基于知识面向环境的产品全生命周期模型_图文

1、文章编号:1004-132 (200304-0295-05基于知识面向环境的产品全生命周期模型李爱平教授李爱平摘要:从产品全生命周期的视角建立了包括产品开发、产品制造、产品使用和产品回收再造各个阶段的模型。与传统的产品开发模型相比,该模型充分考虑到了产品全生命周期中从概念形成到回收再造的诸多因素,以及这些因素之间的关系,同时在模型中融入知识这一重要因素,体现了在产品增值链上的知识循环过程。关键词:知识;产品全生命周期;模型;TQ CSEK 中图分类号:T P 393文献标识码:A收稿日期:20010702基金项目:国家“十五”重大科技攻关计划(2001BA 201A 06;上海市“十五”重点科

2、技攻关项目(0251110551产品全生命周期概念模型笔者针对传统产品开发模型没有考虑在产品全生命周期不同环节中的知识的有效供应等问题,提出了一个基于知识、面向环境的产品全生命周期概念模型 ,见图1。该模型的功能目标是多方面的。它是在传统的TQ CS 功能目标模型的基础上,集成了知识和环境的因素13,其功能目标模型简称TQ CSEK 模型(见图2,图中,E 是环境(environm en t ,指采用绿色制造技术,能最大限度地消除环境的负面影响,提高环境效益,要遵循绿色制造的5R 2原则。K 是知识(know ledge ,指图1产品全生命周期模型将分散在TQ CSE 5个目标中的K 功能集成

3、到功能目标模型中,因为新知识的快速获取和应用,以及已有知识的重用已成为制造企业赢得竞争优势的重要基础,在产品全生命周期过程中,知识像所使用的物料一样,是一种可以转移的生产要素,它的价值随着过程的转移,不断加入到产品中。这种动态的、复杂的知识的产生、开发、转移和应用过592基于知识面向环境的产品全生命周期模型李爱平程是超越企业界限的,它蕴涵在产品生命周期全过程的各个阶段中,同时知识描述的特征化抓住最能反映知识在全生命周期中的特征,这促进了知识在不同环节中的有效传递。TQ CSEK 模型还表明,T 、Q 、C 、S 、E 、K 是相互关联的,它们构成了一个集成的功能目标有机体系 。图2面向产品全生

4、命周期TQ CSEK 功能目标模型一般地,将产品全生命周期模型分为产品开发、产品制造、产品使用以及产品回收4个主要阶段。这4个阶段形象地描述了产品从诞生到消亡的整个生命周期的过程。在这个模型的定义中,市场需求是产品创新、快速开发的基础。产品开发阶段的产品定义、概念设计、初步设计、详细设计不仅与产品的市场需求紧密相联,也与用户的需求和资源的可能性息息相关,在这个阶段应充分考虑结构设计、可拆卸设计、标准设计、并行设计等,同时应考虑其环保化,优化各有关设计因素,使得产品在设计、制造过程及使用中对环境的总体影响和资源消耗减到最小;产品制造阶段融入了虚拟制造、虚拟现实技术、快速原型制造与快速制模等技术,

5、由于产品的易制造性提高,生产成本得以降低,同时应考虑到生产精益化和敏捷化;产品使用阶段顾客的满意度主要是包括对产品、产品的使用和维护知识的掌握以及服务的满意,同时还包括产品使用时的消耗(如能耗、材耗等及使用费用等,即提高产品的绿色使用特性;产品回收阶段包括产品的可拆卸性、可重用性、可改装性以及可再造性等问题。产品开发阶段是产品全生命周期的中心环节,如何在产品开发阶段以并行的方式综合考虑其对整个生命周期中的多种影响,首先需要系统化地确定与产品全生命周期相关的各种要求,即全面搜集、获取、组织产品生命周期相关的需求信息,并由此对整个过程进行系统化组织及评价4。产品需求信息通常以产品不同形态的原型(概

