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    面向產(chǎn)品設(shè)計(jì)的BOM配置研究

    2010-06-04 09:15:38曾富洪
    中國機(jī)械工程 2010年20期
    關(guān)鍵詞:齒輪泵實(shí)例約束

    曾富洪 周 丹 郭 剛

    1.攀枝花學(xué)院,攀枝花,617000 2.重慶大學(xué),重慶,400044

    0 引言

    BOM(bill of material)是表征產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的物料清單,BOM配置是根據(jù)預(yù)定義的部件集以及部件之間的約束關(guān)系,遵循一系列的規(guī)則,使產(chǎn)品技術(shù)屬性與客戶需求逐級(jí)匹配,通過零部件之間的合理組織,得到滿足設(shè)計(jì)要求的工程BOM(engineering BOM,EBOM)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程[1]。BOM的快速配置設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)品定制開發(fā)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。目前,國內(nèi)外學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了大量的研究,相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)策略大致可以分為如下幾類:①基于實(shí)例的BOM配置方法[2];②基于約束的BOM 配置方法[3-4];③基于規(guī)則的 BOM 配置方法[5];④基于遺傳算法的 BOM 配置方法[6];⑤面向?qū)ο?的 BOM 配 置 方 法[7-8];⑥ 基 于 資 源 的BOM配置方法[9];⑦基于結(jié)構(gòu)的BOM 配置方法[10]。

    上述BOM配置設(shè)計(jì)技術(shù)為BOM配置知識(shí)描述與配置求解提供了參考,但這些方法主要針對(duì)能直接從配置模型中求取出顧客需求滿意解(EBOM)的情形。而實(shí)際中顧客需求和企業(yè)設(shè)計(jì)制造水平在不斷地升級(jí)演進(jìn),使得很多情況下不能直接從配置模型中求取滿意解,只能產(chǎn)生一個(gè)BOM配置中間態(tài)(變量BOM)。建立具有自適應(yīng)演進(jìn)功能的BOM配置模型,并由此得到盡可能滿足顧客需求的優(yōu)化變量BOM,使之快速實(shí)例化為EBOM,是面向產(chǎn)品設(shè)計(jì)的BOM配置中需要解決的瓶頸問題。為此,本文將參數(shù)化設(shè)計(jì)和BOM配置技術(shù)相結(jié)合,建立了基于參數(shù)化設(shè)計(jì)的BOM配置模型,結(jié)合約束滿足理論給出了求解算法,并通過實(shí)例證明了該模型和算法的有效性。

    1 面向參數(shù)化設(shè)計(jì)的BOM配置模型

    面向產(chǎn)品設(shè)計(jì)的BOM配置任務(wù)可用三元組T=(D,N,R)描述,其中,D 為可配置資源的集合;N為配置要求,如設(shè)計(jì)要求;R為配置結(jié)果,如EBOM、工程圖等。BOM配置過程是以可配置資源為基礎(chǔ),以顧客需求為輸入,在一定的約束條件下求解BOM結(jié)構(gòu)上節(jié)點(diǎn)的變量,最后輸出滿足顧客需求的BOM配置結(jié)果的活動(dòng)。這里把BOM配置分成了兩個(gè)階段完成:第一階段是變量BOM的獲取,變量BOM指的是存在部分未完全實(shí)例化節(jié)點(diǎn)(變量節(jié)點(diǎn))的BOM;第二階段是變量BOM實(shí)例化為EBOM。變量BOM的獲取是依據(jù)BOM知識(shí)體(knowledgebody based on BOM,KBOM),按一定的算法由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成的;變量BOM實(shí)例化為EBOM主要借助參數(shù)化設(shè)計(jì)工具按人機(jī)交互的方式將變量節(jié)點(diǎn)完全實(shí)例化?;诖耍Y(jié)合制造企業(yè)BOM管理的實(shí)際給出BOM配置的工作模型,如圖1所示,其中BOM配置器有三個(gè)區(qū)域:參考區(qū)、配置工作區(qū)和資源區(qū)。

