护i ：作的可追溯性。 配置与设计紧密、高效地集成。当产品配置模型中引入参数化部件( p a r a m e t r i c p a r t ) 、个性化部件( c u s t o m i z i a b l ep a r t ) 1 1 3 1 ”i ，对配置结果进行再设计是必须的，通 过p d m 提供的过程管理、c a x 接口，使得产品配置器与c a x 系统紧密集成，提高配 置和设计工作的效率。 优化配置结果。配置结果的优化往往涉及很多全局性的准则，如价格、库存、交付 期等，这些在单独的配置器中是难于实现的，而通过p d m 提供的丰富的产品信息， 则可以比较容易的实现这些优化目标。 正确跟踪配置结果，提高产品服务效率。单独的配置器，每一配置结果都对应丁i 一 个客户定单，当配置模型发生变化时这些配置结果变得不可维护和追溯。当这些定 单产品要进行维修、升级等服务时，这种再配置( r e c o n f i g u a r i o n ) 往往难于进行。 而通过p d m 来跟踪配置模型的版本则可以克服这一缺点。 减小数据冗余。配置模型中的产品知识实际上是一种“智能”知识，它不是僵硬的 刻画产品，而是智能化地组织产品知识。一个产品配置模型可以衍生出许多具体的产 品，这种产品数据的组织方法对于减小p d m 产品数据冗余，提高数据组织、维护效 率具有很重要的指导作用。 提高设计质量和效率。产品配置所倡导的产品设计目标是设计可配置的 ( c o n f i g u r a b l e ) 产品 3 6 1 ，这对于提高设计工作的可重用性是极重要的。 减少攻计的盲目性。设计往往由于和实际客户不直接接触，从而使得设计存在一定 的盲目性。两者的集成，减少了这种盲目性。 与其它信息系统的接口。通过p d m 与其它企业信息系统如m r p 、m e s 等集成的 数据网关，可以实现配置器与这些系统的集成，实现产品信息一体化。 从系统的角度来说，这两个系统功能集成，使得这两个系统之间原本无序的关联变成 有序，形成一个新的系统，实现了熵减，增强了系统的结构性。 现在产品配置已经成为了p d m 系统的基本功能，目前的很多商用的p d m 软件已经在 实现了产品配置的功能： s a p 的尸m ( p r o d u c tt i r e c y c l e m a n a g e m e n t ) 采用一种叫p i e s ( p r o d u c tv a r i a n t s t r u c t u r e ) 的结构来组织产品结构，通过这种结构，可以经转换而生成传统的产品结 1 3 塑坚查堂堡主堂壁丝兰 构树、b o m。这种结构通过功能结点来表达产品，通过功能映射关系对应到相关的 零部件。据称，这种方法特别适合于表达具有多种变形的产品。”1 p t c 的w i n d c h i l lp c & p c m ( p r o d u c tc o n f i g u r a t o r p r o d u c tc o n f i g u r a t o r m o d e l p ，) 在产品开发时通过通用的产品可变结构和参数化部件的形式来表达产品可能 的变形，通过定单的要求来实例化产品参数，形成客户需要的产品。这种方法避免了 大量部件的预定义工作。p | p c 还提供了个人配置代理生成接口、定单状态跟踪、同步 产品数据与配置信息等功能。1 3 7 1 m a t r i x o n e 的c o n f i g u r a t o rc e n t r a l 通过g b o m ( g e n e r i cb i l l - o f - m a t e r i a l ) 来表达一 组类似的产品，根据具体产品的功能定义与g b o m 中相关条目的映射关系，形成满足 某个定单要求的产品b o m g b o m 提供了定义零件间相关规则的定义工具用以建立 基于，的配置知识库，采用交互式、批模式等方法来配置客户定单。【8 】 1 4 大规模定制模式下的产品配置管理 1 4 1 生产模式的演变 在社会的发展过程中，竞争是一项不可违背的自然规律。在制造行业也是如此，由于竞 争，企业总是希望使用适合环境的、与对手相比有优势的生产方式。追求新的生产模式，也 是对新的生产方式追求中的一种 定制模式是一种出现最早的生产模式。包括手工业者在内的几乎所有的生产者都会采用 这种模式。这种模式的核心是在生产者现有的生产技术和工艺无法实现客户所提出的需要的 时候，生产者为客户设计，定制出客户需要的产品。 新的生产设备和生产管理技术的发展使得大规模生产模式成为可能。在定制的模式下， 每件产品的生产都有专门的构成方式、专门的工艺，使得产品的单位成本很高。机器化大生 产使得复制生产同样的产品的遽度大大提高，从而大大的降低了单位产品的生产周期和生产 成本。 