（机械制造及其自动化专业论文）ato产品配置设计研究.pdf

摘要 摘要 随着科技进步和经济发展，市场环境发生了巨大变化。为在市场竞争中处于有利地位， 企业需要为客户快速地提供满足个性化需求的产品。配置设计作为一种产品快速设计方法也 日益受到重视。本文结合作者参与的计算机产品集成工程、产品全生命周期管理系统关键技 术研究项目及在研究生阶段从事的产品建模技术方面的学习，对面向a t o 产品的配置设计理 论和系统开发进行了系统研究，并结合某仪表企业的产品进行了实例验证。 第一章阐述了论文的研究背景。对配置设计定义、配置设计理论、配置设计系统及应用 等方面的研究进展进行了回顾和分析，并给出了本文的配置设计定义，同时就本文研究对象 = r o 产品的特点进行了介绍，在此基础上给出了论文的研究内容和组织方式 第二章对a t o 产品的配置设计技术与其他类型产品的配置技术进行了比较探讨了面 向a t o 产品的配置设计理论及关键技术在分析a t o 产品配置设计的基本原理的基础上将 a t o 产品配置设计过程分成3 个阶段同时，依据配置设计过程数据对象不同，将配置数 据分成5 个域，并重点对5 个域的之间映射关系和作用机制进行了研究。通过3 个阶段和5 个域将产品配置数据链进行了详细划分，为准确确定客户需求和构建产品配置模型奠定了基 础 第三章系统地研究了面向a i d 产品的配置模型提出面向a t o 产品配置模型的构成： 产品主模型和配置规则提出以产品结构模型为主，通过虚化产品节点功能模型的方法来构 建产品主模型。论文还对配置知识的表示方式配置规则进行了深入讨论，提出了采用配 置处理中心和配置处理单元的功能模块来处理配置规则。 第四章对a t o 产品的配置求解技术进行了系统研究提出用规则匹配搜索的方法对需 求进行配置求解，并提出了两种规则匹配顺序：基于广度优先的配置规则匹配和基于深度优 先的配置规则匹配，并对这两种搜索方法的流程进行了讨论。 第五章研究了a t o 产品的配置设计系统开发及应用。分析了面向a t o 产品配置设计系 统的功能需求，提出了配置系统的功能模型，并就各个子系统的功能进行了阐述论文还对 产品配置设计系统的结构框架及原型系统的开发实现进行了讨论。并对某激光在线气体分析 系统的配置设计进行了验证性研究 第六章对全文进行了总结，并对后续研究工作进行了展望。 关键字：配置设计，配置模型，产品建模，按订单装配( a t o ) ，配置求解 a b s t r a c t a b s t r a c t w 仇t h ea d v a n c e m e n to ft e c h n o l o g ya n dt h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m y ，g r e a tc h a n g e h a st a k e np l a c ei nm a r k e te n v i r o n m e n t h e n c e ，c o m p a n i e sh a v et os u p p l yv a d a b i l i t yo f p r o d u c t si nas h o r tt i m ef o rc u s t o m e r s n o wc o n f i g u r a t i o nd e s i g na sar a p i dd e s i g n t e c h n o l o g yi sb e i n gs t u d i e dg r e a t l y w i t ht h es u p p o r tf r o mt h ep r o j e c to fc o m p u t e r i n t e g r a t e dp r o d u c t i o ne n g i n e e r i n ga n dt h es t u d yo fp r o d u c tm o d e l i n g ，t h ec o n f i g u r a t i o n d e s i g nt h e o r ya n dt e c h n o l o g yf o ra s s e m b l et oo r d e r ( a t o ) a r ef o c u s e do ni nt h i sp a p e r t h ed e v e l o p m e n to fc o n f i g u r a t i o nd e s i g ns y s t e mi sa l s os t u d ya n dt h e s er e s e a r c h a c h i e v e m e n t sa r ep u ti n t op r a c t i c ei na ni n s t r u m e n te x a m p l e i nt h e1 “c h a p t e r , t h er e s e a r c hb a c k g r o u n do ft h i sd i s s e r t a t i o ni sd e s c r i b e d c o n f i g u r a t i o nd e s i g nd e f i n i t i o n s ，t h e o d e s 。