（机械设计及理论专业论文）基于plm手表产品配置设计技术的研究及应用.pdf

i i l l l l l lll li i i l l lll l l l lllj y 17 4 5 5 2 0 t yo ft e c h n o l o g yf o rt h e a n i c a le n g i n e e r i n g o no fw a t c h w a s i g nb a s e do n b yl i ud a h u i s u p e r v i s e db yp r o f y u a nq i n g 。k e g u a n g d o n gu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y ，g u a n g z h o u ，p r c h i n a j u n e ，2 010 摘要 面对全球化浪潮和个性化客户需求市场的冲击，如何对市场瞬息万变 的客户需求做出快捷响应成为了手表企业之间竞争的焦点，而根据客户需 求进行快速产品配置设计成为快捷响应的最有效方式。本文在厂“东省教育 部产学研结合项目“手表行业数字化研发平台的开发及应用( 项目编号： 2 0 0 9 8 0 9 0 30 0 3 4 0 ) ”的支持下，针对手表企业设计丌发的特点，研究了以客 户需求为导向的手表产品配置设计方法，完成了基于p l m 手表产品配置设 计系统的搭建，建立了基于飞亚达科技发展有限公司已有表款的产品实例 库，完善了相关的配置规则，并把基于实例推理和模块配置的技术应用到 手表产品配置中，实现了适合飞亚达实际情况的手表产品配置设计原型系 统的开发。 全文的结构如下： 第一章，根据产品配置设计技术的研究现状和手表制造业所旺玎临的市 场新机遇与挑战，分析了目前手表开发设计现状，并阐述了本论文的研究 背景、研究意义和研究内容。 第二章，通过对基于p l m 产品配置设计基本理论进行研究，分析了 p l m 的产生、功能模块和体系结构，产品配置设计的原理和过程产品配 置规则和产品配置设计的过程模型，以及与p l m 的信息集成。 第三章，根据模块化设计技术，研究了面向模块化产品族配置设计模 型的创建，通过分析手表产品客户需求模型，阐述了模块化产品配置过程 和手表产品结构模型，以及基于决策表的配置规则表达，并构建了基于事 物特征表技术的手表产品数据结构模型。 第四章，通过对飞亚达手表产品进行介绍和分类，构建了手表产品配 置总体设计方案，研究了基于实例匹配和零部件匹配的配置算法，并对配 置结果进行快速报价和设计结果评价。 第五章，构建了基于p l m 手表产品配置设计原型系统的总体集成框架 结构、p l m 与配置原型系统的信息集成、集成接口的开发和软件功能模块， 有效性和实用性。 a b s t r a c t f a c i n gt h ew a v eo fe c o n o m i cg l o b a l i z a t i o n a n di m p a c to fm a r k e tf o r p e r s o n a lc l i e n td e m a n d s ，h o wt or e a l i z et h ef a s tr e s p o n df o rt h ec l i e n td e m a n d b e c o m ef o c u so nc o m p e t i t i o na m o n gw a t c he n t e r p r i s ea n dr a p i dr e s p o n d a c c o r d i n gt o t h ec l i e n td e m a n d s t h i st h e s i si ss u p p o r t e db yg u a n g d o n g m i n i s t r y o fe d u c a t i o n p r o j e c tc o m b i n e dw i t hp r o d u c t i o na n dr e s e a r c h t h e p r o j e c tn a m ei se x p l o i t a t i o na n da p p l i c a t i o nf o rd i g i t a ld e v e l o p m e n tp l a t f o r m o fw a t c hi n d u s t r y ( n o 2 0 0 9 8 0 9 0 3 0 0 3 4 0 ) ，a c c o r d i n gt ot h ep r o b l e mo fm a s s p r o d u c td a t aa n dd i f f i c u l tp r o d u c td a t am a n a g e m e n tc a u s e db yp e r s o n a lo r d e r d e s i g nw h i c he x i s ti ns h e n z h e nf i y t at e c h n o l o g yl t d i nt h eb a s i so fp r o d u c t c o n f i g u r a t i o nd e s i g n t h e o r y b a s e do np l m ，m o d u l ep r o d u c tf a m i l y a r c h i t e c t u r ei sb u i