0 引言

    基于模塊化技術(shù)的產(chǎn)品配置方式，是一種新興的產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造關(guān)鍵性技術(shù)，可以有效地縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，按照訂單靈活快速確定產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)方案，提高各種設(shè)計(jì)資源的重用和降低產(chǎn)品的設(shè)計(jì)生產(chǎn)成本。產(chǎn)品配置方法國(guó)內(nèi)外對(duì)此進(jìn)行了大量研究，目前主要有基于規(guī)則(rule based)和基于資源(resource based)這兩種產(chǎn)品配置方法。基于規(guī)則的產(chǎn)品配置方法已被成功應(yīng)用于驗(yàn)證用戶訂單的技術(shù)合理性，并初步指導(dǎo)實(shí)際裝配，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

    本文將具有板結(jié)構(gòu)特征的產(chǎn)品為研究對(duì)象，從面向訂單的需求出發(fā)，構(gòu)建與用戶需求相適應(yīng)的產(chǎn)品配置模型，通過(guò)分析一系列板、框類產(chǎn)品的特征相似性，并進(jìn)行歷吏實(shí)例與待求目標(biāo)產(chǎn)品的相似匹配，提出了基于相似歷史實(shí)例的產(chǎn)品配置方法。

1 產(chǎn)品的快速配置模型

    1.1 板構(gòu)件產(chǎn)品的特征分析經(jīng)過(guò)對(duì)大量的車輛板構(gòu)件產(chǎn)品的分析，該類產(chǎn)品具有以下幾點(diǎn)特征：

    ①屬性參數(shù)相似：所有零部件具有長(zhǎng)度、寬度、厚度、角度等屬性參數(shù)。

    ②零部件類別統(tǒng)一：產(chǎn)品由有限種（2-3種）材質(zhì)、不同形狀、尺寸、數(shù)量的板式零部件構(gòu)成。

    ③裝配參數(shù)和參數(shù)確定方式相似：對(duì)所有零部件裝配的過(guò)程中，我們能夠通過(guò)裝配參數(shù)，例如數(shù)量、位置、傾斜度等進(jìn)行描述。

    ④設(shè)計(jì)生產(chǎn)流程相似：大多為廠家自制件，從訂單出發(fā)，先確定產(chǎn)品零部件的各個(gè)參數(shù)，再繪制相應(yīng)的工程圖以供實(shí)物制造，最后組裝成品。

    1.2 快速配置模型的建立產(chǎn)品快速配置的關(guān)鍵是在正確理解和表達(dá)用戶需求的基礎(chǔ)之上，在資源庫(kù)中找到可以滿足訂單需求的模塊，以組成所需的產(chǎn)品。配置知識(shí)的表達(dá)作為產(chǎn)品配置模型的基礎(chǔ)，配置模型的建模過(guò)程實(shí)際上是對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品所蘊(yùn)涵的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、關(guān)系的表達(dá)和提取的過(guò)程。對(duì)板構(gòu)件產(chǎn)品的相似特征進(jìn)行分析可知，其產(chǎn)品快速配置的解可用包含產(chǎn)品自身屬性參數(shù)和裝配參數(shù)的產(chǎn)品物科清單與裝配約束的規(guī)則來(lái)一同表達(dá)，關(guān)于約束的規(guī)則也是參數(shù)確定方式之一，圖1給出了板構(gòu)件產(chǎn)品的快速配置模型，其可表達(dá)為：P=f(PA，S，V，H，R)，其中，P為要配置的產(chǎn)品，f為配置方法，該配置方法對(duì)括號(hào)內(nèi)的數(shù)據(jù)集進(jìn)行操作，PA為產(chǎn)品裝配結(jié)構(gòu)模型，S為板構(gòu)件集，V為變量集，H為以往的產(chǎn)品實(shí)例集，R為規(guī)則集。

