PDM的功能组件配置个性化产品定制技术 - 文章

PDM的功能组件配置个性化产品定制技术

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摘要：PDM（产品数据管理）是一种管理产品整个生命周期的所有与其相关信息和过程的技术。本文提出产品模型、零部件族，产品配置过程模型和配置规则库。按照所述的理论和方法可以完成产品结构树和产品配置。

关键词：产品数据管理；产品模型；配置模型；零部件族。

国内外市场竞争日趋激烈，促使企业必须采用新的管理模式、新的组织结构和新的决策准则，以不断提高企业的核心竞争力。PDM－Product Data Management（产品数据管理）是一种产品整个生命周期的所有与其相关信息和过程的技术，是提高跨地域企业产品开发管理水平的有效手段、是实现企业信息集成的关键，是企业向分布化、集团化和专业化以及异地制造组装、动态联盟、虚拟企业等新兴企业组织和协作方式发展的基础，PDM是企业文化与计算机技术相结合的一种产品。PDM存储产品的相关数据、信息文件外，还起一种集成框架的作用。CAD/CAM//CAE、EDA、OA、MRP……通过应用接口、开发封装，直接一个一个作为对象（Object）被集成于PDM框架中，使产品研发进程更加优化。美国EDS公司的PSM、CV公司的Optegra、SDRC公司的Metaphese和IBM公司的PM等PDM产品已经实现了以上PDM的功能。

传统的PDM产品是以具体产品结构为中心组织产品数据，按需设计、生产和管理。这种PDM设计周期长、产品数据维护难、占用数据库宠大。产品新型难，难以适应多变的市场需求。[3] 现代制造业面临小批量、个性化的生产方式的挑战。这要求新型企业要以灵活多变的方式根据客户不同的需求，以科学的管理，有效的动作、高速度、低库存的特点，来随时接受订单，迅速配置零部件和构件要素组成产品。

武汉开目信息技术有限责任公司适应这种企业需求，研发基于功能组件的配置个性化产品的PDM系统，整合产品全生命周期相关信息，建立制造业产品全生命周期数据管理平台。按照功能组件建立产品模型，在定义好一个新产品的综合功能后，分解产品的综合功能形成一套相应的相关功能组件及于组件，并明确定义各组件之间的关系，形成产品模型和产品结构。建立产品模型以及实现产品配置是在分布式条件下小批量、定制产品条件下，维护产品全生命周期数据的有效方式。

本文提出基于产品模型和零部件族及知识库的二批数配置法：第一批段是在产品模型上搜索匹配相应构件；第二批段是在零族上搜索匹配最终零部件。

一、产品模型的组成

产品模型：产品模型由组件节点组件，组件可以是构件或零部件（图1），实际产品由构件组成，构件由具有不同参数的零部件组成，构件的共性用构件的属性（或参数）来描述。产品模型定义上下级构件和零部件的装配关系的集合。以具体构件和零部件对象组成对应产品模型的非精确BOM（封制清单）表，可供制作报表和统计用。

图1 产品模型组成图

表1 零部件族的特性表

.组件：可以是构件或零部件。组件之间的关系公为接口和配置关系。组件接口定义了如何实现部件之间的衔接，组件的空间位置和对环境（电、磁）的影响：组件配置关系定义了各个组件之间装配时的选用情况。

.构件：构件代表具有一定形状，功能和装配关系的一个零部件系列。这种零部件系列包括（1）已经存在的零部件；（2）没有成型的零部件；（3）还未设计的零部件。但是（1）（2）（3）种的部件接口必须相同。

.零部件族：将具有相同的结构、作用和功能的零部件形成系，仅仅尺寸等方面有差别。零部件族按照功能编码、形状、材料，发布日期等形成类或子类等级层次结构，反映零部件之间的继承关系。这种分类有利于分门别类管理零部件，提高其查找效率和可重用性，促进零部件标准化、减少重复设计。

.BOM多视图：BOM描述了除几何信息以外的产品全部信息。根据企业不同部门的需求（这些部门包括设计、采购、制造、销售部门）自动产生不同视角，有利加强产品结构管理功能、方便零部件族的检索和减少重复设计。

二、产品配置过程模型

产品配置管理是随产品的客户化和系列化生产而出现，以系列化产品的相关数据作为管理对象，以企业零部件库作为底层支持，以产品物料清单为核心，实现产品数据的组织，控制和管理，并在一定目标和配置规则约束下提供产品结构的不同视图和描述。根据客户需求形成该产品的一个具体配置。