s y s t e m sa n di t sa p p l i c a t i o na r er e v i e w e da n d a n a l y z e d ，a n dt h ec h a r a c t e r so fs t u d ys u b j e c t ，a t op r o d u c t , a r ed i s c u s s e d t h e nt h em a i n c o n t e n ta n ds t r u c t u r eo ft h i sd i s s e r t a t i o na r eg i v e n i nt h e2 n dc h a p t e ec o n f i g u r a t i o nd e s i g nt e c h n o l o g y 西op r o d u c ti sc o m p a r e dw i t h t h a to fo t h e rk i n d s p r o d u c t a n dc o n f i g u r a t i o nd e s i g nt h e o r ya n dk e yt e c h n o l o g i e sa r e s t u d i e d b a s i n go nt h ef u n d a m e n t a lo fp r o d u c tc o n f i g u r a t i o nd e s i g n ，t h ep r o c e s so f c o n f i g u r a t i o n i sd i v i d e di n t o3p h a s e s t h ed a t aa c c o r d i n gt od i f f e r e n to b j e c t si n c o n f i g u r a t i o ni sd i v i d e di n t o 5d o m a i n s ，a n dt h er e l a t i o n sa m o n gt h e s ed o m a i n sa r e a n a l y z e d i nt h e3 “c h a p t e r , c o n f i g u r a t i o nm o d e lf o ra t op r o d u c ti sp r o p o s e d t h em o d e li s c o m p o s e do fp r o d u c tm a i nm o d e l ( p m m ) a n dc o n f i g u r a t i o nr u l e s ( c r ) t h ep m m i s m o d e l e do np r e d u c ts t r u c t u r em o d e l sa n dp r o d u c tf u n c c i o nm o d e l s c r sa l s od i s c u s s e d i nt h ed i s s e r t a t i o n a n dc o n f i g u r a t i o nu n i t sa n dc o n f i g u r a t i o nc e n t e ra r ee s t a b l i s h e dt o d e a fw i t hc r c h a p t e r 4f o c u s e so nt h es t u d yo fc o n f i g u r a t i o np r o b l e ms o l v i n gf o ra t op r o d u c t t h em e t h o do fm a t c h i n gc o n f i g u r a t i o nr u l e si sp r e s e n t e dt os o l v ec o n f i g u r a t i o np r o b l e m a n dt w om a t c h i n gw a y s ，b r e a d t hf i r s ts e a r c ha n dd e p t hf i r s ts e a r c h 。a r ea l s od i s c u s s e d i nt h e5 “c h a p t e r , t h ed e v e l o p m e n ta n di m p l e m e n t a t i o no fc o n f i g u r a t i o nd e s i g n s y s t e mf o ra t op r o d u c ta r ed i s c u s s e d t h er e q u i r e m e n t sf o rc o n f i g u r a t i o nd e s i g n s y s t e ma r ea n a l y z e d ，a n di t sa r c h i t e c t u r ei se s t a b l i s h e d b a s e do nt h i sa r c h i t e c t u r e 。