支持多级平台的产品配置方法及系统

摘要

本发明公开了支持多级平台的产品配置方法及系统；根据企业内产品平台的划分情况，建立企业级产品平台主结构；在企业级产品平台主结构的基础上依次建立各子平台主结构以及最底层的产品族主结构；根据产品配置需求，对产品族主结构被选择的模块定义变量条件；根据产品配置需求，判断产品族主结构中是否存在满足变量条件的子模块，判断子模块是否与变量条件进行了关联，根据产品配置需求表遍历产品平台主结构，为节点变量赋值，去除不符合需求的约束关系和模块，直至所有的变量都被赋值，最终筛选出包含变量条件的产品变量通用物料清单，用实例零组件代替产品变量BOM中的相应节点，形成工程通用物料清单，输出设计结果。

说明书

技术领域

本发明涉及一种支持多级平台的产品配置方法及系统。

背景技术

产品配置是大规模定制(Mass Customization,MC)生产模式的核心技术之一。为了更好地满足客户个性化需求，同时又能够通过规模效益降低成本，基于产品平台的产品配置技术正在成为各制造企业关注的焦点。“平台策略”的核心思想是根据产品功能、结构或工程解决方案上的相似性建立产品通用模块的集合，即产品平台，并以此为基础衍生出个性化产品。

通常，同一产品平台可以衍生出多个产品族，各产品族之间具有很多相似之处，也有不少差异的地方，如结构构成、技术约束、材料特性等。各产品族正是通过这些差异来满足不同细分市场的需求。也就是说，产品族是面向特定细分市场的一系列产品的集合，用以针对性地解决细分市场中客户的个性化需求，而产品平台可看作多个产品族之间共享的组件、模块等要素的集合，用以解决多个细分市场中的多种需求。

然而，国内外学者对产品配置的研究很少从产品平台出发，大多以产品族为基础，研究如何基于产品族来配置出个性化产品，如谭建荣等提出一种基于产品功能结构单元的产品族配置模板，通过对单元的互换、适应和协调配置出满足客户需求的产品，董元发构建了包含需求元与配置元的产品族约束网络模型，并通过对约束的求解得到满足客户需求的配置结果集，Ostrosi提出一种分布式模糊配置模型来解决基于产品族进行产品配置时的协同设计问题。在国内对产品平台的研究和应用才刚刚起步，虽然很多企业都开发了产品平台，但往往只是运用了产品平台的思想划分出平台模块和个性模块，而产品配置的过程仍然采用传统的变量配置方法，没有真正实现基于产品平台的配置，且配置效率不高。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种支持多级平台的产品配置方法及系统，提出基于产品平台进行配置的解决方案，并建立了基于改进GBOM的产品平台结构模型，实现了对产品平台间配置规则的管理，同时消除了配置过程中的结构冗余，提高配置效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种支持多级平台的产品配置方法，包括如下步骤：

步骤(1)：根据企业内产品平台的划分情况，建立一个或若干个企业级产品平台主结构，在企业级产品平台主结构中定义面向所有衍生产品的全局变量、变量值及变量条件，并定义企业级产品平台的约束关系；

步骤(2)：在企业级产品平台主结构的基础上依次建立各子平台主结构以及最底层的产品族主结构，在建立的过程中，下级子平台主结构根据自身需要选择性继承上级平台主结构的各模块的变量和变量值；然后将步骤(1)定义的全局变量根据需要依次指派到各子平台主结构以及产品族主结构对应的模块中；定义各子平台及产品族中的约束关系；

步骤(3)：根据产品配置需求，对产品族主结构被选择的模块定义变量条件，即创建产品族主结构的各模块和子模块需要满足的变量条件；形成产品平台库；

步骤(4)：根据产品配置需求，判断产品族主结构中是否存在满足变量条件的子模块，若存在就进入步骤(5)；若不存在则创建新的满足变量条件的子模块，进入步骤(5)；

步骤(5)：判断子模块是否与变量条件进行了关联，若是就进入步骤(6)；若否，则建立子模块与变量条件之间的关联，然后进入步骤(6)；

步骤(6)：根据产品配置需求表遍历产品平台主结构，为节点变量赋值，去除不符合需求的约束关系和模块，直至所有的变量都被赋值，最终筛选出一个包含变量条件的产品变量通用物料清单，用实例零组件代替产品变量BOM中的相应节点，形成一个工程通用物料清单，输出设计结果。