l t o nt h i sb a s i s ，t h em e t h o do fw a t c hp r o d u c tc o n f i g u r a t i o n d e s i g ni sr e s e a r c ha n dt h ec a s e b a s e do nr e s e a r c hi s a p p l i e dt o t h ew a t c h p r o d u c tc o n f i g u r a t i o n f i n a l l y ，t h es y s t e m o fw a t c hp r o d u c tc o n f i g u r a t i o n d e s i g nb a s e do np l mi sc o n s t r u c t e d ，b yo p e r a t i n gad e t a i l e dc o n f i g u r a t i o n p r o c e s s ，t h ee f f e c t i v e n e s sa n dp r a c t i c a b i l i t yi s v e r i f i e d t h i st h e s i si ss t r u c t u r e db yf i v ec h a p t e r s ： f i r s tc h a p t e r ，a c c o r d i n gt ot h er e s e a r c hs t a t u so fp r o d u c tc o n f i g u r a t i o n d e s i g nt e c h n o l o g ya n dm a r k e tn e wo p p o r t u n i t ya n dc h a l l e n g ef a c e db yw a t c h m a n u f a c t u r i n gi n d u s t r y ，t h ew a t c hd e v e l o p m e n td e s i g ni s r e s e a r c h e df o rt h e p r e s e n t ，a n dt h eb a c k g r o u n d ，s i g n i f i c a n c e ，c o n t e n t sa n di n n o v a t i v ep o i n t so f t h i st h e s i si sp u tf o r w a r d s e c o n dc h a p t e r ，b yr e s e a r c h i n gp r o d u c tc o n f i g u r a t i o nd e s i g nt e c h n o l o g y b a s e do np l m ，t h eg e n e r a t i o n ，f u n c t i o nm o d u l ea n ds y s t e ms t r u c t u r eo fp l m ， p r i n c i p l ea n dp r o c e s so fp r o d u c tc o n f i g u r a t i o nd e s i g n ，t h e r u l e sa n dp r o c e s s m o d u l eo fp r o d u c tc o n f i g u r a t i o ni sr e s e a r c h e d t h i r dc h a p t e r ，b a s e do nm o d u l a r i t yd e s i g nt e c h n o l o g y ，t h e m o d u l e p r o d u c tf a m i l yc o n f i g u r a t i o nd e s i g n m o d e li sr e s e a r c h e d ，a c c o r d i n gt o a n a l y z i n gt h ec l i e n tn e e dm o d e lf o rw a t c hp r o d u c t ，t h ep r o c e s so fm o d u l e 广东工业大学硕士学位论文 p r o d u c tc o n f i g u r a t i o n a n dw a t c hp r o d u c ts t r u c t u r e m o d e l ，o b t a i n i n ga n d e x p r e s s i n gt h ek n o w l e d g eo fp r o d u c tc o n f i g u r a t i o nd e s i g na r ep u tf o r w a r d f o u r t hc h a p t e r ，a c c o r d i n gt oi n t r o d u c ea n dc l a s s i f yf i y t ap r o d u c t ，g e n e r a l d e s i g ns c h e m eo fw a t c hp r o d u c tc o n f i g u r a t i o ni sc o n s t r u c t e d ，c o n f i g u r a t i o n a l g o