（机械电子工程专业论文）面向大规模定制汽车产品配置器的研究.pdf

r c l a s s i f i e di n d e x ：t p 3 9 1 7 d i s s e r t a t i o nf o rt h em a s t e rd e g r e ei ne n g i n e e r i n g s t u d yo n a u t o m o b i l ep r o d u c t c o n 6 9 u r a t i o ns y s t e mf o rm a s s c a n d i d a t e ： c u s t o m i z a t i o n s u p e r v i s o r ： a c a d e m i cd e g r e e a p p l i e d f o r ： s p e c i a l t y ： d a t eo fo r a le x a m i n a t i o n ： u n i v e r s i t y ： h uc h u n y i n g p r o f s u ix i u l i n m a s t e ro fe n g i n e e r i n g m e c h a n i c a l e l e c t r o n i c e n g i n e e r i n g m a r c h ，2 0 0 7 h a r b i nu n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n d t e c h n o l o g y 哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明 k间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除己注明部分外不 l 广一、阜含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。 作者签名：户香影 日期：盘0 0 7 年弓月怍日 哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书 面向大规模定制汽车产品配置器的研究系本人在哈尔滨理工大学攻 读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归哈 尔滨理工大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完 全了解哈尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向 有关部门提交论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理 工大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部 或部分内容。 本学位论文属于 保密囝，在3 年解密后适用授权书。 不保密口。 ( 请在以上相应方框内打) 作者签名：户蓍景乡 翩签名：7 胥分歹砻 i q 。 同期：2 d 口7 年3 月j 午同 日期：瑚口7 年3 月件日 哈尔滨理工大学工学硕l ：学位论文 面向大规模定制汽车产品配置器的研究 摘要 随着经济全球化和制造信息化的发展，企业要以低成本、高质量的产品 满足不同用户的需求，大规模定锘l j ( m c ) 已成为现代企业生产模式发展的主 要趋势之一，产品配置是大规模定制的重要组成部分，作为它的核心支撑技 术，得到了迅速发展。汽车产品以其自身的特点，亟需将产品配置技术引入 其设计中，开发出适合汽车行业的产品配置器。为了实现这个目的，本文围 绕产品配置设计的关键技术展开研究，重点讨论了配置规则、汽车产品模块 划分、配置建模和汽车产品配置器的开发四方面内容。 在分析产品配置原理的基础上，提出了大规模定制模式下产品配置规则 和模块化设计，建立了面向大规模定制的产品配置设计流程。 以模块化设计准则为基础，提出了模块划分方法，并以汽车产品为实 例，完成对产品模块的有效划分，为产品配置工作奠定了基础。 从企业的现状和存在的问题出发，对现有产品配置模型进行分析，将类 和特征的思想引入产品配置中，提出了建模过程和产品配置元模型，结合汽 车产品的特点，建立了汽车产品配置模型来满足配置设计的要求和订单实现 过程。 利用产品数据管理技术构建产品配置系统，既可以加强企业与客户之间 的联系，又能有效的管理配置过程中的产品数据。针对汽车产品开发了 s m a r t e a m 环境下的产品配置器，为企业实现大规模定制提供了基础和依 据。 