所述企业内产品平台的划分情况包括：企业级产品平台、若干个子平台、若干个产品族、若干个产品，其中，企业级产品平台与对应的若干个子平台连接，每个子平台与对应的若干个产品族连接，每个产品族与对应的若干个产品连接。

所述企业级产品平台主结构包括：企业级产品平台，每个企业级产品平台与对应的一级平台模块、一级必选模块、一级可选模块和一级需分解模块连接，其中，一级需分解模块又与对应的二级平台模块、二级必选模块、二级可选模块和二级需分解模块连接，其中，二级需分解模块又与三级平台模块、三级必选模块、三级可选模块和三级需分解模块连接，依次类推，直至没有模块需要分解。

所述平台模块：在最终的配置产品中必定会有，结构形式完全相同的模块或结构形式基本相同，但可以根据不同产品进行变型或微调的模块；

所述必选模块：在最终的配置产品中必定会有，但有多种可选项，需要根据配置需求进行选择的模块；

所述可选模块：在最终的配置产品中可有可无，需要根据配置需求才能决定是否选取的模块。

所述需分解模块：从结构上来说还能够继续分解的模块，由于所述需分解模块通常还包括平台模块、必选模块和可选模块，因此需要进一步往下分解，直到不再存在需分解模块。

在企业级产品平台主结构为每个模块定义对应的全局变量、变量值及变量条件。

所述企业级平台约束关系，包括：模块与模块间的约束，模块与全局变量的约束，全局变量与全局变量的约束。

所述各子平台主结构，包括：第一级子平台主结构、第二级子平台主结构……第N级子平台主结构，其中，第一级子平台主结构根据自身需要选择性继承企业级产品平台主结构的若干个模块和若干个变量；第二级子平台主结构根据自身需要选择性继承第一级产品平台主结构的若干个模块和若干个变量；依次类推，第N级子平台主结构根据自身需要选择性继承第N-1级产品平台主结构的若干个模块和若干个变量；最底层的产品族主结构根据自身需要选择性继承第N级产品平台主结构的若干个模块和若干个变量。

各子平台及产品族中的约束关系，包括：模块与模块间的约束，模块与全局变量的约束，全局变量与全局变量的约束。

约束关系在上下级平台间具有继承性，约束关系包含两部分，一部分是定义在企业级产品平台的，在企业级产品平台及其子平台以及各产品族中都必须满足的约束；另外一部分只定义在子平台或产品族中，只有在各个子平台或产品族中必须满足的约束。

BOM，Bill of Material，物料清单。EBOM，Engineering BOM，工程BOM。GBOM，Generic Bill of Material，通用物料清单。

一种支持多级平台的产品配置系统，包括：

企业级产品平台主结构建立模块：根据企业内产品平台的划分情况，建立一个或若干个企业级产品平台主结构，在企业级产品平台主结构中定义面向所有衍生产品的全局变量、变量值及变量条件，并定义企业级产品平台的约束关系；

各子平台主结构以及最底层的产品族主结构建立模块：在企业级产品平台主结构的基础上依次建立各子平台主结构以及最底层的产品族主结构，在建立的过程中，下级子平台主结构根据自身需要选择性继承上级平台主结构的各模块的变量和变量值；然后将定义的全局变量根据需要依次指派到各子平台主结构以及产品族主结构对应的模块中；定义各子平台及产品族中的约束关系；

变量条件建立模块：根据产品配置需求，对产品族主结构被选择的模块定义变量条件，即创建产品族主结构的各模块和子模块需要满足的变量条件；形成产品平台库；

第一判断模块：根据产品配置需求，判断产品族主结构中是否存在满足变量条件的子模块，若存在就进入第二判断模块；若不存在则创建新的满足变量条件的子模块，进入第二判断模块；