    圖1 板構(gòu)件產(chǎn)品的配置模型

    板構(gòu)件集S={S₁，S₂…S_i…S_n，i=1，2…n。S_i是可用屬性參數(shù)和裝配參數(shù)描述的板式零部件，i為板構(gòu)件的ID編號(hào)，產(chǎn)品裝配結(jié)構(gòu)模型PA表示具有相似裝配結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品集合，板構(gòu)件產(chǎn)品PA的相似裝配結(jié)構(gòu)指構(gòu)成該產(chǎn)品的所有板構(gòu)件S_i及其裝配方式相似。變量集V包含三個(gè)變量子集需求變量子集VD、板構(gòu)件屬性變量子集VS₁，和裝配變量子集VS₂。VD描述訂單上的需求，變量的個(gè)數(shù)與訂單上描述需求指標(biāo)的個(gè)數(shù)相關(guān)，VD_k即為第k個(gè)需求變量。VS₁描述板構(gòu)件自身的尺寸屬性和材料屬性，VS₂描述板構(gòu)件裝配時(shí)的約束參數(shù)，VSⁱ_1k即為板構(gòu)件i的第k個(gè)屬性變量，VSⁱ_2k即為板構(gòu)件i的第k個(gè)裝配變量。VS₁和VS₂為待求配置變量，其值組成快速配置結(jié)果的一部分。因此，變量集V={VD，VS₁，VS₂}，其中VD={VD_k}，VS₁={VSⁱ_1k}，VS₂=(VSⁱ_2k}，i=1，2，…n，k=1，2，…。實(shí)例庫(kù)H是已經(jīng)成功定型生產(chǎn)的實(shí)例集。實(shí)例存儲(chǔ)的合理性是實(shí)現(xiàn)快速配置的基礎(chǔ)，直接關(guān)系到實(shí)例匹配的效率和最終解的優(yōu)劣程度。實(shí)例的表示關(guān)系到實(shí)例的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)組織方式。針對(duì)板構(gòu)件產(chǎn)品的特征，實(shí)例需采用雙層結(jié)構(gòu)來(lái)存儲(chǔ)兩個(gè)方面的內(nèi)容。第一層存儲(chǔ)實(shí)例化的需求變量子集VD，第二層存儲(chǔ)實(shí)例佗的構(gòu)件變量VS₁和VS₂。因?yàn)槿绻麅僧a(chǎn)品實(shí)例的需求變量子集VD接近，則一般來(lái)說(shuō)兩產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案也應(yīng)相似，所以將第一層需求變量子集VD作為已知量進(jìn)行屬性匹配求解，第二層的內(nèi)容將是待求產(chǎn)品的初解，最終將形成產(chǎn)品的BOM等設(shè)計(jì)制造資源。設(shè)描述產(chǎn)品需要n個(gè)需求變量，H中有m個(gè)實(shí)例，實(shí)例庫(kù)的表達(dá)如表1所示。

    表1 實(shí)例庫(kù)H的二層結(jié)構(gòu)

    規(guī)則集R作為產(chǎn)品快速配置模型的配置知識(shí)庫(kù)，用以表達(dá)產(chǎn)品配置變量間的關(guān)系，是確定配置變量值的方式之一。根據(jù)板構(gòu)件產(chǎn)品參數(shù)的基本確定方式，將R中的規(guī)則分成四類，分別形成四個(gè)子集：屬性配置規(guī)則R₁、裝配約束規(guī)則R₂、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)規(guī)則R₃和結(jié)果校核規(guī)則R₄。則規(guī)則集R可表達(dá)為R={Rⁱ_jk}，i=1，2…n，j=1，2，3，4，k=1，2…，Rⁱ_jk表示約束板構(gòu)件S_i變量的第k條第j類規(guī)則。由于板構(gòu)件產(chǎn)品參數(shù)的確定方式并不復(fù)雜，基本上都是利用力學(xué)和數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)算公式，故規(guī)則的構(gòu)造也并不復(fù)雜，設(shè)計(jì)計(jì)算公式的有限性決定了配置知識(shí)庫(kù)也不會(huì)很龐大，根據(jù)采用規(guī)則If(Condition)Then(Result)的方式構(gòu)造配置規(guī)則即可。另外，在設(shè)計(jì)者優(yōu)化某一配置變量與設(shè)置并不只有一條規(guī)則的情況下，規(guī)則之間或許會(huì)有沖突，產(chǎn)生覆蓋規(guī)則的問(wèn)題。為了能夠有效地處理這一問(wèn)題，應(yīng)對(duì)規(guī)則設(shè)置完成之后，對(duì)整個(gè)規(guī)則中Result的左邊同名變量的數(shù)量通過(guò)程序進(jìn)行檢查。實(shí)際上，考慮到基于相似實(shí)例的配置方法中大部分配置變量通過(guò)基于相似實(shí)例來(lái)賦值，規(guī)則只是用于少數(shù)配置變量的優(yōu)化，在通常狀況之下，在設(shè)置規(guī)則時(shí)，設(shè)計(jì)者從宏觀方面就能夠控制規(guī)則的沖突問(wèn)題。以半掛式罐車為例，R₁和R₂是以力學(xué)和數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)的，可在相關(guān)國(guó)標(biāo)和行標(biāo)中查得計(jì)算公式，來(lái)約束VS₁和VS₂中的變量；R₃是設(shè)計(jì)人員根據(jù)個(gè)人以往經(jīng)驗(yàn)設(shè)定；R₄是為確保能承載用戶要求的載重噸位而進(jìn)行的強(qiáng)度和剛度校核。如果要表達(dá)當(dāng)罐車車間腹板的高厚之比大于70時(shí)就需要在腹板中布置一些加固件，只需使用規(guī)則If(VS⁶₁₁/VS⁶₁₃＞70)Then(VS⁹₈=True)，其中VS⁶₁₁，VS⁶₁₃，VS⁹₈分別表示車架腹板的高、厚和腹板中部是否需要另外加固件。