论文的主要创新点在于结合汽车行业的实际情况，建立了基于类和特征 的产品配置模型，并应用v b 语言和s m a r t e a m 软件开发出产品配置器，使 用户按照自己的要求配置所需的产品，提高企业的生产效率；提出的基于 p d m 的产品配置系统，实现了定制系统与产品数据管理系统的数据库集 成，充分利用新型的产品数据管理技术，解决了由于产品数据冗繁给设计人 员及客户带来的麻烦，降低了企业的成本。 关键词大规模定制；产品配置；模块化；产品数据管理 哈尔滨理工大学工学硕上学位论文 s t u d yo n a u t o m o b i l ep r o d u c tc o n f i g u r a t i o n s y s t e mf o rm a s sc u s t o m i z a t i o n a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m yg l o b a l i z a t i o n a n dm a n u f a c t u r e i n f o r m a t i o n ，t h ec o r p o r a t i o ns h o u l ds a t i s f yd i f f e r e n tc u s t o m e r sw i t ht h ep r o d u c t o fl o wc o s ta n dh i g hq u a l i t y m a s sc u s t o m i z a t i o nh a sb e c o m et h e m a i n p r o d u c t i o nm o d en o w , a n dp r o d u c tc o n f i g u r a t i o no b t a i n sq u i c kd e v e l o p m e n ta s t h ei m p o r t a n ts u p p o r tt e c h n o l o g y t h ef i e l do fa u t oh a si t sc h a r a c t e r i s t i c ，a n d n e e d sc o n f i g u r a t i o nt e c h n o l o g yu r g e n t l gs ot h ep r o d u c tc o n f i g u r a t i o ns y s t e mo f t h ea u t oi sd e s i g n e d t or e a l i z et h ep r o d u c tc o n f i g u r a t i o ns y s t e m ，t h et h e s i s s t u d i e st h ek e yt e c h n i q u eo fp r o d u c tc o n f i g u r a t i o n s p r o d u c tc o n f i g u r a t i o n sr u l e s ， a u t op r o d u c tm o d u l ep l a n ，c o n f i g u r a t i o nm o d e l i n ga n dt h ep r o d u c tc o n f i g u r a t i o n s y s t e mo ft h ea u t oa r e t h ei m p o r t a n tp a r t s t h et h e s i sp u t sf o r w a r dp r o d u c tc o n f i g u r a t i o n sr u l e sa n dd e s i g no fm o d u l e o nt h eb a s i so ft h ea n a l y s i so fp r o d u c tc o n f i g u r a t i o n sp r i n c i p l e a n dt h e np r o d u c t c o n f i g u r ed e s i g nf l o wo fm a s sc u s t o m i z a t i o ni sf o u n d e d p r o d u c tm o d u l ep l a nm e t h o di sp r o v i d e da c c o r d i n gt om o d u l ed e s i g nr u l e s i nt h i st h e s i sa u t op r o d u c tm o d u l ep l a ni sf i n i s h e da n dt h i si sb a s i so fp r o d u