第二判断模块：判断子模块是否与变量条件进行了关联，若是就进入设计结果生成模块；若否，则建立子模块与变量条件之间的关联，然后进入设计结果生成模块；

设计结果生成模块：根据产品配置需求表遍历产品平台主结构，为节点变量赋值，去除不符合需求的约束关系和模块，直至所有的变量都被赋值，最终筛选出一个包含变量条件的产品变量通用物料清单，用实例零组件代替产品变量BOM中的相应节点，形成一个工程通用物料清单，输出设计结果。

本发明的有益效果：

提出基于产品平台进行配置的解决方案，并建立了基于改进GBOM的产品平台结构模型，实现了对产品平台间配置规则的管理，同时消除了配置过程中的结构冗余，提高配置效率。

本发明提出的支持多级平台的产品配置方法，可以帮助企业规划人员方便地进行产品平台的规划和管理工作。与传统配置过程相比，其优势在于通过建立各级产品平台主结构，在概念规划阶段便可定义各级平台的变量和变量值以及约束关系，实现了配置规则与实体零组件的分开储存、分开管理，同时解决了约束的动态性问题。

附图说明

图1为目前国内企业典型的产品配置过程；

图2为基于改进GBOM的产品平台结构模型；

图3为多级平台的产品衍生模式；

图4为上级平台主结构支持其所有下级平台主结构及最底层产品族主结构的生成过程；

图5为支持多级平台的产品配置流程；

图6为各级产品平台主结构；

图7为在企业级平台上新建变量，并为各级子平台指派变量；

图8为定义各级平台约束关系及变量条件；

图9为配置单；

图10是大众汽车平台的车型系列图；

图11约束关系。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

随着产品平台在大规模定制环境下的逐步应用，传统的变量配置过程往往导致结构上的冗余和较低的配置效率，已经无法支持基于产品平台的产品设计过程。本发明通过对传统变量配置过程的分析，建立了基于改进GBOM的产品平台结构模型，在此基础上，提出一种支持多级平台的产品配置方法。最后以汽车产品的配置过程为例，验证了该方法的有效性。

本发明主要对基于产品平台的产品配置过程进行研究。首先对传统的变量配置过程进行了分析，建立了一种基于改进GBOM的产品平台结构模型，在此基础上提出了支持多级平台的产品配置方法。

1传统的变量配置过程

通常，传统变量配置过程是在产品配置BOM基础上，根据客户个性化需求，通过控制模块和零部件的变量来得到个性化产品。从变量角度来看，产品配置过程都涉及四个方面内容：

(1)变量及变量值的定义

(2)变量之间的约束关系

(3)变量条件与零部件的关联关系

(4)选配过程及实例化BOM的生成

以简化的车型配置BOM为例，首先明确其配置逻辑，如表1所示，主要包括变量、变量值的定义，以及变量条件与零部件的关联。

表1

当然，并不是所有零组件都能随意组合形成最终的产品，在选配之前还需要定义各变量之间的约束关系，来保证配置结果的合理性和有效性。通常变量配置中的约束关系包括关联和互斥两种，如定义约束关系如下：

R₁：if发动机厂商＝玉柴，then发动机功率＝150hp

R₂：if发动机功率＝120hp，then操纵形式＝MT

R₃：if发动机功率＝130hp，then操纵形式≠MT

基于以上约束，根据客户个性化需求进行选配操作，得到最终的单一配置EBOM。整个配置原理和过程如图1所示。

图1描述了目前国内企业典型的产品配置过程。然而在市场需求不断变化的环境下，随着企业新产品甚至新的产品族的不断出现，产品配置BOM中会不断增加新的零组件，同时也会增加新的约束关系，又会删除旧的约束关系。例如，在重新配置新的车型系列时，图1中的约束关系更新为：

R₁：if发动机厂家＝玉柴，then发动机功率＝130hp

R₂：if发动机功率＝120hp，then操纵形式＝CVT

R₃：if发动机功率＝130hp，then操纵形式≠AT

这时设计人员常用的做法是重新搭建新的产品配置BOM，并为该BOM定义新的约束关系，然后完成配置。显然，这个过程增加了设计人员的工作量，影响产品配置的效率。另一方面，若企业采用平台策略设计新产品时，同一平台会衍生出大量产品族，每个产品族又都有其对应的约束关系和零组件，传统的变量配置过程本质上是一种“面向产品族”的配置过程，并不能对产品平台内的配置规则进行维护，已经无法支持“基于产品平台”的配置过程。

