新产品初始配置方法研究

1、新产品初始配置方法研究在新产胡开发策划中，还需将ii标新产品功能技术特性，转化为产胡零部件配 置。因此，需建立ii标新产品功能技术特性与零部件间的映射关系，以及零部件 之间在功能、性能、儿何结构、装配关系、质量、成本等方而的相介、相斥配置 规则。另外，般來说个新产品中约有60%的零部件可从现有产品中直接借用, 另约20%的零部件需姜改进设计，还有约20%的零部件需要全新设计，而这些需 改进或雨菊设计的零部件大部分來自供应商。因此，在进行ii标新产品配置时， -是主机厂要实时字握供应商的零部件资源，二是要评佔上机厂和供应商的零部 件协同设计能力，以确保ii标产品功能技术特性向产品结构配置的正确转

2、化。4.1新产品初始配置框架在客八需求（含结构化和非结构化需求）转化完成后，将得到一组关于i丨标新 产晶的功能技术特性雯求，并作为ii标新产晶的设计输入。但产品的功能从使川 者的角度是指产品的丨1的和用途，是产品匹配客门需求的具体化价值体现；而从 产品的角度，是指产品的作用，是产品及其零部件在一定输入条件下，通过相互 作川发生的动作或行为结果。通常怙况下，产品功能可以逐层分解成若了功能, 育倒最小功能单元，分解后的功能或功能单元山相应的零部件或零部件组合完成, 而由元件和零部件组介而成的、具有独立功能的、可成系列单独制造的标准化单 元，即产品模块。模块及零部件构成了产晶结构视图，而产胡功能到模

3、块之间的 映射过程就是产品的工程化设计过程,也新产品初始配置的目标。如图4所示。图4.1产品功能橫块的映射fig4l mapping between product function and model全新领域的产品（或模块）创新一般从功能分解开始，然后按照最小功能单元 设讣或寻找匹配的模块，在模块的设计或求解过程中形成产品方案；而对丁大多 数情况下的成熟领域产品（或模块）研发或产品改型，除r部分局部全新功能外, 上要功能层次、模块层次、功能-模块的映射关系等都是既宦的，ii标新产品的功 能技术特性可根据既有知识和经验比接转化为对应模块的技术特性要求，i大i此可 直接通过务模块的零部件实例求解

4、、模块间接口约束、产品总体约束（如：成本、 质量等）等快速获得新产品的初始结构。如图4.2所示。事部件设计 &匹配il_wl l3熏冋接口釣杀iiirlimlhl. 2.2m2t t t t t t产曷总体约束图4.2新产品的初始结构求解fig 4.2 solution of the product initial construction新产品初始配置就是指在协同产品开发模式下，充分利川动态联盟共为零部件 资源及知识，将通过需求转换、概念测试等得到的丨|标产甜功能技术要求快速转 化为具体产品实现（即：零部件初始结构配置）的方法。如图4.3所示。在新产品 策划阶段，主机厂首先通过顾客需

5、求获取耳转换、概念设计及概念测试等得到新 产品格体功能技术特性要求，并拆分出各主要功能模块及功能技术要求，利川动 态联盟既有零部件资源库，基于产品功能技术特性及参数与零部件功能技术特征 参数间的关联模型、零部件z间的关联约束模型，通过零部件相关度匹配、相似 实例检索及可配置判据判断快速形成可选产品配置方案,找出可重用、待改型设 计或全新设讣的零部件，选择适合的协同设计资源（协作单位）进行新零部件的 改型或全新设计,并根据资源匹配情况,进行新产品配置方案的可行性评估和方 案综合选择。功能便块亠 划分f* i产品配管 方案求解广方案可行性 评佑与选择- 可玄捺亘用«» 

6、1;» 门得改型设计 n待全新设计7毒祁件蓝舸件分其 定垃相似性搜索 可配置判别号制寥郃伴资滦库供应商供应淹 选择图4.3祈产品初始配置框架fig 4.3 collaborative configuration model of new product简单的说，就是针对新产品功能技术要求，利用协同产品开发资源与配置模 型快速求解出满足需求的新产品配置方案。b|j：cs = config (cm .cr)(4.1 )几屮，cs为新产品配置方案，为产品配置模型(资源和知识)，cr为产 品配置需求。同时，在协同产品开发模式下，产品研发山动态联盟协同完成，不同模块或模 块组合由不同盟员企业负

