（机械电子工程专业论文）基于知识的家电产品配置技术研究.pdf

摘要 摘要 火规模定制生产是以大规模生产的效率和成本向客户提供个性化定制产品 的一种生产模式，它以客户为中心组织生产，提供多样化产品来满足不同需求。 大规模定制生产：中的产品配置对有效管理产品数据、充分利用现有资源和快速实 现产品的定制设计都具有十分重要的作用。产品配置知识的重用可大大地加快产 品配置的速度。因此，本文主要对大规模定制模式下基于知识的家电类产品配冠 进行了研究。 本文的主要工作内容有： ( i ) 研究了基于知识的产品配置过程模型，该配置模型探讨了从客户需求的 获取、客户需求的特征映射到j “品配置结果的输出的整个配置过程以及产品配置 过程中的知识库、模型库和规则库。 ( 2 ) 研究了家电产品的设计与需求特征，探讨了基于咀，的家电产品零部件、 产品结构节点、配置规则、配置实例等知识本体的表示方法。 ( 3 ) 探讨了基于网络和本体的家电产品知识模型获取框架、所获取知识的语 义有效性保证机制及产品配置过程中对x m l 文档和关系型数据库的知识查询方 法。 ( 4 ) 探讨了利用产品配置实例、规则推理技术、产品配置知识、配置模型实 现产品快速配置的方法，从而满足客户的个性化需求。 ( 5 ) 综合运用以上研究的产品配置理论，讨论了对智能配置需求较大的家电 类产品微波炉的配置例子，该配置例子探讨了客户对微波炉配置需求的获 取、配置规则的建立以及整个配置过程的实现方法，该配置方法可有效地满足大 规模定制模式下对家电产品进行配置的要求。 关键词：产品配置管理；大规模定制；产品配置模型；知识本体；x m l 本论文获得8 6 3 计划项目( 项目编号：2 0 0 3 a a 4 1 4 0 2 3 ) 和广东省科技攻关项目( 项 目编号：2 0 0 4 a 1 0 4 0 5 0 0 1 ) 的联合资助。 ： 兰童三些耋耋三兰堡圭兰堡篁塞 a b s t r a c t m a s sc u s t o m i z a t i o n ( m c ) a i m sa tp r o v i d i n gc u s t o m i z e d p r o d u c t sw i t he 币c i e n c y a n dc o s to fm a s sp r o d u c t i o n ，l t 。sac u s t o m e r c e n t e r e dp r o d u c i n gs t r a t e g y p r o v i d i n g v a r i e t i e so fp r o d u c tt om e e tc u s t o m e rr e q u i r e m e n t s ，p r o d u c tc o n n g u 豫t i o n ( p c ) i n m a s sc u s t o m i z a t i o np l a y sa ni n l p o r t a n tr o l ei nm a i l a g i n gp r o d u c t d a t a ，r e u s i n ge x i s t e d r e s o u r c e s ，a n di m p r o v i n gc u s t o m i z e dp r o d u c t s 。d e v e l o p i n ga b i l i t ya n de f n c i e n c yt h e k n o w k d g e r e u s eo np m d u c tc o n f i g u r a t i o nc a na c l e r a t ep r o d u c tc o n f i g u r a t i o ns p e e d g r e a t l y 耵l i st h e s i s f o c u s e do nt h et h e o r ya n di m p l e m e n t a t i o nm e t h o d so fp cf o r h o u s e h o l de l e c t r i c a la p p l i a n c ei nm a s sc l i s t o m i z a t i o n t h em a i nr e s e a r c hc o n t e n t s ；nt h i st h e s i si n c l u d e ： t h e p r o d u c tc o n f i g u r a t i o np r o c e s sm o d e l b a s e do n k n o w l e d g e h a sb e e nr e