2基于改进GBOM的产品平台结构模型

如前所述，传统的变量配置过程会因为约束关系和实例零组件的更新问题带来较低的配置效率，且不能实现对产品平台的管理。而要解决上述问题的关键是将变量、变量条件及约束关系与配置BOM的实体零组件分开储存，并且分开管理，以方便对实例和约束的更新维护，这时就需要建立一个能够表示产品平台所有衍生产品的通用主结构。一种可以用有限的数据来描述大量产品结构的有效方法是Hegge等提出的通用物料清单(GenericBill ofMaterials,GBOM)方法，它将一组相似但具有差异的零部件组成的集合称为类单元，同一类单元可关联多个实例单元，从而避免了BOM结构的冗余，同时还能保持BOM的结构信息。

然而，国内外学者对GBOM的应用大多是从产品族的角度提出的，用来描述某一族产品的通用结构，很少有学者对产品平台GBOM进行研究。在实际的方案设计中，考虑到总体方案设计的复杂度及实际需要，一般GBOM节点不划分到产品结构的底层，即零件层，对产品平台来说，其构成模式为<产品—模块—子模块>，这种情况下在模块层就已满足设计要求，因此GBOM划分到模块层即可；另一方面，在一般产品GBOM中，所有节点都是固定且被明确定义的，无法描述尚未存在的产品结构或模块，而在基于产品平台的配置过程中，往往需要根据配置需求，对产品平台内模块进行适当地增删或变型才可以得到定制化产品，因此，本发明对传统GBOM理论进行了改进，建立了如图2的基于改进GBOM的产品平台结构模型。

产品平台结构模型中的模块主要分为平台模块、必选模块、可选模块和需分解模块四种类型：

·平台模块：在最终的配置产品中必定会有，结构形式完全相同的模块或结构形式基本相同，但可以根据不同产品进行变型或微调的模块。如大众汽车在同一平台下生产的迈腾和Tiguan两款车，它们的前副车架总成结构及尺寸均相同，但其中衬套的设计为适应不同发动机会稍有不同；

·必选模块：在最终的配置产品中必定会有，但有多种可选项，需要根据配置需求进行选择的模块。如发动机模块在整车结构中必须具备，但发动机型号可根据配置需求进行进一步的选择；

·可选模块：在最终的配置产品中可有可无，需要根据配置需求才能决定是否选取的模块。如在同一汽车平台上生产的车型有的需要天窗而有的并不需要天窗。

·需分解模块：从结构上来说还可以继续分解的模块，由于这类模块中通常还包括平台模块、必选模块和可选模块等其他模块，因此需要进一步往下分解，直到不再存在需分解模块。如车身总成中通常还包括顶盖、发动机罩、侧围等模块，可以进一步分解，因此车身总成是典型的需分解模块。

在图2中，用P(X)来表示模块X的变量集。设模块B₁的变量集P(B₁)＝{par1,par2}，模块C的变量集P(C)＝{par3,par4}。在变量集中的每一个变量都是一组变量值的集合，如par1＝{v11,v12}，par2＝{v21,v22,v23}，par4＝{v41,v42,v43}。一般，对可选配的模块来说，都有与之关联的变量和变量值，例如par1取值为v11，par2取值为v22，就能唯一确定模块B₁所对应的实例模块b₁。也就是说，只要确定了模块中变量的取值便可唯一确定该模块对应的实体零组件，当产品平台主结构中所有模块变量均被确定后便可得到一个具体的产品BOM。基于改进GBOM的产品平台结构模型描述了一个模块化的、可配置的产品平台通用结构，它弥补了传统GBOM的缺点，使得产品平台主结构具有更好的扩展性，同时，可以方便快速地进行变量、变量值、变量条件以及约束关系的定义。

3支持多级平台的产品配置过程

对于某个单一产品族来说，各个模块之间的约束关系较为固定，但随着企业中产品的更新换代，新的产品甚至新的产品族不断涌现，这意味着产品平台中经常要定义新的约束关系，或者删除旧的约束关系，因此，对产品平台内配置规则的维护将会成为一项繁重且庞杂的工程。为了进一步利用产品平台主结构的优势，本发明提出多级平台的概念，即建立一个或多个企业级产品平台，在此基础上按照企业对自身产品型谱的规划搭建一层或多层子平台，并在最底层子平台基础上衍生出产品族，最后基于单一产品族选配得到某个具体的订单产品。多级平台的产品衍生模式，如图3所示。