6、念、几何、实体原型为载体,而这些原型是产品开发过程特定时期的表征,因而产品需求信息的分析是与产品开发过程有着密切联系。基于ISO 9001(4.4.3产品设计导则所定义的产品需求拓扑结构以及其中所定义的基本需求类型及项目,使产品需求活动从传统的市场调研拓展到产品全生命周期的广度空间。以此拓扑结构为参照,在市场调研和产品定义阶段,不仅仅是获取、搜集消费者用户的需求,而是把需求信息系统化地扩展到产品全生命周期的各个环节。因此,产品需求拓扑结构的确定,为在产品定义和设计过程广泛获取产品需求信息提供可能。2产品开发阶段子模型产品开发阶段子模型见图3。设计的出发点是市场需求知识的获取。构成产品竞争力的要

7、素一般是指性能(功能和质量、价格、交货期、服务、环境相容性、资源利用率以及营销活动等。市场需求知识的获取注重对产品使用者的研究,需求应是构思的源泉,研究需求、了解需求是产品创新最有效的构思方法。当瞄准一个目标市场时,首先要研究已有产品在满足用户需求方面存在什么问题,并确定自己的竞争策略。分析市场信息的结果导向产生一个或几个未来能在竞争中赖以取胜的性能作为开发的目标,所以在产品设计过程中,及时获取和更新市场供应的知识是非常重要的。产品有了需求并不等于在技术上一定能实现。因为新产品通常不是全部都是前所未有的,许多功能仍然可以由过去用过的结构实现。所以设计初始总是在已有的知识库中搜索可能的解,这是一

8、个知识重用的过程。但是,由于市场上现有的产品不一定是完全满意的解,需要对不能由已有知识解决的部分结构寻找新的解,这就是产品创新过程,一般来讲,这个过程在产品设计开发阶段占大多数,是产品产生高附加值的主要阶段,在这个阶段与产品相关联的信息不断产生,知识的提取量不断递增,每时每刻都促成产品创新的生命线。因此,这是一个新知识获取的过程,其内涵包括知识提取、知识表示、知识合理性以及知识有效性的验证,该过程包括设想采用过去没有用过的新原理、新技术、新材料以及新工艺,来提出几种可行的概念设计方案5。概念设计就是动态、快速地进行新的构思和想象的自由创造。概念设计的各种方案需要进行技术和经济上可行性的测试。技

9、术上的测试方法可以利用可视化技术和交互操作工具实现虚拟产品的概念设计测试。支持产品创新的虚拟产品开发是实际产品开发、制造、使用维护、回收再造在计算机上的本质表现。虚拟产品即是存储在计算692中国机械工程第14卷第4期2003年2月下半月图3产品开发阶段子模型机内部的产品数据模型,也称为数字化原型或数字化样机。它强调了在产品设计初始阶段对产品的使用性能及制造、装配、维修、可拆卸的可行性进行全面分析和多学科综合优化,以及产品全生命周期内所有对应环境的描述及其反映产品在生命周期中的各项性能。采用反求工程和快速原型技术也为技术上的测试提供了重要的手段,是一种简单、快速、准确地将人的思想转化为功能原型或

10、零件的方法,从而淡化了设计与制造的界限,反求工程与快速原型技术的结合为加快产品开发过程和在实物原型的基础上,选择设计方案奠定了基础。不论是在现有产品上做小改进,还是进行重大创新,原型产品都是一个用来收集用户反馈信息的有用机制。测试方法也可利用分析的手段,例如数字仿真技术等。这个过程明显是一个知识获取的过程。在测试之前并不存在是否可行的相关知识,虽然已有知识集中,而在测试之后的测试结果就是关于这个问题的新知识。经济上的测试是指对所用原理、技术、材料以及工艺成本的测试。而关于某种设想方案成本高低的知识,也是新知识,所以也是一个知识获取的过程。对一个选定的方案进行结构细节设计,这一环节主要是零件详细

11、设计、工艺详细设计和可制造装配性详细设计。在详细设计阶段考虑产品全生命周期各种因素的影响是与传统设计的最重要区别6。3产品制造阶段子模型产品制造阶段子模型见图4。通过建立过程和和设备的模型,与产品的数字原型结合,对制造过程进行全面仿真分析,优化产品的制造过程、工艺参数、设备性能、车间布局等,特别是尽量规划和选取物料和能源消耗少、废弃物少、对环境污染小的工艺方案和路线。其目标是预测制造过程中可能出现的问题,提高产品设计的可制造性和可装配性,优化制造工艺过程及其设备的运行工况以及整个制造过程的计划调度,使得产品及其制造过程更加合理和经济。4产品使用阶段子模型产品使用阶段子模型见图5。就产品本身的满