    圖1 BOM配置的工作模型

    參考區(qū)中的數(shù)據(jù)主要來源于KBOM、歸檔BOM或臨時(shí)BOM,以便于設(shè)計(jì)人員參考和借用。配置區(qū)主要完成從KBOM生成變量BOM以及變量BOM的實(shí)例化工作。變量BOM實(shí)例化時(shí)可以從參考數(shù)據(jù)區(qū)中參考借用自己需要的數(shù)據(jù),也可以根據(jù)需要錄入新的數(shù)據(jù)。當(dāng)BOM實(shí)例化周期長時(shí),可以將其保存到臨時(shí)BOM庫進(jìn)行協(xié)調(diào);當(dāng)BOM的成熟度達(dá)到100%時(shí),通過審核將其凍結(jié)為EBOM供后續(xù)的生產(chǎn)制造使用,同時(shí)和KBOM關(guān)聯(lián)供BOM配置使用。BOM實(shí)例化離不開開發(fā)工具支持,常用的開發(fā)工具有編碼工具、CAX工具、系統(tǒng)工具等。其中,編碼工具負(fù)責(zé)零部件編碼,CAX工具負(fù)責(zé)產(chǎn)品的建模和分析,系統(tǒng)工具提供權(quán)限管理服務(wù)和郵件服務(wù)。資源區(qū)主要完成和BOM相關(guān)的CAX模型、技術(shù)文檔、質(zhì)量文檔和工藝文檔等資源的關(guān)聯(lián)操作,這些資源存放于模型文檔資源庫中,模型文檔資源庫的物理位置在FTP服務(wù)器上。上述所有操作都可以置于流程的監(jiān)控下完成,并且受到?jīng)Q策庫的支持,決策庫由決策表組成,決策表記錄了決策條件到?jīng)Q策結(jié)果之間的映射。

    在面向產(chǎn)品設(shè)計(jì)的BOM配置活動(dòng)中,變量BOM的獲取是瓶頸問題,變量BOM的質(zhì)量直接關(guān)系到BOM的配置效率和最后生成的EBOM的質(zhì)量,變量BOM的質(zhì)量取決于KBOM的模型質(zhì)量及其相應(yīng)的配置算法。下面就KBOM的模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。

    1.1 KBOM模型結(jié)構(gòu)

    KBOM是以產(chǎn)品族的方式對(duì)各種知識(shí)進(jìn)行有效集成的,為了使BOM能有效地作為知識(shí)集成的紐帶,這里采用BOM的拓展概念[11],其定義如下。

    定義1 BOM是由許多與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相關(guān)的配置單元有機(jī)構(gòu)成在一起的復(fù)合對(duì)象,配置單元包含本體和從體兩個(gè)基本部分:本體是指配置單元明確的、形式化的規(guī)范描述;從體是本體的關(guān)聯(lián)對(duì)象構(gòu)成的集合。

    KBOM為樹型結(jié)構(gòu)(圖2),可視為二元組KBOM =(GU,GR),其中GU、GR分別為類配置單元集合、類配置單元關(guān)系。

    圖2 KBOM結(jié)構(gòu)

    類配置單元集合GU中,類配置單元是對(duì)相似可選配置單元組成集合的抽象,第i個(gè)類配置單元可表示為GUi= (GID,GA,GC,GUi(CU),GT,GUS,GP),其中各元素的含義如下:

    (1)GID 為類配置單元的標(biāo)識(shí)。

    (2)GA為類配置單元的屬性集合。

    (3)GC為類配置單元的技術(shù)規(guī)則(包括公理和技術(shù)計(jì)算)約束,表示為GC= (GCP,GCM,GCR,GCRT),這里,GCP 為技術(shù)性能參數(shù);GCM為技術(shù)規(guī)則的數(shù)學(xué)模型;GCR為技術(shù)規(guī)則的計(jì)算結(jié)論;GCRT為計(jì)算結(jié)論的使用類型,分為直接使用和評(píng)判使用兩種,其中評(píng)判使用的類型可分為越大越好型、越小越好型和閾值控制型。

    (4)GUi(CU)為第i個(gè)類配置單元可選配置單 元 組 成 集 合,GUi(CU)= {CUi1,CUi2,…,CUin},其中CUij為可選配置單元。

