（机械电子工程专业论文）基于mc和pdm的汽车产品变型设计技术研究.pdf

1 、 上 c 1 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 r e s e a r c ho na u t o m o b i l ep r o d u c tv a r i a n t d e s i g nt e c h n o l o g y b a s e do nm ca n d c a n d i d a t e ： s u p e r v i s o r ： a c a d e m i cd e g r e ea p p l i e df 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 ： p d m w a n gy o n g z h o n g p r o f g ej i a n g h u a 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 ，暇y 1 唧 _ 哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于m c 和p d m 的汽车 产品变型设计技术研究，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读硕 士学位期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 明部分外不包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：日期：年月 日 哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书 基于m c 和p d m 的汽车产品变型设计技术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 保密回，在三年解密后适用授权书。 不保密u 。 ( 请在以上相应方框内打) 作者签名； 豆永 日期：习夕7 年；咖日 导师签名： 禹斫 日期：溯年乡月堋 - 雾 哈尔滨理工大学工学硕卜学位论文 基于m c 和p d m 的汽车产品变型设计技术研究 摘要 随着社会经济的飞速发展，企业面临着产品结构更加复杂及生命周期缩 短的矛盾。制造业企业为在这种市场趋势中快速地生产出低成本及个性化的 客户满意产品，提高市场竞争力，正从大规模生产转向大规模定制生产。而 利用先进产品建模技术和产品数据管理技术构建产品变型设计系统可以使企 业加强产品的数据管理，实现敏捷设计与制造，从而进一步实现这个目标。 本文采用理论研究与应用相结合的方法，在分析大规模定制生产产品变型设 计技术研究现状的基础上，对汽车产品实施变型设计的方法及产品管理技术 进行了理论研究，提出了一种面向大规模定制的、基于企业p d m 系统的产 品变型设计系统。 本文建立的变型设计系统采用参数化建模的方法，建立了汽车产品的产 品族模型，并与企业的p d m 系统集成，按照模块化后的产品族模型在 p d m 系统中建立汽车产品变型设计的实例库，解决了大规模定制过程中产 品数据复杂的难题，在实例库的基础上，通过建立专家系统，应用基于实例 推理的变型设计技术，实现汽车产品的变型设计，使产品的变型设计具有智 能化的特点。 本系统面向客户的个性化需求，针对汽车生产当中设计人员的实际工作 情况，具有可扩展性、集成性和可视化的特点，为设计人员提供了友好的人 机交互界面，操作简单，能够使设计人员快速地检索出设计实例，从而能够 以最短的时间设计出客户定制的个性化产品，来满足不同的客户需求，为企 业节约了成本，提高了产品设计效率，缩短了开发周期，对企业进一步实现 大规模定制有现实的意义。 关键词大规模定制；实例推理；p d m ；变型设计 哈尔滨理_ 大学1 = 学硕_ t 学位论文 r e s e a r c ho na u t o m o b i l ep r o d u c tv a r i a n td e s i g n t e c h n o l o g yb a s e d o nm ca n dp d m a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fs o c i a le c o n o m y , e n t e r p r i s e sa r ef a c e dw i t h t h ec o n t r a d i c t i o nb e t w e e nm o r ec o m p l e xp r o