基于服務決策表的產(chǎn)品配置規(guī)則研究

胡 浩 魯玉軍 蔡江濤 駱華武 汪 崟

1.浙江理工大學，杭州，310018 2.艾博生物醫(yī)藥(杭州)有限公司，杭州，310018

3.杭州娃哈哈集團有限公司，杭州，310033

0 引言

近年來，國內(nèi)外學者對產(chǎn)品配置理論進行了大量研究［1-3］。在配置過程方面，文獻［4］采用ECA規(guī)則和事物特性表研究了產(chǎn)品的配置模型;文獻［5］針對ETO產(chǎn)品提出了產(chǎn)品主結構配置模型;文獻［6］提出了遞歸化產(chǎn)品配置設計技術;文獻［7］建立了3個映射域(功能域、行為域和結構域)，并建立了基于3個域的功能求解模型。在配置知識管理方面，文獻［8］采用標準設計語言UML構建了產(chǎn)品配置知識;文獻［9］對產(chǎn)品配置知識采用配置本體進行知識表達與推理;文獻［10］研究了機械產(chǎn)品配置知識自適應方法，提出了產(chǎn)品配置知識自適應模型。

上述各種產(chǎn)品配置技術都是單向的，缺乏產(chǎn)品服務信息的反饋，產(chǎn)品服務過程中的應用數(shù)據(jù)不能轉化為產(chǎn)品配置知識。產(chǎn)品服務文檔記錄了產(chǎn)品配置與產(chǎn)品服務過程是否匹配的信息，故可基于粗集多屬性決策理論對產(chǎn)品服務記錄進行數(shù)據(jù)挖掘，建立服務決策表，提取產(chǎn)品配置規(guī)則。

1 產(chǎn)品服務特征與服務決策表

1.1 產(chǎn)品服務特征

產(chǎn)品服務特征表征產(chǎn)品服務過程中各種不同的工況特性，產(chǎn)品服務特征的不同取值代表了產(chǎn)品服務過程的差異。

產(chǎn)品服務特征分為3類:①產(chǎn)品服務環(huán)境參數(shù)，包括產(chǎn)品服務環(huán)境的溫度、濕度、經(jīng)緯度、海拔高度等;②產(chǎn)品運行工藝參數(shù)，包括載荷、功率、速度、持續(xù)運轉時間等;③與配置模塊相關的產(chǎn)品組成模塊的規(guī)格型號。

每個配置模塊對應一個產(chǎn)品服務特征集合，產(chǎn)品服務特征集合中所有特征的取值決定了配置模塊選用哪種型號或規(guī)格。

產(chǎn)品服務特征分布在產(chǎn)品運行記錄卡、故障記錄單等產(chǎn)品服務文檔中，它們是離散的數(shù)據(jù)。若要建立服務決策表，則需要將它們進行離散化預處理［11］，即將每個產(chǎn)品服務特征的值分配到某個固定的數(shù)值區(qū)間。

1.2 服務決策表

粗糙集理論中的形式化知識可以表示為［12］

其中，U為對象的集合;R=C∪D為屬性集合，子集C、D分別為條件屬性集與決策屬性集，V=Vr是屬性值的集合，Vr為屬性r∈R的屬性值范圍，即屬性r的值域;f:U×R→V是一個信息函數(shù)。

服務決策表以產(chǎn)品服務特征為條件屬性，以配置模塊的選型結果為決策屬性，從而形成決策表形式的產(chǎn)品配置規(guī)則，服務決策表將產(chǎn)品服務過程的差異映射成不同的產(chǎn)品配置需求。

2 服務決策表建構

服務決策表建構包括3個步驟(圖1):①建立原始粗集決策表;②將第1步建立的原始粗集決策表進行相容性分解，然后進行條件屬性約簡，原始粗集決策表經(jīng)過這兩個步驟之后轉換為服務決策表;③將服務決策表進行決策規(guī)則融合，得到完整的產(chǎn)品配置規(guī)則。

圖1 服務決策表建構過程

2.1 建立原始粗集決策表

產(chǎn)品結構模塊可以分為基本模塊與配置模塊。在產(chǎn)品配置設計過程中，基本模塊在產(chǎn)品結構中都是相同的，而配置模塊則需要依據(jù)產(chǎn)品服務過程的工況條件差異而進行選型。

