基于产品族模型的产品配置管理研究

[摘要] 针对大规模定制模式下产品的特点，本文提出了以产品族模型为核心的产品族配置管理方法，在对产品族配置的原理进行分析的基础上探讨了产品配置的方法，详细描述了产品族配置过程。

[关键词] 大规模定制 产品族模型 产品配置管理

用户需求的个性化和多样化，使大规模定制生产模式受到学术界和工业界越来越多的关注。大规模定制的关键技术问题之一是如何组织产品和设计，用大规模生产的效益定制用户个性化的需求，产品配置则是解决这一问题的重要技术。用各种不同的配置条件形成产品结构的不同配置，称为产品结构的配置管理。而大规模定制模式下产品族开发特点使产品的品种和需求次数存在不确定性，这给产品配置管理提出了新的需求，要能够支持产品族模型，也就是实现产品族配置管理，它是实现大规模定制下产品快速变型设计的重要手段。

一、产品族配置的原理

产品族配置管理是以产品族结构为核心，在一定的目标或配置规则下，根据客户的定制需求，配置出满足要求的特定产品模型或向应用系统提品族模型的多视图管理。产品族配置目的是根据客户的定制需求，在已有模块化产品族结构基础上通过选配模块,或改变模块参数,进行产品的变型设计来得到满足需要的产品结构。配置设计过程可看作是根据配置规则和知识,从产品模型的状态空间到具体零部件状态空间的状态搜索过程。产品配置最终解的得出过程是从最初状态空间到目的空间的映射过程。

二、产品配置方法

根据知识表达方式和推理机制的不同，产品族配置方法主要有以下几种：

1.基于特征的配置推理。当接到客户订单时，根据需求从每个特征中选择一个选项，就可以获得一个配置产品。这种方法只有在特征数量少或产品结构简单时才适用。

2.基于规则的配置推理。基于规则的配置系统使用规则作为一致的表达领域知识和控制策略的机制,采用向前推理方式。配置规则中考虑设计规则、制造规则、装配规则,如合适、冲突、组合、可选、互换和替换等。

3.基于模型的配置推理。基于模型的配置推理的前提条件是存在系统模型。基于模型的推理将知识表达和推理机制进行分离，提高了系统的健壮性，可维护性和重用性。根据不同的模型描述，可以把基于模型的配置推理方法分为三种类型：基于逻辑的配置推理、基于约束的配置推理和基于资源的配置推理。

4.基于实例的推理。基于实例的配置推理方法主要是利用以往的配置方案(实例)来求解与之相似的新的配置问题。这种推理方法的前提条件是相似问题有相似配置方案。这充分体现了面向大规模定制的开发设计技术所强调的基于相似性的零部件重用的思想。

三、产品族配置过程

产品的配置过程实际上就是根据客户的需求进行实例化的过程,即给产品模型中的每个参数赋值、进行约束求解、最终完成产品配置的过程。具体的配置过程如图所示:

1.客户订单的分析。对订单中客户的需求进行分析，查询历史数据，判断该产品是否曾经定制过，如果定制过，直接执行（2），如果是第一次定制，则执行（3）。

2.订单的实例化。主要包括实例检索和实例的提取。首先根据客户的订单和以上所设计的配置规则，按照功能分解的方式对实例库进行检索。然后，系统根据配置的结果生成定制产品SBOM，SBOM才是后来被用到生产和计划等部门的物料清单。对于最终得到的产品，如果是很具有代表意义的，可以作为实例存储到实例库中。

3.产品族模型的匹配。根据客户提出的要求，从产品族模型库中调出能满足客户需要的产品族模型，同时这个产品族BOM被激活。构成产品族BOM的每个功能模块BOM都被看成为一个类对象，每个类对象都与实例库相连。

4.产品配置。这个过程主要是根据产品配置规则，从产品层开始，其次是功能模块层，最后是零部件层。它是以功能分解检索过程为基础的，功能分解的检索过程产生与构件功能相关的功能属性特征，产品分解的实例检索过程要产生子实例装配模型之间的装配属性特征。最后系统将配置的结果生成定制产品BOM，这与(2)的程序一样。

5.变型或重新设计。对于不能满足配置的功能模块或零部件，要考虑是否要进行变型设计或重新设计，这时企业要衡量设计成本，确定是否有必要接客户的订单。如果需要变型或重新设计，则最后生成的BOM清单跟其他的BOM清单一起传递给其他部门。

在大规模定制生产中，BOM产生于产品的配置设计过程，是根据客户的个性化需求确定的产品零部件信息。产品配置管理能够建立完善的BOM表，并实现其版本控制，高效、灵活地检索与查询最新的产品数据，实现产品数据的安全性和完整性控制。产品族配置管理可以被看作是一种特殊的设计行为，也可以被看作是一种产品数据组织与管理的形式。

参考文献:

[1]童秉枢李建明:产品数据管理(PDM)技术.清华大学出版社, 2000

[2]王昌建:基于DFMC的产品配置理论研究及实践：[硕士论文].杭州:浙江工业大学机电工程学院，2003

[3]赵方方:大规模定制模式下产品设计方法研究：[硕士论文]. 天津:河北工业大学管理学院，2004

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。