d u c ts t r u c t u r ea n dr e d u c t i o no f p r o d u c tl i f e c y c l e m a n u f a c t u r i n gi n d u s t r yi st r a n s f e r r i n gf r o mm a s sp r o d u c t i o nt o m a s sc u s t o m i z a t i o n ( m c ) p r o d u c t i o nf o rh e l p i n ge n t e r p r i s e st om a k el o wc o s t a n di n d i v i d u a l i z e d p r o d u c t t o s a t i s f y c u s t o m e r sa n dt oe n h a n c et h e i r c o m p e t i t i v e n e s s m o r e o v e r , u s i n ga d v a n c e dp r o d u c tm o d e l i n gt e c h n o l o g ya n d p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ( p d m ) t e c h n o l o g yt ob u i l dp r o d u c tv a r i a n td e s i g n s y s t e mc a nf u r t h e ra c h i e v e t h i s p u r p o s eb ye n h a n c i n g t h ec o n t a c tb e t w e e n e n t e r p r i s e sa n dc u s t o m e r sa n dm a n a g i n gp r o d u c td a t ae f f e c t i v e l y t h e r e f o r e ， b a s e do nt h ea c t u a l i t ya n a l y s i so fm c p r o d u c t i o na n dp r o d u c tv a r i a n td e s i g n ，t h i s p a p e ra d o p t sm e t h o dt h a tc o m b i n e st h e o r yr e s e a r c ha n dp r a c t i c et os t u d yt h e p r o d u c tv a r i a n td e s i g nw a ya n dt h e n ap r o d u c tv a r i a n td e s i g ns y s t e mf o r c u s t o m i z a t i o nb a s e do ne n t e r p r i s e s p d ms y s t e mi sp r o p o s e d p a r a m e t e rm o d e l i n gm e t h o di sa d o p t e dt ob u i l da u t o m o b i l ep r o d u c tf a m i l y m o d e li n t h i sv a r i a n td e s i g ns y s t e m i n t e g r a t i n gw i t he n t e r p r i s e s p d ms y s t e m a n ds t o r e dt h ep r o d u c tf a m i l ym o d e li np d ms y s t e m ，t h ea u t o m o b i l ev a r i a n t d e s i g nc a s eb a s ei sb u i l t ，w h i c hs o l v e dt h ep r o b l e mo ft h ec o m p l e x i t yo fp r o d u c t d a t a b a s e do nc a s eb a s e ，t h r o u g hb u i l d i n ge x p e r ts y s t e ma n da p p l y i n gc a s e b a s e dr e a s o n i n gv a r i a n td e s i g nt e c