建立原始粗集決策表時，并不能準確知道哪些產(chǎn)品服務特征與配置模塊相關，而是根據(jù)使用經(jīng)驗，將可能與某個配置模塊相關的產(chǎn)品服務特征都提取出來。

2.2 建立服務決策表

從原始粗集決策表建立服務決策表包括以下兩個步驟:相容性分解、條件屬性約簡。

2.2.1 相容性分解

設(U，A，F(xiàn))為信息系統(tǒng)，其中，U為對象集，U={x1，x2，…，xn}，稱 U 中的元素 xi(i=1，2，…，n)為一個對象;A為屬性集，即 A={a1，a2，…，am}，稱A 中的元素 al(l=1，2，…，m)為一個屬性。F為U與A之間的關系集，即F={fl:U→Vl}，其中，Vl為 al的值域［13］。

對于(U，A，F(xiàn))，d:U → Vd，Vd取有限值，稱(U，A，F(xiàn)，d)為決策信息系統(tǒng)，記

若 RA? Rd，則稱(U，A，F(xiàn)，d)為相容決策表，相容決策表包含的決策規(guī)則是一致的［13］。

若(U，A，F(xiàn)，d)代表的決策信息系統(tǒng)不是相容決策表，則無法從這個決策表中得到一致性的決策，因此將決策信息系統(tǒng)(U，A，F(xiàn)，d)分解，去除條件屬性相同但決策屬性不同的對象集，得到相容決策表。

2.2.2 條件屬性約簡

原始粗集決策表經(jīng)過相容性分解之后，表中所有條件屬性不是同等重要的，屬性約簡可以找到較小的屬性集B(B?A)，使得可用A描述的屬性集合必然可以用B描述，從而消除冗余屬性。

2.3 擴充產(chǎn)品配置規(guī)則

服務決策表中的每一行都代表了一條IF...AND...IF...THEN 形式的產(chǎn)品配置規(guī)則，但是這些決策規(guī)則只反映了部分條件(實際服役的產(chǎn)品工況條件)下的產(chǎn)品配置規(guī)則，沒有給出所有工況條件下的產(chǎn)品配置規(guī)則。因此還需要通過決策規(guī)則融合來擴充得到完整的產(chǎn)品配置規(guī)則。

3 應用案例

鐵路客車在運行過程中，客車軸承溫度(簡稱軸溫)過高會導致軸承內(nèi)外圈表面金屬的疲勞，發(fā)生表面脫落形成應力集中點，進而發(fā)生軸承斷裂事故。影響軸溫的因素很多，包括軸承規(guī)格、軸承載荷、客車速度、不間斷運行時間、環(huán)境氣溫等。

鐵路客車集中式軸溫報警器由傳輸線路、軸溫傳感器及控制顯示器組成，是監(jiān)測鐵路客車軸溫，預報熱軸，防止切軸，保證旅客列車運行安全的重要設備。軸溫報警器使用以來，在預報客車軸承溫度過高方面發(fā)揮了重要作用，準確預報了大量熱軸故障。

目前廣泛使用的鐵路客車軸溫報警器型號為KZS/M－Ⅰ、KZS/M－Ⅱ、ZB1，這3種型號的軸溫報警器均符合鐵路標準而被廣泛應用在鐵路客車上，其功能與性能也接近，因此在鐵路客車配置設計時，存在軸溫報警器的配置(選型)問題。

某鐵路客車制造企業(yè)為了解決此問題，針對這3種型號的軸溫報警器在全國各個車輛段的應用情況展開調(diào)研。

鐵路車輛段在列車運營過程中積累了大量軸溫異常與運行條件之間關系的運行記錄，從列車運行記錄中提取產(chǎn)品服務特征并將其作為條件屬性，將是否匹配軸溫報警器的信息作為決策屬性，組建原始粗集決策表，而后經(jīng)過相容性分解與條件屬性約簡得到服務決策表，最后擴充為各種列車運行條件下的軸溫報警器配置規(guī)則。