s e a r c h e d ， t o g e m e r w i mt h ew h o l e c o n f i g u r a “o np r o c e s s 行o m t h ea c q u i s i t i o no fu s e r sd e m a n dt o t h em a p p i n go fu s e ，sd e m a n dc h a r a c t e r i s t i ca i l do u t p u to ft h ep r o d u c tc o n f i g u r a t i o n r e s u l t s ，c o 蚯g u r a t i o n 。印o s i t o r y ，m o d e lr e p o s i t o r y a n dm em l er e p o s i t o r yi nt l l e p r o c e s so f p r o d u c tc o n f i g u r a t i o n h a sb e e ns t u d i e di nt h i sp r o d u c t c o n f i g u r a t i o n m o d e l t h e d e s i 醪a n d d e m a n dc h a r a c t e f i s t i c so fh o u s e h o l de l e c t r 至c a la p p l i a n c eh a v eb e e n s t u d i e d t h ex m l b a s e do m o i o g y e x p r e s s i o m e t h o d sh a v eb e e ni n v e s t i g a t e d ，m a n y k i n d so fo n t o i o g yf o re x p r e s s i n gh o u s e h o i de l e c t r i c a l a p p l i a n c e h a v cb e e ng i v e n ， i n c l u d i n gp m d u c tc o m p o n e n to n t o l o g y ，p r o d u c t s t n l c t u r en o d eo n t o i o g y ，c o 瓶g u r a t i o n r u l eo n 幻l o g y ， c o n f i g u r a t i o n n s t a n c eo n t o l o g y b a s e do nn e 锨，o r ka n do n t o f o g y t e c h n o l o g i e s ，t h ep d u c tk n o w i e d g e m o d e l a c q u i s i t i o n f b n ei sc o n s 锄c t e d ，a f l da s s u f a n c em e c h a n i s mo fs e m a n t i cv a j i d i t ) ri s p r o p o s e d 1 1 1 em 础o d so fk n o w l e d g ea c q i l i s i t i o na n dk n o w l e d g eq u e 呵h a v eb e e n s n l d i e du n d e rx m la n d1 - e j a t e dd a t a b a s ee n v i r o n m e n t s i no r d e rt om e e tt h ec u s t o m e r s i n d i v i d u a l i z e dd e m a n d s ，t h em e t h o d so fu t i l i z i n g p r o d u c tc o 埘i g u r a t i o n i n s t a 】e ，m l e r e a s o i l i n gt e d h n o l o g y ，p r o d u c tc o n f i g u r a t i o n r e p o s i t o i ya n dp r o d u c tc o n f i g u r a t i o nm o d e l t or e a l i z ef 瓠tp r o d u c tc o n 矗g u r a t i o nh a s i i b e e ns t u d l e d b a s e do nt h ep r o