h n o l o g y , a u t o m o b i l ep r o d u c tv a r i a n td e s i g ni s a c h i e v e d ，w h i c hm a k e st h es y s t e mh a v et h ec h a r a c t e ro fi n t e l l i g e n c e f a c i n gt oi n d i v i d u a l i z a t i o no fc u s t o m e r sa n dd e s i g n e r sw o r k i n gc o n d i t i o n i na u t o m o b i l ep r o d u c td e s i g n ，t h es y s t e m p r o v i d e sf r i e n d l y m a n m a c h i n e i n t e r a c t i o ni n t e r f a c ew h i c hi se a s yt oh a n d l ea n dc a nh e l pd e s i g n e r sc o n d u c t p r o d u c t v a r i a n td e s i g n e a s i l y i t h a st h ec h a r a c t e r i s t i c so fe x p a n s i b i l i t y ， d i s p e r s i v i t y ，i n t e g r a t e da b i l i t ya n dv i s i b i l i t y t h r o u g ht h i ss y s t e m ，p r o d u c t i o n i i 哈尔滨理t 大学t 学硕十学位论文 c o s ti ss a v e d ，d e s i g ne f f i c i e n c yi si n c r e a s e da n dt h ep r o d u c t d e s i g nc y c l ei s s h o r t e n e d ，t h e r e f o r ei th a st h ep r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e sf o re n t e r p r i s e st oa c h i e v e m a s sc u s t o m i z a t i o ns t r a t e g y ，) k e y w o r d s m a s sc u s t o m i z a t i o n ；c a s e b a s e dr e a s o n i n g ；p d m ；v a r i a n td e s i g n 7 i i i ： 哈尔滨理t 大学工学硕十学位论文 目录 摘要】【 a b s t r a c t i i 第1 章绪论1 1 1 课题背景1 1 1 1 传统的产品设计的基本概念及发展阶段1 1 1 2 现代产品设计的特征2 1 2p d m 技术和s m a r t e a m 概述6 1 2 1p d m 的基本功能和体系结构。6 1 2 2s m a r t e a m 软件的特点一7 1 3 基于实例推理的产品变型设计的关键技术7 1 3 1 基于实例推理的专家系统技术7 1 3 2 基于大规模定制的产品变型设计技术9 1 4 基于大规模定制的变型设计技术研究现状1 0 1 5 本课题的研究意义1 1 1 6 本课题的来源及主要研究内容1 2 1 6 1 本课题的来源1 2 1 6 2 本课题的主要研究内容1 2 第2 章基于实例推理的专家系统技术研究。1 4 2 1 专家系统的基本理论1 4 2 1 1 专家系统的定义1 4 2 1 2 专家系统的结构1 5 2 1 3 专家系统的基本特征。1 7 2 1 4 专家系统的语言、外壳和工具1 9 2 2 专家系统的知识表述2 1 2 2 1 知识的含义2 1 2 2 2 产生式表示法一2 1 2 2 3 逻辑方法2 2 2 2 4 框架2 4 2 3 专家系统的推理方法2 5 石 哈尔滨理工人学工学硕士学位论文 2 3 1 基本概念2 5 2 3 2 推理控制策略2 7 2 4 本章小结2 9 第3 章基于产品族的参数化设计方法3 0 3 1 产品族建模研究3 0 3 1 1 产品族模型的定义3 0 3 1 2 产品族模型的组成3 0 3 2 基于产品族的参数化模型3 2 3 2 1 产品族层次模型3 3 3 2 2 产品设计参数与设计约束3 5 3 2 3 零件族参数化模型。