    (5)GT為類配置單元的類型,類配置單元的類型分為虛擬類配置單元和實(shí)例類配置單元。虛擬類配置單元(令GT=1)指類配置單元中無配置 單 元 實(shí) 例, 即 GUi(CU) = {CU:┐?instance(CU)},其工程意義是該節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的部件由其子零部件裝配而成,如圖2中有陰影背景的單元。實(shí)例類配置單元(令GT=2)指類配置單元中有配置單元實(shí)例,即 GUi(CU)= {CU:?instance(CU)},如圖2中無陰影背景的單元。KBOM構(gòu)建時(shí)其葉節(jié)點(diǎn)必須為實(shí)例類配置單元。

    (6)GUS為類配置單元的配置單元形式,可分為三種:① 基本類配置單元(令GUS=1),其對(duì)應(yīng)的零部件為完成產(chǎn)品核心功能所必需的零部件,相應(yīng)的屬性值是固定的,配置求解時(shí)直接選?。虎诳勺冾惻渲脝卧頖US=2),其對(duì)應(yīng)的零部件在部件的組成結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí),可根據(jù)可變屬性的取值不同來完成變形設(shè)計(jì);③參數(shù)驅(qū)動(dòng)類配置單元(令GUS=3),其對(duì)應(yīng)的零部件CAD模型為參數(shù)化設(shè)計(jì)模型,其實(shí)例的生成是通過輸入?yún)?shù)驅(qū)動(dòng)生成的。如參數(shù)化設(shè)計(jì)的齒輪模型,通過輸入模數(shù)、齒數(shù)、螺旋角這三個(gè)參數(shù),便能自動(dòng)生成齒輪的精確三維模型。

    (7)GP為類配置單元的優(yōu)先級(jí),它針對(duì)的是可變類配置單元,按類配置單元中的配置對(duì)于產(chǎn)品的重要度進(jìn)行劃分,這里將其劃分為三級(jí):① 重 要(令GP=1);②一般(令GP=2);③不重要(令GP=3);另外當(dāng)類配置單元為需要優(yōu)先理的參數(shù)化類配置單元時(shí)令GP=0。

    二元組KBOM中,類配置單元的關(guān)系GR包括不同層次間的父子關(guān)系和同一層次間的兄弟關(guān)系。

    KBOM構(gòu)成的基礎(chǔ)是配置單元,配置單元是配置活動(dòng)的主體,配置單元的知識(shí)表達(dá)設(shè)計(jì)直接關(guān)系到BOM配置的質(zhì)量和效率。

    1.2 配置單元的知識(shí)表達(dá)

    配置單元用二元組可表示為CU =(CUO,CUS),其中CUO為配置單元本體、CUS為配置單元從體。

    定義2 配置單元本體是對(duì)配置對(duì)象的明確的形式化的規(guī)范表示,可將其視為一個(gè)四元組CUO = (CID,CA,CC,CP)。

    CID為配置單元的唯一標(biāo)識(shí),由其對(duì)應(yīng)的零部件的編碼和版本組成。

    CA為配置單元的屬性集合,集合中的元素CAi可表示為CAi= (AID,AName,AType,DType,AValue),其中AID 為屬性標(biāo)識(shí),AName為屬性名稱,AType為屬性類型(分為固定屬性0和變量屬性1),DType為屬性的數(shù)據(jù)類型,AValue為屬性值。屬性可以是單值也可以是多值。

    CC為配置單元的約束規(guī)則集合,是個(gè)二元組,表示為CC=(CD,RS),CD為約束條件集合,RS為配置結(jié)果。設(shè)CD的非空子集為cd,則cd?CD,cd≠?,??cd,把約束規(guī)則分為7類,定義如下:

    (1)可選約束cd →cu ? {CUi,CUj,CUk,…},表示在cd 條件下選取集合{CUi,CUj,CUk,…}的子集cu,其中cu可以為空集;其工程意義是選與不選配置單元集合{CUi,CUj,CUk,…}中的元素對(duì)配置結(jié)果沒有影響。