d u c tc o n f i g u r a t i o nt h e o r i e sa n di n c m o d sm e n t i o n e da b o v e ，a n e x a n l p l eo fp r o d u c tc o l g u r a t i o no nm i c m w a v eo v e ni sg i v e n ，w h i c hi n c l u d e st h e a c q u i s j t i o n m e 1 0 do fu s e r sd e n 瑚d ，t h ec o n s 衄j c t i o no fc o n n g u r a t i o nr u l ea n d r e a l i z a t i o nm e m o do ft h ew h o l ec o n n g u r a t i o np r o c e s s a sar e s u l t ，t h i sc o n 行g u r a t i o n m e m o dc a nm e e th o u s e h o l de l e c t r j c a l a p p l i a n c ep r o d u c tc o n 们g u r a t i o nr e q u i r e m 科n e m c i e n n yu n d e rm a s sc u s t o m i z a t i o ne n v i r o n m e n t k e y w o r d s ：p c m ；m c ；c o n f i g u r a t i o nm o d e i ；k n o w l e d g e o n t o l o g y ；x m l t h ed i s s e n a t i o nw a s s u p p o n e d b y t h ep r o j e c to f n a t i o n a l8 6 3h i t e c hp l a n ( p r o j e c tn o 2 0 0 3 a a 4 1 4 0 2 3 ) a n d t h ek e y p r o j e c to f g u a i l g d o n g s c i e n c ea t l dt e c h n o l o g y ( p r o j e c t n o ：2 0 0 4 a 1 0 4 0 5 0 0 1 i i i 1 1 课题的研究背景 第一章绪论 i n t e m e t 的迅速发展，打破了时间和地域对经济活动的限制，为困家问、企业 间经济关系的发展提供了新的手段和条件，经济的全球化成为不可阻挡的趋势， 这一切使得制造环境发生了根本性的变化【2 6 i ，制造业面临着前所未有的挑战，主 要表现为： ( 1 ) 市场变化的挑战 随着经济的全球化，世界市场难在发生重大的变化，从传统的相对稳定型市 场演变成无法预测、动态多变型市场，物质产品的丰富和产品竞争的加剧，市场 已经从“卖方市场”转向“买方市场”。在卖方市场的经济环境下，产品只要能够 生产出来就一定能够买得出去，企业在生产中注重的是规模经济，由此，企业广 泛采用大批量的生产模式，以提高产量、降低生产成本。而在买方市场环境中， 买方不仅可以挑选产品，而且可以挑选卖方，这迫使企业调整生产经营模式，由 自行决定产品大纲的生产方式转向由买方订单驱动的生产方式。因此，必须准确 地理解客户的需求，在最短的时间内生产出满足客户需求的个性化产品，以提高 客户的满意度。 ( 2 ) 产品生命周期缩短的挑战 现代科技日新月异，客户对产品永无止境的追求导致新产品层出不穷，产品 的市场寿命大大缩短。据统计，电子产品平均市场寿命已经从1 9 7 8 年的8 年左右 缩短到1 9 9 4 年的2 3 年。而在产品生命周期缩短的同时，由于产品结构日益复杂， 功能不断增强，新产品的平均开发周期从1 9 7 8 年的1 ，5 年延长到1 9 9 4 年的4 2 年， 如何较好地解决这一对同益尖锐的矛盾已经成为企业生死攸关的问题。顺应客户 需求的变化，迅速响应市场，已经成为压倒一切的竞争因素。 ( 3 ) 交货期缩短的挑战 当前顾客的购买行为已经不再拘泥于注重价格，而是特别强调交货期，因为 交货期越短，则买方得益于及早使用新产品的效益越大，这足以弥补价格上的损 失。因此，对于产品响应速度的要求也越来越高，竞争的重要因素除了产品成本 厂东工业大学工学硕上学位论文 和质量以外，以时间响应为基准的竞争将是未来竞争中一个突出的特点，与此相 适应的企业制造战略主要是在最短的时间内开发和生产出市场需要的新产品，交 货期成了企业最关心的事情。