面向大批量定制的产品族建模与实现

    大批量定制（Mass Customization，MC）生产模式结合了定制生产和大批量生产(Mass Production)两种生产方式的优势 ，在满足客户个性化需求的同时，保持较低的生产成本和较短的交货提前期[1]。它作为一种重要的产品开发哲理，已经得到学术界和企业界广泛肯定，被认为是制造业的一个新战场，正从技术前沿演变为一种必然的趋势，成为21世纪制造业的主流生产模式。但是如何采用应用软件系统成功实现MC，仍是目前MC研究和应用亟需解决的问题。事物特性表（Tabular Layout of Article Characteristics，SML）技术运用于产品族信息模型的表达正受到了工业界的认同[2] [3]，越来越多的制造业信息化软件提供商在其支持MC的应用软件系统中采用了SML技术，事实证明其具有较高的工程实用性。本文从支持MC生产模式的角度，结合现有产品数据管理系统（PDM）系统，建立了基于SML的产品族信息模型，为PDM中有效的提供产品族数据管理、产品族配置设计和变型设计的软件功能奠定基础（参见文献[5][6]）。

    1 产品族信息模型

    产品族信息模型是计算机系统中产品族模型的数字化表示[4]。本文采用SML建立产品族信息模型（PFM）。SML是组合排列对象组的事物和相关特性，并以固定格式表的形式反映出来的信息集合[2]。由于它定义了从对象组中表征和区分某个对象的决定性特性，规定了特性数据表示的中性格式，因此它能够用于支持产品族数据的存贮、分类、检索、变型响应以及方便地在不同的软件系统之间交换。图1所示为AC固定型万向节的产品族信息模型。

             
    图1 产品族信息模型

    为PFM的属性，它描述整个族的公共信息，被产品实例共用，如产品族的名称和标准号等。

    SML是PFM中封装的事物特性表，它们的关系是1:1。 。ID：SML的标识号。它等同于产品族的标识号，是一个分类码模型，根据一定的编码规则自动生成，采用何种分类编码由企业实际情况来决定。SMLHead：SML的表头，由表列集合和约束集合组成。如果零部件需要表达与子零部件或子特性的组成关系，则采用功能特性来描述，在每一个表行中此子功能特性的取值是零部件或特性实例的标识号。Row：SML的表行集合，。 代表了一个具体的特性或零部件，表行的取值要求满足各个表列之间的约束。增加行时，利用约束求解器验证所有约束是否满足。虽然代表了一个具体的特性或零部件，但不是必须被实例化（例如作为一个设计方案）。当实例化时，首先执行零部件的设计发放流程，的标识号也变为对应的零部件实例的标识号，它在整个企业中是唯一的。被实例化后，用户对其操作权限受限于对应的零部件实例的权限。这样可以规范企业内部产生零部件实例过程，降低设计人员设计出新零部件的随意性。UI：SML的用户交互界面集合。M：SML的操作集合。

    PC是PFM中满足特定需求的产品实例。每个PC对应于SML中的一行，如图1中51075→row1，51095→row3。而row2仅仅为一个开发方案。

    SML中的特性不能完整地确定一个产品和零部件的几何形状、工艺规划、装配过程以及数控加工程序。因此PFM具有各种参数化的文档模型（Parametric Document  Model，DocM）：3D 模型，2D 工程图模型、工艺文件模型、NC文件模型等。PFM与这些文档模型之间的关系是1：m。

    中的文档实例（Doc）在缺省状态下不是物理文档，而是一些文档指针，它们指向PFM中相应的 。当设计人员或者用户需要浏览PC中的Doc时，首先由应用软件系统将PC对应的SML的行的特性取值映射到的参数取值，然后进行参数化变型得到文档实例，用户可以将变型设计得到的入库发布[5]。

    PFM的产品结构是一个基于特性的可配置产品结构模型[6]，它描述了这一族产品所有的可能的结构变型以及变型规则。产品实例的结构在PFM的的基础上，根据其对应的SML的行的特性取值配置生成。