產(chǎn)品配置軟件的開發(fā)及產(chǎn)品實例的定制實現(xiàn)

2014-10-28 23:38:47馮元李維新王春英

計算技術(shù)與自動化 2014年3期

馮元+李維新+王春英

收稿日期：2013-12-03

基金項目：寶雞文理學(xué)院院級重點項目（ZK11176）；寶雞文理學(xué)院院級項目（YK1223）

作者簡介：馮元（1981—），男，陜西寶雞人，講師，碩士研究生，研究方向：計算機科學(xué)技術(shù)及控制工程。

通訊聯(lián)系人，E-mail：fy0912@sina.com

文章編號：1003-6199（2014）03-0110-05

摘要：大規(guī)模定制生產(chǎn)是以大規(guī)模生產(chǎn)的效率和成本向客戶提供個性化定制產(chǎn)品的一種生產(chǎn)模式，它以客戶為中心組織生產(chǎn)，提供多樣化產(chǎn)品來滿足不同需求。本文在建立的多色圖配置模型及配置算法的基礎(chǔ)上，開發(fā)大規(guī)模定制生產(chǎn)中產(chǎn)品配置原型軟件，實現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息管理、BOM管理、配置規(guī)則管理、配置結(jié)果管理等相關(guān)功能。同時編寫配置軟件與CATIA的接口程序，實現(xiàn)在三維環(huán)境中對配置結(jié)果電子樣機的預(yù)覽，最后結(jié)合產(chǎn)品實例進行驗證配置模型和配置方法的正確性，以及使用配置結(jié)果和變型設(shè)計實現(xiàn)定制生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：大規(guī)模定制；產(chǎn)品配置；配置設(shè)計；多色圖

中圖分類號：TH166 文獻標(biāo)識碼：A

Software Development for Product Configuration Design System

and Realization on Product Customization in Mass Customization

FENG Yuan，LI Wei-xin，WANG Chun-ying

（Department of Electronic and Electrical Engineering， Baoji University of Arts and Sciences， Baoji， Shaanxi 721016， China）

Abstract：Mass Customization （MC） aims at providing customized products with efficiency and cost of mass production. Its a customer-centered producing strategy providing varieties of product to meet requirements. In this paper， Based on the configuration model constructed and its algorithm， a prototype software system is developed. It provides most of Product Configuration Management functions， such as product structure information management， BOM management， configuration rules management， and results management， etc. With an interface program， product parts information from configuration can be loaded in CATIA automatically to preview its Digital Mock-up in 3D environment. Finally， a product configuration instance is given to verify the configuration model and the corresponding implementing method.

Key words：mass customization；product configuration；configuration design；polychromatic graphs theory

1 引言

大規(guī)模定制生產(chǎn)是針對客戶需求的多樣化、個性化的發(fā)展而提出來的，它所要解決的是定制生產(chǎn)低效率高成本和產(chǎn)品需求的低成本多樣化之間的矛盾。對它的研究就是要針對不同的企業(yè)，提供能滿足大規(guī)模定制的全面方案。通過對產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)制造、銷售服務(wù)、以及企業(yè)組織、經(jīng)營方式等多方面進行改造，來達到這一先進生產(chǎn)方式的要求[1]。

產(chǎn)品配置是在對產(chǎn)品信息管理基礎(chǔ)上，產(chǎn)生新產(chǎn)品和改變舊產(chǎn)品，實現(xiàn)產(chǎn)品多樣化的一種重要設(shè)計方法[2]。它可以提高對已有產(chǎn)品資源的利用率，增強企業(yè)的新產(chǎn)品開發(fā)能力，滿足多樣化的客戶需求。針對目前商品化軟件中，實現(xiàn)產(chǎn)品配置的方法多種，主要集中于基于本體服務(wù)的產(chǎn)品配置[3]、參數(shù)驅(qū)動配置[4]，基于產(chǎn)品配置元類型識別[5]等。不論使用何種方法，其軟件最終服務(wù)于客戶，從客戶角度存在兩個問題，①客戶對于需求產(chǎn)品的專業(yè)知識是有限的，②客戶不能深層次地理解產(chǎn)品配置理論知識，因而客戶不能準(zhǔn)確有效的進行產(chǎn)品描述，導(dǎo)致產(chǎn)品配置設(shè)計失敗。在大規(guī)模定制生產(chǎn)中，客戶需要的是直觀的、快速配置設(shè)計出滿足功能需求的、可視性的模擬產(chǎn)品，且快速回應(yīng)客戶需求。面對市場上軟件中產(chǎn)品配置設(shè)計模塊的不足和缺陷，需建立一個能滿足功能需求且實現(xiàn)方便的客戶配置模型，來實現(xiàn)更強功能的配置管理[6]。加快產(chǎn)品開發(fā)速度，產(chǎn)品的配置設(shè)計是提高企業(yè)生產(chǎn)效率的一種重要技術(shù)[7]。

