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基于PLM的产品定制系统研究

基于PLM的产品定制系统研究 2011年12月04日 来源： 引言为了适应大规模定制生产模式，企业往往将设计过程分为2 个阶段，产品平台设计阶段和产品定制设计阶段。产品平台设计是根据市场划分，提出产品定义，建立基本的产品模型，并预先设计好大量的产品模块;定制设计是在产品平台的基础上，进行客户化定制，在产品基本模型的基础上，对已定义的模块进行配置，快速组合成客户所需的产品，或者通过在已有产品的基础上改变一些参数来实现客户化。定制设计的方式是实现大规模定制的有效途径。定制设计是一个多用户、跨地域的复杂过程，如何将用户、设计人员、供应商等多方面整合起来，使定制有效进行，给定制系统提出了多方面的要求。1 当前定制系统分析对于独立的产品定制系统，这种定制平台通常建立于Internet上，适合于简单和成分相对固定的产品，主要用于商务定单的处理。用户可在异地对产品数据方便地进行访问，参与到定制过程中来，充分表达需求。这种定制平台对于用户需求采集、与用户方便地沟通有着明显的优势。但是系统建立的过程复杂，工作量大。对于作为软件系统的子系统的产品配置模块，由于有系统中其他模块(如流程管理、零部件管理等)和系统庞大的数据库进行支持，配置管理模块的实现过程相对简单，同时又可以使用PDM ， ERP系统中的多种数据。但是，由于现有的PDM ，ERP系统中的配置系统多是面向设计人员和制造人员的，在配置方式中多是直接进行结构的配置，而缺乏对功能的配置，这样对于客户来说是相当困难的，客户只能通过设计人员进行需求的表达，这样的配置过程无疑对客户需求的表达不利，降低了客户对产品的满意度。同时，由于现有的PDM，ERP还有许多是基于公司内部网的，使处在外部的用户无法访问，阻碍了定制的进行。2 基于PLM 的产品定制系统2. 1 用户定制流程及产品定制系统的功能及特点用户首先通过Web 方式登陆企业的产品定制系统，在权限范围内浏览产品族，确定选择范围;然后客户在产品族中选定产品，根据自身的需要进行功能的定制，对于那些熟悉产品的用户也可进行产品结构的定制，同时也可以进行尺寸方面的定制;如果进行多种定制仍不能满足需求时，客户可就特殊的需求通过Email 、电子白板等方式与设计人员进行在线的沟通，设计人员对这种特殊需求进行结构、制造、价格等多方面的评估，并及时与客户交换意见，在多次交流后双方商定产品的最后形态。客户定制是个相当复杂的过程。产品定制系统需要提供以下的功能。a. 用户注册登陆。b. 用户对已有产品族、产品进行检索、选择。c. 在配置规则约束下在线进行功能、结构定制以及参数化定制。d. 计算产品价格，在线生成定单。e. 设计过程中用户与企业交互，客户参与设计全过程。f . 设计结果的发布，用户可在线浏览产品的各种信息。为了实现上述功能，产品定制系统需要具有以下的特点。a. 开放性。客户以及供应商需要能够不受地理位置、时差的限制自由地参与到定制活动中来，产品定制系统的开放性则保证了这一目标的顺利实现。b. 智能性。大规模定制是一个知识驱动的活动，因此知识和信息是成功实现大规模定制的关键。成功的大规模定制活动最终取决于生产商理解用户需求的能力和将现有知识、技术转化到新产品中去的能力。只有有效的提高了这2 项能力，才能在保持低价格、高质量、短交货期的基础上充分满足用户的需求。产品定制系统记录用户的需求，并采用专家系统、神经网络等人工智能的手段辅助配置过程的进行，以期达到最好的效果。c. 交互性。传统的配置系统的痼疾在于用户无法随时跟踪产品的设计过程。而随着用户个性化程度的提高和产品的复杂程度的提高，都对客户和设计人员的不断交互提出了新要求。设计人员在与用户的不断沟通中明确用户需求，以期最大限度满足用户需求，提高客户的满意度。在整个定制过程当中需要客户资料库、产品族库、产品库、零部件库以及模块库等多个数据库的支持，同时需要借助于Internet、人工智能系统、各种CAD工具和及时通讯工具的辅助。2. 2 基于PLM的产品定制系统体系结构产品定制系统的实现需要多方面的支持， 而PLM作为产品全生命周期管理平台，恰恰能提供这样的支持。PLM中集成了供应链管理SCM( supply chain management )，PDM，ERP和客户关系管理CRM(customer relation management )等诸多管理软件，支持产品从概念设计到报废各个环节的管理，集成了各个阶段的信息。其中包括了零部件供应数据、产品设计数据、产品工艺数据、产品生产数据和用户资料数据等，其庞大的数据库和无障碍的数据交流满足了配置管理系统对各种数据的需求。产品定制系统可以通过PLM 提供的接口方便地与PLM系统进行数据交换，这样产品定制系统就相当于建立于SCM，PDM，PDM和CRM等各系统之上，对PLM各种组织有序的数据加以利用。2. 3 PLM中数据的整合PLM中存储了大量的关于产品和零部件的设计、制造的信息，但是这些数据并没有针对大规模定制设计进行优化和整合，要使定制系统能够更好的适应大规模定制的特点，对PLM 中的数据进行规划和组织是有必要的。针对大规模定制的特点，对数据的整合主要从2个方面来进行，即对产品进行系列化和模块化2个方向的整合。