t h e d e v e l o p m e n ta n di m p l e m e n t a t i o no ft h es y s t e ma r ea d d r e s s e d a n dm a i nf u n c t i o n sa r e a l s oi n t r o d u c e d t h epc h a p t e rr e v i e w st h ea c h i e v e m e n t sa n di n n o v a t i o n so ft h i sd i s s e r t a t i o n a n d g i v e sap r o s p e c tf o rf u t u r ew o r k k e yw o r d s ：c o n f i g u r a t i o nd e s i g n ，c o n f i g u r a t i o nm o d e l ，p r o d u c tm o d e l i n g a s s e m b l e t oo r d e r , c o n f i g u r a t i o np r o b l e m s o l v i n g c o n f i g u r a t i o nr u l e n 1 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据 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过的 研究成果，也不包含为获得逝鎏盘堂或其他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谢意。 学位论文作者签名：。、签字日期：z 舢z 年上月j 日 钟当晾 一 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解堑些盘堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权澎鎏盘 望j 以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 撇姗虢铆五咄名：“即乌 签字日6 年p 心日 签字日期：痧旃卵加 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 浙扛大学硕士学位论文：a t o 产品的配置设计研究 第一章绪论 i i 引言 第一章绪论 2 0 世纪5 0 年代以后，机械化、自动化技术的应用，标准化大批量生产方式的急速发展， 使得全球制造业生产能力不断扩大，生产规模和效率迅速提高。进入7 0 年代，工业发达国 家制造业的供给能力已经大于市场需求。世界主要市场开始进入需求导向的时代。消费观念 也出现了结构性变化，消费需求趋向多样化和个性化。 2 0 世纪9 0 年代制造业的跨国活动迅速发展，全球制造能力进一步扩张，出现全球性 生产能力过剩的局面，产能与市场需求的矛盾日益突出。在新产品更新速度加快的同时，市 场饱和周期也在缩短同时，随着运输技术以及信息技术的应用，产品的销售半径不断增大， 制造商必须面对处于不同地域、不同文化和不周环境下的全球用户。 进入2 1 世纪，现代企业面临着原来更为激烈的市场环境，主要表现在产品生命周期缩 短、客户需求多样化和个性化、交货期成为主要的竞争因素等方面【w t ”吲n 蜊。 ( 1 ) 产品开发设计周期过长，交货期难以有效控制 由于产品生命周期的缩短及客户个性化和多样化需求的不断增长，导致多品种小批量在 生产中的比例日益增大。很多时候，厂家需要根据客户的特殊需要组织生产。为了保证生产 快速有效地进行，理论上应该尽可能重用企业已有的资源来完成客户的订单。然而，由于传 统c a x 技术表达的是产品生产活动的最终结果，对隐含在这些结果中的大量设计知识和企 业资源没有进行充分的描述和表达这样，当企业在完成新的订单时，无法充分利用以前的 设计成果，对许多有经验可循的工作也往往需要重新完成，从而导致订单产品的开发设计周 期过长、交货期难以有效控制。企业在激烈的市场竞争中将失去很多订单 ( 2 ) 产品成本过高 国际市场由卖方市场进入买方市场后，市场决定了产品的价格，这时，企业的利润便取 决于产品的成本而由于产品品种多而批量小，无法通过大批量生产的方式降低成本，同时， 为满足客户特殊需求而设计的新零部件，由于企业中没有成熟资源保障它们的顺利生产，难 免在生产过程中出现返工这两个方面的因素造成了制造企业中产品成本过高，严重影响了 企业的经济效益 ( 3 ) 企业缺乏竞争力，市场适应性较差 制造企业在由少品种、大批量生产模式到多品种、中小批量生产模式的转变进程中，由 于机械产品本身固有的特点和机械制造企业长期以来形成的管理模式和生产模式的局限性， 在日益国际化的市场竞争和多样化的客户需求面前，企业无法向市场提供客户满意的产品， 导致企业在国际市场的竞争中缺乏竞争力和灵活性，市场适应性较差 1 浙江大学硕士学位论文：a t o 产品的配置设计研究第一章绪论 如何在全球化市场中以低成本高质量的产品快速满足客户需求成了企业目前面l 临的最 大挑战。