7、责，够个盟员企业都聚焦对产晶氏中儿个部分(如：部 分模块)进行配置设计知识的长期积累和维护,单一知识源的产品配置整体模型 彼各企业针对特定模块或模块组合的分散配世模型所代替。呆终亦户需求需要依 托各盟员企业的配程设il-mlul源组合才能完成榕个产品配置设计方案求解。即：cm = c/n,(4.2)其中，叫为协同方的配置模型。打传统产品配置方法不同的含义是，这里产 品k證模型指的是包含企业自少在内更为广泛的协同产品开发配脛冬部件资源及 知识：产胡配世需求是指通过顾客需求获取和转换、概念设计及测试等获得的星 终产品功能技术特性：血配世结果也不仅仅包會了匹配的冬部件实例，还包含了 待改型设计或全新

8、设计的零部件需求及协同设计供应商等信息。4.2新产品初始配置资源模型4.2.1产品配置零部件资源零部件是产品的组成单元，是新产品配置的卑本资源。为了充分利川既冇零 部件资源支撐新产品配置，需要零部件库的支持。在零部件库中，除了已有产品 系列的可共用零部件外，还有供应商的大戢候选虚拟零部件资源。在协同产品开 发的今天，供j'm商参与新产品开发(sinpd , supplier involved new product development)或供应商早期参 1 j (esi, eaily supplier involvement)的模式得到 广泛应用w叫 供应商专业研发能力不断加强，其不

9、断推陈换新的零部件资源对新 产品配置尤为重要。而另一方而，零部件库也是供应商尽早参与新产品创新，以 更冇机会疣取新产品合作的关键渠道。根据调杏表明61, 80%的美国匚程师希卑 冬部件供给商町以通过网络提供现成的2d或3d cad模型：60%的受调査者承认 他们倾向于选择提供了此类服务的零件供给商：在被下载的三维模型中，大约 8090%的模型被加进到顾客的设计方案中并fl彼购买。也就足说，人约超过70% 零部件订购实际上早在设计过程中就已被指定。因此，对很多供应商的来说，零 部件销售匕是面向设讣匸程师的销售，而不址传统的血向采购人员的销售。而候 选零部件库是供应商与新产品i程师建立联系的载体，

10、新产品配置则是供应商参 与新产品研发的关键机会。另外，通过零部件库还使得包含在零部件中的产品知 识得到有效重用，也从根本上保证了大批暈定制产站的低成本和高可靠性。由于不同类吃的零部件由不同类住的供应商提供设计或制造，各供应商提供 口己既冇的零部件资源，同时随着企业产品体系的丰布和信息技术的进步而对相 关零部件资源进行不断扩充。因此，新产品初始配置零部件资源库应该是一个网 络化的虚拟共宁资源库，曲各供应商提供的不同类型的冬部件资源组成，并对冬 部件属性进行描述。b|j：cpr = jpsi = pt,pt2ptm(4.3)兀中，冲尺为总的虚拟共亨资源库，ps,为共7资源库的源，码,皿,p7； 为

11、零部件资源的类别集合。不同类别的零部件资源通过不同属性特征组介进行描 述：f7；二依。0=1，2,)，嘉表示q类零部件通过丿项特征属性进行描述，包括零 部件的编码、名称、成本、功能特性，以及儿何、颜色、材质等技术特性；不同 类别零部件实例及属性值则可表示为：化严匕/尸1,2,;1,2,)，几表示c 类零部件的第上个实例的第丿项特征属性取值。对/部件來说，还应该包括对其结 构特征的描述，如：子件的组成、数量、位置等。虚拟零部件资源库能最人范用地集成来白不同企业的零部件资源，并成为使 用方新产品研发资源选择和提供方资源共亨的统入ii。如图44所示。图44新产晶初始配駅零部件资源库fig 4.4 p

12、arts resource of new product collaborative configuration乞提供方不断向库中提供共卩零部件资源；而使用方则通过该零部件库以便 能够从更广泛的范国内检索到供应商的零部件资源支持新产晶配置。由于零部件 库能够讣提供'冬部件资源的企业冇更箔被优先选择的机会，増加了更多的商业机 会，从而使得更多的企业在竞争压力下上动向零件库提供资源，使得零件库资源 更加丰富：资源越丰富，使企业能够获取所需资源的机会更多、更便捷。这样， 充分利用internet所带来的机遇，通过整个供应链的倍息集成创建-个优势互补的 零件库资源共享环境，实现企业间通川零件的