能否更快、更好、以更低的成本制造出新的产品投 放市场，将是制造企业生存和发展的关键，市场占有事的很大比例属于产品首先 上市的企j i k 。既要满足用户的多样化需求，又要缩短产品的交货期，这将是现代 企业面临的又一“两难”问题。 ( 4 ) 客户需求多样化和个性化的挑战 客户不再满足于选择企业提供的大众化的标准产品，他们希望得到满足其个 性化需求的独一无二的产品。在产品中融入客户的个性化和多样化需求已经成为 世界的潮流，而这一潮流必然会给企业带来新的压力。客户需求的多样化导致了 市场的多样化，制造业必须即时调整现有的生产方式j 能适应这一市场的变化。 ( 5 ) 社会进步的挑战 在以信息为主体的网络社会，对信息的开发、获取、扩散和运用将直接影响 到社会生产力的高低。人类社会由工业时代向网络时代的变迁，必然要求改革旧 有的生产模式，使得制造技术适应现代社会的发展。传统的批量生产模式及其支 撑技术群具有明显的工业时代的特征，它已经远远不能适应网络时代对制造技术 的要求了。 现代社会所显现出的网络信息特征迫使制造业在生产模式及其支撑技术群方 面进行变革，积极发展现代制造技术、寻求新的生产模式并且构造与之相应的支 撑技术群，使得制造技术跟上时代的步伐是目前摆在制造业面前艰巨而紧迫的任 务。 在制造业所面临的挑战面前，世界各国纷纷采取对策，研究和探索适应现代 市场和社会需求的现代制造技术，提出了各种现代制造的新哲理和新模式。近年 来，一种被认为是2 1 世纪制造业最为重要的生产模式一大批量定制生产( m a s s c u s t o m i z a t i o n ，简称m c ) 的概念被提出，并且逐步清晰和完型27 1 。1 9 9 6 年美国 乔治华盛顿大学预测大批量定制技术将成为未来最重要的技术进步之一：预计到 2 0 1 1 年，汽车、电器等3 0 以上的产品将广泛实现大批量定制生产【2 8 】。 产品结构和产品配置( p s ma n dp c m ) 是产品数据组织与管理的一种形式。产 品结构是描述组成一个产品的零件、零件集、部件、部件集以及相互关系的层次 结构模型，而产品配置则是根据一个预定义的产品结构并由此组成现实产品的过 第一章绪论 程。产品结构模型是一个相对静态的模型，而产品配置则是一个由多方面用户参 与的、动态的、包含决策的过程模型。 配置问题的研究经过不断的深入，使得产品配置的研究同时向广度和深度两 个方向发展。广度主要是表现在配置的研究范围的扩展，很多研究己经很大地扩 展了产品的范畴，如果说原来产品主要是指硬系统的话，现在则将一些较软的系 统也看作产品，如在医疗、商务、新闻出版等领域存在的问题，所以在这些领域 也出现了产品配置器的研究。在深度上的扩展，主要随着计算机信息技术发展， 尤其是2 0 世纪8 0 年代以来，随着人工智能技术例如专家系统、知识管理、问题求 解等方法的应用在对产品数据进行结构和配置管理上，使得该技术得到了很大的 发展。 大规模定制( m c ) ，其本意试图把大规模生产和定制糅合在一起，实现的是个 性化地定制产品和服务的大规模生产，但这一生成模式需要产品配置技术来支撑， 以确保根据个性化要求能快速地实现最终符合要求的产品，在相关文献中甚至称 产品配置为大规模定制的使能器。 1 2 国内外研究现状 对产品配置的研究内容一般包括配置问题的认识和表达、建模和求解、配置 器的实现、配置管理同其他管理的联系等几方面。 周欣【1 0 】研究了大规模定制模式下的产品配置管理，对产品配置过程中由于产 品版本问题产生的再配置问题，以及配置的求解方法进行了说明。根据大规模定 制模式下对产品配置的特殊要求，提出一种定制模式下的产品配置器结构模型， 并进行了设计实现。 谭建荣3 8 1 研究了大规模定制的特点，提出了产品功能结构单元的概念，给出 了产品配置模型的信息模型和配置模型求解策略，引入配置设计知识的混合表的 方法以适应不同产品设计类型的要求，实现了大规模定制生产的产品配置设计系 统。 高磊【2 3 j 等研究了分布式大规模定制环境下的产品配置，建立了以产品模型为 中心，基于知识库和规则库来实现产品配置的三层结构配置过程模型，并给出了 配置算法及其优化方法。 刘晓冰、董建华等根据大规模定制的特点，提出了产品族数据管理的概念， 广东工业人学工学硕十学位论文 并以此建立了面向大规模定制的产品族数据管理框架。它可以反映产品族及其构 造单元的功能一原理一结构的映射，并且支持基于产品族的产品配置设计。 广东工业大学的陈洪军博士研究了基于w e b 和k b e 的个性化机电产品定制 系统中的相关关键技术及其实现与应用。建立了基于w 曲的k b e 个性化机电产品 定制系统框架，包括逻辑框架模型、功能框架模型和物理框架模型，分析了该框 架f 的基于知识工程( k b e ) 的系统内涵。