3 6 3 3 本章小结3 9 第4 章基于实例推理的产品变型设计技术研究4 0 4 1 基于实例推理的理论4 0 4 1 1 基于实例推理的基本原理4 0 4 1 2 基予实例的产品变型设计过程。4 0 4 2 产品变型设计层次化模型和信息表达4 4 4 2 1 适应变型设计的层次化产品模型4 4 4 2 2 变型设计产品模型中的信息及表达。4 6 4 3 汽车产品变型设计的实例检索4 6 4 3 1 近似匹配算法4 6 4 3 2 模板选择算法4 8 4 4 基于知识的产品变型设计分析与评价4 9 4 5 本章小结5 0 第5 章汽车产品变型设计系统开发。5 1 5 1s m a r t e a m 的主要功能5 1 5 2 系统权限管理。5 3 5 3 系统的总体设计5 4 5 4 系统的数据结构5 5 5 5 产品实例存储5 6 5 5 1 应用c a t i a 进行汽车产品的参数化建模5 6 5 5 2 产品族规划建模5 7 5 6p d m 环境下汽车产品变型设计实例库的建立5 8 ， 晨 哈尔滨理t 大学工学硕l 学位论文 5 6 1 建立产品实例库5 8 5 6 2 产品实例的属性和检索参数的设定。5 9 5 7 产品实例检索。：6 0 5 8 产品实例修改。6 2 5 9 本章小结6 2 结论6 3 参考文献6 5 附录6 9 攻读学位期间发表的学术论文7 0 致j 射k 7 1 - 哈尔滨理t 大学工学硕：f ：学位论文 1 1 课题背景 第1 章绪论 缩短产品开发时间和生产制造周期，是当今制造业面临日益激烈和不断国 际化的市场竞争的必然选择【1 2 1 。只有提高市场快速响应能力，才能获取更多的 客户，赢得最大的经济效益。产品变型设计是企业实现快速响应市场的重要手 段。同时，随着我国市场经济体制的不断完善，企业的生产模式己经由传统被 动的指令性计划模式转向自觉适应市场需求的订单生产模式。市场需求的复杂 性、个性化特征对企业产品提出了更高的要求，如何使企业产品满足用户的不 同使用特性，快速适应市场需求的多变性，以快交货、低成木、高质量来占有 市场，提高企业的产品变型设计能力是其关键因素之一。本文主要研究面向大 规模定制的产品变型设计技术，基于p d m 构建产品变型设计系统，对提高企 业产品的市场竞争能力具有重要的理论和应用价值。 1 1 1 传统的产品设计的基本概念及发展阶段 施普尔劳舍给出的设计概念为：“所谓的设计概念不仅包括各个零件的 成形，也包括把这些零件总装成一个整体，为此，设计的意义可理解为总装、 布局、外形和结构造型，还有构思、创作想象和发明。设计是一个按照给定的 规则进行综合的功能系统，此功能系统由功能元件构成。设计也是一个面向目 标的描述分功能的形成及把它们总装成为整体功能的过程”【。 设计是在知识和经验的基础上，创造性地寻求技术产品的优化方案，并求 出产品的功能和结构构成，制定出可用于加工的技术资料。因此将设计按照设 计类型可分为新设计、适应性设计和变型设计。同时有的学者把设计活动从逻 辑上和时间的关系上结构化，将设计过程分为几个阶段，一般可粗分为概念设 计阶段、结构设计阶段和细化设计阶段。 如果从系统学的角度来看，设计是一个现实系统的虚拟表达，这一系统由 元件组合构成，并由输出功能进行描述。在设计过程中，要确定输出功能，并 且作为系统的输出量，用合适的信息载体，以图形的、数字数据的或两者兼有 的形式给出，如几何模型、图样、明细表和加上规划等等。因此集成的产品模 型和过程模型应适合这些信息的描述。 - 知 哈尔滨理- t 大学工学硕士学位论文 c a d ( c o m p u t e r - a i d e dd e s i g n ) 是计算机技术在产品设计中的应用。随着产 品设计技术和计算机技术的发展，它也经历了不同阶段： 从狭义的计算机辅助绘 訇( d r a w i n g ) 来看，c a d 工具经历从二维绘图向基 于特征和参数化的三维建模方向发展。采用三维设计技术是一场设计手段的革 命，因其不仅直观，而且可以避免由于疏漏而造成的低级错误，如干涉、零间 隙等问题。同时三维模型易于对关键零部件进行空间位置分配、结构优化设 计、静强度计算、可靠性设计、运动学仿真、动力学仿真、多方案优化比选和 渲染等。更重要的是，由于三维c a d 建模工具能够提供加工的特征，易于实 现删c a m 的信息共享，并可以利用这种技术进行分布式设计，实现并行的 设计过程。因此三维c a d 将是今后企业应用趋势。 从广义的c a d 技术来看，c a d 系统从最初应用计算机帮助技术人员进行 常规的辅助计算、绘图，发展为集成化、并行化及智能c a d 技术，使计算机 更高效地工作。