对多级平台来说，上下级平台的主结构以及对应的变量、变量值应遵循自上而下的传递思路，即上级平台主结构应能支持其所有下级平台主结构及最底层产品族主结构的生成过程，同时下级平台中各模块的变量和变量值也必须从上级平台中继承得到。

由于约束关系都是附加于平台主结构各模块上的，不同节点的选择取决于不同的约束的选择，因此，从约束角度来说，配置过程可看作动态的约束满足问题。本发明提到的多级平台策略即是通过对产品平台分级，将约束关系赋予到不同级别的平台中，以解决约束的动态性问题。约束关系在上下级平台间具有继承性，一些约束关系是定义在整个企业级产品平台的，即在整个企业级产品平台及其子平台以及各衍生产品族中都必须满足的约束；而一些约束关系只定义在子平台或产品族中，即只有在各个子平台或产品族中必须满足的约束，如图4所示。

基于上述思路，建立支持多级平台的产品配置流程，如图5所示。

(1)根据企业内产品平台的划分情况，建立一个或多个企业级产品平台主结构，在企业级产品平台主结构中创建面向所有衍生平台和产品族的变量及其变量值，并定义企业级平台约束关系；

(2)在企业级产品平台主结构的基础上依次建立各子平台主结构以及最底层的产品族主结构。下级平台主结构继承了上级平台主结构的多数模块和多数变量，区别在于可选模块的选取以及变量和变量值的选取需要根据平台规划信息作取舍，随后定义各子平台及产品族中的约束关系；

(3)在产品族主结构相应模块上定义变量条件，即创建各模块和子模块需要满足的变量逻辑表达式。对(1)、(2)、(3)步的操作可看作多级平台的管理过程，最后形成产品平台库；

(4)当有新的配置需求时，产品配置人员需要选择对应的产品族主结构，并与产品族全BOM进行关联。检测产品族全BOM中的模块与产品族主结构中变量条件的匹配情况，若产品族全BOM中不存在满足变量条件的子模块则需要进行额外的工作，来创建满足变量条件的模块；若子模块与变量条件尚未建立关联，那么还需要建立它们之间的关联关系；

(5)执行选配操作，根据配置需求表遍历产品平台主结构，为节点变量赋值，去除不符合约束关系和配置需求的分支(分支子节点也同时被去除)，直至所有的变量都被赋值，最终筛选出一个确定的包含变量条件的产品变量BOM，用实例零组件代替产品变量BOM中的相应节点，即可形成一个确定的EBOM。

4系统实现

汽车是基于产品平台进行设计的典型产品。目前国内多数整车企业的平台规划方案都是首先按轴距和轮距划分出几个企业级大平台，在企业级大平台基础上按照不同系列等级衍生出不同车系，在车系基础上按照不同型号开发具体车型，这时的车型可看作满足特定细分市场的产品族，最后在车型基础上选配出满足订单需求的具体整车结构。本发明主要以整车产品为研究对象，按照“企业级平台—车系平台—车型产品族—单一配置产品”的多级平台衍生模式进行系统的设计。系统主要由平台主结构管理、配置变量管理、配置规则管理以及产品配置等功能模块组成。

首先建立各级产品平台主结构，如图6所示。在企业级平台上新建变量，并为各级子平台指派变量，如图7所示。定义各级平台约束关系及变量条件，如图8所示。最后，根据配置需求表或客户个性化需求，进行选配操作，并保存配置单，如图9所示。

本发明通过对传统变量配置过程及其不足之处的分析，提出基于产品平台进行配置的解决方案，并建立了基于改进GBOM的产品平台结构模型，实现了对产品平台间配置规则的管理，同时消除了配置过程中的结构冗余，提高配置效率。在此基础上，提出支持多级平台的产品配置方法，为企业实现从“基于产品族的配置”到“基于产品平台的配置”的转变提供了理论基础。最后，通过系统功能模块的开发以及在整车企业中的应用，验证了方法的可行性和有效性。

