1 引言

    人們己從實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品信息中存在著大量的相似性。人們采用了標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)、成組技術(shù)、模塊化設(shè)計技術(shù)、派生式CAD和CAPP技術(shù)等，充分利用這些相似性提高效率、降低成本。在產(chǎn)品信息基因理論中，這種具有相似性特點(diǎn)的信息可以用產(chǎn)品信息基因的概念表示。產(chǎn)品信息基因模型是產(chǎn)品信息基因理論的主要內(nèi)容，其用于描述在產(chǎn)品生命周期的不同階段的產(chǎn)品信息標(biāo)準(zhǔn)化的內(nèi)容以及不同標(biāo)準(zhǔn)化水平的產(chǎn)品信息的內(nèi)容，描述這些產(chǎn)品信息的關(guān)系。本文將對此進(jìn)行研究，同時還將分析產(chǎn)品信息基因模型的繼承性、封裝性、轉(zhuǎn)換性、多樣性、相似性和自組織性等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)深刻反映了產(chǎn)品信息標(biāo)準(zhǔn)化的意義和內(nèi)涵。

2 產(chǎn)品信息基因模型的框架

    圖1為產(chǎn)品信息基因模型的框架。它將機(jī)械產(chǎn)品信息中具有類似于生物遺傳基因特點(diǎn)的內(nèi)容抽取出來，進(jìn)行分類描述。對比生物基因模型，本文采用了三層產(chǎn)品信息基因模型進(jìn)行描述。本文將產(chǎn)品設(shè)計分為兩個階段，概念設(shè)計階段采用產(chǎn)品概念基因模型，結(jié)構(gòu)設(shè)計階段采用產(chǎn)品結(jié)構(gòu)基因模型，同時還考慮了工藝設(shè)計基因模型。下層模型中的信息由上層模型中的信息組成。層次越低，模型中的信息量和信息標(biāo)準(zhǔn)化的難度越大。不同層次模型的信息，其標(biāo)準(zhǔn)化內(nèi)容有很大差異，并與不同的設(shè)計方法相聯(lián)系，其計算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法也有很大不同。產(chǎn)品信息基因模型中的下面兩層對先進(jìn)制造系統(tǒng)具有特別重要的意義。這和生物基因模型的概念是一致的�；�因是控制遺傳的實(shí)體，它是DNA和蛋白質(zhì)(組蛋白)結(jié)合而成的核蛋白，DNA主要負(fù)責(zé)傳遞遺傳信息，組蛋白起調(diào)節(jié)作用�；�因的本質(zhì)是具有生理功能的DNA片段，DNA分子是由含有A，T，C，G四種堿基的核昔酸所組成的。產(chǎn)品信息基因模型緊緊抓住類似于基因和DNA片斷這兩層的產(chǎn)品信息進(jìn)行建模。圖2描述了產(chǎn)品生命過程中的基因模型的演變過程。

圖1 產(chǎn)品信息基因模型的框架

圖2 產(chǎn)品生命過程中的基因模型的演變過程

3 產(chǎn)品概念基因模型

    產(chǎn)品概念基因模型用于產(chǎn)品的概念設(shè)計(總體設(shè)計)階段，主要是從描述產(chǎn)品的作用原理和功能的角度進(jìn)行建模。它包括三個層次：

    (1)基本原理 產(chǎn)品的基本原理主要是物理、化學(xué)等的基本定理，如力學(xué)中的牛頓定理。這些基本原理的數(shù)量極為有限。由這些基本原理可以推得力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)等各種專業(yè)基礎(chǔ)學(xué)科中的各種定理和公式，其數(shù)量也十分有限，一般不需要編碼。但是根據(jù)這些定理和公式設(shè)計得到的產(chǎn)品卻是無窮無盡。在進(jìn)行新產(chǎn)品的設(shè)計中，經(jīng)常要用這些基本原理進(jìn)行分析和驗(yàn)證。這些基本原理的作用類似于生物基因中的四種堿基。