1、配置规则含义和作用

产品模型中所有组件之间受具体规则约束，而形成产品，这些约束形成配规则库，进行产品约束的推理过程，就会获得产品，称这些约束为配置规则，产品配置规则的作用是对产品信息/知识的获取、加工和抽象。配置约束了产品模型中各构件之间的关系，达到正确选择构件和零部件及其功能模块的目的。

2、产品配置过程模型

产品配置过程就是配置规则和知识从产品模型的状态空间到具体零部件状态空间的搜索过程。产品模型中的所有构件和零部件组成一个状态空间。状态空间用三元组（Si,Ri,G）来描述，而每个状态系Si又用三元组（Ri,Ci,,Mi）来描述。产品配置过程是从初始状态空间到目标状态空间的映射过程。产品配置过程模型如图2所示。

图2 产品配置过程模型

.Si是构件、零部件的状态集合。S=F(R1,P)=F(R1M1)*F(R1M2)*…*F(R1MN)*F(R1C1)*F(R1C2)*…*F(R1Cn);

.G是配置获得的目标产品；

.R是用户需求的配置规则集：Ri={Ri1,Ri Rij, Rin}表示左第I节点（组件）对应的配置规则库输入的信息；

.P是Mi和Ci的笛卡尔集，P=M1*M2*…MN*C1*C2…*Cn

.Mi是构件的属性特征集，如尺寸或参数的系列集，颜色集（red,blue,green）等，I是零部件属性特征集。M={Mi1,Mi2…}表示第I个节点（组件）上对应的零部件族的信息；

.Ci(Chracter)是构件新对应零部件族的属性特征集，Ci={Ci1,Ci2…}表示第I个节点（组件）上对应的构件信息。

三、产品配置流程

产品的搜索匹配分为两个阶段：第一批段是针对模型上的节点，确定构件及用户要求的参数，获得的零部件；第二批段是针对相应节点，获取是终的零部件，然后依据有效性确定其版本，组成生产装配用的零件和部件。产品配置流程如图3所示。

图3 产品配置流程

组件的装配规则有组件父子兄弟关系规则（Parent,sibling）、可选（selection）、互换（alternet）、替换（substitute）等，均存在规则库中。产品模型配置时针对一个节点，扫描知识库的规则，经过冲突集检验，如有冲突再消解冲突，再触发有用规则，招待规则匹配，结论存入工作存储集，再对下一节点（组件）进行规则匹配，如图4所示，直到新有节点匹配完成，获得新要产品生成产品结构树，供企业组装成品，如某一环节无法消解冲突，就要另选产品模型重新配置。

图4 产品配置消解冲突流程

图5 轿车发动机类型配置

图5给出实现小轿车（M）发动机第一阶段类型配置，从知识库给出各种类型的发动机I型、II型、III型。规则库列出描述轿车车型与发动类的组合规则：Ui1=Combine{M轿车车型，发动机类型}、Ui2=Volum｛M轿车车型，内然机容量｝、Ui3=Number｛M轿车车型，气缸数量｝。图5根据这些规则执行，选用II型发动机。图6实现小轿车（M）的发动机II型的规格配置，选定II型发动机的II-3规格。｛3｝

四、适应企业要求的配置规则应用条件

一个企业对产品模型有着多种适应本企业的个性配置规则，分析其规则特点，归纳有以下几种：

1、照产品模型处的状态进行配置

一个产品从设计到生产会处于不同状态：有设计方案配置评估、设计状态、设计审批、图纸发放、生产制造等不同状态。企业要求按所处的状态进行配置：

2、按照选择的关健参数及条件进行配置

产品型号往往由几个关健来决定，而不同产品之间存许多的相同的组件。进行配置的关健参数，比如飞机载重、发动机型号，构造配置选项值表。

零部件版本作为配置条件，生成精确BOM变量条件既可以指定版本对象，也可指定给装配关系连接对象。可在一个版本对象指定多处变量值，如发动机气缸数量为4。

3、按照时间、地点、批次有效性进行配置

时间有效性标志着这个组件在不同的时间选择不同的零部件来进行配置，在这个时间段只能提供某种类型的零部件。地点有效性适用于地域分散的企业，不同地域某种原材料供货情况和价格，决定选不同的零部件；批次有效性是由于数量供应的限制而选不同的零部件。其分布式产品配置定制过程如图7所示。

图7 分布式产品配置定制过程

结语：传统的PDM是以具体产品结构为中心组织产品数据，按需设计、生产和管理，这种PDM产品，设计周期长、产品数据维护难，占用数据库量大、产品新型难，难以适应多变的市场需求。本文的基于功能组件配置个性化产品定制技术具有高速配置和低库存的特点，随时接受订单，迅速配置零部件和构件要素组成客户需求的个性化产品。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (2/16/2006)


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