PLM系统的产品配置方法 - 文章

PLM系统的产品配置方法

作者：东南大学机械工程系王承锋许映秋

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个性化消费已成为潮流和趋势，许多制造企业正面临着大规模生产和提供个性化产品之间的矛盾。基于互联网的信息系统使解决这种矛盾成为可能，因为通过互联网可以在企业和消费者之间建立起一种信息交互的桥梁。产品信息及时、可靠的传递是实现这种电子商务的基础。为此，以产品信息为核心的PLM（产品全生命周期管理）作为为整个企业生产经营服务的信息系统被提出，它为企业了提供一种从整体上实现对产品生命周期中各个阶段的相关信息、过程和资源进行优化管理的解决方案。

贯穿于产品全生命周期的产品结构与配置管理系统是PLM完整解决方案的关键技术之一。产品配置把产品定义的全部数据，包括几何模型信息、分析结果、技术说明、工艺文件、合同订单和质量文件等，都与产品结构建立了联系，使用户能够很方便地知道某一项变化所造成的影响。产品配置管理实质就是广义的物料清单表(Bill Of Material，BOM)管理，PLM系统能够生成物料清单，并且能够依据用户指定的规则对产品结构进行配置。

产品配置管理以数据仓库为底层支持，以物料清单为其组织核心，把定义最终产品的所有工程数据和文档联系起来，实现对产品数据的组织、控制和管理，并在一定目标或规则的约束下，向用户或应用系统提供产品结构的不同视图和描述，同时也为其他许多系统（如ERP、CRM等）提供基本的信息服务。

一、产品结构及产品配置

产品结构和产品配置是对产品信息进行组织和管理的形式，它们紧密相关。只有有效、合理地组织产品结构，才能使产品的配置顺利进行。由于对产品的特性需求最终是通过实际的产品结构来实现的，因此产品配置的结果是具体的产品结构视图。

产品结构是对产品构成的描述。管理产品结构具有两个方面的目的：一方面，以产品结构为组织框架，可以很方便地对所有产品的相关信息进行管理，有利于对产品信息的组织和查询；另一方面，基于产品结构，企业能提供统一的有关产品构成的信息描述，同时可以根据产品生命周期不同阶段的需要，提供有侧重点的信息服务。

为了达到上述目的，产品结构管理一般采用视图控制法——在某个产品结构的不同使用场景中，通过各种不同划分方法，对产品结构进行管理和描述。每个视图是一个管理对象，视图对象间可以根据一定的规则进行构件信息和结构信息的传递。每个构件可以与多个视图相关联，这样便能从同一个产品的复合数据结构生成不同的视图。例如，在产品设计时，设计人员产生了面向功能模块的设计视图；生产制造部门可以在设计视图的信息基础上，结合生产的实际情况，加入工艺方面的相关信息，通过资源的优化组合，产生一个制造视图；采购人员根据需要，在制造视图的基础上，产生关于外购件的采购视图；维修服务人员根据需要，则可以产生面向技术支持和维护的维修视图。图1就是产品结构多视图转换示意图。

图1 配置管理中产品结构的多视图转换

按照ISO1007对配置管理的基本定义，所谓配置，是指“对被描述在技术文档中的或者体现在产品实际使用过程中的产品功能特性和物理特性所进行的表示”。这是从产品特性的角度对产品配置进行的定义。配置过程也可以被看成是一个选择一组构件并维护其关系以形成一个设计解决方案来解决客户需求的过程。产品配置管理模型如图2所示。

图2 产品配置管理模型

二、SF-PLM中的产品配置管理

1.产品配置方法

PLM的产品形成过程可能会跨越企业的界限，比如会在多个设计企业中形成动态联盟。因此，需要一个复杂的网络过程来实现，即产品的配置过程必须通过网络进行控制和实施。而且企业内部的产品配置需和盟友公司保持一致，并且采用并行工程的工作方式来保证产品设计、制造阶段的质量，以达成各结盟企业对于产品在功能、成本与质量等方面的配置要求。为此，PLM的产品配置的方法一般采用以下几种方式。

(1)按照发放状态配置产品

零部件在设计、批准、审核等过程中，其版本的版次是不断变化的。在产品复合数据结构中，每一个零部件都具有不同的版本。这些版本具有不同的发放状态，比如有的已经通过了设计发放，即该版本的结构和理性已经得到了审核和批准，被发放过程自动标志为“设计发放完成状态”，或称为“设计完成”。有的版本已经通过了制造发放，即该版本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通过了各级审批，被发放过程自动标志为“制造发放完成状态”，或者简称为“制造完成”。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定购，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。

必须说明的还有一种特殊状态的存在，该状态不是由任何发放过程所设置的，而是版本一经创建，在提交发放之前就具备的一种状态——“工作状态”。处于工作状态的版本允许修改，工作状态的版本也可以用于配置BOM，但是此BOM必须经常刷新。

(2)按照有效性配置产品

有效性按附属的对象可分为版本有效性和结构有效性，附属于版本对象的有效性标志在该版本对象被引用的地方全局有效，即有效性在包含该件的BOM中完全有效，而附属于BOM中的装配关系连接对象上的有效性标志，只在某个装配关系中才体现出有效性的约束，也就是局部有效。