12、意度来说,包括产品功能的合理性、使用时的消耗和费用、人机界面的友好程度等。产品的可维护性和用户对维护知识的掌握程度都与产品的可使用寿命是直接相关的。特别是由于制造企业自身、供应商和用户的分散化和国际化,使得制造企业对远程服务与工程系统提出了需求。这种需求从产品使用阶段来分析,主要反映在制造企业对其远程客户提供远程快速故障诊断、在线技术支持以及远程培训等。这一过程无疑是知识流动的过程。因为无论是对制造企业而言,还是对用户而言,都是一个获取知识、共享知识的过程,也是分792基于知识面向环境的产品全生命周期模型李爱平 图5产品使用阶段子模型布式创建知识库的过程。5产品回收阶段子模型产品回收阶段子模型

13、见图6。产品回收阶段模型应考虑产品全生命周期中的每一个环节的影响因素,产品的再循环沿着世界经济的“食物链”从一个企业传到另一个企业,直到它们到达最终用户为止。这是一个产品增值链,在这个过程中的图6产品回收阶段子模型每个环节都为产品和服务增加价值,企业应该将自己看作是组合了产品、信息、知识和服务的为顾客解决方案的供应商,产品仅仅是提出解决方案的工作平台。892中国机械工程第14卷第4期2003年2月下半月产品回收阶段是由拆卸、重用、改装、再造几部分组成。过程处理内容一般包括拆卸与归类、直接重用零部件、可再加工零部件、可再生零部件。这个模型提出了一个新的概念,即不再有终极的“最终用户”了。在大量生

14、产时代有这样的最终用户,他购买一件产品,用完之后就把它丢掉。今天,由于产品是再循环使用的,每个人把产品传递给另一个人,物料供应链和知识供应链都从开环系统变成了闭环系统。参考文献:1Dove D .Know ledge M anagem ent ,R esponseA bility ,and the A gile Enterp rise .Journal ofKnow ledge M anagem ent .1999(3:1162李爱平.产品创新的知识管理和供应的研究:博士学位论文.哈尔滨:哈尔滨工业大学,20013刘飞,杨丹,陈进.制造系统工程.北京:国防工业出版社,19954Ish ii K

15、 ,Eubank s F C ,M ark s M .Evaluati on M e 2thodo logy fo r Po st -m anufacturing Issues in L ife -cycle D esign .Concurrent Engineering :R esearchand A pp licati ons .1993,1(1:61685谢友柏.现代设计与知识获取.中国机械工程,1996,7(6:36416师汉民.面向产品生命周期的设计.中国机械工程,1998,9(12:12(编辑马尧发作者简介:李爱平,女。同济大学(上海市200092机械工程学院教授、博士研究生导师。

16、研究方向为基于知识的工程(KBE 、网络制造工程及其相关技术。获省部级科技进步奖2项。出版专著2部。发表论文40余篇。文章编号:1004-132 (200304-0299-03冲裁模具结构设计知识表示与处理技术研究赵震博士赵震吕士军彭颖红阮雪榆摘要:针对冲裁模具结构设计的特点,提出知识驱动的冲裁模具结构设计的基本原理,建立了以过程表示为主导,结合框架、产生式规则的混合知识表示模式,介绍了模具结构设计知识专用描述语言BD SKL 。基于BD SKL ,建立了冲裁模具结构设计知识库,实现了设计策略、零件的几何构型方法的充分描述;介绍了基于几何的知识处理等关键技术的解决方案。关键词:冲裁模;结构设计