根据机电产品的设计特点、k a d s 知识模 型框架、产品定制设计和制造过程的关键特征，结合本体技术和知识的逻辑表达 方法，建立了包含产品领域知识、产品任务知识和产品推理知识的个性化机电产 品知识模型。 m i t c hr i im t s e n g 和j i a n x i nj i a o 提出一种基于实例的进化殴计思想来满足大 规模定制的需要。它要求选择过去存在的产品族平台为基础，通过对原有信息的 重用和改变来完成多样化的定制。并对产品实例平台的选择和修正方法进行了讨 论。 a l e x a n d e rf e l f e m i g 和g e r h a r df r i e d r i c h 2 5 l 研究了基于知识库配置环境系统，建 立了产品配置的概念模型和知识库的自动构建模型。采用基于模型的诊断技术对 知识库有效性、不合理配置要求、已有配置的合理性进行确定，并用来支持再配 置过程。讨论了如何用一种标准的设计语言对配置知识库进行建模和管理。 以上的研究都从不同方面对产品配置进行了讨论，建立了多种配置模型。家 电产品是一个竞争激烈的技术密集型产品，其更新换代的速度是其他行业难以比 拟的。本文在他们研究的基础上和结合家电类产品对智能配置需求较大的特征， 进行了基于知识的家电类产品的配置研究。 1 3 本课题研究的目的和意义 1 3 1 本课题研究的目的 本课题研究的目的是通过对基于知识的家电产品配嚣管理的研究，实现有利 于对家电产品知识的查询、重用和共享，解决家电类产品智能配置的问题，提供 更具弹性的客户服务和不断的缩短接单到交货( o r d e r t o d e l i v e r y ：o t d ) 的前置时 间，以保证更高的准时交货率，提高家电类产品快速响应客户需求和市场竞争的 能力，提高客户的满意度。 1 3 2 本课题研究的意义 本课题探讨的基于知识的家电类产品的配置技术满足了制造企业以最快的 速度、最低的成本提供质量最优的产品和虽好的服务来快速响应市场的要求，大 大地提高了= f = 业的创新能力和产品个性化要求，大大缩短产品上市时间，增强其 市场竞争力。 1 4 课题来源及研究内容 1 4 1 课题来源 本课题得到了8 6 3 计划项目( 项目编号：2 0 0 3 a a 4 1 4 0 2 3 ) 和广东省科技攻关 项目( 项目编号：2 0 0 4 a 1 0 4 0 5 0 0 1 ) 联合资助。 1 ，4 2 主要研究内容与结构 本文依据企业不能快速响应按订单要求生产中存在的问题，从企业的产品知 识重用的角度出发，结合家电产品企业信息化工程的实施，对基于知识的家电产 品配置进行研究，并以微波炉的配嚣为实例进行说明产品配置的实现过程。 主要研究内容如卜_ ： ( 1 ) 研究了基于知识的产品配置过程模型，该配置模型包括了从客户需求的获 取、客户需求的特征映射到产品配置结果的输出的整个配置过程以及产品配置过 程中的知识库、模型摩和规则库。 ( 2 ) 研究了家电产品的设计与需求特征，探讨了基于x m l 的家电产品零部件、 产品结构节点、配置规则、配置实例库等知识本体的表示方法。 ( 3 ) 探讨了基于网络和本体的家电产品知识模型获取框架、所获取知识的语义 有效性保证机制及产品配置过程中对x m l 文档和关系型数据库的知识查询方法。 ( 4 ) 探讨了利用产品配置实例、规则推理技术、产品配置知识、配置模型实现 产品快速配置的方法。 ( 5 ) 综合运用以上研究的产品配置理论，讨论了对智能配置需求较大的家电类 产品一微波炉的配置例子，该配置例子探讨了客户对微波炉配置需求的获取、 广东工业大学工学硕士学位论文 配置规则的建立以及整个配置过程的实现方法。 论文结构安排如图1 1 所示： 图卜l 论文结构图 丝三耋董三型堡塑堡篓塑耋鱼堡兰型竺皇童鎏 第二章基于知识和模型的产品配置理论与方法 本章主要论述产品配置相关的理论和方法，这些理论和方法是后面基于知识 的产品配置实现的重要依据。 2 1 产品配置的相关概念 产品配置的相关概念主要包括以下一些： 产品结构节点：产品结构结点由节点组织标识、节点信息标识和描述信息标 识等组成。 产品模型：产品模型定义上下级装配关系的零部件的集合。 产品结构：产品结构是设计完成后具备装配关系的零部件集合。产品结构中 的每个节点是零部件，但是它表现出来的是他的缺省舨本，产品结构是产品模型 结构的实例化。 零部件：一个零部件的所有参数是一定的，可看成产品结构的实例化，零部 件可以有不同的版本。 零部件版本：在本文中零部件和零部件版本是不同的概念，零部件可以有不 同的版本，在产品结构中的节点是零部件而不是零部件版本。 