13、批駅，从而形成更大的规模经济效 应及联合经济效应7】。4.2.2产品配置知识结构与本体建模为了支撑新产品配置，并方便零部件被选用，零部件库需要对零部件的功能、 性能、材料、结构、配芒关系、关联知识、模型、参考价格、使川记录等信息进 行充分的描述和记录。其屮，既冇产品寥部件、实例属性特征，也冇零部件分类、 继承关系，还有配世约束关系等产品配習知识。而口好的产品配習知识结构才能 有效支撑产品配置资源的共乍和产品配置知识的复用，快速实现新产品初始配置。 从产品配置的角度，按照知识作用范围和共歹层次，自底向上町分为五个层次（如 图4.5所示）:图4.5产品配置知识结构fig4.5 knowledge

14、structure of product conflguration第一层：基础概念模型，如：类、实例、约束、继承、实例化等高度抽象的元 概念。第二层：配置概念模熨，如：产品、零件、属性、关系等，在产品协同配置模 型中,配置对象可以用一个三元组表示：pco = （fv.pv9componetse t） 其中, f7表示功能特征，与配置需求对应；p7表示属性特征，包括儿何、颜色、材质 等特征；componetsetr结构特征，市对彖、（对象和结构关系特征r卩组成： componetse t = （pcosiibpco ,rv） o第三层：产品概念模型，如：于机、送话器、受话器、喇叭、摄像头、天线

15、、 洗衣机、螺钉、电冰箱、平板电脑、电饭煲等。第四层：产品规则模型，基丁特定产品域概念模型在定条件下（如：某个企 业、某个时间段等）的配置约束集合，包括：功能或属性特征值域约束、功能或 属性特征互约束、功能特征属性特征映射、与componetset子件关系特征约束、与 componetset子件功能特征约束、实例互约束等；第五层：配置需求方案，某于某个产品域的概念及对应的一组规则，针对特定 需求配置出的方案实例。其中，下层知识是上层知识建模的基础，第1、2层知识模型是产品配置资源 共亨和知识重用的支撑慕础。零部件资源库及产品配置知识作为产品配置推理和方案求解的堆础，也足产 品配置资源共亨和配置

16、知识重川的纽带，因此不仅要求所表达的知识（包括领域 概念、实例、结构、约束等）规范、明确、无歧义，易于理解、容易维护、便于 扩充，还要能满足分布性、多样性、兼容性、独立性和协同性等应用要求，能够 支掀产品配置模型的动态扩充和无缝集成。相对于其他的知识共亨和配置建模技 术，本体技术在知识抽象、共亨、可靠性、可拓展性等方面都史适合产胡配置零 部件资源库共乍的需要。事实上，本体（omology）作为共亨概念模型明确的形式化规范说明ml,近 年在知识建模（包括产品配置）应用i：得到广泛的研究。通过本体可对相关领域 知识进行捕获，提供对该领域知识的共同理解，确定该领域内共同认可的概念， 并从不同层次的形

17、式化模式上给出这些概念以及概念间相互关系的明确定义。里 于本体的产品配置领域知识形式化建模有利于分布式知识的规范化和共7。利用本体五个常用要素可建立产品配置本体（如图4.6所示）：configonto log y= c, p,人 4 f （4.4）其中，c代表本体概念集合，包括产品配置的基础概念模型、配置概念模型、 产品概念模型、配置需求方案中所有pco及其关系和行为的概念（如：手机、摄 像头、电路板、马达、贴片电容、零部件结构关系、企业等）；p代表本体概念屈 性集合，包括fv f py , 的所有对彖属性（如：结构子件、供应商）和数据 类型属性（如：数量、颜色等）；/代表本体实例集合，包括产

18、品、零部件（如： 手机、摄像头、天线、螺母的具体实例）及其关系实例（如:摄像头与镜头实例 的关系等）；/代表本体公理，包括类公理（如：螺母类是标准件类的子类）、属 性公理（如：屏幕材质二xmozed、slcd、tft、asv. ips）和实例公理（如： 螺栓实例公称直径等属性值）；f代表事实集合，表示除公理以外的苴他关系，即 类与属性（如：摄像头的像素、屏幕的分辨率、屏幕的材质、屏幕的尺寸等）、类 与实例（如:送话器的实例）、实例与实例（如:卡槽与存储匸）、实例与数值（如: 屏幕实例的分辨率、材质、尺寸等属性值）之间的关系及其约束。图4.6产品配置本体实例fig 4.6 a case of p

