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PDM产品数据管理中的产品配置设计过程管理

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一、产品配置设计的内容
产品配置是PDM的核心功能之一,它是根据预定义的零部件集合以及它们之间的相互约束关系,通过合理的组合,形成满足客户个性化要求的产品设计过程。产品配置的前提和基础是一组已经建立的、模块化的零部件集合。产品配置设计的目的是根据客户的需求,最终确定出该定制产品的物料清单BOM (Bill of Material)。为了使产品配置设计能更快速、有效、准确和动态地适应产品模型的演化,需要研究产品的配置设计过程,并对其进行管理。产品配置设计管理包括:
    (1)建立和维护产品的模块化。可配置的产品首先必须是模块化的产品,模块化的产品平台是产品配置的前提条件。对于模块化的产品,在已有功能扩展或增添新功能时,要尽量使模块之间的接口标准化,最好使模块的接口保持不变;对新增的模块,则应尽可能的使接口简单、规范。
    (2)建立和维护产品的配置模型。产品配置模型是产品配置的模板,用客户的需求信息对产品配置模型实例化就是客户化的定制产品。因此在产品平台的基础上,可以创建不同产品族的产品配置模型。另外,当由于技术进步或对产品进行功能扩展或改进时,需要对产品的配置模型进行维护。
    (3)建立和维护产品的配置规则。产品配置规则是产品对象的知识表示,表达了在实例化产品模型时的约束条件。产品配置规则的表示应简洁、易于维护,并便于保证规则的一致性。
    (4)建立和维护产品物料清单(BOM)的一致性。在生产制造中,企业随时需要获得最新的产品信息,即各类材料清单、设计工艺、生产计划、物资供应等,不同部门对物料清单的要求不一致,但相互之间还必须保持一定的统一性。因此,在产品配置系统中最好能同时提供自动生成各类物料清单的工具。
    (5)建立和维护产品的历史记录-版本管理。在设计制造和维修过程中,产品经常会发生各式各样的更改,产品配置系统不仅要保存当前的有效数据,还要将产品演变的整个历程记录在案。因此,在产品配置管理中,要完整的保存产品数据的全部版本,同时还要建立一套完整的有效性规则。保证在任何时候、任何人得到的都是正确的版本。
    (6)配置产品的成本和报价管理。产品配置的一个重要功能是在应标时,给产品的合理报价提供科学的依据。这需要根据市场和加工能力的变化,长期动态地维护配置产品中的各个组成零部件的成本。
    (7)产品配置设计过程管理。产品配置设计过程和传统的产品设计过程有所不同,作为一种常规的设计方法而非创新设计,产品配置设计不存在概念设计、结构设计等过程。对它的研究主要集中在产品配置的流程管理,以及配置中需要新设计的零部件的详细设计过程管理,这包括对产品配置设计过程进行建模、以及对设计项目和任务进行合理的分解、执行和提交等进行管理。这是本文研究的主要内容,也是产品配置设计管理的核心。
二、产品配置设计的工作流程
产品配置产品的工作流程说明了一个定制产品从需求到出厂,在企业所要流经的环节。首先是客户需求的获取,这主要从销售人员和客户签订产品定单时的技术要求中获得(也可进一步的交互,以得到能满足配置要求的需求信息)。根据客户对产品要求的客户化程度(定制程度),产品配置可以在两个不同的部门进行,如图1所示:
    (1)如果客户所需求的是企业生产的标准产品,则销售人员可直接确定产品的型号,进而依据产品的标准配置确定该产品的物料清单并通知生产,或者在已(续致信网上一页内容)有库存的情况下,直接发货。
    (2)如果客户所需求的是非标准产品,产品配置则需要由设计人员来完成。 设计人员根据配置模型和客户需求配置客户化的产品,生成产品的物料清单。在非标产品的配置中,有时不能借用先前的零部件,可能需要进行新的设计(一般是参数化设计)。由于绝大多数的定制产品属于这种非标准产品的配置,其设计过程是产品配置设计过程管理的主要部分。
三、产品配置设计过程
由于产品配置设计涉及到大量的数据及其信息集成,因此一般都把产品配置作为PDM 的一部分。如果把产品的配置设计过程(本文主要针对非标准产品的配置,即图1中的“设计人员配置”) 从开始到完成作为一个项目进行管理,可通过项目和任务的层层分解,清晰、灵活地表达产品的配置设计过程。
3.1 设计活动的分解
在设计过程模型DP中,设计活动A的分解结构SD直接影响着设计活动的完成和提交方式。由于每个设计活动实际上都是在执行一个项目或任务,因此设计活动和实际的项目或任务存在着一一对应的关系,所以可以借用项目的分解方式对设计活动进行分解。与项目的分解类似,设计活动分解结构可以表示为SD={| ai∈A , i=1, 2, ┄, n },具体有以下三种:
    (1)与结构。每一活动结点(即项目或任务)被划分为若干个子活动结点,每一子活动结点都更详细地定义了其父结点的一个活动子集。完成父活动结点的前提是所有子活动结点都必须完成,如图2a所示。即在分解结构SD中,各Ai之间是“与”的关系。
    (2)或结构。和与结构不同的是,只需有一个子活动结点完成就可保证其父活动结点任务的完成。如图2b所示。各Ai之间是“或”的关系。
    (3)混合结构。混合结构树中同时具有与结构和或结构的一种层次结构,最简单的一种混合结构可以用与或树(AND/OR)表示,如图2c所示。各Ai之间是“与”或者“或”的关系。
在上面的三种结构中,与结构是最适合一般设计过程的结构。例如,一个零件图的设计任务可能包括设计、校对、工艺化、审核、批准等子任务,只有当这些子任务全部完成以后,该零件的设计任务才能完成。
3.2 设计活动分解层次和模板
在产品配置设计中,可以采用模板的方式来表示活动的分解。也就是说,可以根据企业的不同情况,柔性地定义该企业的设计活动分解结构。通过与PDM相结合,一个完整的产品项目可以按三个层次、两个模板来进行分解。
3.2.1 设计活动分解的三个层次
一个产品配置设计项目的设计活动,从总体上,可以按三个层次进行分解,如图3所示。第一层次是主设计活动的分解。包括在配置设计结果中,对那些不能配置到的、需要新设计的实例单元建立设计子项目。这个层次上的分解实际上对应的是项目级的分解,是产品的设计项目P分解成各子项目pi,pi再进一步的分解成更低一层的子项目的过程,其中每个子项目都对应着一个零件或部件的设计活动。也就是说,一个零部件的设计活动对应着一个子项目的完成,可以称为子项目活动,或零部件设计活动;第二个层次的分解是子项目活动pi到文档活动Ti的分解,这是一个1:N的对应关系。如果采用如上所述的与结构分解,则只有在各文档活动Ti都完成提交后,才能说子项目活动pi完成。这个分解过程可以根据不同企业的实际情况,利用文档模板来柔性地定义。这里,活动Ti实际上是为了完成某一个文档的设计而进行的活动,可以称为文档任务或文档活动;第三个层次的分解是文档活动Ti到子任务活动ti的分解,这也是一个1:N的对应关系,说明了要完成一个文档设计,需要经历的流程,可根据不同企业的实际,用流程模板定义。
3.2.2 设计活动分解的两个模板
在上面第二层和第三层分解中,要用到文档模板和流程模板,这两个模板要在设计活动分解前根据企业的实际情况进行定义。文档模板定义了一个企业在零部件设计时需要输出的文档类型和数量。例如,企业可能要求在进行任何一个部件图的设计时,都要同时输出一个部件组装图Ti1(如AUTOCAD类型图档)和一个组装工艺或说明书Ti2(如WORD文档)两个文档,这时就可以把这个分解定义成一个文档模板DMi。这样,以后的任何部件图设计项目活动pi,系统都会自动地按照选定的模板DMi,把pi分解成两个文档活动Ti1 和Ti2,如图4a所示。
流程模板是针对文档活动Ti而言的,它定义了要完成某一类文档所要经历的流程ti。例如,企业可能有如下定义,对部件组装图的设计要经过经历设计、校对、审核、批准的流程,则可以建立流程模板SMi,这样以后任何组装图的设计活动Ti都要经历以上的这几个步骤ti。如图4b所示。
文档模板和流程模板是柔性的,企业可以根据自己的要求定义。一旦选定了模板的类型,系统就会在以后的活动分解中自动按所选模板进行。任何对模板的修改或者对模板的更换,都只会对以后的分解活动产生影响。
3.3 设计活动的提交
设计活动的提交是设计活动结束的一种说明和确认,其提交的形式与设计活动的分解结构紧密相关。如果设计活动A采用与结构进行分解,则A的提交必须在所有的子活动Ai都成功提交后才能进行。在图4的分解中,设计活动为部件图设计,按两个模板分解后,共有4+2+1=7个活动要完成才能提交。这是一个层层提交的过程,较低一层的活动向它们的父活动提交。只有当所有的设计活动都成功提交后,这个配置产品的设计过程DP才算结束。新设计的零部件和已有的零部件共同组成产品的配置设计结果,从而完成一个定制产品的配置设计过程。
四、结论   
产品配置是PDM的核心技术之一,对设计过程进行管理则是其不可或缺的组成部分。产品配置设计管理是一个复杂的设计管理问题,除产品配置设计过程管理外,还有其他很多问题需要解决。例如配置模型的长期管理和演化问题、产品交付客户后由于产品升级或维护而引起的产品再配置管理问题等,都是需要研究解决的问题。

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