r i t h m b a s e do nc a s ea n d p a r t sm a t c h i n g i s r e s e a r c h e d ，a n d t h e c o n f i g u r a t i o nr e s u l t sa r ef a s tq u o t e da n de v a l u a t e d f if t hc h a p t e r ，a c c o r d i n gt oo p e r a t i n gd a t af o rp l m s y s t e m ，o v e r a l lf r a m e s t r u c t u r ea n df u n c t i o nm o d u l ep i c t u r eo fw a t c hc o n f i g u r a t i o nd e s i g na r eb u i l t ， b yo p e r a t i n g ad e t a i l e d c o n f i g u r a t i o np r o c e s s ，t h ee f f e c t i v e n e s sa n d p r a c t i c a b i l i t yi s v e r i f i e d k e yw o r d s ：p l m ；p r o d u c tc o n f i g u r a t i o n ；m o d u l ed e s i g n ；f a s tq u o t a t i o n i v 目录 il - 目录 摘要l a b s t r a c t i i l 目录。v c o n t e n t s 。v i i i 第一章绪论1 1 1 引言1 1 2 产品配置设计技术的研究现状3 1 2 1 国外研究现状3 1 2 2 国内研究现状4 1 3 论文研究背景和意义5 1 3 1 论文研究背景5 1 3 2 论文研究意义7 1 4 论文章节安排7 第二章基于p l m 产品配置设计技术的基本理论9 2 1p l m 的体系结构与功能9 2 1 1p l m 的产生与演化1o 2 1 2p l m 系统功能模块1 l 2 1 3p l m 系统的体系结构11 2 2 产品配置设计的相关概念12 2 3 产品配置设计的过程及相关技术13 2 3 1 产品配置设计过程13 2 3 2 基于实例的产品配置技术14 2 3 3 基于模块的产品配胃技术15 2 4 产品配置规则l6 2 5 产品配置设计的过程模型17 2 6 基于p l m 的信息集成l8 2 7 本章小结19 第三章手表产品配置设计建模方法的研究2 0 v 广东工业大学硕士学位论文 3 1 模块化设计技术2 0 3 1 1 模块化设计的概念2 0 3 1 2 模块划分方法2 l 3 1 3 模块的配置约束关系2 2 3 2 产品族模型2 3 3 2 1 产品族概述2 3 3 2 2 面向产品族设计2 3 3 2 3 产品族模型的构建2 4 3 3 模块化产品族配置设计建模2 4 3 3 1 手表产品客户需求模型2 4 3 3 2 模块化产品配置过程2 8 3 3 3 手表产品结构模型2 9 3 4 基于决策表的规则知识表达3 0 3 4 1 知识的获取3l 3 4 2 知识的表达方法3 2 3 4 3 基于决策表的约束规则表达3 4 3 5 基于s m l 的手表产品数据结构模型38 3 5 1 事物特征表技术3 8 3 5 2 产品信息模型的数据结构4 0 3 5 3 零件信息模型的数据结构4l 3 5 4 零件信息模型实例4 4 3 6 本章小结4 5 第四章手表产品配置设计实现方法的研究4 6 4 1 飞亚达手表产品介绍和分类4 6 4 2 手表产品配臀数掘库构建4 9 4 2 1 产品模型库5 0 4 2 2 产品知识库5l 4 2 3 产品实例库5l 4 2 4 零部件库5 2 4 3 实例检索算法5 3 v i 4 3 i 常用的实例检索算法5 4 4 3 2 改进的实例检索算法5 4 4 4 手表快速报价5 6 4 4 1 手表产品报价分析5 6 4 。4 2 基于模块化手表产品快速报价分析57 4 4 3 手表产品总成本估算57 4 4 4 其它报价因素分析5 9 4 4 5 手表产品报价价格估算6 0 4 5 手表产品设计结果评价6 0 4 6 本章小结6 1 第五章基于p l m 手表产品配置设计原型系统的实现6 2 5 1 基于p l m 手表产品配置设计系统集成框架6 2 5 2p l m 与配置原型系统的信息集成6 3。 5 3 集成接口的开发6 4 5 4 原型系统功能模块图6 5 5 4 1 系统登陆6 6 5 4 2 实例管理6 6 5 4 3 设计知识管理6 7 。 