零部件的共性可以用零部件属性( 或参数) 来描述，各零部件的参数值不同， 这类似于零部件族管理中的事物特性表，如表2 1 以零部件的相关参数为例： 表2 一l 零部件的相关参数 t a b l e2 一lr e l a t i v ep a r a m e t e r so fc o m p o n e n t s 零部件i d参数1参数2参数3 1 0 0 l3 52 53 0 1 0 0 24 03 02 0 1 0 0 3 2 43 43 5 7 广东工业大学工学硕士学位论文 在生成产品结构过程中，零部件配置规则的作用或用户交互选择零部件的标 准，就是基于零部件的这些参数的。 产品模型结构：反映了上下级装配关系的零部件的集合。 元件对象集合：元件对象集合包括产品部件和零件等所有构成要素的集合。 配置规则：配置规则由规则库来管理，产品模型中的所有节点( 零部件) 之 i 剞的关系通过规则的约束而形成具体的产品，我们把这些约束通称为规则。配置 规则约束产品模型零部件之间的关系，通过限制产品配置过程中功能模块功能选 项、零部件的选择和组合来确保产品配置的正确性。 产品、产品结构节点( 其中根结点是表示产品，中间结点是部件，叶结点是 零件) 、部件与零件的关系可用图2 一l 来说明： 图2 一l 产品结构模型示意图 f i g 2 1 s k e t c hm a po fp r o d u c ts t r u c t u r em o d e l 产品配置：产品配置是配簧规则的运算，是一个知识推理过程。 零部件族：具有相同结构、作用、功能的零部件，这些零部件的集合叫零部 件族。 零部件族管理的目的是分门别类地管理零部件、提高零部件查找效率和可重 用性，促进零部件标准化，减少重复设计。分类后零部件形成的等级层次结构反 映了零部件之间的继承关系，可用类和子类来表达。家电类产品的零部件族一般 来说是按照零部件的某个关键属性来分类。 第二章基于知识和模型的产品配置理论与方法 2 ，2 基于知识的产品配置过程模型 2 2 1 产品配置的过程模型 产品配置过程主要包括以下几个步骤： 首先，客户需求的获取。客户的需求的获取方法有很多，但在按订单生产的 生产方式下，企业主要是按照客户在互联网上填写的配置需求表单所生成的订单 的要求来组织生产，因此客户需求的获取大都是来自互联网卜的客户填写的配置 需求表单。 接着，在规则推理_ f 获得客户需求特征的映射文档，该需求文档包含客户需 求的所有元件对象集合。 最后，按照客户需求的元件对象集合在产品实例库进行搜索，看可不可以在 实例库中搜索出满足客户需求特征模型的实例，如果可以搜索到满足要求的产品 实例，则配置过程结束，输出产品配置结果，如果搜索不到满足配置需求的产品 实例，则要按照产品知识库和产品模型库的规则共同约束下按照客户需求进行搜 索匹配，如果匹配成功则输出配霞结果，如果配置不成功则要求企业进行变形设 计从而设计出满足客户要求的产品。产品配霞结果的输出可以采用以下四种方式 进行输出：i 、b o m 表输出2 、产品结构输出3 、x m l 文档输出4 、其它形式输 出。 产品配置过程如图2 2 所示： ! 至! 些查耋三兰丝圭耋竺丝三 1 二辈审弹 赢蒜j 零 竺叫l j 蚌 i一一一一一i三：=：i 配置结果的输出 图2 2 产品配置过程模型 f i g 2 2 t h em o d e lo fp r o d u c tc o n f i g u r a t i o np r o c e s s 2 2 2 产品配置过程中的知识库 知识库中的知识是由配置系统事先存储，本文提出的知识库中的知识包括基 于x m l 表示的零部件知识本体、产品配置规则知识本体、产品实例知识本体等知识 以及以往客户配置实例和专家的经验，系统可以对知识库中的知识进行增加、删 除、修改等操作，同时系统还能对输入的知识进行有效性检查。 零部件知识本体：零部件知识本体的内容包括零部件的构成基本信息、零部 件的工艺信息、零部件的装配信息、零部件的配置信息等。 产品实例知识本体：产品实例知识本体的内容包括总体客户定制信息、实例 总体设计信息、总体工艺信息、主零件信息、产品结构信息等。 产品配置规则知识本体：产品配置规则知识本体内容包括模型中零部件的装 配规则、变量配置规则、有效性配置规则和发放状态配置规则。 由于在配置过程中，配置规则( c o n f i g u r a t i o nr u l e ) 是配置设计的核心，所 “ 篁= 兰薹三垫堡竺丝篓竺鱼墼薹堡丝兰窒鎏 以这里重点介绍下配置知识库中的配置规则。产品配置规则是在进行产品配置时 选择零部件的准则，方便、灵活、高效的配置规则是配置设计以及大规模定制得 以实现的前提条件。配置规则可分为两大类：装配规则和配置过程中常用的配置规 则。 2 2 2 1 模型中零部件的装配规则 配置规则是应用知识库实现产品配置的关键。