c a d 涵盖的技术范畴也不断拓展，在c a d 阶段不但考虑产品 的功能、成本，还应考虑加工制造乃至产品的维护。即面向产品生命周期的 c a d 技术。 因此现代c a d 技术具有以下新功能： 1 支持自顶向下( t o p d o w n ) 方式的产品规划，用质量功能配置( q u a l i t y f u n c t i o nd e p l o y m e n t ，q f d ) 软件将用户需求转换为产品的设计要求、工艺要求 和生产控制要求，以支持产品设计的需求分析及概念设计的决策，解决从概念 设计到装配结构的映射问题【2 1 。 2 在c a d 的不同阶段考虑各种下游设计因素的d f x ( d e s i g nf o rx ) 工具， 并将它们与c a d 系统有机地集成起来，这些工具有d f p ( 性能) 、d f a ( 装 配) 、d f m ( 制造) 等等t 3 1 4 1 。 3 加强c a d 系统的智能，发展智能c a d ( i n t e l l i g e n tc a d ，i c a d ) 。 1 1 2 现代产品设计的特征 产品需求的多样化、复杂化、产品生命周期的缩短以及产品市场的全球 化，迫切要求产品设计和制造以最快的速度、最高的质量、最低的成本和最好 的服务来适应变化的市场需求，所以制造业的竞争也是围绕时间、质量、成本 和服务的竞争。在此背景下，新的设计制造思想和理念如并行工程、敏捷制 造、智能制造、全i i $ t 造等概念不断涌现。现代产品设计呈现以下特征： 1 设计信息的集成化和标准化随着计算机集成制造技术的发展，人们日 哈尔滨理t 大学工学硕卜学位论文 益认识到c a d ，c a p p 是制造信息集成的主要技术基础。因此，集成化的c a d ， c a p p 系统的开发不仅是信息集成的要求，也是c a d ，c a p p 发展趋势【5 i 。 在集成环境中系统数据的成分相当复杂，既有结构化数据信息，又有大量 的非结构化数据；既有数据源异构、又有异地分布 5 0 i ；这些存在于各个孤岛系 统的独立进行设计的数据源之间既要进行信息的交换与共享，又要保持相对的 独立性和局部完整性。如何实现分布的应用系统之间、应用系统与多种异构数 据源之间的互联与互操作，在各种数据源的基础上实现数据的共享和分布处 理，是c a d q p 集成技术的关键之一。 叫c a p p c a m 在过去的几十年中得到了迅速发展，并在制造业得到了 较好的应用。经过近3 0 年的发展，c a d 软件已经成为成熟的技术，目前大 多数c a d ，c a m 软件供应商都能提供集成化的叫c a m 系统。但是，比 较困难的是如何解决c a d ，c a p p , c a m 系统之间有效的、可靠的集成。近几 年来，国内外有关集成的报道很多，综合起来主要有以下几种方法： ( 1 ) 基于数据接口的集成方法该集成方法可以按特定的数据接口进行，也 可按标准的数据交换接口连接，而后者可实现数据共享。 现在国际上比较流行的应用很广的产品模型数据交换标准( s t e p ) 以 e x p r e s s 语言为核心，能解决制造过程中的c a d ，c a p p , c a m ，c a q 等活动 的产品信息共享，这从根本上解决了c i m s 信息集成问题。随着s t e p 标准的 日趋完善，它将成为c i m s 领域信息集成的热点研究课题。 ( 2 ) 基于特征的集成方法特征技术是实现c a d c a p p c a m 信息集成的关 键技术。特征涉及产品零件形状和属性，包含了产品隐含的工程语义，得到了 设计和制造领域的充分关注和应用。从一定意义上满足了产品 叫c a p p 7 c a m 的集成和并行运行的需求。特征技术主要包括：交互式特征 定义，基于几何模型的特征自动识别，零件特征组合描述，基于预定义特征的 特征造型和实现特征集在不同应用领域间转换的特征映射等。近年来，三维 c a d 软件发展迅速，由于三维c a d 能为c a p p 和c a m 系统提供设计的基 础信息，并通过特征技术等实现c a d 与下游c a p p , c a m 等应用系统的信息 集成【3 7 1 。因此基于三维设计软件的删c a p p 集成系统已成为相关领域的主 要研究和应用方向。 ( 3 ) 基于p d m 的集成技术产品数据管理( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ，p d m ) 技术是2 0 世纪8 0 年代后期在企业计算机制造环境中数据管理及设计过程自 动化的需求驱动下出现的【4 1 1 。