裝載機(jī)的PDM系統(tǒng)的配置研究

1 引言

    隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用變的越來(lái)越重要了，現(xiàn)在PDM的運(yùn)用也越來(lái)越被各個(gè)企業(yè)所重視，PDM的實(shí)施對(duì)于企業(yè)提高工作效率有著不可忽視的作用。裝載機(jī)作為重要的機(jī)械之一，在各個(gè)工作領(lǐng)域有著不可替代的作用，這就對(duì)裝載機(jī)生產(chǎn)行業(yè)提出了更高的要求，不僅要提高自身的生產(chǎn)效率，也要保證生產(chǎn)的質(zhì)量，PDM的介入正好替企業(yè)解決了很多難題。產(chǎn)品配置作為PDM中的重要組成部分之一，目前也成為研究的熱點(diǎn)，本文就PDM中的產(chǎn)品配置作了一些研究。在PDM配置系統(tǒng)中，裝載機(jī)設(shè)計(jì)的過(guò)程被分解為兩個(gè)過(guò)程，產(chǎn)品族的設(shè)計(jì)和裝載機(jī)配置過(guò)程。產(chǎn)品族的設(shè)計(jì)是通過(guò)需求分析、構(gòu)建產(chǎn)品平臺(tái)和零部件建模過(guò)程，完成產(chǎn)品族模型的建立。設(shè)計(jì)是一個(gè)通用的產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)，代表基本功能相似的不同產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的集合。通用產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)的描述是通過(guò)通用零部件實(shí)現(xiàn)的。通用零部件是指可替換的元件集合。為獲得用戶要求的多樣性，企業(yè)以通用框架為基礎(chǔ)，加入各種實(shí)現(xiàn)不同功能的零部件，構(gòu)成通用的產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)產(chǎn)品族可以看成是一個(gè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型中捕捉和建立各種變型的過(guò)程。產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)是在產(chǎn)品族設(shè)計(jì)的通用產(chǎn)品族模型上，按客戶的需求進(jìn)行的快速變型設(shè)計(jì)。要求準(zhǔn)確理解客戶需求，生成滿足客戶需求的產(chǎn)品變型的完整描述。在給定一組客戶需求和一個(gè)產(chǎn)品描述后，產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)可以在通用的產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)描述的各個(gè)變型產(chǎn)品中找到一個(gè)有效的和完全定制的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)是一種特定的設(shè)計(jì)活動(dòng)，具有兩個(gè)關(guān)鍵特性：

    (1)被配置的產(chǎn)品由完備定義的元件類的既定集合的實(shí)例裝配而成。

    (2)元件以預(yù)定的方式相互作用。

    圖1 產(chǎn)品配置基本原理

    產(chǎn)品族是通過(guò)產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)首先產(chǎn)生的，配置規(guī)則和配置器是由設(shè)計(jì)部門來(lái)制定和維護(hù)，配置規(guī)則決定了選擇產(chǎn)品族中元件的約束和條件。配置器給出了實(shí)現(xiàn)配置過(guò)程的交互界面。通過(guò)配置器，可產(chǎn)生和客戶需求相關(guān)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)BOM。

2 配置過(guò)程

    對(duì)于不同用途和不同型號(hào)的裝載機(jī)系列產(chǎn)品的生產(chǎn)模式經(jīng)常面臨的是基于產(chǎn)品族動(dòng)態(tài)產(chǎn)品模型的變型產(chǎn)品，對(duì)于隨時(shí)到來(lái)的客戶定貨要求，首先應(yīng)對(duì)其進(jìn)行規(guī)范化描述，并將其定位在合適的客戶群之內(nèi)，然后利用相應(yīng)產(chǎn)品族的動(dòng)態(tài)產(chǎn)品模型，進(jìn)行配置或變型設(shè)計(jì)，其過(guò)程如圖2。客戶需求的QFD[Quality(質(zhì)量)、Function(功能)與Development(發(fā)展)]轉(zhuǎn)換：在產(chǎn)品族QFD的基礎(chǔ)上，確定對(duì)應(yīng)具體客戶需求的產(chǎn)品工程特制產(chǎn)品，并提供報(bào)價(jià)。如果客戶滿意，產(chǎn)品配置系統(tǒng)可以生成可供制造的產(chǎn)品模型；否則產(chǎn)品配置系統(tǒng)向設(shè)計(jì)人員提供員接近客戶需求的實(shí)例，使定制設(shè)計(jì)有較高的起點(diǎn)，縮短工作時(shí)間。變型設(shè)計(jì)的結(jié)果應(yīng)該及時(shí)反饋回產(chǎn)品族模型，以便以后提供給客戶該變型配置。