本文通過研究產(chǎn)品配置在大規(guī)模定制生產(chǎn)中實現(xiàn)的方法，多色圖配置模型及配置算法的基礎(chǔ)上，開發(fā)原型軟件，快速實現(xiàn)在大規(guī)模定制生產(chǎn)中的產(chǎn)品配置和變型設(shè)計，提高企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)能力，與三維設(shè)計軟件接口，快速配置滿足客戶需求的可視化產(chǎn)品，改進現(xiàn)有生產(chǎn)方式以適應(yīng)定制生產(chǎn)的需要，以滿足多樣化的市場需求，提高企業(yè)的市場競爭力。

2 大規(guī)模定制生產(chǎn)中產(chǎn)品配置系統(tǒng)軟件實現(xiàn)

2.1 軟件開發(fā)平臺的選擇

配置軟件基于微軟公司的Visual C++ 6.0和SQL server 2000 平臺進行開發(fā)，前臺界面采用VC編寫，SQL server作為后臺應(yīng)用程序運行。二者的連接采用ODBC（Open Data Base Connection）連接，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的各項操作。VC++ 6.0是一個面向?qū)ο蟮募砷_發(fā)環(huán)境，提供了大量的類對象和控件，可以很方便地實現(xiàn)界面設(shè)計和對后臺數(shù)據(jù)的管理和存儲。SQL server 2000是一個大型的商用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，提供了數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建、存儲、授權(quán)管理、并發(fā)控制、備份等多種功能。ODBC是一個數(shù)據(jù)庫連接的中間件，它通過開放的數(shù)據(jù)庫驅(qū)動程序?qū)?shù)據(jù)庫實現(xiàn)操作和管理，它的進一步發(fā)展會是OLE DB 和ADO（Active Data Object）技術(shù)。

2.2 軟件對象分析及數(shù)據(jù)庫的設(shè)計

采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)，分析配置軟件中的主要對象有：零部件、產(chǎn)品、規(guī)則、以及客戶等[8]。用UML語言快速地建立系統(tǒng)的各種對象模型，區(qū)分它們之間的聯(lián)系和相互作用情況，最后生成軟件的代碼框架。

采用的是單層BOM的存儲技術(shù)，在配置軟件的開發(fā)中，通過SQL server 2000創(chuàng)建主要的數(shù)據(jù)庫表：零部件表、零件相互關(guān)系表、文件關(guān)系表、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)表、產(chǎn)品目錄表。

2.3 配置軟件的主要實現(xiàn)功能

通過建立基于多色圖配置模型及研究該模型的產(chǎn)品配置算法[9，10]，完成在配置過程中產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的管理、配置規(guī)則的制定和管理、配置結(jié)果的管理和有效性確認(rèn)、存儲等。

配置軟件的主界面如圖1所示，主要分為樹型結(jié)構(gòu)顯示和零部件的列表顯示區(qū)，以及一個屬性窗口。樹型窗口是對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的可視化顯示，并對不同類型的節(jié)點對象采用不同的圖標(biāo)顯示。在樹型窗口可以實現(xiàn)對產(chǎn)品樹中節(jié)點對象的添加、刪除以及屬性修改等，以及它們之間相互關(guān)系的管理。

樹型窗口采用MFC的CtreeView為基類開發(fā)的，它的部分定義如下：

class CxjpdmTreeView ： public CTreeView

{ protected ： CXjpdmTreeView（）； //構(gòu)造器

DECLARE_DYNCREATE（CXjpdmTreeView）

public： //屬性變量

Cpartrecordset * m_partrecordsetree；

Cproductset * m_productsetree；

…

public： //操作函數(shù)

CxjpdmDoc * GetDocument（）；

…

public：

virtual ～CXjpdmTreeView（）； //析構(gòu)器

protected： //消息映射

//{{AFX_MSG（CXjpdmTreeView）

afx_msg void OnTreeSelchanged（NMHDR* pNMHDR， LRESULT* pResult）；

afx_msg int OnCreate（LPCREATESTRUCT lpCreateStruct）；

…

afx_msg void OnContextMenu（CWnd *pWnd， CPoint point）；

//}}AFX_MSG

DECLARE_MESSAGE_MAP（） }

列表窗口可以詳細顯示左邊樹型窗口中所選擇的對象及其組成子對象的屬性，并能對象選擇的變化而實時更新。它采用MFC的ClistView為基類開發(fā)，其主要定義如下：