它能够提供一个产品开发的协作环境，在该环境 下，能够实现过程控制下的信息传递并实现数据的有序管理。c i m d a t a 公司 哈尔滨理工人学工学硕十学位论文 总裁e dm i l l e r 在p d mt o d a y 中指出：p d m 是一种用来管理所有与产品相关 的信息( 包括零件、配置、图档、c a d 文件、结构、权限等) 和所有与产品 相关的过程( 包括工作流程、更改流程等) 的技术。 它能有效地将产品数据 从概念设计、计算分析、详细设计、过程设计、加工制造、试验验证、销售维 护直至产品消亡的整个生命周期内及其各阶段的相关数据，并按照一定的数学 模式加以定义、组织和管理，使产品数据在其整个生命周期内一致、最新、共 享和安全。它提供产品全生命周期的信息管理，在企业为产品的设计与制造建 立了一个并行化的协作环境。p d m 系统一出现，就成为企业关注和应用的热 点 6 1 1 7 。 近几年来，p d m 技术在国外已取得了突飞猛进的发展。由于在 c a d c a p p 集成系统中，使用c a d 系统、c a p p 系统和p d m 系统，涉及的 产品数据类型有三维实体、二维图纸、b o m 表等多种形式，而产品数据管理 技术是在数据库基础上发展起来的并以管理好产品数据作为应用的出发点，能 够将共享的产品数据进行有效的管理，从而使p d m 成为企业中各系统的信 息集成、功能集成和过程集成的使能技术。 c a d ，c a p p 的集成技术是c i m s 集成中的关键技术。基于p d m 的集成 是未来c a d ，c a p p , c a m 集成的发展方向。近年来，基于p d m 的 。牺c a p p 集成技术已得到很多研究人员的重视，基于产品结构的 洲c a p p 集成也得到了认可，但是大多数的研究重点是对集成的数据和产品 模型的研究，而对p d m 框架下的集成技术特点，使产品设计的c a d 和c a p p 阶段有机地融合、集成的c a d ，c a p p 单元技术的研究目前还有待进一步深 入。 2 设计方式的并行化和协同化随着集成技术的发展，人们逐渐意识到在 集成的设计环境中，串行的设计过程不能满足设计需求，因此研究人员提出了 并行协同的设计技术。当前的大部分产品设计都属于面向并行工程的集成产品 设计。一个复杂设计过程，常常是由来自于不同领域的专家组成的设计组完成 的，其设计活动需要各个领域的专业之间频繁交互不同形式信息的双向交流， 整个设计过程具有随机性、复杂性和冲突性的特点，许多过程中的约束和关系 难以描述，如图1 - 1 所示。因此，需要寻求一个合适的模型对产品生命周期活 动中涉及的所有相关信息进行统一的描述和表达，充分反映与设计相关的各类 确定与不确定信息，以保证产品开发过程中各种设计活动的统一协调和并行进 行。 哈尔滨理工大学t 学硕二t 学位论文 图1 - 1 并行设计工作模式 f i g 1 1c o n c u r r e n td e s i g nw o r km o d e l 协同化是指不同的设计人员之间、不同的设计组织之间、不同的部门工作 人员之间，可以通过计算机网络实现实时交互协同设计。协同环境应有如下要 求：设计环境不是面向单一的设计者，应面向整个设计队伍，应提供一个并 行集成的系统框架，提供参与者入口，并行协同地完成整个设计任务。对设 计信息的控制与管理，实现设计者与设计者之间，设计者与工艺师以及其它部 门的工程师之间信息交流与共享。设计的每个环节应考虑产品全生命周期乃 至产品及其零件、部件的循环使用和回收利用的整个过程。 3 智能化设计智能c a d 是人工智能技术( a r t i f i c i a li n t e l l i g e n t ，a i ) 、现代 产品设计技术和传统c a d 技术相结合的一门综合性研究领域。它能有效地克 服传统的c a d 系统的许多不足，使c a d 系统具有较大的可变性，并促进设 计的自动化。智能化产品设计支持系统能辅助产品设计人员的设计工作，特别 是经验不够丰富的产品设计人员的设计工作。必须指出的是智能c a d 技术的 发展目标不是实现“完全的设计自动化”，而是以一种符合设计人员习惯的方 式，帮助他们完成设计工作。实现智能c a d 技术的关键是如何将设计知识表 达出来并能提供一种合适的使用这些知识的方法。 智能设计是近来讨论较多的技术，一般常采用专家系统辅助设计人员进行 设计。其中基于实例的推理( c a s e b a s e dr e a s o n i n g ，c b r ) 、人工神经网络、遗 哈尔滨理工人学工学硕七学位论文 传函数等方法得到了广泛的重视。