    (2)選擇約束cd→cu?{CUi,CUj,CUk,…},表示在cd 條件下選取集合{CUi,CUj,CUk,…}的子集cu,cu≠ ?,??cu。

    (3)排斥約束cd→CUi∨CUj∨CUk∨…,表示在cd 條件下,在配置單元CUi,CUj,CUk,…中選取且只能選取一個(gè)。

    (4)矛 盾 約 束cd → (CUi∧ ┐CUj)∨(CUj∧ ┐CUi),表示在cd 條件下,若配置單元CUi被選中,則CUj必不可選,反之亦然。

    (5)依 賴 約 束 cd → (CUi∧ CUj)∨(┐CUi∧┐CUj),表示在cd條件下,若配置單元CUi被選中,則CUj必選中;反之若配置單元CUi沒被選中,則CUj也必不在配置結(jié)果中。

    (6)優(yōu)先級(jí)約束cd→CU*iCU*jCU*k…,表示在cd條件下,配置單元的選擇按CUi,CUj,CUk,…的順序進(jìn)行。

    (7)勢約束cd→LB ≤{CUi,CUj,CUk,…}≤UB,表示在cd條件下,配置結(jié)果在集合{CUi,CUj,CUk…}的元素個(gè)數(shù)至少有LB個(gè),至多不超過UB個(gè)。

    (8)權(quán)約束cd→LB ≤{CUi=vi,CUj=vj,CUk=vk,…}≤UB,其中vi,vj,vk,…為權(quán)賦值,表示在cd 條件下,集合{CUi,CUj,CUk,…}的配置結(jié)果子集的權(quán)賦值之和必需在區(qū)間[LB,UB]上。

    (9)端口約束cd → Port(GUi∧CUj)=CNum,表示在cd條件下,GUj對(duì)CUi的配置數(shù)為CNum。

    四元組CUO中,CP為配置單元參數(shù)化模型的驅(qū)動(dòng)參數(shù)集合,集合中的元素CPi可表示為CPi=(PID,PName,PValue,PWeight,PType)。 其 中,PID為參數(shù)標(biāo)識(shí),PName為參數(shù)名稱,PValue為參數(shù)值,PWeight為參數(shù)權(quán)重,PType為參數(shù)類型。參數(shù)類型PType可分為:①尺寸約束參數(shù)(令PType=1);②性能參數(shù)(令PType=2);③參數(shù)化建模尺寸驅(qū)動(dòng)參數(shù)(令PType=3)。

    定義3 配置單元從體是本體的關(guān)聯(lián)對(duì)象構(gòu)成的集合,可將其視為一個(gè)二元組CUS=(CID,RO),其中,CID為配置單元的唯一標(biāo)識(shí),RO關(guān)聯(lián)對(duì)象的集合。集合RO 中的元素ROi= (OID,OA,OAD),其中,OID為關(guān)聯(lián)對(duì)象的標(biāo)識(shí),OA為關(guān)聯(lián)對(duì)象屬性集,OAD為關(guān)聯(lián)對(duì)象的物理存放位置(這里對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)的FTP位置)。OA 中的元素OAi= (AID,AName,DType,AValue),其中,AID為屬性標(biāo)識(shí),AName為屬性名稱,DType為屬性的數(shù)據(jù)類型,AValue為屬性值。

    2 配置模型向動(dòng)態(tài)約束滿足問題的轉(zhuǎn)化

    定義4 動(dòng)態(tài)約束滿足問題(dynamic constraints satisfaction problem,DCSP)是三元組P=(X,D,C),其中,X 是具有有限個(gè)變量的集合X ={x1,x2,…,xn},D是變量X 中每個(gè)變量xi對(duì)應(yīng)的值域集合D = {Dx1,Dx2,…,Dxn},C 是作用在變量X 域值上的約束集合C = {c1,c2,…,cm}。