    (2)標(biāo)準(zhǔn)化的功能模塊 一個產(chǎn)品往往是由一些具有不同作用原理或不同子功能的模塊組成。如土豆綜合收獲機(jī)，其子功能有墾掘、篩、莖葉分離、石子分離、土豆分選、收集等。每種子功能都有若干種可選方案。如篩有多種方案:柵篩、鼓篩、鏈篩、輪篩等。這些具有不同作用原理和子功能的模塊類似于生物基因中的DNA片段。不同功能模塊的組合就形成了不同形式的產(chǎn)品。這些功能模塊是根據(jù)基本定理進(jìn)行設(shè)計得到的，并一般已經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用。在概念設(shè)計階段充分利用這些功能模塊，也就是充分利用以往的設(shè)計信息，可以幫助加快新產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計。例如，在計算機(jī)產(chǎn)品概念設(shè)計專家系統(tǒng)的知識庫中可以存放這些功能模塊，通過人機(jī)交互，進(jìn)行計算機(jī)輔助設(shè)計。

    功能模塊的組合并不是隨意的。有些功能模塊可以組合成一個產(chǎn)品，有些則不能組合。在自然界，生物物種是由自然進(jìn)行選擇。在產(chǎn)品概念設(shè)計時則將根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合實(shí)際需求進(jìn)行選擇。

    (3)標(biāo)準(zhǔn)化的典型產(chǎn)品模型許多產(chǎn)品往往在相同的基本功能和結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上作一些適當(dāng)?shù)淖冃鸵詽M足各種用戶的不同的需要，其基型就稱為典型產(chǎn)品。例如某系列沖動式工業(yè)汽輪機(jī)有3種基型，有300多種變型�？梢酝ㄟ^變型設(shè)計方法，進(jìn)行相似產(chǎn)品的設(shè)計和生產(chǎn)，縮短生產(chǎn)周期。

    典型產(chǎn)品往往是由企業(yè)內(nèi)部或行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化手冊，采用母圖的形式予以描述。通過一些參數(shù)的修改或確定，由母圖迅速得到新的產(chǎn)品。典型產(chǎn)品模型類似于生物種類的基因遺傳密碼。同一種類的生物由于環(huán)境等因素的不同，在個體大小、外貌特征等方面有顯著不同，但它們的基因遺傳密碼有很大的相似性。

    這三個不同層次的產(chǎn)品概念基因模型對應(yīng)不同的設(shè)計方法和計算機(jī)輔助設(shè)計方法�；�于基本原理的創(chuàng)新設(shè)計是一個高度非結(jié)構(gòu)化過程，主要依靠人的創(chuàng)造力，計算機(jī)只是作一些輔助計算和仿真等工作；基于標(biāo)準(zhǔn)化的功能模塊的組合法設(shè)計則可利用標(biāo)準(zhǔn)化的功能模塊，通過人機(jī)交互及專家系統(tǒng)進(jìn)行計算機(jī)輔助設(shè)計；基于標(biāo)準(zhǔn)化的典型產(chǎn)品的變型設(shè)計則可利用計算機(jī)快速地設(shè)計出不同型號的產(chǎn)品。

    對比生物系統(tǒng)，基因突變有可能產(chǎn)生適應(yīng)環(huán)境的優(yōu)良品種，但其成功的幾率是相當(dāng)?shù)偷�。這和創(chuàng)新設(shè)計的情況相似�；�費(fèi)很大的精力，經(jīng)過無數(shù)次的試驗(yàn)，才有可能得到一種全新意義上的有價值的產(chǎn)品，也有可能一事無成。而組合法設(shè)計則和生物間的“雜種優(yōu)勢(heterosis，hybrid vigour)”情況相似。雜交有可能產(chǎn)生出優(yōu)于先輩的品種。但對雜交對象的選擇范圍有嚴(yán)格的要求。而大部分生物則根據(jù)環(huán)境的“優(yōu)勝劣汰”的自然選擇，更適應(yīng)環(huán)境的新的變種得以生存和發(fā)展。這和典型產(chǎn)品的變型設(shè)計概念相似。

4 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)基因模型

    產(chǎn)品結(jié)構(gòu)基因模型用于零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(詳細(xì)設(shè)計或技術(shù)設(shè)計)階段，主要是從零件的功能和制造的角度對其結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行建模。它包括如下三個層次：

    (1)基本特征 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)基因模型的基本組織成份是一些最基本的體素(如圓住體(cyhnder)、圓錐體(eone)、球體(sphere)、正方體(box)、楔體(wedge)、圓環(huán)體(torus)等)，以及與這些體素有關(guān)的特征(如光潔度、公差、材料、尺寸等)。這些基本特征數(shù)量很少，它們在空間的不同組合卻能產(chǎn)生出具有形形式式結(jié)構(gòu)的，零件來。一些CAD系統(tǒng)的幾何模型往往采用這些基本特征作為基本圖素。