在大规模定制设计中如果采用基于实例推理 的变型设计来实现个性化设计，可以促进设计的重用，加快设计的速度。 基于实例推理的变型设计技术是现代设计技术的一个重要发展方向，越来 越受到研究人员的重视，该技术把专家系统的思想应用到设计当中，体现智能 化的特点，特别是对于缩短产品设计周期，实现大规模定制具有重要意义。 一 1 2p d m 技术和s m a r t e a m 概述 1 2 1p d m 的基本功能和体系结构 l 211p d m 的基本功能p d m 为企业提供了一种宏观管理和控制所有与产品 相关信息以及与产品相关过程的机制和技术。 p d m 系统包含多项功能，也有不同的功能划分方法。从面向应用与系统 支持的功能来看，一般包括电子仓库( 有时称电子数据存储、电于保险箱、电 子资料室) 、面向应用的使用功能( 如文档控制、变更控制、配置管理、设计 检索与零件库、项目管理等) 、实用化支持功能( 如通知与通信、数据传输与 转换、图像服务与系统管理) 。从软件功能模块的组成来看，一般包括电子数 据存储和文档管理、工作流程管理、产品结构及配置管理、分类和检索管理、 项目管理、集成接口、用户化工具等。 1 2 1 2p d m 的体系结构p d m 系统的体系结构可分为四层，分别是：用户界 面层与开发工具层、功能模块层、框架核心层和系统支持层。 1 用户界面层与开发工具层向用户提供交互式的图形界面，包括图示化 的浏览器，各种菜单，用于支持命令的操作与信息的输入输出。开发工具层是 为了满足不同用户在不同计算机上的操作，利用该功能，可以开发出用户化的 人机界面，同时可以满足用户某种特殊要求。 2 功能模块层除了系统管理以外，p d m 为用户提供的主要功能模块有 电子仓库与文档管理、工作流程管理、产品结构与配置管理、零件分类与检 索、项目管理、工程变更管理、集成工具等。 3 核心管理层提供实现p d m 各种功能的核心结构与架构，由于p d m 系统的对象管理框架具有屏蔽异构操作系统、网络、数据库的特性，用户在应 用系统的各种功能时实现了对数据的透明化操作，应用的透明化调用和过程的 透明化管理。 4 系统的支撑层以目前流行的关系数据库系统为p d m 的支持平台，通 一 哈尔滨理工大学t 学硕十学位论文 过关系数据库提供的数据库操作功能支持p d m 系统对象在底层数据库的管 理。 1 2 2s m a r t e a m 软件的特点 目前市场上的p d m 软件种类很多，s m a r t e a m 是其中有代表性的一种软 件，该产品具有如下特点。 1 s m a r t e a m 提供了维护保密性和控制所有文档的电子仓库( s m a r v a u l t ) ， 这个电子仓库确保只有拥有使用权限的使用者才能访问对象；并确保在同一时 刻，一个对象只能由一个人修改。 2 s m a r t e a m 提供了诸如s m a r w i z a r d 等用户化工具，通过减少复杂的编 程工作的方式，使用户能够快速适应数据变化要求。运用用户化工具，用户能 扩充s m a r t e a m 的功能，从而适应行业的特殊需要和运作过程。 3 s m a r t e a m 以过程引导的方式进行产品数据的管理，支持企业内不同部 门之间的并行工作过程，从而使不同部门在产品生命周期内能够开展步调一致 的工作。 4 在进行产品生命周期的管理时，s m a r t e a m 采用检入、检出的操作对文 档数据加以保密。s m a r t e a m 提供文档的生命周期管理来控制每一个版本的流 动。对每一个文档的修改，s m a r t e a m 都将生成新的版本，以防止没有授权的 修改。 5 s m a r t e a m 支持对生命周期管理的更改，包括文件之间以及文件与 c a d 模型之间的相互关系。同时，s m a r t e a m 有内置的输入输出能力，用户能 够按照指定的属性输入参数，或在s m a r t e a m 的数据库中添加新的对象。 6 s m a r t e a m 提供了对多种应用软件系统的集成功能，其最新版本集成了 目前国内外主流c a d 软件，如s o l i d w o r k s ，a u t o c a d ，s o l i d e d g e ，c a t i a 以 及o f f i c e 系列办公软件，提供了8 0 0 多种a p i 开发接口函数以便做用户化开 发。 1 3 基于实例推理的产品变型设计的关键技术 1 3 1 基于实例推理的专家系统技术 专家系统( e x p e r ts y s t e m ，e s ) ，是人工智能的一个重要分支。专家系统产生 哈尔滨理工大学工学硕上学位论文 于2 0 世纪6 0 年代中期，经历四十多年的科学研究，理论和技术日趋成熟，其 应用得到了飞速发展。