    配置問題轉(zhuǎn)化DCSP包含三個(gè)方面內(nèi)容:變量確定、值域確定、約束集合確定。

    (1)變量確定。變量由配置模型中的對(duì)象映射而來,具體情況如下:①基于顧客需求的配置參數(shù)映射為變量;②類配置單元的技術(shù)參數(shù)GCP映射為DSCP中的變量;③可選配置單元CUij映射為DSCP中的變量;④ 配置單元的變量屬性CAi(AType=1)映射為DSCP中的變量;⑤約束所涉及的參數(shù)(如優(yōu)先級(jí)、勢、權(quán)、端口等)映射為DSCP中的變量;⑥配置單元參數(shù)化模型的驅(qū)動(dòng)參數(shù)映射為DSCP中的變量。

    (2)值域確定。值域是DSCP中變量取值的集合,包括類配置單元的技術(shù)參數(shù)取值域、配置單元的選擇域、配置單元的變量屬性取值域、約束所涉及參數(shù)的取值域,以及配置單元參數(shù)化模型的驅(qū)動(dòng)參數(shù)的取值域。

    (3)約束集合確定。DSCP中的約束集合由兩個(gè)部分映射得來,一部分來源于類配置單元技術(shù)規(guī)則的映射;另一部分來源于配置單元約束規(guī)則的映射。

    3 BOM配置的求解

    BOM配置求解在這里包含兩個(gè)方面的內(nèi)容:變量BOM的獲取和變量BOM向EBOM的轉(zhuǎn)化。

    3.1 變量BOM的獲取

    變量BOM的獲取是以DCSP模型為基礎(chǔ)進(jìn)行求解的,DCSP的主要求解方法有搜索算法和一致性算法,鑒于參數(shù)化設(shè)計(jì)BOM配置的復(fù)雜性,這里以KBOM為基礎(chǔ),遵從深度優(yōu)先的啟發(fā)式搜索策略,根據(jù)KBOM中的類配置單元的優(yōu)先級(jí)順序分級(jí)求解,其算法流程如圖3所示。

    圖3 BOM配置算法

    首先通過市場分析,結(jié)合企業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略,對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行市場定位和顧客定位,進(jìn)而獲取顧客的需求(voice of customer,VOC),利用質(zhì)量功能配置(quality function deployment,QFD)工具將其轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的技術(shù)要求,再將技術(shù)要求細(xì)化,確定出產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求,并將其映射為變量和約束放入變量集合X和約束集合C中。

    (1)第1次遍歷針對(duì)的是基本類配置單元,取出對(duì)應(yīng)的配置單元CUi并將變量基本類配置單元GUX實(shí)例化處理,從而完成產(chǎn)品核心功能所必需的零部件的選配,同時(shí)將選配零部件產(chǎn)生的新約束放到約束集合C中。

    (2)第2、3、4次遍歷針對(duì)的是可變類配置單元,每次遍歷完成一個(gè)優(yōu)先級(jí)中各類配置單元的DSCP求解,通過對(duì)類配置單元的技術(shù)規(guī)則和集合C的聯(lián)合處理得到約束集CC,進(jìn)而求出DSCP的解集。DSCP采用改進(jìn)的BT(back tracking)算法(即改進(jìn)回溯法)求解,程序框架如下:

    BT(I,XX,D,CC)

    if XX=?//XX為KBOM中一個(gè)可變類配置單元

    對(duì)應(yīng)的變量集合

    return I//I為XX中以賦值變量的賦值組合

    else

    取x∈XX

    Dx=x的域

    do

    d=Dx的一個(gè)值

    Dx←Dx-{d}

    I←I∪{d}

    if I滿足DSCP中已賦值變量在集合C中對(duì)應(yīng)約束

    T =BT(I∪ {d},XX -x,D,CC)

    if T≠null

    return T

    while Dx≠?

    return null

    若程序返回null,則表示該可變類配置單元不能選配出完全符合要求的配置單元;返回T,則得到DCSP的一個(gè)解。當(dāng)DCSP有多個(gè)解時(shí),對(duì)應(yīng)可變類配置單元有多個(gè)完全符合要求的配置單元,此時(shí)以選定配置單元的零部件成本最低和交貨期最短為目標(biāo),按下式進(jìn)行計(jì)算:

    式中,w1、w2分別為成本花費(fèi)和交貨期對(duì)應(yīng)的權(quán)重;f1i為第i個(gè)滿足要求配置單元對(duì)應(yīng)的成本花費(fèi);f2i為第i個(gè)滿足要求配置單元對(duì)應(yīng)的交貨期。并選取綜合評(píng)價(jià)(γi)值最大對(duì)應(yīng)的配置單元進(jìn)行實(shí)例化。然后將產(chǎn)生的新約束添加到集合C中,并對(duì)變量集合X進(jìn)行處理。遍歷時(shí)按優(yōu)先級(jí)的高低從大到小依次完成。另外在進(jìn)行第兩次遍歷時(shí),當(dāng)遇到參數(shù)驅(qū)動(dòng)類配置單元如果需要優(yōu)先處理,則轉(zhuǎn)入?yún)?shù)驅(qū)動(dòng)類配置單元的處理模塊處理。

    (3)第5次遍歷針對(duì)的是參數(shù)驅(qū)動(dòng)類配置單元,這種類單元對(duì)應(yīng)配置單元的3D數(shù)字模型是由參數(shù)化驅(qū)動(dòng)生成的,處理時(shí),首先構(gòu)建配置單元CUi,并根據(jù)對(duì)類配置單元的技術(shù)規(guī)則和集合C的聯(lián)合處理,得到參數(shù)驅(qū)動(dòng)類配置單元的驅(qū)動(dòng)參數(shù),為建模驅(qū)動(dòng)參數(shù)賦值。由參數(shù)驅(qū)動(dòng)CUi對(duì)應(yīng)的基本模型生成三維數(shù)字化CAD模型,用CAD模型將類配置單元實(shí)例化,并將CAD模型存放到FTP服務(wù)器相應(yīng)的位置,同時(shí)將產(chǎn)生的新約束添加到集合C中。

    (4)第6次遍歷針對(duì)的是剩下的未實(shí)例化的實(shí)例類配置單元,通過對(duì)類配置單元的技術(shù)規(guī)則和集合C的聯(lián)合處理得到該類配置單元需求特征參數(shù),并與該類配置單元中的配置單元特征參數(shù)進(jìn)行相似匹配,相似度采用最近鄰法進(jìn)行計(jì)算,具體計(jì)算公式為[2]

    式中,Wj為第j個(gè)特征的權(quán)重;fI、 fR分別代表兩個(gè)比較對(duì)象;Sim(fjI,fjR)為兩個(gè)比較對(duì)象第j個(gè)特征相似度計(jì)算函數(shù)。

    為了簡化問題,在計(jì)算特征相似度時(shí),如果參數(shù)值相同,則特征的相似度為1,否則為0。例如,對(duì)象A(A1,A2,A3,A4,A5,A6)和對(duì)象B(B1,B2,B3,B4,B5,B6)的特征相比較的情況為:A1=B1,A2≠B2,A3=B3,A4=B4,A5≠B5,A6=B6,且 權(quán) 重 為 W(0.9,0.8,0.5,0.6,1,0.7), 則Similary(A,B)= (0.9+0.5+0.6+0.7)/(0.9+0.8+0.5+0.6+1+0.7)=0.6。

    將相似度最大的配置單元所對(duì)應(yīng)的資源與一個(gè)新建的變量配置單元關(guān)聯(lián),然后用變量配置單元對(duì)該類配置單元實(shí)例化。

    在上述步驟完成后,便完成了變量BOM的構(gòu)建,這些步驟由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成,另外可以通過改變可變類配置單元的優(yōu)先級(jí)得到不同的變量BOM。

    3.2 變量BOM轉(zhuǎn)化為EBOM

    變量BOM轉(zhuǎn)化為EBOM需要完成三個(gè)方面的內(nèi)容:一是對(duì)變量配置單元的處理,它是在人機(jī)交互方式下利用開發(fā)工具對(duì)關(guān)聯(lián)的資源進(jìn)行處理使之完全滿足相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求;二是對(duì)虛擬類配置單元的處理,它是在人機(jī)交互的方式下,利用CAD工具對(duì)其子配置單元的模型進(jìn)行裝配得到裝配CAD模型,并用它對(duì)虛擬類配置單元實(shí)例化,同時(shí)關(guān)聯(lián)上其他設(shè)計(jì)資源;三是根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)需要新增或者刪除的配置單元進(jìn)行處理,它也是在人機(jī)交互的方式下由設(shè)計(jì)人員完成,人機(jī)交互的工作模型如圖1所示。設(shè)計(jì)完成后,知識(shí)工程師可以根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果對(duì)KBOM樹進(jìn)行增、刪、改操作,完成相應(yīng)的知識(shí)管理。