大规模生产的结果使得了大量单一化的产品出现，使得这些产品并不能充分的满足客户 多种多样的需求，客户甚至希望溢价购买定制的产品。由此，种新的生产模式大规模 定制模式就随之出现了。这种模式希望糅台大规模生产和定制两者的优点，为客户提供大量 的低成本的定制产品。这两种方式的糅合，关键技术要点在于如何将定制的需求敏捷地转换 1 4 塑垩查兰堡主兰堡堡兰 成为生产信息，并指导生产。 当然人规模定制不会是产品生产模式演化的终点。犬规模定制仍然有其不足。比如可能 会有新的生产模式，需要预知客户的需求，生产出客户在不久以后将会接受的产品。但不管 如何，敏捷地连接需求和制造一定是其中一项支撑技术。 1 4 2 大规模定制模式概述 当今多变的市场环境下，各个企业为了取得成功作出了很多改变，其中最困难、风险最 人的、也是最重要的改变是将注意力集中在客户身上。苛刻的市场环境要求企业理解并满足 单个客户不断增长的多样化愿望和需求，同时保证产品的低成本。产品开发团队中经理、主 管和工程师的重要作用就是利用新的技术、新的制造能力和新的管理方法，有效地为每一个 客户提供个别的服务。 不管你是否愿意，客户( 消费者或者经营者) 越来越要求得到他们真正需要的东两，同 时，工业的全球化所造成的不断加剧的竞争又导致了产品成本的持续的下降。过去，企业通 常要么追求低成本，要么追求品种多样化，但如今企业经营者则越来越明确地认识到，必须 采取能够同时实现效益和定制的企业策略。为了不再大规模地生产标准化产品( 和服务) 或 者高成本地生产多品种的产品，企业发现，可以通过综合两者优点的大规模定制生产的方法， 同时达到产品的低成本和品种多样化的目的。这是因为随着市场分化程度增加，大规模生产 模式有效预测客户需求的能力降低，使得大规模定制模式的生产成本与大规模生产模式几乎 相等，甚至更低：与此同时，由于定制的产品比标准化产品的使用价值更高。它们更能符合 个体地需求，客户通常愿意为此付出更大的代价( 一般为1 0 - - 1 5 ) ，同时定制产品还能有 效地减少库存。 简单地说，大规模定s t ( m a s sc u s t o m i z a t i o n ) 模式是指对定制的产品和服务进行人规模生 产其核心是通过灵活性和快速响应来获得低成本、高质量、定制化的产品和服务”1 i 。 火规模定制无疑是企业生产模式的一个重要发展方向。据美国乔治华盛顿大学新兴技 术预测委员会预测，到2 0 1 1 年，汽车、电器等3 0 以上的产品将广泛实现大批量定制生产。 实际上，许多国内外企业已经开始实践这种生产模式，出现了如摩托罗拉( m o t o r o l a ) 、松 r 白行车公司( n b i c ) 、李维斯( l e v i & s t r a u s s ) 、戴尔公司( d e l l ) 、惠普公司( h p ) 等比 较成功的实施案例哪1 1 5 ”。国内也已有企业开始进行大规模定制的实践，如海尔公司允许 _ 【f j 户通过i n t e r n e t 进行网上冰箱配置选择。 塑婆查兰堡主兰篁堡苎 一一 1 4 3 产品配置在大规模定制模式下的作用 根据1 22 节我们可以认为产品配置技术是在生产要向大规模定制方向发展的动力下催 生的。同样产品配置技术的特点显示了它是这种新的生产模式的一项使能技术，其主要的功 能如f ： ( 1 ) 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样建材来搭建形态万 千的产品一样，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，同时可以提高零部件的生产和 供应能力。 ( 2 ) 加强与客户的联系，使客户能在产品配置器的指导下定制所需要的产品。配置器提 供多种需求模式的表达方式，让客户来表达其所需要的产品的t 同时，产品配置器提高 对客户需求的反馈效率，对于某些需求，可以近乎实时地提供完成该需求的时间。生产 设计部门也在此基础上把握关键部件或生产工艺。 为现有库存产品，马上可以提交 库存中没有，但组成产品的零部件存 在、生产工艺现成，可以确切计算完 成时间 需要设计或采购部分零部件或者修改 生产工艺，可以估算产品完成时间 图1 2 获得需求完成时间的过程 ( 3 ) 使用多视图协同多专业的工作。与产品相关的各个专业都可以在产品结构树上建立 其对应产品的视图。通过视图间的联系，维护产品的信息在各个专业间的交互，使得原 来在业务上串行的专业可以在近乎并行的情况在协同工作。 ( 4 ) 有助于提高产品创新能力和实现能力。产品创新是企业的一项重要职能。产品配置 的使h j ，可以帮助企业在产品结构的层次上进行创新。 1 5 本文研究内容 本文是对我们承担的航天部科研项目a v i d m 及几个厂校合作项目z d - p d m ,