19、roduct collaborative cofiguration on to logy产品配置木体建模，一方面，应该尽可能使用最少的对象类型來表达配置模 型，以便降低配置过程及模型本身的复朵性：另一方而，也要尽可能保持配置单 元和配置知识的独立性，以满足配置知识独立维护和动态组合的要求；同时，还 应该按照产品配置知识结构层次简单、规范和原了化的逐层构建术语规范，以便 于维护并降低知识共亨的成本（减少转换和映射工作九4.2.3零部件资源配置规则一个产品由多个零部件纽成，这些零部件之间存在功能、性能、结构尺寸、 装配位置、配合公差、质鼠、成木等多个方面的匹配关系，如一个发动机与一个 口动变速器z

20、间耍实现完全匹配，则必须在功能、性能、结构尺寸、装配位置、 配合公差、质鼠、成本等多个特征属性方而完全匹配，这是相合关联约束。如果 发动机和自动变速器z间部分特征属性能匹配，刃一部分特征属性不能匹配，如 功能、性能匹配，尺寸大小与装配位置不匹配，则需要对两个部件进行改进设计, 使它们完全匹配，这是弱相合关联约束。如发动机和口动变速器之间的所有特征 屈性都不匹配，则它们就超不相合关联约束。还有一种关联约束关系是、”1用了某 一个部件，就一定不能用另一个部件，如电喷发动机中用了电子燃油喷射部件， 就不能用化油器，这就是相斥关联约束。物料库中零部件间的多维关联约束规则 和可配置判据如表4.1所示。滋

21、4.1零部件资源可配置判据tab 4.1 configurable judging criteria of part resources关联约 束对象零部件多维 特征屈性关联约束类型可配置判据关联约束符号应用场合部件a零部件m强关联关联对象间的所«务 kl it*令d可同时使用满足与部件b：的特征属性约束有持征属性完全秒科a-c可配置判据的零部件at 件号、匹配，可配置部件与零件c：名称、版本、弱关联关联对象间部分物料a物料b同时使用满足可零件c功能、性能、约束特征属性不匹a配置判据的零部与零件d：几何结构、配，可配置，但件，需改进设计部件a尺寸、装配需改进设计与辅料e：位丹、配合不

22、关联零部件之间没有物料a物料b满足可配置判据,零件c公上、质量、约束关联关系，各自各零部件独立使与辅料f：成本、供应独立配置用商、相斥关关联对象间存在物料a物料b使用了零部件a,联约束相互排斥关系,e*->e就不能使用零部不可配置件b,相互排斥依附关依附在部件上的物料a主体部件满足可联约束其它零件，随主.依附件：8配置判据，依附件体部件可配置或疋依附件c：同时使用：反之，不可配置依附件d则不能同时使用为此，在配置知识本体中对应定义r 4种关系属性：强关联、弱关联、不相 斥关联和依附关联。这是配置中常见的配置约束，但实杯过程中配置知识可能通 过更多多样的方式进行表现，如：零部件屈性件间鼠化

23、关系。而针对不同的配置 范峙，针对相同零部件的依赖关系可能不一样，为了确保配置知识的可拓展性。 这里采用配置概念和配置规则分离(即3、4层分开表达)，将配置知识模熨拓展 为：cm = configontoogy configswrlrides(4.5)其中，configontolog通过标准本体建模，对配置概念及实例等进行表达， 而配置规则则利川里于xml的swrl呈现配置规则，即configswrlrides。swrl作为一种以语义的方式呈现规则的语言21,支持本体语言owl为w3c 标准，并且只有较卞富的关系表达能力，nj以有效地实现各种配矍规则(包括各 种复杂的算术和约束关系)的形式与内容的标准化。同时，町与owl木体中的类 和关系结合，在描述逻辑的爆础上进行推理的规则描述语言。每条配置规则都是 条蕴含式(如图4.7所示)，由推理结果(consequent)和推理询提("ihucudem) 构成,而推理前提和结论则由零个或多个。加组成,atom 乂由owl类c、对象 属性人、数据类型属性l7、对象变暈或实例，以及数据类型d、数据类型变暈或 值片，,v”、built-in方法等构成,即