    (2)標(biāo)準(zhǔn)化的功能特征 這是一些具有一定功能的典型結(jié)構(gòu)特征，如鍵槽、導(dǎo)向槽、花鍵槽、錐齒面等，它們經(jīng)常在不同的零件上用到，往往采用標(biāo)準(zhǔn)化的方法將其結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求固定下來，以滿足不同零件的共享。研究與探討這些具有一定功能的典型零件特征結(jié)構(gòu)與一定的加工方法相聯(lián)系。其常用的棋型形式為零件特征模型。

    零件特征模型對產(chǎn)品的描述是建立在所有特征信息的處理基礎(chǔ)上的，是零件基本特征信息的有機(jī)集合。一議中不僅有兒何信息和拓?fù)湫畔ⅲ�還有更高層次的零件功能特征、工藝特征以及材料、公差、表面粗糙度及毛坯、熱處理等方面的信息，從而可得到一種面向整個生產(chǎn)過程的產(chǎn)品模型。特征模型是CAD/CAPP一體化中的關(guān)鍵技術(shù)，目前正處于發(fā)展之中。PDE別STEP產(chǎn)品模型信息標(biāo)準(zhǔn)就是這樣一種面向產(chǎn)品生命期的統(tǒng)一的特征模型。

    功能特征模型還被用于控制設(shè)計的多樣化，用于控制相似零件族中粗糙度、公差及其它要求的不必要的變化。因?yàn)楫a(chǎn)品成本增加的速度一般是公差降低速度的5～6倍，發(fā)現(xiàn)和修正不必要的設(shè)計是有利可圖的。

    標(biāo)準(zhǔn)化的功能特征的數(shù)目不是很多，但是它的組合類型卻是無窮無盡。因?yàn)樵诹慵�中，功能特征可以重�?fù)參與組合，并且可以在三維空間參與組合。

    (3)標(biāo)準(zhǔn)化的典型零件 在不同的產(chǎn)品中存在許多相似的零件。相似件可以通過標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和系列化而采用典型零件的形式描述使用范圍較大、使用頻度較高的相似件可由ISO標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)成為標(biāo)準(zhǔn)件，如螺母、螺栓、軸承、圓柱銷等。更大量的零件是如法蘭、齒輪、襯套、葉片等相似件，其特點(diǎn)是使用范圍相對較小一些、頻度較低些、變化更多些。這些相似件可通過企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化部門進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。典型零件模型可以通過對相似件(包括標(biāo)準(zhǔn)件)的檢索并對其作些修改(或不作任何修改)滿足新的需要，從而減少零件數(shù)目，夾具、刀具和量具的設(shè)計也能從零件變型設(shè)計中獲得同樣的好處。典型零件模型對提高CAD系統(tǒng)的效率和控制零件的多樣化有很重要的作用。由于CAD系統(tǒng)的便捷性，人們往往會設(shè)計出許多不必要的新零件，這將大幅度提高產(chǎn)品成本。標(biāo)準(zhǔn)化的典型零件模型將有助于克服這種傾向。

5 產(chǎn)品工藝基因模型

    產(chǎn)品工藝基因模型用于產(chǎn)品工藝過程設(shè)計階段，主要是對零件的工藝特征進(jìn)行建模。它包括以下三個層確、次：

    (1)基本知識 產(chǎn)品工藝基因模型的基本組織成份是一些基本工藝知識。這些基本工藝知識大多收集在工藝手冊及教科書中。在創(chuàng)成式的CAPP(計算機(jī)輔助工藝設(shè)計)中，由這些知識通過推理得到零件的工藝文件。

    (2)標(biāo)準(zhǔn)化的零件工序 它往往建立在標(biāo)準(zhǔn)化的零件功能特征的基礎(chǔ)上，可以減少工裝的多樣化問題。在半創(chuàng)成式CAPP中，在工藝順序確定之后，以標(biāo)準(zhǔn)化的零件工序?yàn)榛�礎(chǔ)，組成新零件的工藝文件。

    (3)標(biāo)準(zhǔn)化的典型工藝 通過對標(biāo)準(zhǔn)化的典型工藝的少量內(nèi)容的增減及修改，即可得到新零件的工藝文件。這種典型工藝又稱為成組工藝(group technology)，對零件的成組加工有很重要的作用，是單元制造系統(tǒng)、獨(dú)立制造島等先進(jìn)制造系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。