c t c o n f i g u r a t i o n t h ep a s tp r o d u c tc o n f i g u r a t i o nm o d u l e sa r ea n a l y z e di nt e r m so fc o r p o r a t i o n c u r r e n ts i t u a t i o n s t h ei d e ao fc l a s sa n df e a t u r ei si n t r o d u c e dt op r o d u c t c o n f i g u r a t i o n a n dm o d e l i n gp r o g r a ma n dp r o d u c tc o n f i g u r a t i o nm o d u l ea r ep u t f o r w a r d a c c o r d i n gt oa u t op r o d u c tf e a t u r e ，a u t op r o d u c tc o n f i g u r a t i o nm o d u l ei s b u i l tt oc o n f i g u r a t i o nd e s i g na n do r d e rf o r m t h i st h e s i sf o u n d sp r o d u c tc o n f i g u r a t i o ns y s t e mb yp d m t h i ss y s t e mc a n s t r e n g t h e nr e l a t i o n so fc o r p o r a t i o na n dc u s t o ma n de f f e c t i v e l ym a n a g ep r o d u c t d a t ao fp r o d u c tc o n f i g u r a t i o np r o g r a m s ot h ep r o d u c tc o n f i g u r a t i o ns y s t e mo f s m a r t e a me n v i r o n m e n ti sd e v e l o p e dt om a s sc u s t o m i z a t i o n 1 1 ili-。卜-_iii-。i 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 t h i st h e s i sp u t sf o r w a r dp r o d u c tc o n f i g u r a t i o nm o d u l eb a s e do nc l a s sa n d f e a t u r ea c c o r d i n gt oa c t u a ls t a t eo fa u t oi n d u s t r y a n dt h e nt h ep r o d u c t c o n f i g u r a t i o ns y s t e mi sd e v e l o pb yv ba n ds m a r t e a m ，i tc a nc o n f i g u r ep r o d u c t s i nt e r m so fc u s t o mn e e d sa n dr a i s ep r o d u c t i v i t y p r o d u c tc o n f i g u r a t i o ns y s t e m b a s e do np d mi n t e g r a t e sc u s t o m i z a t i o ns y s t e ma n dp r o d u c td a t a b a s em a n a g e s y s t e m t h ep r o d u c tc o n f i g u r a t i o ns y s t e mr e d u c e sd e s i g nd i f f i c u l ta n dc u td o w n c o s tb yn e ws t y l ep r o d u c td a t a b a s em a n a g et e c h n i q u e 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 ；m o d u l a r i z a t i o n ： p r o d u c td a t am a n a g e m e n t i i i l l k oioillliililll_=-i-i-i一 哈尔滨理工人学工学硕上学位论文 目录 摘蓦要i a b s t r a c t i i 第1 章绪论1 1 1 课题的研究背景1 1 1 1 大规模定制是企业生产模式发展的必然趋势1 1 1 2 产品配置在大规模中的作用2 1 1 3 汽车产品设计工作的特点及存在问题3 1 2 相关技术研究现状4 1 2 1 产品配置技术研究现状4 1 2 2p d m 技术研究现状6 1 3 产品配置器概述8 1 3 1 产品配置器的分类8 1 3 2 产品配置器的构成9 1 4 课题的研究目的与意义1 0 1 5 课题来源及研究内容1 1 1 5 1 本课题的来源。