17、;知识表示;知识处理中图分类号:T G 386文献标识码:A 冲裁工艺在机械、电子、仪表等行业有着广泛的应用,模具结构设计是冲裁模设计中的重要环节,它是将数值计算、图形处理与设计经验融为一体的处理过程。数字化冲裁模设计是近30年来许多专家和学者始终追求的目标,在这一领域里已取得了丰硕的成果。随着计算机技术的不断发展,基于知识的智能设计已成为冲裁模CAD 领域的重要发展趋势。国内外一些研究机构在冲压工艺设计领域开展了以智能化工步排样为代表的专家系统、知识工程等智能技术的实践1,而在模具结构设计领域,开展了许多关于结构设计资源库构建、柔性设计环境以及装配模型方面的研究27,取得了许多成果。收稿日期

18、:20010725基金项目:上海市科学技术发展基金资助项目(0151110041冲裁模具结构设计知识库总体框架知识表示是知识的符号化与形式化过程。一个智能系统中知识表示模式适当与否,不仅影响着知识的有效存储,也直接影响着系统的知识获取能力和知识运用效率。合理的知识表示模式应尽量满足表达充分、有效推理、便于管理、易于理解等方面要求。冲裁模具结构设计是一个基于设计经验与知识的创造性过程,结构设计知识库是设计的核心。为提高设计系统的智能化与柔性程度,模具结构设计知识库一般应具备如下功能:包含各种典型模具装配结构(典型组合、标准零件和标准组合件;包含模具设计的经验、方法等设计策略;知识库对用户全方位地

19、开放,便于用户修改设计知识;与图形系统有通讯功能,实现基于图形992冲裁模具结构设计知识表示与处理技术研究赵震吕士军彭颖红等. CH I NA M ECHAN ICAL EN G I EER I G V o l 14, N o. 4, 2003 the second ha lf of Feb rua ry N N w ith non ax is - symm etric shap e a s an exam p le, the si u la tion ca lcu la tion of its fo rm ing p rocess is ca rried ou t m by u sing p

20、 rogram D YNA FO RM. Severa l cu rves of va riab le b lank ho lding fo rce du ring deep draw ing p rocess a re p u t fo rw a rd acco rding to the actua l condition s in p roduction and the theo retica l ana lysis. T he influence of va riab le b lank ho lding fo rce on fo rm ing is studied, the op ti

21、 a l con tro l cu rve of va riab le b lank ho lding fo rce is m determ ined. Key words: num erica l si u la tion deep draw ing m con tro l of the va riab le b lank ho lding fo rce sheet m eta l fo rm ing Studay on Rotary Ultra son ic M ach in ing Tool D a i X iangguo ( T singhua U n iversity, B eiji

22、ng, Ch ina Fu Shu igen ang X ianku ip 2892292 W Abstract: A new ro ta ry u ltra son ic m ach in ing too l is in troduced . A w ise u ltra son ic pow er is studied w ith ab ility of rough and refined frequency track ing and a tw o - po sition ing structu re is firstly p resen ted and ca rried ou t. T

23、 he exp eri en ts show tha t the too l w o rk s w ell and m ha s sa tisfied effects on m ach in ing ha rd and b rittle m a teria ls. Key words: ro ta ry u ltra son ic m ach in ing frequency track ing tw o - po sition ing system m ach in ing efficiency Knowledge - ba sed Env ironm en t - or ien ted M

24、 odel of Product L ifecycle L i A ip ing ( Tongji U n iversity, Shangha i, Ch ina p 2952299 Abstract: F rom the p ersp ective of p roduct lifecycle, the p roduct m odels a re bu ild in each stage of the p roduct from design, m anufactu ring, u tilizing to recycling. Com p a red w ith traditiona l p

25、roduct developm en t m odels, these new m odels include a ll facto rs from p roducts concep tua l design to their recycling and in terrela tion . am ong these facto rs B esides, know ledge is p laced in to th is m odel and illu stra ted the know ledge recycling p rocess of the va lue- added cha in o

26、f the p roduct. Key words: know ledge p roduct lifecycle m odelTQ CSEK The O pti iza tion D esign Com b in ing Graph and m Regression Anaysis M ethodL in L in (H a rb in In stitu te of T echno logy, H a rb in, Ch ina Zhong Sh isheng W ang Zh ix ing T ao L iyan p 2922294 Abstract: In o rder to rea li

27、ze op ti iza tion design of a m system w ho se m a them a tica l m odel is difficu lt to estab lish, an op ti iza tion design app roach com b in ing m grap h m ethod and regression ana lysis m ethod is p u t fo rw a rd in th is p ap er. In grap h m ethod, the inp u t da ta of the system w a s discre