至今，世界各国已经在医疗诊断、化学工程、语音识 别、图像处理、金融决策、信号解释、地质勘探、石油、军事等领域研制出了 大量的实用专家系统，其中不少系统在性能上已达到甚至超过了同领域人类专 家的水平，已经产生或正在产生巨大的经济效益和社会影响。而专家系统理论 和技术的研究工作不断向人们提出新的研究课题，如不确定推理、基于实例的 推理、元知识、元控制、知识的深层表示、混合知识表示、并行推理机制等 等。 基于实例推理的专家系统是基于过去求解类似问题的经验获得当前问题求 解结果的一种推理模式。复用从前的案例是人类解决问题时有效的、常使用的 方法。这一结论得到认识心理学研究结论的支持。基于案例方法的一部分基础 就在于心理学对它的认可。c b r 模仿了人类的思考过程，系统可以从新的案 例中学习、从而获得提高。 同产生式或其他基于规则的推理( r u l e b a s e dr e a s o n i n g ，r b r ) 系统相比， c b r 系统以一种完全不同的方式来解决问题。一个c b r 系统由实例库、实例 保存、搜索机制和实例复用四个核心功能部件构成。其中，实例库提供支持问 题求解的一组实例，它是系统过去进行问题求解经验的聚集。根据问题描述， 实例搜索机制从实例库中查找一个与当前问题相匹配的实例，如果该实例满足 问题描述的要求，则将相应的结果输出，否则，根据问题描述，对搜索出的实 例进行复用修改，形成一个全部满足问题描述要求的答案，该结果同时作为一 个新的实例经实例保存机制组织到实例库中以备将来使用。 从c b r 的问题求解过程可以看出，c b r 系统具有如下特点： 1 搜索是c b r 进行推理的核心，这也是基于实例的推理常常称作基于实 例搜索的原因。 2 学习是c b r 系统的一个基本功能。在一个c b r 系统中，问题求解的结 果总是作为一个新的实例存放到实例库中，这无疑为今后系统求解相同或类似 问题带来极大的方便。 3 c b r 求解问题的方式是直截了当的，它跳过了依赖问题求解知识进行 规则化抽象这一问接层次。如果说从解决复杂问题数学模型发展到专家系统的 以规则或知识为中心的方法是问题求解模型认识上的一大飞跃，那么从以规则 或知识为中心的方法转变到从实例到实例的问题求解思想又是一个新的进步。 当然，在c b r 中并不排斥领域规则知识的使用，就象专家系统不排斥定量的 数学模型的使用一样，规则知识的引入在c b r 中往往是为了进一步提高问题 哈尔滨理工人学工学硕十学位论文 求解的效率【1 6 1 。 1 3 2 基于大规模定制的产品变型设计技术 大规模定制生产模式( m a s sc u s t o m i z a t i o n ，m c ) 是面向2 1 世纪的先进生产 模式，它将定制生产和大规模生产两种相互对立的生产方式有机地结合起来， 在满足客户个性化需求的同时，保持较低的生产成本和较短的交货提前期。其 内涵可概括为企业通过技术和管理手段在成本和时间同大规模产品一致的基础 上实现对每个客户的个性化定制过程以及对企业问题从客户出发进行思考的方 式。面向大规模定制的产品设计将产品开发过程分离为新产品开发与变型设计 两个阶段，在新产品开发阶段不是针对单个产品，而是针对产品族进行设计。 在面向大规模定制的设计中，一般采用模块化设计、成组技术、并行设计、 面向产品族的设计等方法【9 】。 c b r 技术是1 9 9 8 年k o l o d n e r 在第一届国际c b r 技术研讨会上正式提出 的，n a v i n c h a n d r a 的c y c l o p s 为第一个真正的c b r 系统开始。 c b r 的基本原理是把以前的实例按一定的方式组织起来，存储到实例知 识库中，即以实例知识库模拟人脑的记忆，按一定的组织方式存储一些过去的 相关经历( 实例) ，在求新解时，通过检索实例知识库，找出与新问题相似的 一个或几个实例，当被检索出的实例与新问题的情况不一致时，对旧的实例做 出修改，以满足新的情况或问题的解。因此c b r 是组合或修改已存在的设计 结果，产生满足新设计要求的新设计过程。它是一种类比推理方法，与人对自 然问题的求解相一致【8 i 。 在实际的产品变型设计过程中，设计人员一般会参照与当前设计任务相似 的样板和经验。当找不到相关经验与样板时，才应用一般设计法则和知识经过 推理与决策进行创造性设计。而以往的以专家系统技术为基础的智能设计系 统，则是以规则推理来实现智能设计的。研究表明真正的专家在设计时更加依 赖的是设计经验，而不是借助规则来进行设计的。因此，工程设计过程是基于 实例的过程。可以说，所有的设计问题都是面向实例的。研究与实践证明了 c b