1 1 1 5 2 课题的主要研究内容1 1 第2 章产品配置的理论和方法研究。1 3 2 1 配置设计的基础1 3 2 1 1 可配置产品。1 3 2 1 2 设计标准化、规范化1 3 2 1 3 设计模块化1 4 2 2 产品配置原理。1 5 2 3 产品配置方法一1 5 2 4 产品配置流程1 7 2 5 产品配置规则概述一1 8 2 5 1 变量配置规则1 8 2 5 2 版本配置规则1 8 2 5 - 3 有效性配置规则：1 9 ，吣 哈尔滨理t 大学t 学硕卜学位论文 2 6 模板配置研究2 0 2 7 样板配置研究2 1 2 8 本章小结2 2 第3 章产品配置器设计中的模块化研究2 3 3 1 模块化在产品配置器中的意义2 3 3 2 模块化概述。2 4 3 2 1 模块化的含义及特点2 4 3 2 2 模块化的基本特征和主要形式2 5 3 3 产品模块化设计方法一2 7 3 3 1 产品模块化设计的总体规划一2 7 3 3 2 产品模块化设计的准则。2 8 3 3 3 产品功能模块划分。2 9 3 4 汽车产品的模块划分3 0 3 4 1 汽车产品模块划分的细则3 0 3 4 2 汽车产品模块划分3 1 3 5 本章小结3 2 第4 章产品配置建模技术研究3 3 4 1 产品配置建模的原则3 3 4 2 产品配置建模的方法3 4 4 3 配置模型的映射过程3 4 4 4 基于类和特征的产品配置建模研究3 6 4 4 1 建模流程3 6 4 4 2 配置元模型3 7 4 5 汽车产品配置建模3 9 4 5 1 汽车特征的分类和关系。3 9 4 5 2 汽车产品配置模型4 0 4 6 本章小结4 1 第5 章s m a r t e a m 环境下汽车产品配置器的开发4 2 5 1s m a r t e a m 概述一4 2 5 1 1s m a r t e a m 模块介绍4 2 5 1 2s m a r t e a m 功能及特征4 3 5 2 汽车行业对产品配置器的需求分析。4 4 5 3 系统开发环境4 5 ， 哈尔滨理工大学t 学硕上学位论文 5 3 1 硬件环境4 5 5 3 2 软件环境：4 5 5 4 汽车产品配置器的设计4 6 5 5 汽车产品配置器的实现。4 7 5 6 汽车产品配置器的运行4 8 5 7 本章小结5 3 结论5 4 参考文献5 5 攻读学位期间发表的学术论文5 9 j i 炙谢6 ( ) 一，k 哈尔滨理工大学工学硕：t ：学位论文 1 1 课题的研究背景 第1 章绪论 1 1 1 大规模定制是企业生产模式发展的必然趋势 2 1 世纪是信息化的时代，随着现代科技的迅猛发展，产品生命周期大大缩 短，如图1 - 1 所示。另外，用户需求又朝着个性化和多样化的方向发展，为了 满足客户需求、赢得竞争时间，使得产品上市快、成本低、质量高，大规模定 制( m a s sc u s t o m i z a t i o n ，m c ) 作为一种全新的适应市场变化的个性化生产方 式应运而生。 行业 化妆品 玩具 机床 食品 药品 口5 0 年前 现在 o 时间年 图1 - 1 产品生命周期变化图 f i g 1 - 1p r o d u c tl i f ec y c l ev a r i e t yc h a r t 大规模定制思想最早由美国著名未来学家阿文托夫勒在1 9 7 0 年出版的 第三次浪潮中提出。1 9 8 7 年，美国著名教授戴维斯在未来完美的振荡 f f h ef u t u r es h o c kp e r f e 一书首次使用“m a s sc u s t o m i z a t i o n ”这个词，1 9 9 3 年，约瑟夫派恩二世在( ( m a s sc u s t o m i z a t i o n ：t h en e wf r o n t i e ri nb u s i n e s s c o m p e t i t i o n ) ) 中给出了m c 的定义：大规模定制生产方式是一种面向客户个性 化和竞争全球化而产生的新型生产方式，通过产品结构和制造过程的重组，运 用现代信息技术、新材料技术和柔性制造技术等一系列高新技术，把产品的定 l r 哈尔滨理工大学t 学硕卜学位论文 制问题全部或部分转化为批量生产，以大规模生产成本和速度，为单个客户和 小批量多品种市场定制任意数量的产品。