为了应对这种挑战，现代企业正不断进行调整，开始将快速满足客户需求作为重要 的市场策略，并积极采用各种手段来响应快速变化的市场。它们采用最新的技术，在供应链 管理、现代生产管理、数字化产品设计技术以及产品销售系统等方面进行提高，来达到降低 成本和缩短交货期的目的同时，产品的开发设计工作作为降低产品总成本、缩短交货期的 重要环节日益受到重视。配置设计作为一种快速满足客户需求的产品设计方法得到了前所未 有的重视，开始在企业界得到具体的发展应用。在此背景下，本文对研究面向a t o 类产品 的配置设计技术展开了研究。 1 2 配置设计研究现状 1 2 1 配置设计定义即m 2 0 0 1 目前，配置设计( c o n f i g u r a t i o nd e s i g n ，c d ) 的定义有多种形式，业界尚未在配置的 定义上达成统一的认识 最早的产品配置设计思想是由f r e e m a n 和n e w e l l 在1 9 7 1 年提出的陋“”f r e e m a n 和n e w e l l 首先利用功能推理的方法来细化设计，认为设计应分为两个主要问题，即识别问 题和选择问题识别是指利用组件的结构和行为知识说明要设计对象的功能，选择是挑选那 些可以组合在一起并能实现所希望功能的组件这些实际上已经具有了一些产品配置的思 想 1 9 8 9 年m i t t a l 和f r a y m a n 则认为配置设计是遵循特定约束，满足一定功能，通过选择 一组预定义集合中组件装配的设计形式件“1 9 8 9 1 e m i t t a l 的定义是从c o n f i g u r e - f o r - o r d e r 的观 点来看待问题的，这个定义存在一定的局限性。因为他从事的是个人计算机配置项目研究， 因此该定义很难描述机械部件之间复杂的联接关系按照他们的观点，配置过程不能够产生 新的组件，同时配置过程缺乏柔性，只有通过预定义选择获取 为了避免这些问题，1 9 9 8 年b r o w n 则从组成配置任务的逻辑构成入手，进行产品配置 的定义，并对配置的层次问题做了一定的说明，他的定义为 a r o ”s l ； c o n f i g u r i n g = s e l e c 打n g + a s s o c i a t i n g + e v a l u a t i n g 其中： s e l e c t i n g 表示选择组件 a s s o c i a t i n g 表示建立组件之间的关系 e v a l u a t i n g 表示对配置过程中的兼容性测试和对需求的满足性测试 对产品配置的定义还有很多，它们都从不同的方面反映了配置设计的本质，但大体上可 以分成两类：c o n f i g u r e - f o r - o r d e r 和c o n f i g u r e - f o r - e n g i n e e r i n g c o n f i g u r e - f o r - o r d e r 主要的研究有：1 9 8 8 年m a r c m 将配置定义成一个规划问题，他认 2 浙江大学硕士学位论文ta t o 产品的配置设计研究第一章绪论 为通过规划的生成和执行可以来求解配置问题呐“1 州；而1 9 9 5 年s t e f i k 将配置定义成为 一项闯题求解活动 s “t i “”i ；1 9 9 8 年s t u m p m e r 等将产品配置定义成一个c s p 问题，通过 c s p 的变型，对其进行求解t s m m “j e r1 螂j 。这些定义都从c o n f i g u r e r - o r d e r 的角度将产品配 置过程理解成根据客户需要进行求解，通过选择现有产品组件来获取所需产品的活动从配 置问题的求解出发，有专家认为产品配置可以定义成动态约束满足问题 s o , m e , 1 9 9 9 ，而另外 有专家认为产品配置则可以定义成一种资源的平衡问题m ”。“9 9 ” 而c o n f i g u r e 面p e n g i n e e r i n g 的定义从另外一个角度来阐述产品配置的。f e l d k a m p 等认 为产品配置是一个知识获取和配置相互交织的过程，不但有新的变型，而且需要对配置模型 进行修改和扩充”眦“”9 8 】；t i i h o n e n 则认为目前对配置的组织和执行过程研究的较少，已 经存在的定义只覆盖了配置的一些方面，但还是忽略了一些，例如配置设计中参数化零件的 设计、变量设计等因素，使得配置过程更具柔性和伸缩性 t i t h o o e o ”6 1 。总体而言， c o n f i g e - f o r - e n g i n e e r i n g 认为配置设计更具柔性，可进行修改和变型 除了上面两大类还有b r o w n 的c o n f i g u r e - f o r o p r o e e s s 等来定义产品配置，上述的这些定 义都从系统实现的角度来定义，本身都一定程度地反映了配置知识的表达和推理方式，因而 它们之间并不存在孰优孰劣的问题。 