面向制造業(yè)的產(chǎn)品配置器與PDM集成設(shè)計

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產(chǎn)品配置器是借助計算機應(yīng)用技術(shù)完成產(chǎn)品配置任務(wù)的計算機系統(tǒng)，它將產(chǎn)品配置建模和配置問題求解相結(jié)合，基于產(chǎn)品配置模型和用戶的定制要求完成變型配置，產(chǎn)品配置器是制造企業(yè)實現(xiàn)MC(Mass Customization，大批量定制)不可缺少的工具?！　?/P>

產(chǎn)品配置器獨立應(yīng)用時，不僅要實現(xiàn)配置建模和配置求解等核心功能，還要考慮零部件標準化、信息化，甚至企業(yè)資源管理和計算機輔助設(shè)計(CAX)應(yīng)用集成等功能，而這些功能都已被PDM(Product Data Management，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理)系統(tǒng)實現(xiàn)。此外，由于產(chǎn)品配置在制造企業(yè)中的重要地位，目前已經(jīng)成為PDM系統(tǒng)研發(fā)過程中必須考慮的內(nèi)容。因此，產(chǎn)品配置器和PDM系統(tǒng)的集成具有較大的實用價值，能夠避免企業(yè)人力、財力資源的浪費和信息資源的冗余。

本文針對產(chǎn)品配置器與PDM集成的傳統(tǒng)模式耦合問題進行研究，給出了一種松散耦合的集成設(shè)計方法。

1 PDM中的產(chǎn)品配置功能

PDM是產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的簡稱，是一種對產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)和過程進行有效管理的方法和技術(shù)，它的目標是為各種計算機應(yīng)用系統(tǒng)提供一個集成平臺，對數(shù)據(jù)進行管理，對過程進行協(xié)調(diào)。

第一代基于圖書檔案管理的PDM主要專注于設(shè)計階段工程信息的管理，還未出現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品配置管理等模塊；第二代面向過程的PDM后，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品配置管理才出現(xiàn)在系統(tǒng)中，并逐漸成為PDM的主要功能。

大批量生產(chǎn)方式時，產(chǎn)品的生產(chǎn)目標是低成本、高質(zhì)量、標準化．在賣方主控的市場環(huán)境下，客戶很難參與產(chǎn)品的設(shè)計過程，產(chǎn)品的生命周期較長。因此，產(chǎn)品配置管理主要滿足企業(yè)內(nèi)部信息化管理的要求，統(tǒng)一管理產(chǎn)品生命周期內(nèi)全部數(shù)據(jù)的有效性，維護各部門BOM(物料清單)更改的一致性。它采用基于版本配置產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的方法，首先依據(jù)版本管理建立產(chǎn)品族，然后通過選擇產(chǎn)品族中各零部件的不同版本配置不同的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，完成設(shè)計任務(wù)。

隨著全球市場格局的變化，用戶對產(chǎn)品設(shè)計的需求越來越大，因此產(chǎn)品配置僅關(guān)注企業(yè)內(nèi)部已經(jīng)不能滿足發(fā)展的需要，來自用戶的個性化需求也要加人到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計中。于是，產(chǎn)品配置管理又產(chǎn)生了新的功能，即基于客戶的定制要求確定產(chǎn)品物料清單，這恰是面向MC生產(chǎn)方式產(chǎn)品配置的研究內(nèi)容。

這兩種配置功能都是將產(chǎn)品模型中不確定的零部件配置為確定的零部件，區(qū)別在于前者是基于版本進行產(chǎn)品配置，后者是基于客戶定制要求進行產(chǎn)品配置。在PDM系統(tǒng)相關(guān)研究和應(yīng)用中，有的將兩者劃分開，有的將兩者統(tǒng)一稱為產(chǎn)品配置管理。本文主要研究基于客戶定制的產(chǎn)品配置器與PDM系統(tǒng)的集成，為方便，本文將基于客戶定制的產(chǎn)品配置器簡稱產(chǎn)品配置器。

2　產(chǎn)品配置器的功能模塊設(shè)計

產(chǎn)品配置的主要任務(wù)是預(yù)先將領(lǐng)域知識轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品配置模型，并且可以將模型配置成滿足用戶定制要求的變型產(chǎn)品。因此，首先要設(shè)計產(chǎn)品配置器的工作原理。圖1為參考文獻《產(chǎn)品配置器的工作機理研究》給出的產(chǎn)品配置器工作原理設(shè)計圖。