目前，世界许多国家和地区都开展 了广泛的大批量定制研究工作，例如摩托罗拉( m o t o r o l a ) 、松下自行车公司 ( n b i c ) 、生产牛仔裤的李维斯公司( l e v i & s t r a u s s ) 、定制窗户安德森公司 ( a n d e r s e nc o r p ) 、戴尔公司( d e l l ) 及惠普公司( h p ) 等。国内有关大规模定制生 产模式的研究不多，香港学者j i a oj i a n x i n 认为大规模定制生产可以在概念设计 和初始开发阶段就能有效地实现，提出了一种基于实例的设计方法，将实例类 和产品族结构作为设计过程模型的核心部分乜1 。另外，其他学者还提出一套适 应于中国企业的合理化工程的理论和方法。 专家认为大规模定制的特征是：以客户需求为导向；以现代信息技术和柔 性制造技术为支持；以模块化设计、零部件标准化为基础；以敏捷化为标志； 以竞争、合作的供应链为手段旧1 。大规模定制生产方式主要是将大规模生产的 速度和成本与满足客户的个性化定制需求结合起来，美国生产与库存协会认 为，大规模定制是一种创造性的大量生产，可以使客户在很大的品种选择范围 内选择自己特定需要的产品，而且采用大量生产方式，成本非常低。大规模定 制种种优势表明，它必将成为2 1 世纪制造业的主流生产方式，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，它是企业生产模式发展的必然趋势1 。 1 1 2 产品配置在大规模中的作用 产品配置技术是在大规模定制生产方式发展中产生的，它是一种重要的设 计方法，是在大规模定制设计方法产生的定制资源的基础上，为销售人员定义 客户的个性化需求提供选项，根据客户选定的选项对产品模型进行定型，为客 户展示产品和提供价格。客户如果满意，它生成生产部门使用的产品制造模 型，否则，为设计人员提供设计实例，进行变型设计。因此，产品配置是企业 与潜在的客户之间建立关系的纽带，同时也是一项使能技术。概括来说，它的 作用如下： 1 可以利用产品结构模块化组成产品。在产品结构下使用模块化构件， 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 加强与客户之间的联系，使客户能在产品配置器的指导下定制需要的 产品。客户使用配置器能表达所需要的产品，与此同时，产品配置器也提高了 对客户需求的反馈效率。 j 、 瞻 哈尔滨理工大学工学硕：e 学位论文 3 可以提高产品创新能力和实现能力。产品创新对企业至关重要，产品 配置器的使用，可以帮助企业在产品结构的层次上进行创新。 图1 2 表示了产品配置在大规模定制信息循环中的地位和作用。 i 对现有用户 开发产品 配置器 然h 生产和装配卜一定制零部件 图1 - 2 产品配置在大规模中的作用 f i g 1 - 2f u n c t i o nd i a g r a mo fp r o d u c tc o n f i g u r a t i o ni nm a s sc u s t o m i z a t i o n 1 1 3 汽车产品设计工作的特点及存在问题 汽车产品的设计，除了满足自身的性能要求外，还要满足用户定制的功能 要求，这就形成了其自身特点。汽车产品设计的特点和要求可概括为： 1 汽车产品具有多品种、少批量特点。设计者要了解、掌握国内外汽车 产品的生产情况及有关资料，根据要设计的汽车产品功能和性能指标等要求， 即可在功率匹配、驱动方式、外形尺寸、传动方式以及结构布置特点等方面进 行选优和比较，从而确定选用某种具体的基本型汽车产品作为其改装设计的基 础。 2 汽车设计主要以保证获得优异的、用户提出的功能为主要目标，并同 时考虑汽车基本性能的发挥。在必要时，将适当降低一些汽车底盘的性能指 标，以满足实现某种专用功能的要求。 3 针对汽车服务广、产品品种多及批量少的特点，汽车设计应考虑产品 的系列化，以便根据用户的特殊需要能较方便的做出产品变型。与此同时，对 汽车零部件的设计尽量标准化和通用化，即最大限度地选用标准件，选用定型 产品的通用零部件，最大限度地减少自制件。 4 基于某些汽车小批量生产的特点，汽车设计中，某些自制件的设计， 应遵循单件或小批生产，设计时应更多的考虑通用设备加工的可能性。 5 对汽车工作装置中的某些核心部件和总成，如发动机、油泵、前桥及 哈尔滨理工大学工学硕：b 学位论文 各种阀等，要从专业厂家中选优，因为这些零部件的性能和可靠性直接决定汽 车产品性能的好坏。 6 汽车产品应满足有关车辆交通安全法的规定。 