2 基于產(chǎn)品歷史實(shí)例的配置優(yōu)化方法

    產(chǎn)品配置方法f是根據(jù)用各個(gè)戶需求參數(shù)對(duì)產(chǎn)品模型中的各構(gòu)件類實(shí)例化的過(guò)程。

    在基于歷史實(shí)例的產(chǎn)品配置中，要想處理類似實(shí)例的篩取問(wèn)題就應(yīng)選用適宜的匹配算法。目前，在眾多領(lǐng)域中都普遍的應(yīng)用到聚類分析算法，它能夠通過(guò)加權(quán)的n維空間距離把目標(biāo)對(duì)象同已有對(duì)象作出排序，這在聚類分析中是經(jīng)常用到的距離度量方法，由于加權(quán)歐氏距離的聚類算法注意到在相似聚類過(guò)程中，對(duì)象里的各個(gè)屬性變量影響作用的不一樣，在參數(shù)型屬性的實(shí)例檢索中更加有效。它通過(guò)計(jì)算歷史實(shí)例和待求產(chǎn)品之間的歐氏距離來(lái)確定相似度，距離越小則表明相似程度越大。半掛罐車產(chǎn)品的需求變量是用來(lái)描述外形尺寸、速度、承載重量、容積等性能參數(shù)的，通過(guò)帶權(quán)參數(shù)的歐氏距離的聚類算法對(duì)需求變量進(jìn)行處理可以得到產(chǎn)品實(shí)例間的相似度，以此為依據(jù)進(jìn)行產(chǎn)品相似實(shí)例的篩取工作�；�于歷史實(shí)例的產(chǎn)品配置全過(guò)程如圖2示，分為如下幾個(gè)步驟：

    圖2 產(chǎn)品快速配置流程圖

    2.1 對(duì)訂單數(shù)據(jù)的采集。提取用戶訂單中的重要的變量參數(shù)，將用戶的需求轉(zhuǎn)換成需求變量集VD中的各元素。

    2.2 進(jìn)行歷史實(shí)例和目標(biāo)配置方案的匹配提取。確定歷史實(shí)例與目標(biāo)產(chǎn)品相似度的加權(quán)距離的聚類算法過(guò)程如下：

    設(shè)產(chǎn)品訂單實(shí)例中的需求變量為VD₁，VD₂…VD_m，且共有m個(gè)歷史實(shí)例，VD_ij表示第i個(gè)實(shí)例第j個(gè)需求變量的值，則有：

    待求配置實(shí)例向量x=(VD₁，VD₂…VD_n)

    2.2.1 對(duì)歷史實(shí)例矩陣R進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，以消除變量間不同量綱的影響。用R的行(即每一個(gè)歷史實(shí)例)與待求配置實(shí)例向量x進(jìn)行差運(yùn)算，之后再做歸一化處理：

    2.2.2 用AHP方法解出各需求變量的權(quán)值需求變量的權(quán)值表示產(chǎn)品各需求變量對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和性能的影響程度，其可表示為：