本文从产品设计方法学入手，认为配置设计是以客户需求为输入，通过实例化产品配置 模型，最终获得所需产品的一种产品快速设计活动。本文中产品配置有三个特点： ( 1 ) 产品配置模型由固定的组件集合装配而成，且产品配置模型需要完备定义 ( 2 ) 组件以交互方式进行预先定义，结果不产生新的组件。 ( 3 ) 个别组件可根据需要进行特殊定制，但需预先定义组件。 1 2 2 配置设计理论 产品配置设计理论研究最早开始于2 0 世纪8 0 年代。经过数十年的发展，目前在产品配置 设计实现的理论和方法研究上。从产品配置知识的表达角度来看，主要理论有基于规则的产 品配置、基于约束的产品配置、基于资源的产品配置、基于本体的产品配置设计、基于实例 的产品配置等i 王”删 基于规则的产品配置采用一种隐式的产品知识表示方法，通过判断条件的真伪，得到需 要的最终产品，它是目前应用最广、研究最多的种产品配置表示方法该方法中的规则主 要包括两个部分：前提和结论前提是条件，当条件为真时，规则被激活；规则的结论是规 则激活的结果，当规则被激活时，结论为真。基于规则的产品配置直观、自然、又便于推理 获得唯一的结构，但它刚性太强，对层次的表达力较弱，在推理过程中不能省略事先确定的 相继关系，必须一步步前后匹配，降低了推理效率 f 1 l t m p l 9 9 , 1 1 目前该方法还存在以下几个 方面问题：知识获取问题、一致性检查、维护的困难、缺乏模块化和改进性 基于约束的产品配置也是通过一种隐型的产品知识表达，把一个配置问题表示为一个约 3 浙江大学硬士学位论文；a t o 产品的配置设计研究 第一章绪论 柬满足问题或动态约束满足问题，通过求解该问题得到最终产品的过程基于约束的产品配 置通过分离控制知识( 何时去检查约束) 和问题知识( 给变量赋什么值) ，面对动态的需求 变化时无需作知识重维护，而且准确性比较高。但是基于约束的产品配置的约束表达缺乏直 观性，约束满足问题是一个n p 完全闯题，求解效率不高，同时该方法中假定存在一个固定 的、可以枚举的变量集合，从概念上来说这与组件集合的高度动态变化相矛盾l c - 。t “删 基于资源的产品配置用资源的概念来抽象部件之间的约束关系，每个部件生产或消耗一 定数量的某些特定类型的资源，通过求解该约束关系来获得需要的产品 s t u m p ”9 ”在最终 的配置结果中，各种类型的资源必须保持平衡，即所有消耗的资源不能够大于产出的资源 求解时，通过一个资源平衡算法不断地引入新部件，形成最终的配置结果。这种方法有较好 的通用性，在配置模块化的技术设备方面，基于资源的方法是一个很重要的方法。但由于它 不能很好地表示联接、部件之间的关系，所以应用有所限制 基于本体的产品配置通过采用本体的方法构建产品配置本体，并对模型进行求解来获取 需要的产品“一1 9 9 9 1 “”本体是对领域共享概念的一种认同，是用于描述或表达某 领域知识的一组概念或术语。产品配置本体是配置问题的主要概念方法的综合，包括配置 模型、构件连接以及资源平衡等问题。配置本体由表达配置知识、配置约束的概念集及其相 互关系组成。这些概念包括构件、资源，端口、功能、约束以及关系等。基于本体的配置建 模，使产品在不同阶段的相关人员能共享配置模型，并能正确理解模型语义。配置本体的构 件分类层次结构，使企业可以不断对模型进行扩充，增加新的配置知识，从而对模型进行更 新和修正 除了以上产品配置的实现方法外，还有基于结构的产品配置设计、基于连接的产品配置 设计等所有这些产品配置方法最大的区另在于它们配置知识的表达方式不同，求解的方式 也有所差别但无论哪种方式都有一定的适应性和不足的地方，针对不同类型的产品，应该 根据配置产品自身的特点有所选择。 1 2 3 配置设计系统 在理论研究的基础上，产品配置技术在商业上也得到了具体应用当前产品配置设计系 统，从通用化程度可以分成两类：专用化产品配置系统和通用化产品配置系统 专业化产品配置系统的典型代表有x c o n ( e x p e r t sc o n f i g u r a t o r ) i “蛔1 9 9 9 1 ，它是d e c 公司用于大型计算机配置的系统，它由两个分离的程序x s e l 和x c o n 组成。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解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，采用一个固定的求解顺序进行。 通用化产品配置系统的典型代表；g e i m a n c o n f l g u r a t o r , 它是e d s 公司的产品，由一个窗 4 浙江大学硕士学位论文；a t o 产品的配置设计研究第一章绪论 口界面、一组实用程序、一个集成工具箱和一个标准关系数据库管理系统( o r a c l e ) 组成的 i m a n c o n f i g u r a t o r 日- i 建立系统的产品结构，并管理一个产品定义的多个视图。