圖1 產(chǎn)品配置器的工作原理設(shè)計

Fig.1 Work principium diagram of product configuration manager

企業(yè)首先要準備好產(chǎn)品配置建模所需的領(lǐng)域知識，包括涉及的所有組件和所有約束關(guān)系，產(chǎn)品配置器按圖1順序依次進行后繼活動。由圖1可見：步驟(1)～(3)負責(zé)將領(lǐng)域知識轉(zhuǎn)換為指定形式的產(chǎn)品配置模型；步驟(4)～(6)是對產(chǎn)品配置模型的應(yīng)用，負責(zé)接收用戶定制要求和配置求解，求解失敗時給出必要的解釋；步驟(7)負責(zé)將求解成功的配置結(jié)果注冊為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的形式，并持久化保存。產(chǎn)品配置器完成上述工作后，注冊獲得的變型產(chǎn)品可能還需要提交給設(shè)計部門進一步設(shè)計，也可直接交給制造部門組裝生產(chǎn)。

根據(jù)上述工作原理，產(chǎn)品配置器從客戶應(yīng)用角度可以被劃分為建模器、配置器和注冊器3個功能模塊，分別完成產(chǎn)品配置的建模、配置和注冊任務(wù)，維護的業(yè)務(wù)對象分別是廣義產(chǎn)品(即產(chǎn)品配置模型)、變型規(guī)范和變型產(chǎn)品。圖2給出了產(chǎn)品配置器面向客戶應(yīng)用的功能模塊設(shè)計，實際應(yīng)用中，產(chǎn)品配置器多數(shù)在PDM／erp系統(tǒng)的支持下完成。

圖2 產(chǎn)品配置器的功能模塊設(shè)計

Fig.2 Function module design diagram of product configuration manager

建模器是為制造業(yè)領(lǐng)域?qū)＜姨峁┑慕９ぞ撸I(lǐng)域?qū)＜腋鶕?jù)企業(yè)能生產(chǎn)的產(chǎn)品系列建立廣義產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，設(shè)計配置邏輯，確定定制界面。廣義產(chǎn)品是一組功能和特征相近的產(chǎn)品集合，廣義產(chǎn)品結(jié)構(gòu)通常采用GBOM的形式描述，結(jié)構(gòu)中的不確定信息一般用配置參數(shù)表示，領(lǐng)域?qū)＜一谂渲脜?shù)和產(chǎn)品規(guī)范建立該廣義產(chǎn)品結(jié)構(gòu)內(nèi)部零部件間的約束關(guān)系，從而決定了廣義產(chǎn)品的配置邏輯。領(lǐng)域?qū)＜疫€需要確定配置器界面的式樣，包括設(shè)置哪些參數(shù)是用戶可輸入的，如何向用戶描述這些參數(shù)，以及些參數(shù)是以何順序顯示給用戶等。

配置器是為客戶／銷售工程師提供的配置工具，主要提供用戶數(shù)據(jù)的采集、推理求解和保存配置解3項功能。配置器根據(jù)產(chǎn)品配置模型動態(tài)構(gòu)造一組定制貞面，定制頁面上的定制接口即模型中可以由用戶賦值的配置參數(shù)，用戶基于定制頁面提交定制要求，每提交一次就觸發(fā)一次配置推理計算。全部提交后，如果用戶的定制要求與約束關(guān)系不矛盾，系統(tǒng)則給出配置解。配置解可能有多個，用戶可以選擇其中一個或幾個以文檔的形式持久化保存，稱為變型規(guī)范，如果用戶的輸入與約束關(guān)系矛盾，系統(tǒng)則給出必要的解釋。

注冊器是為設(shè)計工程師提供的注冊工具，負責(zé)將配置解中的廣義零部件注冊為標準零部件。變型規(guī)范形式的配置解雖然能明確廣義產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中不確定的結(jié)構(gòu)和屬性信息，但還沒有為其中的廣義零部件指定能夠取代的標準零部件，因此，無法提供一個真正意義上的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。注冊器基于設(shè)計工程師輸入的注冊信息對配置解中廣義零部件自下而上逐層注冊，廣義零部件被逐個替換為標準零部件，配置解從文檔形式轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式，成為變型產(chǎn)品。變形產(chǎn)品可以直接交付給企業(yè)的設(shè)計/制造等后續(xù)環(huán)節(jié)。