7 某些汽车可能会在很恶劣的环境下工作，其使用条件不易确定，要了 解和掌握国家汽车行业相应的规范和标准，使汽车具有良好的适应性，工作可 靠，且要设计安全性装置。 我国入世对汽车行业有一定影响，对轿车行业影响较大，相对来说，对一 些专用车影响并不大哺1 。由于汽车品种繁多、结构复杂、使用面广、开发期短 等情况，对汽车设计人员有更高的要求，既要求他们具有汽车设计的知识和能 力，又要掌握相应设备的基本知识，此外，汽车设计人员还需要对用户的要 求、市场动向有充分的了解。目前，我国汽车行业的技术力量还比较薄弱，汽 车的开发设计能力和技术水平还不高，大多数工厂的设计工作还处于“经验设 计 阶段。汽车设计技术近几十年来已有了飞跃发展，为了加速汽车产品的设 计水平，我国汽车制造业的当务之急是发展大规模定制模式，取得经济效益。 在技术上还需要走发达国家传统汽车工业走过的老路，建立刚性的生产线，集 中力量生产汽车产品，千方百计扩大规模，以低价优势占领市场。 1 2 相关技术研究现状 1 2 1 产品配置技术研究现状 产品配置是随着产品的系列化和客户化生产而出现的，它以企业零部件库 为底层支持，以系列化产品的相关数据作为管理对象，以产品的物料清单为核 心，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用户或 应用系统提供产品结构的不同视图和描述。对产品配置的研究内容一般包括配 置问题的认识和表达、建模和求解、配置器的实现、配置管理同其他管理的联 系等几方面。由于用户的需求多种多样以及配置约束规则的复杂性，使得产品 配置方案的生成过程非常复杂，对配置设计人员的要求非常高。 近年来出现了很多关于产品配置的方法和理论，产品配置已取得了一定的 成就，具体来说如下： 阴向阳对面向大规模定制的产品配置设计方法以及配置设计中约束的表达 和求解进行了深入的研究，在分析机械产品的特点和约束类型的基础上，利用 变量和特性表结合的方法表达了约束关系m 川。 哈尔滨理工人学工学硕：e 学位论文 高磊对分布式大规模定制环境下产品配置进行研究，建立了以产品模型为 中心，基于知识库和规则库的三层结构配置过程模型，并研究了配置规则及其 算法，提出一种分布式环境下大规模定制的过程模型阻1 。 班啸飞、顾新建等对在线产品配置设计工具进行了深入系统的研究，并提 出一种通用在线产品配置设计工具的结构。对产品配置的研究已经从管理和应 用的角度、约束表达以及产品配置设计工具等各个方面展开了研究。但是，用 户的需求多种多样以及配置约束规则的复杂性，使得约束的表达和处理都非常 复杂，一般都采用专家系统实现，因而产品配置方案的生成成为一个非常复杂 的过程，它对配置设计人员的要求非常高旧引。 周欣研究了大规模定制模式下的产品配置管理，对产品配置过程中由于产 品版本问题产生的再配置问题，以及配置的求解方法进行了说明，并提出一种 定制模式下的产品配置器结构模型1 。 谭建荣研究了大规模定制的特点，提出了产品功能结构单元的概念，给出 了产品配置的信息模型和配置模型求解策略，引入配置设计知识的混合表的方 法以适应不同产品设计类型的要求，实现了大规模定制生产的产品配置设计系 统n 引。 刘晓冰、董建华等在产品族模型的基础上进行产品配置技术研究。引入模 型与配置器分离的思想进而提高配置器的通用性；研究了产品族g b o m 的表达 方法，并根据表达方法采用基于约束和事物特性表的推理方法；采用模糊优选 技术和约束传播算法对零部件进行类的选择引。 钱炜提出了产品配置规则定义和产品编码结合的方法，定义产品结构中的 约束，描述了产品族结构中替换节点中的实例在什么条件下被选择，虚节点在 什么条件下可以被选择，以及什么虚节点需要冲突排斥等1 。 a l e x a n d e rf e l f e m 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 理引。 虽然产品配置研究在配置知识表示和配置问题求解这两个主要方面都取得 了一定的进展，但在以下几个方面还存在明显的不足： 1 真正面对机械产品的配置方法还很少。目前的大多数配置方法并不适 合机械产品层次性和结构性的特点，因此并不能很好地处理复杂机械产品的配 置问题。 哈尔滨理工大学1 = 学硕七学位论文 2 不能很好地支持售后产品的维护和再配置。 3 缺乏对产品配置设计过程管理的研究。产品配置设计过程管理直接关 系到配置的效率和正确性，目前这方面的研究还不是很多。 4 缺乏对已有配置设计产品的有效重用。已有的配置产品是成功的设计 案例，是企业的宝贵财富，如何实现对这些知识的重用，提高配置设计效率是 需要进一步探讨的问题。 5 缺乏对可配置产品的设计方法，以及配置设计与p d m 、产品族等关系的 研究。 