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装载机的PDM系统的配置研究 |
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作者：李文耀 杨文刚 季喜君 |
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1 引言
随着计算机技术和网络的发展，计算机的应用变的越来越重要了，现在PDM的运用也越来越被各个企业所重视，PDM的实施对于企业提高工作效率有着不可忽视的作用。装载机作为重要的机械之一，在各个工作领域有着不可替代的作用，这就对装载机生产行业提出了更高的要求，不仅要提高自身的生产效率，也要保证生产的质量，PDM的介入正好替企业解决了很多难题。产品配置作为PDM中的重要组成部分之一，目前也成为研究的热点，本文就PDM中的产品配置作了一些研究。在PDM配置系统中，装载机设计的过程被分解为两个过程，产品族的设计和装载机配置过程。产品族的设计是通过需求分析、构建产品平台和零部件建模过程，完成产品族模型的建立。设计是一个通用的产品族结构，代表基本功能相似的不同产品结构的集合。通用产品族结构的描述是通过通用零部件实现的。通用零部件是指可替换的元件集合。为获得用户要求的多样性，企业以通用框架为基础，加入各种实现不同功能的零部件，构成通用的产品族结构。因此，设计一个产品族可以看成是一个产品数据模型中捕捉和建立各种变型的过程。产品配置设计是在产品族设计的通用产品族模型上，按客户的需求进行的快速变型设计。要求准确理解客户需求，生成满足客户需求的产品变型的完整描述。在给定一组客户需求和一个产品描述后，产品配置设计可以在通用的产品族结构描述的各个变型产品中找到一个有效的和完全定制的产品结构。产品配置设计是一种特定的设计活动，具有两个关键特性：
(1)被配置的产品由完备定义的元件类的既定集合的实例装配而成。
(2)元件以预定的方式相互作用。
图1 产品配置基本原理
产品族是通过产品设计系统首先产生的，配置规则和配置器是由设计部门来制定和维护，配置规则决定了选择产品族中元件的约束和条件。配置器给出了实现配置过程的交互界面。通过配置器，可产生和客户需求相关的产品结构BOM。
2 配置过程
对于不同用途和不同型号的装载机系列产品的生产模式经常面临的是基于产品族动态产品模型的变型产品，对于随时到来的客户定货要求，首先应对其进行规范化描述，并将其定位在合适的客户群之内，然后利用相应产品族的动态产品模型，进行配置或变型设计，其过程如图2。客户需求的QFD[Quality(质量)、Function(功能)与Development(发展)]转换：在产品族QFD的基础上，确定对应具体客户需求的产品工程特制产品，并提供报价。如果客户满意，产品配置系统可以生成可供制造的产品模型；否则产品配置系统向设计人员提供员接近客户需求的实例，使定制设计有较高的起点，缩短工作时间。变型设计的结果应该及时反馈回产品族模型，以便以后提供给客户该变型配置。
图2 配置过程
3 配置方式的分类
产品配置的方式主要分三种：
(1)变量配置
当某个装载机机械形成系列产品时，在不同型号的产品中存在着许多具有相同用途、相同名称但不同规格和不同型号的零部件。这些零部件的某些属性具有多个可选的属性值，以适应不同型号的产品。例如图3，同样是工作装置，它的举升重量可以有多个可选值，可以把这些属性作为变量，根据这些变量的取值决定哪个型号的零部件入选具体的产品结构。用这种配置方法进行产品结构配置称为变量配置。
(2)有效性配置
有时在完整产品结构中，某一部件由于某种理由可能使用了一个零件的多个版本。此时要配置具体产品结构，需要按照有效性规则进行配置，确定哪一个零件版本在哪一层产品结构能够入选。常用的有效性规则：结构有效性、时间有效性、结构有效性是指零部件在某个具体的装配关系中的数量。当配置装载机时，有些部件可选可不选，通过设置结构有效性的规则，反映这种配置意向。时间有效性是用零部件各版本的有效时间段来确定哪个版本的零件入选。零部件各版本的有效时间段之间应紧密衔接，不应出现空白区间。在进行配置时，可以把这些配置规则经过逻辑组合而使用，从而得到同一产品的不同配置。