    圖2 配置過(guò)程

3 配置方式的分類

    產(chǎn)品配置的方式主要分三種：

    (1)變量配置

    當(dāng)某個(gè)裝載機(jī)機(jī)械形成系列產(chǎn)品時(shí)，在不同型號(hào)的產(chǎn)品中存在著許多具有相同用途、相同名稱但不同規(guī)格和不同型號(hào)的零部件。這些零部件的某些屬性具有多個(gè)可選的屬性值，以適應(yīng)不同型號(hào)的產(chǎn)品。例如圖3，同樣是工作裝置，它的舉升重量可以有多個(gè)可選值，可以把這些屬性作為變量，根據(jù)這些變量的取值決定哪個(gè)型號(hào)的零部件入選具體的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。用這種配置方法進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)配置稱為變量配置。

    (2)有效性配置

    有時(shí)在完整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中，某一部件由于某種理由可能使用了一個(gè)零件的多個(gè)版本。此時(shí)要配置具體產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，需要按照有效性規(guī)則進(jìn)行配置，確定哪一個(gè)零件版本在哪一層產(chǎn)品結(jié)構(gòu)能夠入選。常用的有效性規(guī)則：結(jié)構(gòu)有效性、時(shí)間有效性、結(jié)構(gòu)有效性是指零部件在某個(gè)具體的裝配關(guān)系中的數(shù)量。當(dāng)配置裝載機(jī)時(shí)，有些部件可選可不選，通過(guò)設(shè)置結(jié)構(gòu)有效性的規(guī)則，反映這種配置意向。時(shí)間有效性是用零部件各版本的有效時(shí)間段來(lái)確定哪個(gè)版本的零件入選。零部件各版本的有效時(shí)間段之間應(yīng)緊密銜接，不應(yīng)出現(xiàn)空白區(qū)間。在進(jìn)行配置時(shí)，可以把這些配置規(guī)則經(jīng)過(guò)邏輯組合而使用，從而得到同一產(chǎn)品的不同配置。

    (3)發(fā)放狀態(tài)配置

    在裝載機(jī)產(chǎn)品族的設(shè)計(jì)過(guò)程中，如圖3，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上各個(gè)節(jié)點(diǎn)可以看成是一個(gè)虛擬的類節(jié)點(diǎn)，包含多個(gè)零部件實(shí)例，而各個(gè)零部件實(shí)例可能存在各種不同的狀態(tài)，如設(shè)計(jì)中的“工作狀態(tài)“，完成設(shè)計(jì)后的“設(shè)計(jì)完成”。有的零部件實(shí)例已經(jīng)通過(guò)了制造發(fā)放，不僅通過(guò)了結(jié)構(gòu)合理性的審批，而且其工藝合理性和制造合理性也已經(jīng)通過(guò)了各級(jí)審批，標(biāo)志為“制造完成”狀態(tài)。在“設(shè)計(jì)完成”和“制造完成”兩種狀態(tài)之間，還可以具有多種中間狀態(tài)，比如在某中間狀態(tài)下的BOM可用于采購(gòu)部門進(jìn)行原材料的訂購(gòu)，又或在某中間狀態(tài)下的BOM可用于進(jìn)行工藝裝備的設(shè)計(jì)參照等等。不同的用戶可以指定不同的發(fā)放的狀態(tài)，生成自己所需要的BOM視圖。

    圖3 面向裝載機(jī)配置的產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型

4 基于規(guī)則的配置方式研究

    裝載機(jī)配置的問(wèn)題劃分為產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)的構(gòu)建和產(chǎn)品配置兩部分。本文將分產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型和產(chǎn)品配置兩部分來(lái)討論基于規(guī)則配置方式。為了使得產(chǎn)品族具有可配置性。必須構(gòu)建一個(gè)可以支持配置的產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)。本文提出如圖3的產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型。

    結(jié)構(gòu)描述

    整個(gè)單一產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)是由三類虛擬節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，虛擬節(jié)點(diǎn)可以看成是零部件的類對(duì)象。虛擬節(jié)點(diǎn)分一下幾種類型：

    專用部件虛節(jié)點(diǎn)：圖上表示為圓形ZB節(jié)點(diǎn)。表示該節(jié)點(diǎn)是一個(gè)部件類，其下包含部件的實(shí)例。一般用來(lái)表示包含一個(gè)實(shí)例的節(jié)點(diǎn)，如果子節(jié)點(diǎn)有替換節(jié)點(diǎn)存在則可包含多個(gè)部件實(shí)例，則需要用可替換虛節(jié)點(diǎn)表示。