有效性按照标志的参考不同，可分为两种：一种有效性标志指明：某个发放状态的版本或结构在某个时间段，或结构在某个时间段或者某几个时间段内生效；另外一种有效性标志指明：某个发放状态的版本或结构在某个系列号区间，或者某几个系列号区间的产品上生效。

具体采用何种机制的有效性标志，企业可以视具体情况而定。附属于版本对象的有效性标志可以与级连发放过程相集成，在发放过程的模版定义中，与过程的工作状态相互联系起来。而在装配关系对象上的有效性标志则需要有用户来手工指定，由此增加了系统的灵活性。但是这个过程需要严格的权限控制，也就是：只有经过授权的用户才能指定BOM中装配关系对象上的有效性标志。

对于PLM系统，更适于采用第二种方案。原因有两个方面：一方面，由于在各个联盟企业或子公司之间可能存在协同设计和制造，这样就导致了最终产品及产品包含的组件数量极大。同一个版本的相同的零部件被用于几个最终产品的多个装配场合。如果采用在版本对象上指定有效性标志的话，则需要创建多个版本，这些版本除了有效性标志不同外，其余的属性均一样，这将非常浪费存储空间和网络带宽。另一方面，对于像苏阀公司这样的制造企业，产品都具有这样一个特点——就是生产批量不大，产品的型号较多，大多数产品都形成了系列产品，而且同一型号的不同系列产品之间只存在少许的差异。故在原有BOM表的基础上，通过指定某几个装配关系的有效性约束条件，就可以完成客户的需求。

(3)按照变量和规则配置产品

按照变量和规则配置BOM，使得“面向个性化需求的制造”更加易于实现。这种配置方式提供了较大的配置自由度，贯彻了客户化的配置思想。如图2中所示的交互配置方式，就可以让用户直接参与个性化的产品配置，而不需要设计部门的再设计。

在制造企业的生产中，产品型号往往可以由几个关键的参数所决定，而不同型号的产品之间存在着许多共同组件，即不管这个产品属于哪个型号，都必须安装这些组件。因此这几个关键参数就构成了配置变量，通过指定不同的变量，就可以得到相应产品的BOM配置。例如，大家习惯于用CPU的频率、内存的大小来配置一台电脑，而那些机箱、键盘、鼠标等基本配置在一个系列的电脑产品中都是一样的，所以，很多消费者在不懂电脑硬件的情况下，也能配置出满足自己工作需要的个性化的电脑。

当然这里也要通过一定的约束条件，才能使不懂得技术细节的客户配置出合理化的产品。本文推荐采用决策表技术，即用决策表来作为变形配置的工具。决策表其实是一个存在于数据库中的规则库，它定义了一系列的规则对象，一般由四个区域组成：条件区、说明区、活动区和活动说明区。条件区中包含了所有用来检验决策情况的条件；说明区则是在一个规则列中对条件进行必要的说明；活动区中包含了根据条件所需执行的各种活动；活动说明区是在一个规则列中根据需要对活动进行必要的说明。

产品复合数据结构和决策表组成了一个信息单元：产品复合数据结构给出了最完整的产品结构，而决策表存放了具体的配置选择规则和选择逻辑。因此产品复合数据结构和决策表一起提供了一种手段——就是通过定义一系列的基于关键参数的选择配置规则，来定义由产品复合数据结构派生的与具体客户有关的产品配置BOM。

(4)按照组合方式配置产品

前面介绍的是3种基本的配置方法，在PLM系统配置管理的具体实现中，可以将上述方法结合起来，让用户能够任意组合两种或者三种配置方法来进行产品配置。这将为企业提供更大的灵活性——可以在同一个BOM上配置出满足条件、符合各种要求的产品结构树，如图3所示。

图3 组合方式下的产品配置方法

2.SF-PLM的产品配置方式及概念模型

基于以上的配置管理思想和SF-PLM系统配置管理模块的具体需求，本文采用UML可视化建模技术进行面向对象的分析和建模。为了说明本模块的产品配置方式，配置管理模块的持久对象被从class框图中提取出来，如图4所示。它形成了本模块数据库的概念模型，描述了需要存储于数据库的对象信息及其关联信息。

图4 配置管理模块的持久对象

图4中识别了6个基本类和5个关联类。6个基本类分别是：零件基本记录、模型基本记录、文档基本记录、有效性、配置参数表和决策表，他们共同构成了进行产品配置管理所需要的基本表。5个关联类分别是零部件—模型对应表、零部件—文档对应表、零部件—配置对应表、装配关系对象和选项配置，他们共同存储了与关联相关的属性。

SF-PLM配置管理模块按照组合方式配置BOM，即综合运用了发放状态、有效性和变量规则三种配置方法。在零件基本记录、模型基本记录和文档基本记录当中，都包含有版本和发放状态标志，这为按照发放状态配置BOM提供了实现手段。该模块的有效性配置采用对装配关系对象的有效性控制，可以看到，在图4中的装配关系对象类中有有效性标志，而这个有效性标志关联着一个有效性对象类，这就为按照有效性配置BOM提供了途径。基于关键参数的技术是按照变量和规则配置BOM的基础，图中的决策表类和配置参数表类给这种方式提供了支持。

三、结束语

产品配置管理是PLM系统的重要组成部分，它不仅可以使制造企业快速推出适合不同用户定位的系列化产品；而且还能通过基于互联网的电子商务，实现与最终用户的交互，满足企业的个性化需求。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (2/4/2005)


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