由简单的规则可定义更复杂的 规则，对于一个模型，它首先是一个零部件组合体，所以我们不妨把模型中零部 件的装配关系也称作一种规则，零部件之间的关系或规则如表2 2 所示： 表2 2 零部件之间的关系或规则 t a b l e2 2t h er e l a t i o no rr l l lea m o n gc o m p o n e n t s 零部件之间的关系或规则名称参数1参数2表达形式 父予关系 xyp a r e n t ( x ，y ) 兄弟关系 xy s i b l i n g ( x ，y ) 同根节点关系 xyr e l a t e d ( x ，y ) 冲突规则 xyc o n f l i c t ( x ，y ) 可选规则 xys e l e c t i o n ( x ，y ) 合适规则 xy f i 七( x ，y ) 互换规则 xya lt e r n a c e ( x ， y ) 替换规则 xys u b s t i t u t e ( x ，y ) 其中x ，y 表示产品模型上的零部件，它们可以是部件也可以是零件。 2 2 22 配置中常用到的配置规则 配置中常用的产品配置规则一般有变量配置、有效性配置和发放状态配置1 3 。 ( 1 ) 变量配置当某个产品形成系列产品时，将该系列产品按产品族的思想 建立产品族。例如，同样是微波炉，它的功率属性可以是8 0 0 瓦，l o o o 瓦，2 0 0 0 瓦等多个可选值。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。 在按变量配置产品结构时，必须考虑几个基本数据对象：变量、配置条件和配置规 广东工业大学t 学硕士学位论文 则。配置条件是变量的取值范围。配置规则是配置条件、配置条件逻辑运算法则 以及可供选择的零部件组合。利用这些配置规则和配置条件构成选择表。 可以构造各种配置选择表，选择所有可选的零部件。其中，变量值可以是数 值型、字符型、日期型等。在配置条件中，可以是精确的变量匹配值，也可以是 带有逻辑运算符( 如“ ”，“ ”，“= ”，“p ”，“l i k f ”等) 的变量匹配 值，用以表示一定的匹配范围。如果有若干个配置条件，则需要用逻辑运算符号 a n d ，o r ，x 0 r 等表示这些条件之间的组合方式。 ( 2 ) 有效陛配置有时，在产品结构中，某一零部件由于某种理由可能使用了 一个零件的多个版本。此时要装配具体产品结构，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中能够入选。有效性规则可以有多种：结构 有效性、时间有效性、价格有效性和地域有效性等。结构有效性指的是零部件在 某个具体的装配关系中的数量。例如，在一个微波炉完整产品结构中，可以有故 障报警器这个部件。在一个微波炉的具体产品结构中，可能不安装故障报警器。 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个版 本的有效时间段来确定哪个版本的零部件入选。这里，零部件各版本的有效时间 段不应当有重叠，以避免零部件选择的二义性。当然，零部件各版本的有效时间 段之间也必须紧密衔接，不应出现空白区间。进行配置时，可以把这些配置规则 经过逻辑组合而使用，得到同一产品的不同配置。 ( 3 ) 发放状态配置一个零部件的资料可能具有多个不同的版本，这些版本 具有不同的状态，如工作状态、发放状态等。处于工作状态的资料是正在修改的 资料。处于发放状态的资料是已经通过审核和批准的资料，一般不再进行修改。 在发放状态中，还可以分为设计发放和制造发放等状态。设计发放是指该零部件 的结构合理性己经得到审核和批准。在这两种状态之间，还可以设定多种中间状 态，以满足进行工艺规划设计的需用。可以按照资料版本所处的不同状态进行产 品配置。一般情况下，企业都是按照已发放的版本进行配置。此时，配置规则可 以指定为“版本状态为己发放的最新版本”或“所有已发放的版本”。有时企业为 了临时加速设计进度，加大并行设计的重叠程度，或者为了对不同的产品结构进行 比较，也可以利用处于工作状态的版本进行配置。 2 2 3 产品配置过程中的模型库 产品配置模型( p c m ) 是包括零件层和部件层的所有产品功能结构单元的组合 产品结构模型，并且包含产品结构各节点的产品功能结构单元的配胃规则知识和 产品功能结构单元间的约束关系规则，可以通过产品结构的变形构成整个产品系 列，配置模型可以看作是产：品族主结构的抽象描述，与具体的客户订单内容无关， 对于不同分类的产品族需单独构造各自的配置模型。 产品配置模型能够支持并行设计，可以有效地支持并行设小陕速响应市场需 求，当市场及客户需求发生变化时，通过产品配置模型可以方便地修改产品功能 结构单元的特征属性参数及重新组合得到产品的不同变形，从而适应市场的新需 求。 