例如平面的 和组合的。还有一个典型代表就是o r a c l ec o n f i g u r a t o r 。它让用户配置复杂的产品，或者基 于客户的特定需要有指导地完成产品选择。它指导的购买流程通过质量和数量方面的输入来 捕获需求和偏好，由客户需求产生一个初始的产品配置，o r a c l ec o n f i g u r a t o r 然后将后续的 特征与选项选择仅限于能够满足客户所声明的需求范围内。 无论是专业化配置系统还是通用化配置系统，它们都由产品建模系统和产品配置系统组 成产品建模系统为配置系统提供原始数据，配置系统对客户要求进行求解，得出客户所要 求的产品。根据配置系统的组成部分对产品配置设计系统进行简单分类，首先从产品配置方 式上来说有两种情况，一种称为产品目录式，另外一种称为手工配置即依赖于技术专家进行 人工配置前者如s p e e d g o a t l l l 行车公司的配置器，后一种配置方式见于一些大型的软件中， 如p d m 中自带的产品配置管理系统，p d m 客户通过技术专家来参与配置 从配置系统软件实现角度来看，可大致分成三类：种是通过某种软件包的子功能来实 现，比如一些p d m 、e r p 软件包中的产品配置部分；第二种是一些在线配置系统，如海尔集 团和戴尔电脑的网上定制系统；第三种是用独立系统的软件来实现的产品配置系统如 d y n a s e l 系统 在产品配置系统方面，国内一些企业和科研机构展开了大量研究祁国宁教授提出的基 于事物特性表的产品配置设计系统，通过构建产品主模型与事物特性表的方法，对p d m 和 c a d 系统进行= 次开发，实现了根据客户需求快速配置设计出最终产品的目标，在杭州汽 轮机厂得到应用；谭建荣教授等提出了基于产品功能结构单元的产品配置模板来完成对客户 配置需求的快速响应，给出了产品配置模板的信息模型和配置求解策略，同时通过引入配置 设计知识的混合表达方法以适应复杂机械产品的设计需求，并开发出了通用化的产品配置系 统，在电梯厂得到应用。 目前，虽然现有的产品配置系统已经能较好地实现产品配置的某些功能，但大多存在一 些不足，主要表现在以下几个方面i 。“m l l 王”】： ( 1 ) 面向对象单一。产品配置系统即需要支持复杂销售环境又需要支持在线定制产品 的使用者这当中不仅有不同类型的使用者如客户、设计者、制造者、企业管理者等，还有 同种类型不同层次的使用者如同样是客户，其对产品了解程度不同、知识和技能水平不同， 其对配置系统要求就大不一样。然而当前的配置系统一般只能提供一个标准界面，所有使用 对象只能使用同一个交互界面，不利于产品的个性化配置 ( 2 ) 缺乏协同性。产品配置设计过程是一个在协同环境下的产品设计过程，设计者设 计客户化的产品必须要同制造者，客户，管理者进行协同交流，并行设计 ( 3 ) 客户不能真正参与产品设计客户化的产品需要客户全过程的参与，只有客户深 入到所需产品的设计，制造、运输过程，客户才能真正得到自己想要的产品快速满足客户 需要与专业化产品配置之间的平衡没有真正做好 5 浙让大学硕士学位论文：a t o 产品的配置设计研究 第一章绪论 ( 4 ) 自动配置能力不高现有的配置系统根据客户需求进行自动配置求解的能力还稍 显不足很多产品配置系统需要大量的人工交互来实现产品配置，客户需要花大量的时间了 解配置过程 ( 5 ) 与其他信息系统集成度不够。只有少数几个专业公司开发出了可与p d m ，e r p 等 软件集成的配置系统。大多数企业开发的配置系统功能单一，数据不能与其他软件进行共享 ( 6 ) 不能很好地支持售后产品的维护和再配置现有的配置系统大多只支持一次配置 设计，再配置能力较差，同时配置系统对产品的维护和售后服务支持明显不足 c 7 ) 缺乏对配置设计知识的有效重用。已有的配置产品是成功的设计案例。是企业的 宝贵财富，但现有的配置系统对这些配置产品重复利用程度较低，尤其是配置产品中隐含的 知识没有能够很好的或缺乏相应的方法进行提炼。 针对以上产品配置系统面临的诸多问题，目前产品配置的主要研究方向主要集中在以下 几个方面【王”2 e 0 4 ： ( 1 ) 配置问题的表达和配置模型 这方面主要包括配置问题的分类，配置知识的表达和获取，配置知识的调用，配置模型 的构建，以及配置模型的优化、配置模型的简化等。 c 2 ) 配置问题的求解 这方面内容主要针对的是各类配置模型如何高效准确地获取目标产品的过程。主要涉及 的有配置求解方法及推理技术，以及如何解决求解过程中的一致性问题，如何简化配置求解 过程。如何提高配置过程中人工交互技术来挖掘客户需求等问题。 ( 3 ) 配置系统的实现过程 这方面包括在配置系统内如何计算机化各类问题的求解过程、如何通过各种软件技术实 现配置设计方法，以及如何利用网络技术和通讯技术实现产品配置系统与其他管理软件的集 成，提高配置系统在电子商务中的应用等问题。 ( 4 ) 配置与资源的平衡 这方面包括如何合理拥有企业原有的设计资源、销售资源，尤其在配置模型构建阶段 如何在现有设计成果基础上优化配置模型等 ( 5 ) 配置与生产制造过程的关系 这方面内容主要包括如何在配置过程中尽可能考虑制造过程，在配置过程中考虑最终产 品的上下游关系，并在配置设计过程中为生产过程提供有利的参考依据，为其提供必要的数 据文档等 ( 7 ) 配置与设计方法学的关系 这方面内容主要解决从设计方法学角度提出面向产品配置设计的设计方法，尤其是如何 在产品平台和产品族等层面对产品配置过程进行管理，提高企业设计部门的产品开发水平， 如何从现有配置成果中获取知识也是需要解决的重要问题 6 浙江大学硕士学位论文：a t o 产品的配置设计研究第一章绪论 1 3 产品分类及a t o 产品的特点 1 9 9 2 年出版的“i n t e g r a ll o g s t ws t r u c t u r e - d e v e l o p i n gc u s t o m e r - o r i e n t e dg o o d sf l o w ” 书中首次提出按客户订单分离点对企业生产进行分类方法 c o d p s 】( 7 p p o l o g yo f l o m e r o r d e r d e e o u p l i n g p o i n t s ) 所谓客户订单分离点( c u s t o m e r o r d e r d e e o u p l i n g p o i n t 简称分离 点) 指企业生产活动中由基于预测的库存生产转向响应客户需求的订单生产的转换点。按照 客户需求对企业生产活动影响程度的不同，即客户订单分离点在企业生产过程中位置的不 同，可以进一步将不同的生产方式分成按订单销售、按订单装配、按订单制造、按订单设计 和按订单研制五种类型”2 0 0 3 ，见图1 1 。 客户订单分离点 图1 1 生产方式的分类 ( 1 ) 按订单销售( s a l e t o o r d e r ，s z d ) 接订单销售实际上就是一种大批量生产( m a s sp r o d u c t i o n ，m e ) 方式按订单销售是 在市场环境相对稳定的情况下，根据对市场的预测，按批量生产产品，然后根据市场的实际 需求销售库存成品按订单销售又可称为库存生产( m a k e - t o s t o c k ，m t s ) 或预测型生产。 在按订单销售的生产方式中，只有销售活动是由客户订货驱动的，常见的按订单销售的产品 有日常生活用品和家用电器等 c 2 ) 按订单装配( a s s e m b l e t o o r d e r ，a t o ) 按订单装配是一种通过将库存的零部件装配成客户需要的定制产品的生产方式。在按订 单装配的生产方式中，装配和销售活动是由客户订货驱动的常见的按订单装配的产品有计 算机和轿车等 ( 3 ) 按订单制造( m a k e - t o - o r d e r ，1 u f f 0 ) 在这种生产方式中，接到客户订单以后，根据企业中已有的零部件图纸，对零部件进行 加工制造和装配后向客户提供定制产品，必要时还要根据客户的特殊要求。对少量的零部件 进行变型设计在按订单制造的生产方式中，采购、部分零部件制造、装配和销售是由客户 订货驱动的典型的例子如服装的定制。 ( 4 ) 按订单设计( e n g i n e e r - t o - o r d e r ，e t o ) 7 浙江大学硕士学位论文ta t o 产品的配置设计研究 第一章绪论 在这种生产方式中，需要根据客户订单中的特殊需求，重新设计满足这些特殊需求的新 零部件，或对其它种类的零部件进行变型设计。在此基础上，向客户提供定制产品在按订 单设计的生产方式中，从全部或部分产品设计开始直至采购、零部件制造、装配和分销是由 客户订货驱动的。典型的例子如西门子公司的工业汽轮机装置等。 ( 5 ) 按订单研制( r e s e a r c h - t o - o r a l e l ，r t o ) 在这种生产方式中，按客户的要求进行研究和产品开发，如基于新的科学技术发明开发 新产品。或基于新的原理和新的原材料开发新的生产工艺，并按照客户订单中的具体需求组 织产品生产过程。典型的例子如航天飞船和卫星等。 本文重点研究面向按订单装配的产品配置，因此只对按订单装配的特点作简单介绍。按 订单装配是缩短交货期、减少成品库存的一种相对较先进的生产组织方式。组件预先生产加 工，并贮存于中间库房中，在接到订单之后，将有关组件装配成客户所需的产品。这种生产 以模块化设计为前提，具体的特点可见表1 1 ( 按订单装配后续章节中一律简称为a t o ) 采 用此种生产方式生产的产品有：个人计算机和工作站，电话机，发动机，房屋门窗，办公家 具，汽车，某些类型的机械产品等 表1 1a t o 产品的特点 孝虑角度 a t o 产品特点 结构模块化、标准化程度高，组件不变型，易于组合，接口丰富 成本基于组件的标准成本、基于作业的标准成本 交货期 主要由装配件库存和生产计划的决定，客户对交货时间要求较高 模块化组件设计，预先定义子装配产品结构，根据客户需求快速设计 设计 产品方案 通常由标准装配件组装而成，基于标准供应和装配规则，需具备快速 生产 生产能力 采购响应好，采购提前期尽可能短，可及时补充库存 销售个性化客户销售模式，帮助客户确认需求，快速选择方案 售后个性化服务定制型 典型产品计算机产品、汽车、玩具 目前三种最常见的定制生产方式a 1 d 、m t o 、e t o 中。