    需求變量的權(quán)值求解采用層次分析法，將作為匹配屬性的板構(gòu)件需求變量作為同層因素進(jìn)行同層次兩兩因素間的相對(duì)比較，構(gòu)造判斷矩陣，采用其常用的1～9，其比率標(biāo)度意義如表2，也可由通過(guò)總結(jié)歷史設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)建立判斷標(biāo)度表，確定萄一個(gè)需求變量的權(quán)重值。

    表2 AHP比例標(biāo)度表

    2.2.3 求帶權(quán)的歐式距離cd_i及與目標(biāo)實(shí)例相似程度r_i，并選取最匹配的歷史實(shí)例。目標(biāo)實(shí)例與各歷史實(shí)例的加權(quán)歐式實(shí)例：

    cd_i=。

    目標(biāo)實(shí)例與各歷史實(shí)例的相似度為：r_i=1-cd_i。在歷史資源庫(kù)中選取相似度ri值最大的實(shí)例，即為歷史實(shí)例庫(kù)中與當(dāng)前目標(biāo)產(chǎn)品最匹配的實(shí)例。

    2.3 選取最匹配的相似歷史實(shí)例作為配置基型，其繼承了該實(shí)例的屬性變量和裝配變量的實(shí)例值。

    2.4 在相似歷史實(shí)例的基礎(chǔ)上配置優(yōu)化。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，基于相似實(shí)例配置出來(lái)的初始結(jié)果往往并不能完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)人員需通過(guò)配置規(guī)則庫(kù)，有選擇地設(shè)置規(guī)則庫(kù)R₁，R₂，R₃來(lái)調(diào)整變量集VS₁，VS₂中的變量值。變量VS₁，VS₂的優(yōu)化算法的采用If(Condition)Then(Result)結(jié)構(gòu)，具體流程如下：

    2.5 校驗(yàn)結(jié)果并生成產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型。優(yōu)化的結(jié)果最終需要通過(guò)校核規(guī)則庫(kù)R₄的檢查和校核。若有未通過(guò)校核的變量，則需按之前的步驟進(jìn)一步配置優(yōu)化。最后，將變量集VS₁，VS₂中的最終值形成產(chǎn)品的快速配置模型。

3 總結(jié)

    基于相似歷史實(shí)例與知識(shí)規(guī)則集成的產(chǎn)品配置方法直接運(yùn)用先前成功的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，可以有效地避開(kāi)傳統(tǒng)的復(fù)雜配置程序，降低并減少設(shè)計(jì)者的工作量以及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的周期，從而提高產(chǎn)品配置的成功率。同時(shí)還能有效利用和管理企業(yè)已有的設(shè)計(jì)圖紙、生產(chǎn)方案等現(xiàn)有資源，可根據(jù)產(chǎn)品訂單的不同需求及制造約束條件有側(cè)重地應(yīng)用歷史實(shí)例匹配與規(guī)則推理的各自優(yōu)勢(shì)，綜合求解，反復(fù)校驗(yàn)，從而有效提高模塊化設(shè)計(jì)中產(chǎn)品快速配置求解的效率和準(zhǔn)確性。由于基于訂單的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造流程具有復(fù)雜且模糊的特點(diǎn)，這使得歷史實(shí)例配置求解的匹配算法和知識(shí)庫(kù)、規(guī)則庫(kù)的建立都存在著一定的難度，因此，產(chǎn)品最終的配置方案對(duì)各組件對(duì)象的獨(dú)立配置能力有很高的要求。另外，產(chǎn)品配置模型求解、知識(shí)庫(kù)及規(guī)則庫(kù)定義和管理的方法，對(duì)最終設(shè)計(jì)方案的評(píng)價(jià)及實(shí)際可靠性具有重要作用。本文在分析汽車類板構(gòu)件產(chǎn)品特征的基礎(chǔ)上，提出了該類產(chǎn)品的快速配置模型及其方法，具有較好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。

轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處：拓步ERP資訊網(wǎng)http://www.oesoe.com/

本文標(biāo)題：基于實(shí)例的產(chǎn)品快速配置方法探討

本文網(wǎng)址：http://www.oesoe.com/html/consultation/1083937709.html