5 4 4 产品配置设计6 9 5 5 手表产品配置实例7 2 5 6 本章小结7 4 结论与展望7 5 结论7 5 展望7 5 参考文献7 7 攻读硕士学位期间发表的论文8l 独创性声明8 2 致谢8 3 v i i 广东工业大学硕士学位论文 c o n t e n t s a b s t r a c t ( c h i n e s e ) i a b s t r a c t ( e n g l i s h ) i i i c o n t e n t s ( c h i n e s e ) v n t s ( e n g l i s h ) v i i i li n t r o d u c t i o n 1 i n t r o d u c t i o n 1 r e s e a r c hs t a t u so fp r o d u c tc o n f i g u r a t i o nd e s i g nt e c h n o l o g y 3 1 2 1a b r o a dr e s e a r c hs t a t u s 3 1 2 2d o m e s t i cr e s e a r c hs t a t u s 4 b a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c eo ft h e s i s 5 1 3 1r e r e a r c hb a c k g r o u n d 5 1 3 2r e r e a r c hs i g n i f i c a n c e 7 a r r a n g e m e n to ft h e s i sc h a p t e r 7 2t h e o r e t i c a lb a s i so fp r o d u c tc o n f i g u r a t i o nd e s i g nt e c h n o l o g y 9 f u n c t i o na n ds t r u c t i o no fp l ms y s t e m 9 2 1 1g e n e r a t i o na n de v o l u t i o no fp l m 10 2 1 2f u n c t i o nm o d e lo fp l ms y s t e m 11 2 1 3s y s t e ms t r u c t u r eo fp l m 11 r e l a t e dc o n c e p t i o no fp r o d u c tc o n f i g u r a t i o nd e s i g n 1 2 p r i n c i p l ea n dp r o c e s so fp r o d u c tc o n f i g u r a t i o nd e s i g n 13 p r o c e s sa n dk e yt e c h n o l o g yo fp r o d u c tc o n f i g u r a t i o nd e s i g n 13 2 3 1p r o c e s so fp r o d u c tc o n f i g u r a t i o nd e s i g n 13 2 3 2c o n f i g u r et e c h n o l o g yb a s e do nc a s e 14 2 3 3c o n f i g u r et e c h n o l o g yb a s e do nm o d u l e s i5 r u l e so fp r o d u c tc o n f i g u r a t i o n 1 6 p r o c e s sm o d u l eo fp r o d u c tc o n f i g u r a t i o n 。1 7 i n f o r m a t i o ni n t e r f a c eb a s e do np l m 18 s u m m a r yo fc h a p t e r2 1 9 v i i i c h a p t e r3 c o n s t r u c t i o no fm o d u l ep r o d u c tf a m i l ym o d e l 2 0 3 1m o d u l a r i t yd e s i g nt e c h n o l o g y 2 0 3 1 1c o n c e p to fm o d u l ed e s i g n 2 0 3 1 2m e t h o do fm o d e ld i v i s i o n 2 1 3 1 3c o n f i g u r e dc o n s t r a i n tb e t w e e nm o d u l e 2 2 3 2p r o d u c tf a m i l ym o d e l 2 3 3 2 1s u m m a r yo fp r o d u c tf a m i l y 2 3 3 2 2f a c i n gp r o d u c tf a m i l yd e s i g n 2 3 3 2 3c o n s t r u c t i o no fp r o d u c tf a m i l ym o d e l 2 4 3 3m o d e l i n go fm o d u l ep r o d u c tf a m i l yc o n f i g u r a t i o nd e s i g n 2 4 3 3 1c l i e n tn e e dm o d e lf o rw a t c hp r o d u c t 2 4 3 3 2p r o c e s so fm o d u l ep r o d u c tc o n f i g u r a t i o n 2 8 3 3 3w a t c hp r o d u c ts t r u c t u r em o d e l 2 9 3 4r u l e sk n o w l e d g ee x p r e s s i o nb a s e do nd e c i s i o nt a b l e 3 0 3 4 1o b t a i n i n go