面向知識重用的產品配置管理設計

吳 興，屠 立

（浙江機電職業技術學院，浙江 杭州310053）

0　引言

產品設計知識重用的目的就是為了充分擴展產品設計知識的使用范圍，延長產品設計知識的使用壽命，是解決提高產品設計效率和降低產品設計成本的有效措施[1-3]。Brandt等針對設計知識的獲取、表達、組織、共享、檢索、運用以及更新技術[4-6]，實現對知識的管理與重用，從而來提升產品的創新和快速設計能力。李治等[7]采用歸類產品設計知識以實現其表示、獲取和重用。武守飛等[8]針對客戶的個性化與多樣化需求滿足問題，提出了“多視圖、多層次、多粒度”的重用方法。這些方法在一定程度上解決了功能信息的表達，但對幾何信息的描述相對較少，同時缺乏對產品功能、行為和結構的形式化表示，因此難以支持對復雜產品配置管理與設計所需的知識重用。

1　設計知識的映射模型

設計知識的映射是將功能需求、設計知識、零部件結構通過映射模型實現相應關聯，映射模型功構分解的目的就是將已有設計知識按需求形成所匹配的結構，在系統中形成基礎數據庫。

1.1　擴展的產品設計映射圖

功能需求是對于設計目標采用相關特征描述需求的最小集合，其設計結果的內容為設計參數和工藝變量，如圖1所示。

圖1　產品設計功能結構映射圖

產品設計就是在功能、結構域中進行求解的映射過程。按各層次的設計目標，通過zigzag映射來實現從功能需求到設計參數的映射，如圖2所示。

圖2　Zig-Zag映射圖

1.2　可重用設計知識

可重用設計知識主要包括功能需求、設計參數、原理經驗和設計約束[9]。

功能需求（Function Requirement）是指設計過程中應實現的功能，按客戶需求形成相關設計約束[9]。

設計參數（Design Parameter）是對于FR可根據設計約束確定優化的主要技術參數[9]。

原理經驗（Principle Experience）是為功構映射無法滿足要求而需通過優化進行選擇的設計原理或設計經驗。

設計約束（design constraint）是指在設計過程中的相關限制條件。主要包括生產工藝限制和設計參數限制等。

1.3　可重用設計知識的映射模型[10]

可重用設計知識的映射模型構建是通過產品功能尋找其行為來匹配產品的結構，最終實現從功能到行為再到結構的映射。

產品的功構分解是一個動態的過程，需要在FBS之間進行不斷疊代來獲得產品可重用設計的內容。

功能與結構間的關系通過行為相關聯，其映射是一個多對多的關系，即一個功能對應于多個結構，同一結構也可實現多個功能。所構建的FBS映射模型如圖3所示。

圖3　功能-行為-結構映射模型

2　設計知識的可重用過程

2.1　設計知識的形式化表示方法

產品設計知識映射模型可通過形式化語言方式進行描述[11]。具體的EXPRESS_G表示如下：

ENTITY requirement_model/*需求模型*/

id：identifier；

name：label；

description：text；

category ：requirement_related_requirement_category；

UNIQUE

UR1：unique_requirement_id：id；

END_ENTITY；

ENTITY function_model/*功能模型*/

id：identifier；

name：label；

description：text；

category：function_related_function_category；

input：SET[0：]OF function-flow

ouput：SET{0：}OF function-flow

1.4　映射模型的功構分解流程

映射模型的功構分解流程中，首先根據產品功能得到符合設計要求的相應結構，如無相對應的結構，則按FBS映射模型逐級分解，使得所有的子功能都有對應的實現結構[10]。其具體流程圖如圖4所示。

圖4　功構分解流程圖

UNIQUE

UR1：unique_function_model_id：id；

END_ENTITY；

ENTITY struct/*產品模型*/

id：identifier；

name：label；

description：text；

category：struct_related_product_category；

UNIQUE

UR1：unique_struct_id：id；

END_ENTITY；

2.2　重用過程

設計過程首先要分析產品需求，然后通過建立FBS映射模型，來進行設計知識重用，如圖5所示。重用過程包括以下步驟[11]：

（1）分析產品的客戶需求，將其分解為功能、行為和結構需求等；

（2）根據分解得到的功能、行為和結構需求，在知識庫中檢索得到所需的設計知識；

（3）如果沒有所匹配的設計知識，則進一步分解設計需求后繼續再知識庫中進行相應檢索；

（4）如果還沒有檢索到相匹配的設計知識，則再進行FBS功構分解，直到檢索出相匹配的設計知識；

（5）在以上從（1）到（4）的順序分解過程中如果無法得出滿足需求的設計知識，則按照從（4）至（1）的逆序進行分解和檢索；

（6）檢索得到設計知識后，則根據產品要求形成最終的產品設計圖紙等資料。

圖5　產品設計重用

3　應用實例

電子提花機具有結構先進、運行可靠、適用性廣、靈活快捷、低耗高效、操作簡單、管理方便等特性[12]。

3.1　電子提花機配置設計的功構分解和FBS模型

電子提花機零部件配置設計的主要功能需求有：動力系統結構的選擇、不同提針的選擇和潤滑結構的選擇。

針對電子提花機零部件與已有設計知識的特點，建立功能域、行為域和結構域間的映射關系。通過F-S實現功能-行為-結構三者間映射，得到相關具體的裝置。裝置子功能直接可以通過F-S映射而直接實現映射求解，最終完成整個產品設計知識的表達過程，如圖6所示[13]。

圖6　電子提花機產品設計重用映射模型

3.2　電子提花機的配置管理系統實例

電子提花機的配置管理系統是將功能需求、設計知識、零部件結構通過映射模型實現相應關聯，映射模型功構分解的目的就是將已有設計知識按需求形成所匹配的結構，在系統中形成基礎數據庫。當新產品訂單進入系統后，按需求功能從已有的行為（設計知識）去尋找出對應結構形成符合客戶要求的產品BOM表，從而完成配置。

電子提花機配置管理過程中分解了相應零部件功能并形成相應實例庫。軟件系統的功構分解過程實現如圖7所示。電子提花機零部件的配置實例如圖8所示。

圖7　零部件分解結構實例

圖8　零部件配置實例

4　結束語

將功能—行為—結構作為一個抽象整體來處理，并形成相應的可重用映射模型，基于映射和逐級分解得到的設計知識適合于復雜產品的重用設計。

參考文獻：

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