28、tiged, and the system m odel w a s ob ta ined by grap h. T he system m odel p a ram eters a re found by the lea st squa re a lgo rithm , and the regression ana lysis is adop ted to eva lua te and m odify the m odel so tha t the accu racy of the m odel is a ssu red. T he fram e schem e design of la r

29、ge- sca le hydrau lic genera to r adop ted th is app roach, the resu lts show tha t the structu re p a ram eters cou ld be op ti ized by design criterion. m Key words: C I S grap h m ethod regression M ana lysis m ethod op ti iza tion design m language: B lank ing D ie System Know ledge L anguage (B

30、D SKL w a s in troduced a s w ell B a sed on BD SKL , the . know ledge ba se fo r structu re design w a s con structed to fu lly describe the design stra tegy and m odeling m ethod . fo r die p a rts A t the sam e ti e, the key techno logies m such a s geom etry - ba sed know ledge p rocessing and i

31、ts . so lu tion s w ere in troduced a s w ell Key words: b lank ing die structu re design know ledge rep resen ta tion know ledge p rocessing Research on the Technology of En terpr ise D ocum en t Informa tion In tegra tion and Reuse Ba sed on Informa tion Structure M odel ang Kem ing (T singhua U n

32、 iversity, W B eijing, Ch ina X iong Guangleng X ie J inchong Fan W enhu ip 3022305 Abstract: T he en terp rise docum en t standa rdiza tion ha s been an overt trend. T h is p ap er ana lyzes som e sho rtages of cu rren t docum en t m anagem en t m ethods, then p resen ts a new en terp rise docum en

33、 t info rm a tion m anagem en t techno logy ba sed on info rm a tion structu re m odel, w h ich can p rovide a new m echan ism to i p lem en t m the docum en t info rm a tions deta il in tegra tion and reu se. It a lso describes the a rch itectu re fo r docum en t m anagem en t system a s w ell a s

34、the docum en t va lida tion, sto rage and reu se. F ina lly, an in troduction to app lica tion in stance designed fo r a m edium - sized en terp rise is given. Key words: docum en t m anagem en t info rm a tion in tegra tion info rm a tion reu se XM L V irtua l Prototype Technology and Its Appl ica

35、tion in the Structura l Performance Si ula tion and O pti um D esign m m for the Clam p ing Roll ing Stock M a Siqun (D a lian R a ilw ay In stitu te, D a lian, L iaon ing, Ch ina Zhao W enzhong X ie Sum ing L i X iaofeng p 3092312 Abstract: T he concep tion of V irtua l P ro to typ e (V P techno lo

36、gy a re described, the V Ps m odu le and its function fram e a re given. U sing an exam p le, the structu ra l p erfo rm ance si u la tion and op ti um design fo r m m the C lam p ing Ro lling Stock, the w ay to bu ilt up exp ert system of ana lysis and eva lua tion developm en t and in tegra ted si

37、 u la tion fram e abou t com p lex p roduct ba sed m on virtua l p ro to typ e techno logy a re p resen ted. In the p ri a ry app lica tion p ractice, the system develop ed ba sed m on V P can effectively suppo rt the p roduct developm en t. Key words: virtua l p ro to typ e ra ilw ay veh icle clam

38、p ing ro lling stock structu ra l p erfo rm ance si u la tion m Research on O pen Arch itecture CNC System Ba sed on Rea l - ti e Tran sm ission in D istr ibuted Concurren t m Collabora tive D esign Ba sed on Tr iangular M eshM odels Zhang B iqiang ( Shangha i J iao tong U n iversity, Shangha i, Ch

39、ina X ing Yuan R uan Xueyu p 3052308 Abstract: B a sed on con tra sting the cha racteristics of CAD m odels and triangu la r m esh m odels, a new system of distribu ted co llabo ra tive design is p ropo sed ba sed on triangu la r m esh m odels acco rding to netw o rk condition s and the requ irem en ts fo r rea l - ti e m an ip u la tion in m distribu ted concu rren t co llabo ra tive design. T he fram ew o rk is a lso co