fk n o w l e d g e 3 l 3 4 2e x p r e s s i n go fk n o w l e d g e 3 2 3 4 3c o n s t r a i nr u l e se x p r e s s i o nb a s e do nd e c i s i o nt a b l e 3 4 3 5t h es t r u c t u r em o d e lo fw a t c hb a s e do ns m l ：3 8 3 5 1s m l 3 8 3 5 2d a t as t r u c t u r eo fp r o d u c tm o d e l 4 0 3 5 3d a t as t r u c t u r eo fp a r tm o d e l 4 i 3 5 4e x a m p l ef o rp a r tm o d e l 4 4 3 6s u m m a r yo fc h a p t e r3 4 5 c h a p t e r4 r e s e a r c ho fm e t h o df o rw a t c hp r o d u c tc o n f i g u r a t i o nd e s i g n 4 6 4 1i n t r o d u c t i o na n dc l a s s i f yo ff i y t ap r o d u c t 4 6 4 2t o t a ld e s i g np l a nf o rw a t c hp r o d u c tc o n f i g u r a t i o n 4 9 4 2 1p r o d u c tm o d e lb a s e 5 0 4 2 2p r o d u c tk n o w l e d g eb a s e 51 4 2 3p r o d u c tc a s eb a s e 5 l 4 2 4p a r t sl i b r a r y 5 2 i x 广东工业大学硕士学位论文 4 3c o n f i g u r a t i o na l g o r i t h mf o rw a t c hp r o d u c t 5 3 4 3 1w a t c hc a s ec o n f i g u r a t i o n 5 4 4 3 2w a t c hp a r t sc o n f i g u r a t i o n 5 4 4 4w a t c hf a s tb i d d i n g 5 6 4 4 1b i d d i n ga n a l y s i so fw a t c h 5 6 4 4 2f a s tb i d d i n ga n a l y s i so fw a t c hb a s e do nm o d u l e 5 7 4 4 3t o t a lc o s te s t i m a t i o no fw a t c h 5 7 4 4 4o t h e rb i d d i n gf a c t o r s 5 9 4 4 5b i d d i n gp r i c ee s t i m a t i o nf o rw a t c h 6 0 4 5e s t i m a t i o no fw a t c hd e s i g nr e s u l t s 6 0 4 6s u m m a r yo fc h a p t e r4 6 1 c h a p t e r5 r e a l i z a t i o n o fp r o t o t y p es y s t e mf o rw a t c hc o n f i g u r a t i o nd e s i g n b a s e do np l m 6 ：1 5 1t o t a ls t r u c t u r ef o rw a t c hc o n f i g u r a t i o ns y s t e mb a s e do np l m 6 2 5 2i n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o no fp l ma n dp r o t o t y p es y s t e m 6 3 5 3t h ed e v e l o p m e n to fi n t e g r a t e di n t e r f a c e 6 4 5 4s y s t e mf u n c t i o nm o d u l e 6 5 5 4 1s y s t e ml o g i n 6 6 5 4 2c a s em a n a g e m e n t 6 6 5 4 3d e s i g nk n o w l e d g em a n a g e m e n t 6 7 5 4 4p r o d u c tc o n f i g u r a t i o nd e s i g n 6 9 5 5e x a m p l ef o rw a t c hc o n f i g u r a t i o n 7 2 5 6s u m m a r yo fc h a p t e r5 7 4 c o n c l u s i o na n do u t l o o k 7 5 c o n c l u s i o n 7 5 o u t l o o k 7 5 r e f e r e n c e s j _ 7 7 p a p e r sp u b l i s h e dd u r i n gm a s t e rs t u d y 8 1 o r i g i n a ls t a t e m e n t 8 2 a c k n o w l e d g e 8 3 x 第一章绪论 ；= ；= ；= 薯；= ；= ；= ；警m li 皇昌；昌宣高譬；= = = ；= = = = ；昌葛薯昌；= = ；昌；薯= 昌；昌；昌；宣；罱 1 1 引言 第一章绪论 随着计算机技术和c a d 、c a e 、c a m 等技术的广泛应用，生产效率 得以大幅度提高，在企业中，由于不同的应用部门因使用不同的应用软件。 