a. 产品系列化。传统的设计方法是针对一个单一产品实施设计，设计的结果是一个具体的产品实例，这样设计出来的产品缺乏可变性与可配置性。在传统设计思想的引导下，PLM 数据库中存在着大量的单个的产品实例，它们之间缺乏关联，用户也很难拿它们来进行个性化的定制。为了适应大规模定制的需要，对已有的产品，要将相似度高的进行系列化;而对于新产品的设计，则应该遵循产品族的设计原则，面向一个产品族实施开发设计，设计结果应是一个可快速变型的产品模型，这将为其后的定制设计带来极大的方便。由于产品族的生存周期要远长于单个产品的生存周期，因此产品族的设计也更为从容，在其上定制出的产品的质量也就更可靠。b. 产品模块化。大规模定制的基本原理是模块化。模块化设计是指把产品的结构设计成许多相互独立的模块，各模块可以容易地组合成不同形式的产品，这样的设计易于实现快速设计和产品的定制，满足了大规模定制对时间和成本的要求。模块化的设计有效地结合了产品的外部多样性和零部件的标准化。产品的模块化程度越高，其定制的柔性就越大，就越适应大规模定制生产。在对产品进行模块化的同时，还应同时应用通用化原理对模块进行合并，在不牺牲外部多样化的同时进一步降低内部多样化。2. 4 产品定制系统的组成产品定制系统由5个部分组成，分别为产品建模、产品配置、变型设计、产品生成以及后续分析。各部分分别需要不同的模块和工具来支撑，图中带阴影的模块表示是PLM中已有的或者可以通过PLM与其他工具协同实现;而不带阴影的模块表示需要在产品定制系统中增加。a. 产品建模。产品建模包括产品族管理、零部件管理和配置规则管理。上文已经提到对PLM中的数据进行整合以实现产品族管理和零部件模块管理。配置规则管理则对产品配置过程中需遵循的规则进行有效的管理，在配置时加以使用。b. 产品配置。产品配置部分是产品定制系统的核心。产品配置部分是建立在知识规则解析器之上，通过用户需求的采集后，利用配置规则进行配置计算来生成配置结果，并且给出产品的物料清单BOM(bill of material)。c. 变型设计。复杂的机电产品往往不能通过简单的搭积木式的配置来完成定制过程，根据用户的特殊需求进行定制设计往往是必须的环节。变型设计主要使用一些参数化的CAD工具来进行，并能通过一些CAM工具生成数控加工代码来支持后续的制造。d. 产品生成。通过产品设计和变型设计后，形成了最终的产品形态。这时要向用户提供详细的产品结构组成清单、产品报价以及通过CAE(comp uter aided engineering)工具给出样机的各种性能参数，供用户参考。同时，定制系统可以通过产品详细结构清单向采购部门提供详细的采购清单。e. 后续分析。大规模定制要求生产商能够使产品模型不断完善来更好的满足用户需求，因此每一次的定制活动都是了解用户需求的好时机。生产商应定期对用户需求进行分析，找出用户需求的新的趋势，不断完善产品模型，不断为客户提供功能更好、品质更稳定的产品。2. 5 产品定制系统的实现基于前述内容提出一种系统实现框架。该实现框架基于Web，采用B/S结构，应用DotNET，WebServices 和XML 等技术来实现。该系统采用3 层体系结构使系统更加灵活，具有更广泛的适应性。a. 数据库层。数据库中主要包括产品库、零部件库、配置规则库、客户信息库多个数据库其中产品库中包括了产品族库和产品库，分别存放生产商在进行产品规划时所建立的产品族的信息和具体产品的信息;零部件库中存放规划过的标准的、通用的零部件;客户信息则用来存放客户的基本信息，同时也记录客户的配置结果;配置规则库则存放在配置中所需遵循的配置规则。由于产品定制系统是基于PLM的，因此这些数据是PLM整个数据库中的一个部分，与PLM中的其他数据有机的结合在一起。b.业务逻辑层。业务逻辑层是整个产品定制系统的核心部分。在这一层又为2层，其中包括PLM中固有的模块和在固有模块之上的产品配置模块。在Web环境下，配置管理模块通过Web Services访问下层PLM 中的模块、调用下层对象的方法和设置对象的属性;而底层的PLM中的模块则通过ADO.NET对数据库进行访问。配置管理模块也可以直接访问数据库进行配置规则等的管理。c. 用户界面层。用户界面层是系统与用户的接口，用户通过界面与系统进行交互。用户界面层为用户提供了注册登陆服务、检索选择服务、定制服务、交流服务等多种操作以保证用户的定制能顺利进行。用户通过Web浏览器和内嵌于浏览器中的ActiveX控件与业务逻辑层通过HTTP，FTP等协议进行交互，完成对系统的操作。而数据在业务逻辑层与用户界面层是以XML 方式进行传输。3 结束语基于PLM的产品定制系统体现了客户充分参与产品定制过程的思想，同时以PLM为基础进行系统开发，也使整个系统有了一个很高的起点，开发难度也相对降低。对Web技术的运用使系统具有开放性、集成性和统一性。用Web浏览器作为客户端进行访问，使系统的使用非常方便。现在PLM在进行各系统集成的时候还存在一些问题，如何将配置知识规则应用在定制过程中的问题也没有很好的解决，这些都将是将来研究的方向。(end)

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