e t o 的层次最高，难度也最 大，涉及到新零部件的设计和变型，其次是m t o ，最低为a t o a t o 产品只需要将组件进 行配置( 印选择装配) 即可，没有新零部件的开发和变型( - - 类产品配置比较具体见2 1 ) 。 1 4 本文研究内容及意义 a t o 产品由于低成本、短交货期、个性化产品功能愈来愈受到顾客的肯定，目前有越来 越多的产品开始实施按订单装配的生产方式。研究面向a 1 r o 产品的配置设计理论对于提高企 8 浙江大学硕士学位论文：t d o 产品的配置设计研究 第一章绪论 业快速满足客户需求、设计个性化产品有着重要的意义本文结合作者参与的浙江省重点科 技攻关项目：浙江省科技攻关计划重点科研项目( 0 2 1 1 1 0 5 1 4 ) ：计算机产品集成工程、国家 科技攻关计划项目( 2 0 0 4 b a 2 0 1 a 8 7 ) ：产品全生命周期管理系统关键技术研究以及在研究 生阶段从事的产品建模技术方面的学习，对面向a t o 产品的配置设计理论和系统开发进行了 研究 本文主要的研究内容包括： ( 1 ) 研究a t o 类产品配置设计的基本理论。 ( 2 )构建一种面向a t o 产品的产品配置模型。 ( 3 )构建配置规则，通过规则匹配方式对配置模型进行求解。 ( 4 ) 探讨面向a t o 产品的配置设计系统的设计和开发 ( 5 ) 论述以某激光在线气体分析系统为例的具体应用。 图1 2 论文的组织结构 本文的组织结构见图1 2 。第一章是对产品配置设计理论进行综述；第二章囊j a t o 产品 的配置设计理论进行研究；第三章、第四章就a t o 产品配置设计的关键技术配置模型的 建模技术和求解技术展开了研究；第五章提出了面向a t o 产品配置设计系统的开发及实例应 用；第六章对本文进行总结与展望。 1 5 本章小结 随着科技进步和经济发展，市场环境发生了巨大变化企业为在竞争中处于有利地位， 必须快速提供满足客户需求的个性化产品。配置设计作为一种快速的产品设计技术也越来越 受到重视。本文就在此背景下对面向a t o 产品的配置设计进行了研究目前配置设计的定 义主要有两种：面向订单的配置和面向设计的配置本文认为配置设计是以客户需求为输入， 通过实例化产品配置模型。最终获得所需产品的一种产品快速设计活动。根据配置设计的实 现方法可分成：基于规则的配置设计、基于实例的配置设计、基于本体的配置设计、基于约 9 塑坚盔兰堡主兰垡丝奎! 塑主曼笪墼墨堡盐堕窒一苎二兰! ! 鱼 柬的配置设计、基于资源的配置设计等a t o 产品由于价格低、交货周期短、个性化设计 受到客户的欢迎，企业也将越来越多的产品根据客户来进行定制装配因此研究a t o 产品 的配置设计对于提高企业快速设计能力还是促进对其他类型产品的配置研究都具有重要意 义在此背景下，本文对a t o 类产品的配置设计进行了深入研究，并提出了a t o 产品配置 设计理论和方法 1 0 浙江大学硕士学位论文：a t o 产品的配置设计研究第= 章a t o 产品配置设计的理论研究 第二章a t o 产品配置设计的理论研究 2 1a t o 产品配置设计的特点 根据a t o 的定义可知，在a t o 中完全没有新组件的设计和开发的工作，只需在产品配 置模型上选择合适的组件进行组装就可以生成客户所需要的产品，有时甚至根本都无须选择 组件，已有的产品型号中或许就有满足客户需求的产品实例【i 讳2 0 0 0 l 。按照这个思想面向a t o 的配置设计严格来说不是“设计”，应该称为“面向a t o 的产品实例配置”，其工作主要内容 及过程应为：首先根据客户订单确定产品的配置条件，再经过产品功能( 性能) 的选择，在 产品配置模型上选择符合要求的组件，就可以生成定制产品实例树，最后生成与输出产品实 例b o m 表 与其他类型的产品配置如m t o 、e t o 相比，a t o 产品配置中组件模块标准程度更高， 组件完全不可变；其他类型的产品配置需一定程度的定制设计，部分模块可根据需要定制变 型在实现技术上，a t o 的产品配置几乎不采用变型设计技术；而m t o 、e t o 的产品配置 都需要采用交型设计技术来设计某些组件。除此之外，生产a t o 产品的企业一般不断细分 市场，建立面向细分的客户群的产品族设计平台，然后根据个别用户需求再作调整因此， a t o 产品的配置设计是面向客户群为基础来实现的，而m t o ，e t o 由于产品模型本身的柔 性，多面向更为广泛的客户同时，a t o 产品配置系统往往自动化程度较高，相对简单； m t o 、e t o 产品配置系统比较复杂，多为专家系统，使用过程中常需要大量人工交互，自 动化程度较低a t o 、m t o 、e t o 产品配置的其他区别具体见表2 1 表2 1 面向a t o 、m t o 、e t o 产品的配置设计比较 比较方面a t o 产品的配置设计m t o 产品的配置设计 e t o 产品的配置设计 组合设计，组件重复纽合设计，组件部分定定制设 十，组件部分或 产品特点 生产，定制装配制，定制装配全定制，定制装配 批量小，重复生产 批