class CXjpdmListView ： public CListView

{protected：

CXjpdmListView（）；

//DECLARE_DYNCREATE（CXjpdmListView）

Public： //屬性變量

CxjpdmDoc * GetDocument（）；

Cproductset * m_productsetlist；

…

public：

void SetListItem（Cpartrecordset* m_partlist，CListCtrl & clc，int row）；

void Displayproductinfo（const HTREEITEM node）；

…

protected： //消息映射

//{{AFX_MSG（CXjpdmListView）

afx_msg int OnCreate（LPCREATESTRUCT lpCreateStruct）；

…

//}}AFX_MSG

DECLARE_MESSAGE_MAP（） }

屬性窗口用來顯示樹型窗口中選擇對象的全部屬性，及時響應(yīng)樹型窗口中對象選擇變化，更新屬性信息。屬性窗口采CFormView為基類開發(fā)，其主要定義如下：

class CxjpdmformView ： public CFormView

{protected：

CxjpdmformView（）；

public： // 顯示數(shù)據(jù)定義

//{{AFX_DATA（CxjpdmformView）

enum { IDD = IDD_FORM_DLG }；

CString m_form_ID；

…

//}}AFX_DATA

public： //數(shù)據(jù)源定義

Cproductset * m_formproductset；

Cpartrecordset* m_formpartrecordset；

public：

virtual void OnInitialUpdate（）；

protected： //數(shù)據(jù)交換更新

virtual void DoDataExchange（CDataExchange* pDX）； // DDX/DDV

virtual void OnUpdate（CView* pSender， LPARAM lHint， CObject* pHint）；

protected：

virtual ～CxjpdmformView（）； }

配置規(guī)則和條件的制定、管理是配置軟件的另一個主要功能，如圖2所示。通過選用不同的選項和數(shù)值，就可以制定出符合要求的配置規(guī)則和條件。

配置結(jié)果的管理、篩選和存儲也是一項主要功能。圖3顯示的是經(jīng)過配置后，從配置結(jié)果中增加產(chǎn)品種類的情況。所添加的新產(chǎn)品同時也會顯示在樹型結(jié)構(gòu)里面。

3 與CATIA軟件接口的設(shè)計

3.1 CATIA接口設(shè)計

CATIA（Computer Aided Three-dimensional Interactive Application）是法國達索系統(tǒng)（Dassault System）公司開發(fā)的CAD/CAM/CAE一體化軟件平臺。該平臺不僅提供了各類復(fù)雜零件的幾何建模功能，而且提供了豐富的功能支持?jǐn)?shù)字產(chǎn)品樣機的開發(fā)，可以完成對產(chǎn)品從零部件到裝配體的各種力學(xué)分析、運動模擬、加工和裝配仿真等多種工程應(yīng)用。它的主要模塊包括：零件設(shè)計模塊、曲面設(shè)計模塊、工程圖模塊、知識專家模塊、裝配設(shè)計模塊、應(yīng)力分析模塊、機構(gòu)運動分析模塊、數(shù)字化樣機模塊、以及基礎(chǔ)通用模塊等。

CATIA是一個開放型的軟件平臺，它支持基于微軟COM（Component Object Model）接口的AUTOMATION自動化技術(shù)。將其豐富的功能通過可操作對象的形式提供給用戶，因而通過一些腳本描述語言如VB 、VBA等可以靈活地使用這些功能。如用戶可以通過Macros宏、WORD/EXCEL、VB等來開發(fā)基于CATIA的應(yīng)用程序。

CATIA中的對象是對腳本描述語言開放的最基本的可操作單元，這些對象代表CATIA中基本的實體如文檔、窗體、柱體、孔、圓等。對每個對象提供相應(yīng)的方法和屬性來實現(xiàn)對它們的操作和調(diào)用。對象的屬性和方法可以進行派生和繼承，同一類對象可以組成一個對象集合。

同產(chǎn)品樣機關(guān)系最緊密的是產(chǎn)品的裝配體對象模型。CATIA中的ProductDocument對象結(jié)構(gòu)。它包含了一個從根產(chǎn)品開始的產(chǎn)品樹，根產(chǎn)品目錄下包含一個產(chǎn)品集合，產(chǎn)品集合中的每個產(chǎn)品有可能包含下一層的產(chǎn)品集合。約束（Constraints）定義零件對象裝配定位關(guān)系：共軸、軸插入孔、面接觸等。定位（Position）和移動（Move）分別是對零件對象進行準(zhǔn)確定位操作，用來實現(xiàn)正確的裝配。如圖4所示。

3.2 基于VB的接口實現(xiàn)

基于VB開發(fā)的CATIA接口程序操作界面如圖5所示。左邊的樹型結(jié)構(gòu)是從數(shù)據(jù)庫中讀出來的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)示意圖，右邊的幾個功能按鈕分別表示對數(shù)據(jù)的讀出和寫入功能。同時，可以直接由CATIA輸出產(chǎn)品的BOM明細表。根據(jù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息，可以在CATIA三維環(huán)境中自動地加載全部零件，進行裝配檢查和樣機瀏覽確定出有效配置結(jié)果。