    專用零件虛節(jié)點(diǎn)：圖上表示為圓形ZL節(jié)點(diǎn)。表示該節(jié)點(diǎn)是一個(gè)零件類，其下包含零件的實(shí)例。一般用來(lái)表示包含一個(gè)實(shí)例的節(jié)點(diǎn)，如果子節(jié)點(diǎn)有替換節(jié)點(diǎn)存在則可包含多個(gè)零件實(shí)例，則需要用可替換虛節(jié)點(diǎn)表示。

    通用零部件可選虛節(jié)點(diǎn)：圖上表示為圓形TX節(jié)點(diǎn)。表示該節(jié)點(diǎn)下面包含多個(gè)的通用的虛節(jié)點(diǎn)。在不同類型結(jié)構(gòu)用途的裝載機(jī)有著一些通用的零部件，加入通用部件虛節(jié)點(diǎn)，可以大大提高配置的效率。

    通過(guò)以上的產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型，構(gòu)建了一個(gè)產(chǎn)品配置的模型基礎(chǔ)。產(chǎn)品配置可以通過(guò)規(guī)則來(lái)決定結(jié)構(gòu)模型中不確定節(jié)點(diǎn)被選擇的條件。條件和產(chǎn)品變量結(jié)合后，通過(guò)用戶界面實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品族的選擇配置過(guò)程。

5 BOM的多視圖

    在企業(yè)中，對(duì)于同一個(gè)產(chǎn)品，不同的部門關(guān)心的產(chǎn)品信息并不相同，PDM應(yīng)該能提供滿足不同部門相應(yīng)的產(chǎn)品信息。產(chǎn)品BOM信息在其生命周期的不同階段有不同內(nèi)容，形成了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的多種視圖。設(shè)計(jì)階段的產(chǎn)品BOM關(guān)心每一個(gè)零部件的具體裝配結(jié)構(gòu)，將每一個(gè)部件細(xì)分到零件一級(jí)，其組織方法按產(chǎn)品設(shè)計(jì)的層次來(lái)進(jìn)行，采購(gòu)上的BOM僅僅關(guān)心以總成狀態(tài)供貨的非標(biāo)準(zhǔn)件，零部件之間沒(méi)有層次關(guān)系，物流上的BOM關(guān)心零部件的投料方式，其組織形式按不同制造場(chǎng)地的投裝單元來(lái)組織，其層次結(jié)構(gòu)可能與設(shè)計(jì)BOM不同，而且包含了過(guò)程件的信息，而此信息在設(shè)計(jì)中是沒(méi)有的。再次，不同的BOM對(duì)于設(shè)計(jì)變更的變化是不一樣的，往往設(shè)計(jì)BOM已按設(shè)計(jì)生效點(diǎn)進(jìn)行切換而物流BOM卻不能切換，物流切換是和供貨、庫(kù)存量相關(guān)的。但不管怎么說(shuō)，PDM維護(hù)的是企業(yè)的單一數(shù)據(jù)源，必須保證數(shù)據(jù)的一致性。

    如圖4，就是針對(duì)設(shè)計(jì)部門，計(jì)劃部門，制造部門具體對(duì)應(yīng)相應(yīng)的視圖。不同視圖對(duì)于企業(yè)各個(gè)部門的工作效率，部門之間的協(xié)同工作都有著積極的作用。而且不同的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)視圖直接的反映了產(chǎn)品在其生命周期內(nèi)不同階段的定義信息，在進(jìn)行產(chǎn)品配置時(shí)，PDM記錄下各個(gè)部件的配置層次信息和它們之間的聯(lián)系。所以可以從任何一個(gè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)視圖查詢到產(chǎn)品的完整結(jié)構(gòu)，從而訪問(wèn)產(chǎn)品所有的數(shù)據(jù)。

    圖4 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多視圖

6 結(jié)論

    在面向裝載機(jī)的PDM的系統(tǒng)實(shí)施中，如何能高效的正確的配置產(chǎn)品族的結(jié)構(gòu)模型，對(duì)于PDM實(shí)施具有至關(guān)重要的作用，本文從需求分析到如何進(jìn)行裝載機(jī)的配置以及最后生成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多視圖作了大致的研究。產(chǎn)品配置是實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)研發(fā)部門與管理部門的信息共享的橋梁，是實(shí)現(xiàn)敏捷制造的基礎(chǔ)，是盟主企業(yè)與各盟友企業(yè)信息溝通的源頭，產(chǎn)品配置決定了PDM成功實(shí)施的關(guān)鍵。本文結(jié)合了裝載機(jī)的知識(shí)和PDM中產(chǎn)品配置的理論，針對(duì)產(chǎn)品配置作了一些分析，并且在實(shí)踐中也得到了有效的運(yùn)用。

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