1 2 2p d m 技术研究现状 2 0 世纪6 0 、7 0 年代后期，随着c a d 、c a m 、c a p p 在企业中的应用， 产生了p d m 这种新的管理思想和技术，它是以软件技术为基础，以产品为核 心，实现对产品相关的数据、过程、资源一体化集成管理的技术，它的核心思 想是设计数据的有序、设计过程的优化和资源的共享。p d m 采用整体优化的 观念对产品设计数据和设计过程进行描述，既规范产品生命周期管理，又保持 产品数据的一致性和可跟踪性。 近几年来，p d m 技术得到了迅速发展，全球范围内商品化的p d m 系统有 上百种，相关产品的发展大致可分为三代，见表1 - 1 所示。 表1 - 1p d m 产品的发展情况 p d m 主要功能代表产品 第一代由各c a d 企业推出的系统，以配合各 c o p y 公司a u t o m a n a g e r 自c a d 产品的应用。 第二代 提高产品的开放性和集成能力，在以 数据管理和流程管理为中心的基础 s d r c 公司的m e t a p h a 上，与自动化制造系统f i g s 相结合， 实现企业的信息集成和过程集成。 第二代 是一种建立在i n t e r n e t 平台上，基于p 1 陀公司的w i n d c h i u c o r b a 和j a v a 技术的产品，适合在网 络环境f 应用。 p d m 在国外企业发展比较迅速，实施成功的有波音公司、福特公司、库 尔特公司、a b b 高压开关公司等。我国是在2 0 世纪9 0 年代初开始研究与应 哈尔滨理工人学工学硕：t 学位论文 用p d m 的，这方面的研究虽然还处于起步阶段，但也展现了较强的发展趋 势，主要产品有清华同方p d m 、高华p d m 、开目p d m 、南京同创公司开发 的同创p d m 、中科院凯思公司推出的凯思p d m 以及东大阿尔派p d m 等。在 应用方面，p d m 已经引起国内企业的重视，一些竞争激烈的家电企业，如科 龙空调厂、海尔集团、长虹电视机厂、华宝空调厂等都已采用p d m 进行管 理；另外，一些生产复杂产品的企业，如上海飞机制造厂、沈阳飞机设计所、 上海汽轮机厂及航天部二院等都采用了p d m 系统。随着p d m 技术的发展， 其他单位如石化设计院、医药集团、电力系统将逐步应用这项技术。 归纳起来，目前国内外对p d m 的研究主要集中在以下几个方面： 1 面向对象技术的应用及信息模型的标准化面向对象技术在p d m 系统 中的应用增强了系统的开放性，信息模型的标准化给不同系统之间信息交换带 来方便。 2 基于w e b 技术的应用通过w e b 实现异地信息查询、浏览、创建和更 新，w e b 技术在p d m 中的有效运用，支持了全球虚拟企业的信息共享。 3 p d m 与图形核心系统的集成p d m 系统与c a d 应用系统的核心集成 也是p d m 系统研究的一个方向，把实体模型的特征和特征值从实体造型系统中 提取出来，并存储在数据库中，是实现p d m 系统集成实体造型数据的较好途 径。 4 p d m 与e r p 功能的渗透p d m 与e r p 分别服务于工程设计与生产制 造，两者通过集成，互为补充，构成完整的企业信息系统。另外，它们在功能 上相互渗透，彼此集成。 5 过程管理、配置管理与项目管理的增强通过过程管理功能的加强，满 足工程更改、并行化产品设计等过程管理的要求。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。目 前，对p d m 项目管理考虑比较少，许多p d m 系统只能提供工作流程活动的 状态信息。 虽然我国对大规模定制模式下的p d m 技术研究不是很多，但已取得了一 些理论成果。例如在研究面向大规模定制的产品族数据管理方面，将产品族模 型作为大规模定制实施的关键，并提出了面向产品族的数据管理框架。而针对 什么样的p d m 系统才适合面向订单设计的问题，也在其特点的基础上构建了 相应的p d m 系统框架，利用p d m 系统解决了大规模定制模式下产品设计管 理问题。另外，也有的将重点放在p d m 系统产品配置功能上，建立了产品族 的模型对象，通过产品配置来实现产品快速开发引。本文在理论研究的基础 哈尔滨理1 = 大学t 学硕二 = 学位论文 上，将大规模定制模式下p d m 所拥有的产品数据管理与产品族配置方面的优 势结合起来，充分发挥p d m 的作用，并将这些理论建立在配置技术的基础 上，使配置过程能按照规则库中的约束进行，同时，本文应用功能强大的 s m a r t e a m 软件( p d m 产品的一种) ，结合汽车产品的特点，开发出适合汽车 行业的产品配置器。 1 3 产品配置器概述 产品配置器是一种软件工具，用户使用它通过选择零部件的功能或特征， 从产品结构树或功能树的节点中选择满足客户订单要求的模块，并快速地查询 定制产品的报价，从而配置出自己需要的产品，达到定制的目的。