4 產(chǎn)品配置客戶定制實現(xiàn)的實例

對于不同類型的產(chǎn)品，可以確定出不同的配置規(guī)則，從而得到相應(yīng)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。下面以某冰箱廠的冰箱產(chǎn)品為例進行說明。

作為日常家用電器產(chǎn)品的冰箱，其主要功能是制冷和貯藏不宜在較高溫度下存放的物品，因而，它首要的一個主要功能指標(biāo)是制冷和保溫性能；其次是它內(nèi)部儲物容量以及各部分空間分配的合理性；第三個功能指標(biāo)則是冰箱的外形、顏色、材料等其他特性。制冷和保溫性能涉及到壓縮機的工作情況、效率，以及溫度感應(yīng)器的靈敏度和控制系統(tǒng)的工作原理、性能等，不屬于本文的討論范圍，為方便將它們用一個壓縮制冷系統(tǒng)代替，并對一些產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上的特性進行了簡化。這里重點要討論的是通過對冰箱的結(jié)構(gòu)、內(nèi)部容積和外形、顏色等特性的選用，來進行新產(chǎn)品的配置和變型設(shè)計。

對于壓縮制冷系統(tǒng)，假設(shè)有三種產(chǎn)品參數(shù)指標(biāo)的分類型號可以供選用：220V/50Hz/800W、220V/50Hz/1000W和220V/50Hz/1500W。每種制冷系統(tǒng)和冰箱的容積有一定的配合關(guān)系，大容積產(chǎn)品配有大功率制冷系統(tǒng)，小容積必須選用小型壓縮系統(tǒng)。相應(yīng)的分別對柜體、前面門和托盤等采用模塊化設(shè)計，建立產(chǎn)品族信息庫。通過選用壓縮系統(tǒng)和零部件，可以制定出不同的配置規(guī)則，得到不同的結(jié)構(gòu)配置結(jié)果。對于得到的產(chǎn)品配置結(jié)果，通過開發(fā)的接口程序，配置結(jié)果的BOM表自動在CATIA軟件中加載產(chǎn)品全部零件，經(jīng)過裝配后可以直接顯示新產(chǎn)品的樣機信息，如圖6所示。

圖6中a）顯示的是選用“220V/50Hz/800W”時最新發(fā)布零件版本所得的有效配置結(jié)果；b）和c）分別是選用“220V/50Hz/1000W”時所得到的兩種有效裝配；d）是選用全部零部件和“220V/50Hz/1500W”的一種有效配置。通過對樣機的裝配驗證和確認(rèn)，可以及時了解配置結(jié)果的整體裝配情況，也可以對結(jié)果進行變型設(shè)計。

圖7是對圖6中的 c）變型設(shè)計所得的一個實例，其它各項性能保持不變。

個性化的產(chǎn)品定制采用個性化的設(shè)計來滿足，配置和變型設(shè)計是進行個性化定制設(shè)計的一種主要方法。通過配置和變型設(shè)計，可以快速地設(shè)計出個性化的產(chǎn)品實例。在定制生產(chǎn)中，可以按照需求提供出相應(yīng)的產(chǎn)品樣機，縮短開發(fā)設(shè)計周期，提高效率。

5 結(jié) 論

本文采用面向?qū)ο蠓椒ǚ治隽水a(chǎn)品配置模型，并用UML語言建立了模型中對象關(guān)系，構(gòu)造了產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)庫表的結(jié)構(gòu)?；赩C開發(fā)的原型軟件實現(xiàn)了快速滿足客戶需求的可視化產(chǎn)品，完成了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息管理、BOM管理、配置規(guī)則管理和配置結(jié)果管理等功能。根據(jù)CATIA軟件平臺的接口原理，使用VB設(shè)計了對它的外部操作接口，在CATIA三維環(huán)境下，可以實現(xiàn)對配置產(chǎn)品零部件的自動加載和裝配電子樣機可視化預(yù)覽。

要建立在完全信息化管理制造企業(yè)中的大規(guī)?？蛻舳ㄖ粕a(chǎn)方式，要求有更多平臺的集成和協(xié)作，提供對產(chǎn)品整個生命周期的信息管理。本文所開發(fā)的配置軟件，對于復(fù)雜產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的配置和定制管理，還需進一步優(yōu)化和改進的工作。

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5 結(jié) 論

要建立在完全信息化管理制造企業(yè)中的大規(guī)模客戶定制生產(chǎn)方式，要求有更多平臺的集成和協(xié)作，提供對產(chǎn)品整個生命周期的信息管理。本文所開發(fā)的配置軟件，對于復(fù)雜產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的配置和定制管理，還需進一步優(yōu)化和改進的工作。