面向客户的产品族模型理论与方法研究

摘要

产品市场需求的变化使得大规模定制(MC)成为21世纪的主流生产模式，而产品族模型(PFM)是实现面向MC生产的产品设计的关键技术。 综合分析国内外相关研究现状和企业的实际需求，我们认为目前研究存在的不足是：①在PFM研究方面，PFM 不能完全满足客户的定制需要；PF的功能模型和结构模型缺少模型表达理论、方法和实现技术的研究；PFM的实现没有应用数据库管理的理念和工具。②在产品配置实例的成本估算方面，对于常用变型零件的成本估算，没有充分应用零件族在结构、材料和工艺上具有很大相似性的特点，估算方法涉及因素较多，估算复杂，效率较低，精度不稳定。⑧在产品配置实例的评价方面，要准确地理解并按照客户的需求，配置出唯一的产品实例，在实际中不太现实；对评价信息相对较少的产品设计方案的评价不能替代对评价信息丰富的产品的评价；将制造商作为评价的主体与客户是评价主体的实际大相径庭。④在PFM中设计知识的管理方法方面，由于产品及其过程知识存在着复杂的语义内涵和异质多样的约束关系，面向对象的知识表达模型没有提供显性定义知识对象之间的语义内涵和关系的机制，使得知识的理解、共享存在困难。 针对上述不足，本文面向客户定制产品过程，运用集合论、超图理论和层次分析法等理论技术，研究并解决 PFM 的组织结构、表达和实现等关键技术问题，旨在与以往研究工作不同的产品定制的更高层次上对产品族模型进行研究，达到更加全面地认识产品族模型的组织结构，充分地利用企业资源，充分地满足客户定制需求的目的。 在对MC生产模式业务流程分析的基础上，提出了面向客户的MC生产模式业务流程。依据MC的哲理和方法体系，对PFM进行了需求分析。根据提出的业务流程和需求分析的结果，提出了广义的多视图PFM，该模型由数据层、逻辑层和应用层组成，其中，数据层由产品设计仓库构成；逻辑层由产品族(PF)的功能模型、结构模型、成本估算模型、配置实例评价模型、设计知识管理工具和功能结构映射工具组成；应用层由PF开发过程模型和产品配置过程模型组成。 本文对PFM的核心层—逻辑层进行了研究。 研究了PF的功能问题，提出了应用带权的树表达PF功能模型的方法，采用双亲表示法作为PF功能树的存储结构，应用数据库的单表存储方式，实现了PF功能树在数据库中的存储，完成了对PF功能树的查询、添加、更新、删除等操作，进而完善了PF功能模型的研究。 研究了PF的结构问题，应用集合论和超图理论，提出了PF结构超图和结构超图模型，基于对象一关系数据库管理系统实现了PF结构超图模型，从而给出了一种新的PF结构模型的建模方法。 研究了产品配置实例的成本估算问题，提出了MC生产的成本估算模型。应用类比成本方法估算常用的变型零件成本，应用基于特征的估算方法计算制造零件的成本，应用工程成本法估算装配成本，解决了变型零件成本估算方法复杂、效率较低的问题，实现了对产品配置实例的快速合理报价。 研究了产品配置实例的评价问题，以定制产品的客户为评价主体，以客户需求为依据，对设计完成后的产品族制定评价指标体系，应用层次分析法，构造了产品配置实例的评价模型，实现了以客户满意度为目标的对产品配置实例的有效快速评价。 研究了PFM中设计知识的管理问题。应用语义对象网络模型，建立了产品设计知识的表达模型。应用双向链表组织有关规则，应用有向图和十字链表组织并存储设计知识。建立了基于语义的知识检索模型，通过本体映射，实现在知识语义层上的准确和快速检索。采用基于实例和启发规则的推理方法，提高推理效率。建立了由数据层、逻辑层和应用层组成的产品设计知识管理工具的体系结构。给出了解决知识理解和共享困难的方法。 在上述研究的基础上，应用UML方法，设计了PFM管理系统的软件原型，构建了基于J2EE架构和B/S模式的PFM管理系统的体系结构。 本课题的研究提出了与以往不同的PFM的组织结构，它不仅可以充分地利用企业资源，还能更加充分地满足客户定制产品的需要；在此基础上，提出了一种基于数据库的产品族结构模型的建模方法，并给出了解决知识理解和共享困难的方法。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1研究背景

1.1.1产品市场需求的变化

1.1.2大规模定制是21世纪的主流生产模式

1.1.3产品族模型是MC的核心技术

1.2课题的来源和目的

1.2.1课题的来源

1.2.2课题的目的

1.3相关研究现状

1.3.1 PFM

1.3.2产品配置实例的评价

1.3.3产品配置实例的成本估算

1.3.4产品知识管理

1.3.5产品模型

1.4本文的主要研究内容

2 PFM的组织结构

2.1引言

2.2面向客户的MC生产模式的业务流程

2.2.1 MC生产模式的业务流程

2.2.2面向客户的MC生产模式的业务流程

2.3 PFM的需求分析

2.4 PFM的组织结构

2.5小结

3PF功能模型研究

3.1引言

3.2 PF功能模型定义

3.3 PF功能模型表达

3.4PF功能模型实现

3.4.1PF功能树的存储结构

3.4.2PF功能树的操作方法

3.5小结

4PF结构模型研究

4.1引言

4.2基于超图数据结构的PF结构模型

4.2.1超图定义

4.2.2 PF的结构特点

4.2.3基于超图的PF结构模型

4.3PF结构模型实现

4.4PF的功能模型与结构模型的相互映射

4.5小结

5产品配置实例的成本估算模型研究

5.1引言

5.2产品配置实例成本估算模型的建立

5.2.1常用的成本估算方法

5.2.2产品配置实例成本估算方法和模型的建立

5.3零件和产品成本估算技术

5.3.1变型零件的成本估算

5.3.2相似零件的成本估算

5.3.3零件制造成本的估算

5.3.4产品装配成本的估算

5.4实例

5.5小结

6产品配置实例的评价模型研究

6.1引言

6.2产品配置实例的评价指标体系和评价方法

6.2.1产品配置实例的评价指标体系

6.2.2产品配置实例的评价算法

6.3产品配置实例评价模型的建立及其算法

6.3.1层次结构模型

6.3.2判断矩阵

6.3.3层次结构模型的各层元素对目标层的总排序权重

6.3.4层次结构模型的各层总排序的一致性检验

6.3.5产品配置实例的评价算法流程图

6.3.6判断矩阵的有关问题

6.4实例

6.4.1客户需求

6.4.2产品方案

6.4.3判断矩阵及一致性检验结果

6.4.4各层元素对目标层的总排序权重及一致性检验结果

6.4.5产品方案选择结果

6.5小结

7PFM中设计知识管理方法研究

7.1引言

7.2知识的表达模型

7.2.1知识的种类

7.2.2语义对象网络模型

7.3知识库的数据组织结构

7.3.1双向链表法

7.3.2十字链表法

7.4知识库引擎

7.4.1基于语义的知识检索

7.4.2基于实例和规则的推理

7.5设计知识管理工具的体系结构

7.6小结

8 PFM管理系统的设计

8.1引言

8.2 PFM管理系统的设计

8.2.1用例分析

8.2.2系统功能设计

8.2.3系统对象模型设计

8.3 PFM管理系统的体系结构

8.3.1系统设计原则

8.3.2 PFM管理系统的体系结构

8.4 PFM管理系统的主要界面设计

8.5小结

9结论

9.1研究结论

9.2未来的工作

参考文献

攻读博士学位期间参与的研究项目及发表的论文

致谢