3.1 配置軸溫報警器的原始粗集決策表

針對全國各個車輛段的大量鐵路客車運營記錄進行統(tǒng)計整理，從而建立配置軸溫報警器的原始粗集決策表，如表1所示。

表1 配置軸溫報警器的原始粗集決策表

表1中，a屬性代表客車軸承規(guī)格:1表示高速軸承(用于運行時速大于200km/h的列車)，2表示準高速軸承(用于運行時速為160～200 km/h的列車)，3表示普通軸承(用于運行時速為60～160km/h 的列車)［14］。b 屬性代表軸承載荷:1表示大(靜)載荷(大于800kN)，2表示適中載荷(500～800kN)，3表示小載荷(300～500kN)。c屬性代表客車運營區(qū)間的平均溫度:1表示炎熱(高于35℃)，2表示溫暖(15～35℃)，3表示涼爽(10～15℃)，4表示寒冷環(huán)境(低于10℃)。d屬性代表客車軸承不間斷運行距離:1表示長區(qū)間(大于1200km)，2表示中短區(qū)間(300～1200km)。e屬性代表決策屬性:1表示配置KZS/M－Ⅰ型軸溫報警器，2表示配置KZS/M－Ⅱ型軸溫報警器，3表示配置ZB1型軸溫報警器。

3.2 配置軸溫報警器的服務決策表

于是U/RA?U/Rd，即RA?Rd，因此表1是相容的決策表［13］。

針對表1建立可辨識矩陣:

從式(2)可以看出，c是核屬性(在矩陣的第4行第5列以及對稱的第5行第4列存在單屬性元素集合{c})，將包含c的矩陣元素全部置為?，得到

式(3)包含2個取值為非空集合的元素，這樣得到2個析取邏輯表達式:

將L2，3與L3，2這2個析取表達式進行合取運算，得到合取范式:

最后再轉換為析取范式:

a、b屬性加上核屬性c可形成兩個屬性約簡集(a，c)、(b，c)，因此表 1 中的 d 為冗余屬性。刪除冗余屬性d后，從表1可以得到服務決策表(表2)。

3.3 軸溫報警器的配置規(guī)則

針對表2，我們進行決策規(guī)則融合。記D1={x1，x3，x9}，D2={x2，x4，x7，x10}，D3={x5，x6，x8}，則有M1={({2}，{1}，{3})}，M2={({3}，{2}，{1})，({2}，{3}，{1})}，M3={({1}，{1}，{4})，({1}，{1}，{2})}。M1、M2、M3為 D1、D2、D3中每個對象的屬性值集合。所以有F1=({2}，{1}，{3})，F(xiàn)2=({2，3}，{2，3}，{1})，F(xiàn)3=({1}，{1}，{2，4})。F1、F2、F3與 M1、M2、M3是等價的，M1、M2、M3依據(jù)對象劃分屬性值，F(xiàn)1、F2、F3依據(jù)屬性來劃分屬性值，F(xiàn)1、F2、F3作為條件屬性分別對應于決策屬性e的取值1，2，3(代表3條決策規(guī)則)。若給出特定的條件屬性(工況信息)集合E={({2}，{2}，{1})}，則適用不同的決策規(guī)則 F1、F2、F3的規(guī)則可信度為 R(F1/E)=0.33，R(F2/E)=1.00，R(F3/E)=0。于是可以得到產(chǎn)品配置規(guī)則:

表2 配置軸溫報警器的服務決策表

式中，1.0為規(guī)則可信度。

于是我們可以得到如下配置規(guī)則(全部配置規(guī)則涉及到3×3×4×3=108種組合，因此沒有全部列出):

4 結論

(1)產(chǎn)品服務記錄包含產(chǎn)品配置與產(chǎn)品服務過程是否匹配的信息?；诖旨鄬傩詻Q策理論對產(chǎn)品服務記錄進行數(shù)據(jù)挖掘，提取產(chǎn)品配置規(guī)則。

(2)服務決策表形式的產(chǎn)品配置規(guī)則能夠將產(chǎn)品服務過程的差異映射成為不同產(chǎn)品配置需求。

(3)建立服務決策表時，首先從產(chǎn)品服務記錄中提取產(chǎn)品服務特征，建立原始粗集決策表;然后經(jīng)過相容性分解與條件屬性約簡，得到服務決策表;最后擴充服務決策表，得到所有條件下的產(chǎn)品配置規(guī)則。

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