    4 應(yīng)用實(shí)例

    經(jīng)簡化后的某企業(yè)生產(chǎn)的齒輪泵產(chǎn)品模型包括泵體、電機(jī)、齒輪、連接體等構(gòu)件,齒輪泵的KBOM如圖4所示。

    圖4 齒輪泵的KBOM

    設(shè)齒輪泵的客戶需求為:齒輪泵的流量2.0m3/h,最大工作壓力17MPa,并且要求耐酸耐銹蝕等。根據(jù)上文所說的配置求解算法配置齒輪泵的過程如下:

    首先由計(jì)算機(jī)為齒輪編碼(CL0101),并按圖4中的優(yōu)化模型確定出齒輪的基本參數(shù)m、z、da等,優(yōu)化模型中第一分目標(biāo)函數(shù)f1(x)為流量脈動(dòng)率最小,第二分目標(biāo)函數(shù)f2(x)為單位排量體積最小,第三分目標(biāo)函數(shù)f3(x)為徑向壓力最小,詳情見文獻(xiàn)[12]。計(jì)算結(jié)果為:m=2.5mm;z=27;da=67.5mm。然后依次確定出:定子為DZ0203,轉(zhuǎn)子為ZZ0304,電機(jī)筒為DTJ101,連接體為LJT303,泵體為BT031。

    在人機(jī)交互模式下根據(jù)齒輪的參數(shù)(m=2.5mm;z=27;dn=12mm)在 CAD中驅(qū)動(dòng)齒輪的參數(shù)模型生成齒輪的實(shí)例化數(shù)字模型。將齒輪的模型和相應(yīng)文檔存放于FTP中并與齒輪關(guān)聯(lián),從而完成齒輪的實(shí)例化設(shè)計(jì)。

    在人機(jī)交互模式下在CAD環(huán)境中將電機(jī)筒、定子、轉(zhuǎn)子進(jìn)行裝配得到電機(jī)的數(shù)字化模型。對(duì)電機(jī)進(jìn)行編碼(DJ01)并與相應(yīng)資源關(guān)聯(lián),從而完成電機(jī)的實(shí)例化設(shè)計(jì)。

    在人機(jī)交互模式下在CAD環(huán)境中將電機(jī)、泵體、連接體、齒輪進(jìn)行裝配得到齒輪泵的數(shù)字化模型。對(duì)齒輪泵進(jìn)行編碼(CB01)并與相應(yīng)資源關(guān)聯(lián),至此完成齒輪泵的實(shí)例化設(shè)計(jì)。

    5 結(jié)束語

    將產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、自動(dòng)配置有效集成可以大大提高產(chǎn)品的開發(fā)效率,為此本文給出了BOM的知識(shí)表達(dá)模型和基于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的配置求解模型,進(jìn)而利用J2EE技術(shù)開發(fā)了BOM配置模塊,該模塊具有如下特點(diǎn):①將產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)自動(dòng)配置和人機(jī)交互設(shè)計(jì)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品人機(jī)交互設(shè)計(jì),產(chǎn)品參數(shù)化設(shè)計(jì)和產(chǎn)品自動(dòng)配置一體化;②以分級(jí)遍歷為基礎(chǔ),將回溯法、優(yōu)選法和最鄰近相似匹配法融入其中,使得BOM的配置求解算法很有實(shí)用性;③以KBOM的形式對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)進(jìn)行集成,能夠?qū)Ξa(chǎn)品實(shí)現(xiàn)有效的知識(shí)管理。將開發(fā)的模塊嵌入到PDM系統(tǒng)中,通過實(shí)例證明了它的正確性和實(shí)用性。

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