产品配置器 包含了企业所有人员的经验和可供选择的功能、规则、约束、资源等知识，是 配置过程得以实现的关键。它的用户可以是客户、销售人员或者是工程人员， 一些先进的产品配置器能显示出实体模型和高级图形，为客户演示预期产品的 实际外观。对于一辆汽车而言，根据所选的颜色和车轮，汽车产品配置器能够 显示出该车的侧面外观，还可以显示该车的方向盘和仪表盘等内部样式。这种 可视化的能力可以帮助客户理解和领会新的观念和方法，有助于尽早地从客户 那里得到反馈信息。虽然产品配置器是基于产品族设计的关键技术，但目前这 种技术还处于发展阶段。有很多公司( 科罗拉多州的a n t a l y so fg o l d e n 公司、 加利福尼亚圣何赛的c a l i c ot e c h n o l o g y 公司等) 提供配置器，但是成熟的商品 化配置系统还较少“引。 1 3 1 产品配置器的分类 常用的产品配置器有三种类型，即：基于特征和选项的产品配置器、基于 规则的产品配置器和基于约束的配置器n 引。 1 基于特征和选项型的产品配置器这种产品配置器简单直观，在进行客 户订单输入时，由系统的用户从每个特征中选择一个选项，就可以获得一个配 置产品。但应用范围受限，只在具有少数离散选项的情况下适用。 2 基于规则的产品配置器这类系统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。尽管基于规则的配置器支持增 加式开发，但是会引起巨大的维护问题。d i g i t a l 公司的r 1 x c o n 系统是第 一个采用基于规则推理的配专家系统。 哈尔滨理工大学t 学硕卜学位论文 3 基于约束的产品配置器基于约束的产品配置器是在设计对象的全生命 周期中，采用完全或部分的约束方法，表达设计对象及其环境的功能性、结构 性、服务性等方面存在的约束，并灵活、方便地操作这些约束。配置设计中， 组件和接口定义为变量，约束条件表示了组件选择和布置的要求。 由于划分的角度不同，按照配置器的复杂程度又可分为以下三个类型： 1 原始配置器这种产品配置器将企业已有服务或产品放入数据库中，让 用户从中选择符合自己喜好的服务或产品。从配置的概念上讲，还不算是真正 的配置器，只能看作是营销手段的改进。 2 中级配置器现在国外配置器用的比较多的就是这种产品配置器，客户 通过产品配置器的界面输入参数，在菜单提供的功能参数中选择需要的功能模 块，客户满意后提交订单，然后立刻配置出产品原型，同时根据客户所选择的 零部件给出相应的报价。但是这种配置器虽然在一定程度上满足了客户的需 求，但仍然受事先定义好的模块的影响，不能真正按照客户的意图和需求来在 全局上配置产品n 引。 3 终极配置器这种类型配置器的特别之处在于，客户不用掌握很多专业 化的知识，只是回答系统提出的问题就可以将自己的真正意图提供给系统。另 外，产品配置器具有严密的内部配置逻辑，每一步骤的选择都要通知和查询与 之相联系的规则，从而提供与该项选择有关的最小的可供选择的产品功能和特 征的集合，提示给用户无效的功能或特征组合。用户将自己的所有选择提交以 后，配置器通过配置逻辑的推理给出产品的结构树和b o m 表，与此同时通过 参数化的c a d 系统给出产品真实三维视图或给客户更加直观详细的资料；配 置器在用户选择各部件时记录下他们的价格，通过内部的计算给出产品的报 价。 目前，我国使用的产品配置器还是存在许多不足：对用户要求严格，必须 具有一定的专业化知识；配置过程还处于初级阶段，不能配置出真正实用直接 驱动产品；产品定价很难令人满意，成为顾客购买产品的阻碍因素。为此，开 发令客户满意的产品配置器已经成为国内外学者的研究热点心0 1 。 1 3 2 产品配置器的构成 产品配置器能为用户提供友好的界面，具有文本提示能力，对于定制产品 还能进行检测，检查所配置的各零部件是否干涉。一些高级产品配置器的三维 视图真实地显示配置的产品，并在配置的过程中自动地计算最终产品的价格。 哈尔滨理工大学工学硕上学位论文 一般情况下，产品配置器大体由以下三部分组成：配置构模器、订单生成器和 产品注册器扭。 1 配置构模器它是给产品制造业的领域专家使用的构模工具，领域专家 根据企业生产产品、零部件、属性及其之间的约束关系建立各种各样的约束方 程，这些方程建立后就确定了一个产品系列模型。通过对这些方程中的参数提 供不同的参数值，就有可能确定一个具体产品及其结构。构模器具有创建广义 产品结构、创建选装参数等功能。 2 订单生成器领域专家创建好领域模型后就能够生成一个用户界面，在 此界面上用户能够看到一个虚拟的产品结构，当用户根据自己的需要与经济条 件选择或给定参数值后，按“确定则系统调用推理求解器来求解构模器中建