(3)发放状态配置
在装载机产品族的设计过程中，如图3，产品结构上各个节点可以看成是一个虚拟的类节点，包含多个零部件实例，而各个零部件实例可能存在各种不同的状态，如设计中的“工作状态“，完成设计后的“设计完成”。有的零部件实例已经通过了制造发放，不仅通过了结构合理性的审批，而且其工艺合理性和制造合理性也已经通过了各级审批，标志为“制造完成”状态。在“设计完成”和“制造完成”两种状态之间，还可以具有多种中间状态，比如在某中间状态下的BOM可用于采购部门进行原材料的订购，又或在某中间状态下的BOM可用于进行工艺装备的设计参照等等。不同的用户可以指定不同的发放的状态，生成自己所需要的BOM视图。
图3 面向装载机配置的产品族结构模型
4 基于规则的配置方式研究
装载机配置的问题划分为产品族结构的构建和产品配置两部分。本文将分产品族结构模型和产品配置两部分来讨论基于规则配置方式。为了使得产品族具有可配置性。必须构建一个可以支持配置的产品族结构。本文提出如图3的产品族结构模型。
结构描述
整个单一产品族结构是由三类虚拟节点构成，虚拟节点可以看成是零部件的类对象。虚拟节点分一下几种类型：
专用部件虚节点：图上表示为圆形ZB节点。表示该节点是一个部件类，其下包含部件的实例。一般用来表示包含一个实例的节点，如果子节点有替换节点存在则可包含多个部件实例，则需要用可替换虚节点表示。
专用零件虚节点：图上表示为圆形ZL节点。表示该节点是一个零件类，其下包含零件的实例。一般用来表示包含一个实例的节点，如果子节点有替换节点存在则可包含多个零件实例，则需要用可替换虚节点表示。
通用零部件可选虚节点：图上表示为圆形TX节点。表示该节点下面包含多个的通用的虚节点。在不同类型结构用途的装载机有着一些通用的零部件，加入通用部件虚节点，可以大大提高配置的效率。
通过以上的产品族结构模型，构建了一个产品配置的模型基础。产品配置可以通过规则来决定结构模型中不确定节点被选择的条件。条件和产品变量结合后，通过用户界面实现对产品族的选择配置过程。
5 BOM的多视图
在企业中，对于同一个产品，不同的部门关心的产品信息并不相同，PDM应该能提供满足不同部门相应的产品信息。产品BOM信息在其生命周期的不同阶段有不同内容，形成了产品结构的多种视图。设计阶段的产品BOM关心每一个零部件的具体装配结构，将每一个部件细分到零件一级，其组织方法按产品设计的层次来进行，采购上的BOM仅仅关心以总成状态供货的非标准件，零部件之间没有层次关系，物流上的BOM关心零部件的投料方式，其组织形式按不同制造场地的投装单元来组织，其层次结构可能与设计BOM不同，而且包含了过程件的信息，而此信息在设计中是没有的。再次，不同的BOM对于设计变更的变化是不一样的，往往设计BOM已按设计生效点进行切换而物流BOM却不能切换，物流切换是和供货、库存量相关的。但不管怎么说，PDM维护的是企业的单一数据源，必须保证数据的一致性。
如图4，就是针对设计部门，计划部门，制造部门具体对应相应的视图。不同视图对于企业各个部门的工作效率，部门之间的协同工作都有着积极的作用。而且不同的产品结构视图直接的反映了产品在其生命周期内不同阶段的定义信息，在进行产品配置时，PDM记录下各个部件的配置层次信息和它们之间的联系。所以可以从任何一个产品结构视图查询到产品的完整结构，从而访问产品所有的数据。
图4 产品结构多视图
6 结论
在面向装载机的PDM的系统实施中，如何能高效的正确的配置产品族的结构模型，对于PDM实施具有至关重要的作用，本文从需求分析到如何进行装载机的配置以及最后生成产品结构多视图作了大致的研究。产品配置是实现企业内研发部门与管理部门的信息共享的桥梁，是实现敏捷制造的基础，是盟主企业与各盟友企业信息沟通的源头，产品配置决定了PDM成功实施的关键。本文结合了装载机的知识和PDM中产品配置的理论，针对产品配置作了一些分析，并且在实践中也得到了有效的运用。(end)
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(9/3/2012) |
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