而产生了不同的产品信息，这些由不同应用系统产生的产品信息，由于相 互之间缺乏很好的互换性，形成了一个个“信息孤岛”，无法被高效地利用， 成为制约企业发展的瓶颈。产品全生命周期管理( p r o d u c tl i f e c y c l e m a n a g e m e n t ，p l m ) 正是在这一背景下产生的一项新的管理思想和技术，它 是为满足制造业对产品生命周期信息管理的需求而产生的一种新的管理模 式。它的要旨在于管理产品从需求、规划、设计、生产、经销、运行、使 用、维修、直到回收再处置的整个生命周期中的信息与过程。 产品全生命周期的概念最早是出现在经济管理领域，山d e a n 和i 。e v ir t 提出，目的是研究产品的市场战略1 1 - 2 1 。并行工程是c i m s 工程应用中的重 要组成部分，它强调产品开发过程整个生命周期的并行化与协同化。将产 品生命周期的范围从市场阶段扩展到了研制阶段。p l m 系统是一个企业级 的信息基础框架，它提供了个单一的产品信息源和一致的产品信息管理 机制，使得整个产品开发设计过程能够在p l m 系统的控制卜仃序、高效地 进行，尽可能减少手工管理，增加过程的透明性和规范化，并将币确的文 档在正确的时候，在一个j 下确的流程中，送到j 下确的地点，供形确的人使 用。使企业不同部门、不同地域的人和组织可以方便地进行协同工作。 产品是用户关注的焦点，是企业的业务目的，企业之间的协作通过产 品的设计与制造展开，因此p l m 系统必然以产品为核心。系统结构如图 1 1 所示，这是一个层次化结构图，分为核心层和服务层。核心层组织产 品的信息和数据，服务层则为核心层提供相应的服务，以实现数击| l i j 的安全 性、流程的自动化等功能。 广东工业大学硕士学位论文 图卜l 层次化p l m 系统结构图 f i g u r el - lh i e r a r c h i c a ls y s t e ms t r u c t u r eo fp l m 由于全球经济和科学技术的迅猛发展，新产品不断涌现，产品市场呈 现出多样化、个性化趋势，产品的生命周期缩短、更新换代加快。市场环 境的变化，福特所创造的大规模生产的模式已经不能适应市场的要求，客 户对产晶的个性化需求的特点也越来越明显。随着不同社会时期技术水平 的发展，产品的制造方式已经从单个生产到少量作坊生产，再到大规模生 产，2 0 世纪9 0 年代后产品的制造方式逐渐向大规模定制生产方向发展。 这种大规模定制的生产模式解决了客户对产品个性化的需求与企业对产品 成本控制之| 口j 的矛盾。目前，手表行业正面临着向这种个性化产品定制的 生产模式转变。实现个性化定制，需要以科学的产品系统设计方法为指导。 产品配置设计是缩短设计周期、提高设计效率的一种有效手段，也是实现 个性化定制生产的关键环节。 产品配置设计p c d ( p r o d u c tc o n f i g u r a t i o nd e s i g n ) ，可以有效地提高设 计的瞳j j 性和效率，方便系列产品的管理。产品配置设计是对产品结构管 理的扩展。它能够很好地满足对产品多样性管理的要求。产品配置设计的 目的是为了提供这样一种能力：根据用户给出的配置需求，基于单一、通 用的产品结构( 或产品族结构) ，选配出完全或部分满足需要的零部件及其 产品结构。 第一章绪论 1 2 产品配置设计技术的研究现状 产品配置设计技术是企业进行快速产品丌发的关键，直接关系剑仑j i k 的成败，因此如何有效实现产品配置设计显得非常重要。针对目前有可配 置产品企业的研究现状，国内外学者对产品配置知识的表示、配置方法的 研究、配置设计和配置器的实现、配置过程管理等几个方面进行了深入的 研究。下面对相关技术研究现状进行综述。 1 2 1 国外研究现状 m i t c h e l lm t s e n g 和j i a n x i nj i a o 提出了一种基于实例的进化设计思想 来满足大规模定制的要求。以过去存在的产品族平台为基础，通过对原 有信息的重用和修改来实现产品的个性化定制，并对产品实例平台的修l f 方法进行了讨论。 t i m os o i n i n e n 针对产品配置过程提出了一种基于规则的配置知识描述 语言，该语言通过描述性语义对产品配置的主要概念如配置模型、需求以 及合法配置进行形式化定义，但配置方案的计算求解仍然是一个难题“。 r a f a e lm 等人提出了结构化约束建模和基本配置单元的推理方法。该 方法在解决特定产品专家系统中的复杂深处参数求解问题有一定优势，但 变量之问的各种关系构建复杂，通用性也经常受到限制。 a l e x a n d e rf e l f e r n i g 等人在构建配置知识库时提出了采用本体来建立 产品配置模型，并将配置本体进一步细化。 i n g ok r e u z 在基于知识的配置中，提出了相关知识优先的方法，通过 计算知识年龄、知识