通常一个企业内有多个产品平台；所述企业内产品平台的划分情况，指的是一个企业在产品规划阶段，通过市场调研、竞品分析等过程确定平台的层级，明确产品线和细分市场对应关系，最后得出的产品规划结果。

图10是大众汽车平台的车型系列图，简单地说，确定“企业级平台—车系—车型—单一配置产品”这些内容的过程就是平台的划分过程，若套用本发明多级平台概念的话，可将上图描述为“企业级平台—车系平台—车型产品族—单一配置产品”这种模式。

所述企业内产品平台的划分情况，包括：依次连接的企业级平台、车系平台、车型产品族和单一配置产品。每个企业级平台对应若干个车系平台，每个车系平台对应若干个车型产品族，每个车型产品族对应若干个单一配置产品。

企业级平台产品主结构，指的是一个企业级大平台比如图10的MLB平台，它所包含的所有可能的模块、子模块组成的通用结构。这里的通用结构就是根据文中提到的改进GBOM结构而来。所谓通用结构举例来说，发动机有很多型号，如Axxx型号发动机、Bxxx型号发动机，但是在平台主结构中并不会都列出来，只用“发动机”这一模块来代替，而如何确定到底是哪种型号发动机就要根据变量、变量值、变量条件来确定了。

衍生平台和产品族指的就是从企业级平台中衍生出来的多层子平台以及最后的产品族(在多级平台的概念中，最底层叫作产品族)。变量和变量值的含义，举个具体的例子，比如说“发动机排量”、“发动机产地”就是“发动机”这个模块的变量；“1.8T”、“2.0T”就是“发动机排量”这个变量的变量值；“潍柴”、“玉柴”就是“发动机产地”这个变量的变量值。我们一开始会在企业级平台上定义所有模块的变量和变量值，而步骤(2)中提到的定义“衍生产品平台和产品族的变量和变量值”是从企业级平台上指派而来，并不需要重新定义。

接上面，在产品平台中变量和变量值是不能随意地进行组合的，如我们定义发动机排量＝1.8T与变速器＝手动不能组合在一起，那么这个关系就是产品平台的约束关系，准确地说应该是产品平台主结构的约束关系。那么具体到如何定义这个约束关系，其实可以表达为“if…then…”的形式，即“if发动机排量＝1.8T，then变速器≠手动”。也就是说约束关系并不是指平台彼此之间的关系，是平台内的关系，如果往深处细究的话，约束关系包括图11中几种类型：模块与模块间的约束，模块与变量的约束，变量与变量的约束等等。

下级平台主结构根据自身实际需要选择性继承上级平台主结构的若干个模块和若干个变量：子平台主结构包括的是子平台主结构所需要的模块以及变量和变量值。举例，在企业级大平台MLB平台主结构里，“空调”模块是存在的，但它的下级平台大众辉腾车系平台中，没有“空调”这一模块，那么其主结构中就不能创建这个模块。同样，在上一步企业级大平台中我们定义了“发动机排量”有“1.8T”、“2.0T”、“2.4T”这几个值，但如果它的下级平台中，并不需要“2.4T”这个值，那么只需要把“1.8T”和“2.0T”指派给它即可。

各级子平台中的变量和变量值是从上一级平台中继承得到的，对应到系统实现的话，就是图7所示的<指派变量>操作。主结构建立的依据以及变量和变量值的继承依据是根据最初进行产品平台规划时就定义下的。

将产品平台主结构分为了四种类型。比如发动机模块这是一个必选模块，只有我们为它定义了变量条件，我们才能选到它。但前副车架总成，这是一个平台模块，在各个产品中都存在，我们不需要选择它，但车架的轴套直径可微调，这就导致了与它匹配的其他模块也要变化。这种情况下，也需要为前副车架总成这个模块定义变量条件。

变量逻辑表达式就是变量条件。比如说，想让计算机识别Axxx型号的发动机，那么我们可以这样写：Load if排量＝1.8and产地＝潍柴。这就是变量逻辑表达式，它表示的含义是当排量选到1.8并且产地选到潍柴的时候，计算机就认定选到了Axxx型号发动机。这种表达式通常用and或or将几个短语组织起来，可以有更复杂的表达。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。