2 3 分布式环境下产品大规模定制的产品配置 产品配置是在一定目标或规则约束下向用户提供具体产品结构的过程。制造 企业经过多年的积累，形成许多满足不同层次用户需求的产品系列或产品族，配 置管理是随着产品的系列化和客户化生产而出现的。现今企业生产在很大程度上 是面向用户订单需求进行的，例如面向订单的制造、装配以及产品设计等等。为 了适应这种转变，企业需要高效便捷的产品配置管理，实现分布式环境下大规模 定制】。图2 3 为基于产品配置的分布式环境下大规模定制过程。其过程可概括 为以下几点： 1 ，通过互联网获得用户个性化需求信息； 2 企业的配置管理器结合这些信息，以及零部件库、产品模型库、用户知识库 的信息配置出用户定购的产品，生成订单； 3 采购子系统对订单进行分解，向供应商提供零部件采购清单和向加工部门提 供加工清单 4 产品交付。 由于用户的需求多种多样，产品配置方案的生成是一个非常复杂的过程，而 且对配置人员的要求非常高。配置生成的方便性、灵活性、智能化是产品配置过 程研究的重要内容。 广东工业大学工学硕士学位论文 图2 3 分布式环境下大规模定制产品配置的过程 f i g 2 3 t h ep r o d l i c tc o n f i g u r a t i o np r o c e s so fm a s sc u s t o m i z a t i o nu n d e r d i s t r i b u t e de n v i r o n m e n t 2 4 本章小结 本章首先探讨了基于知识的产品整个配置过程模型，接着介绍了产品配置过 程中的知识库和模型库，最后结合当前网络和互联网技术的飞速发展，简单地讨 论了分布式环境下大规模定制模式下产品配置的过程。 1 4 第三章家屯产品配置的知识表达及其知识库的建立与维护 第三章家电产品配置的知识表达及其知识库的建立与 维护 随着i n t e r n e t 的飞速发展，对网络上迅速激增的大量非结构的文本知识进行 有效的知识表示、挖掘和处理，则成为现代许多企业首先要解决的问题。所谓知 识表示是对知识的一种描述或一组约定，是知识的形式化和符号化过程，知识表 示方法就是研究如何设计各种计算机可接受的数据结构，以便将已获得的某个问 题领域的各种知识，并以计算机内部代码的形式加以有效地描述和存储。x m l 作为 一种通用的w e b 数据描述的标准语言，它利用自描述的方式将数据的格式与内容相 分离，并创建特定领域的标记语言，从而可有效地表示半结构化的文本知识所反 映的数据结构与语义。 3 1 基于x m l 的本体化家电产品知识表示 3 1 1 家电产品的设计与需求特征 由文献【2 4 ，4 0 】可知家电产品是一个竞争激烈的技术密集型产品，其更新换代 的速度是其他行业难以比拟的。一方面，消费者的需求与消费者的个人行为特征 ( 色彩偏好、人机协调、安全操作等) 紧密相关，导致不同层次、不同类型的消 费者对产品需求的多样化和个性化，企业只有不断地改善产品的功能和结构、美 化产品外观、简化产品的操作，不断推出更加贴近消费者需求的新产品，才能在 竞争中立于不败之地。另一方面，家电新产品的开发，几乎大多数都是从已有的 产品中进化而来的。产品设计大部分是在保持原有产品优良特性的基础上为满足 新产品需求做一些改进设计工作，这种改进设计一般不破坏原有成熟产品的基本 原理和基本结构特征，只是一种修改或结构的局部调整，属于适应性设计和变形 设计范畴。 广东工业大学工学硕士学位论文 3 1 2 基于知识本体的表示方法 知识表示方法常可以分为基于符号的表示方法与基于连接机制的表示方法， 前者主要是面向逻辑知识的表示，如一阶谓词逻辑表示法、产生式表示法、框架 表示法，脚本表示法等：后者则主要是面向形象知识的表达，如语义网络表示法、 过程表示法、p e t r i 网表示法以及面向对象的表示法等。这些知识的表示方法在针 对确定性知识的表示时各存利弊，在选择具体方法时应从以下几个方面来考虑： ( 1 ) 表示能力，即能否简洁有效且准确无歧义地表示领域知识；( 2 ) 可利用性， 即表示出来的领域知识是否可以有效地被计算机再次获取、分析和重复利用( 3 ) 易维护性，即易于对知识进行组织、维护、管理与扩充；( 4 ) 可实现性，即表示 出来的知识易于理解、实现和转化成现实的工具。 但是，在实际的知识表示过程中，传统知识表示方法在知识表示、传递和共 享过程中均不能同时满足上述四个方面的所有要求。方面，所表达的知识无法 保证在传递和共享过程中知识理解的唯一性与无二义性，另一方面，在大量的原 子性知识的环境中对复杂知识的表达与推理可能会产生组合爆炸，凶此，冲突消 解能力的强弱以及知识原子的大小、多少与组织方式直接决定了这种知识表示方 法的可用程