    從廣義上講，零件的工藝內(nèi)容還包括工時定額、工裝(夾具、刀具和量具)以及數(shù)控程序。在標(biāo)準(zhǔn)化的零件功能特征以及標(biāo)準(zhǔn)化的零件工序的基礎(chǔ)上，容易得到它們的標(biāo)準(zhǔn)模塊，即基因模塊。從而使這些資源(包括信息)得到比較充分的利用，縮短產(chǎn)品制造周期。

6 機(jī)械產(chǎn)品信息基因模型的特點(diǎn)

    機(jī)械產(chǎn)品信息基因模型所包含的內(nèi)容并不是新的東西，而是將各種具有類似于生物基因模型的產(chǎn)品信息模型用一個統(tǒng)一的模型加以描述，從而進(jìn)一步闡明了產(chǎn)品信息標(biāo)準(zhǔn)化的意義，系統(tǒng)地描述了產(chǎn)品信息標(biāo)準(zhǔn)化的內(nèi)容和內(nèi)在關(guān)系。機(jī)械產(chǎn)品信息基因模型的主要特點(diǎn)可以歸納為：

    (1)繼承性(Inheritanee)生物基因是生物遺傳信息的模型描述，基因的繼承性是生物得以世代相傳的本質(zhì)所在。同樣，產(chǎn)品基因模型也是人類科技成果—產(chǎn)品信息得以保存的本質(zhì)所在。繼承性的概念與可重用性的概念是一致的。

    現(xiàn)代制造企業(yè)中定單生產(chǎn)方式的企業(yè)的比重越來越大。產(chǎn)品基因模型對于提高這類企業(yè)的競爭力有重要意義。這類企業(yè)的設(shè)計部門經(jīng)常處于超負(fù)荷狀態(tài)，這就使設(shè)計人員沒有足夠的時間和精力考慮產(chǎn)品的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和長遠(yuǎn)發(fā)展。普遍的現(xiàn)象是，新的零部件不斷的被設(shè)計出來，源源不斷的進(jìn)人生產(chǎn)流程，造成零件和文檔數(shù)量爆炸、制造過程混亂、生產(chǎn)成本提高、交貨周期延長等弊病。

    由于優(yōu)勝劣汰的自然規(guī)律使適應(yīng)自然界的物種得以保存、繁衍和發(fā)展，而不適應(yīng)自然界的更多的物種被淘汰。產(chǎn)品基因模型就是描述那些經(jīng)過實(shí)踐考驗(yàn)的、有遺傳價值的不同層次的產(chǎn)品遺傳基因信息。無論是在新產(chǎn)品設(shè)計或變型設(shè)計中，充分地利用這些產(chǎn)品遺傳基因信息，所得到的新產(chǎn)品的高質(zhì)量和低成本就有很好的保證。

    (2)封裝性(Eneapsulation)如同生物基因具有封裝性的特點(diǎn)，在產(chǎn)品信息基因模型中，產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化的功能模塊、零件功能特征、典型產(chǎn)品和典型零件也具有封裝性的特點(diǎn)。這對于產(chǎn)品信息的繼承十分重要。產(chǎn)品信息基因模型的封裝性的特點(diǎn)是：①模型具有清楚的邊界；②模型具有統(tǒng)一的外部接口(參數(shù)模式)描述該模型與其它模型間的相互作用；③使用者可以不必考慮模型的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。

    (3)轉(zhuǎn)換性(Transformation)生物的基因控制著生物的整個的生長過程，從胚胎、幼體到成熟的個體，直到衰老和死亡。產(chǎn)品的基因也控制著產(chǎn)品的生命過程。產(chǎn)品基因模型的標(biāo)準(zhǔn)化的功能模塊和典型產(chǎn)品都已包含著可制造性，因?yàn)樗鼈兌家呀?jīng)過生產(chǎn)和使用的考驗(yàn)。零件的標(biāo)準(zhǔn)化功能特征直接將零件的標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)化的制造方法聯(lián)系起來。

    產(chǎn)品信息基因模型的轉(zhuǎn)換性還包括不同層次間的模型的轉(zhuǎn)換問題。如在CAD系統(tǒng)中，當(dāng)采用特征建模法得到的新零件設(shè)計完成后，并當(dāng)類似的零件變型不斷出現(xiàn)時，應(yīng)自動將零件功能特征模型轉(zhuǎn)人到典型零件模型中去�，F(xiàn)有的CAD軟件還不能滿足這一要求。如面向特征建模的PRO/E軟件和面向變型設(shè)計的SigraPh-Disign軟件所得到的產(chǎn)品模型間還無法相互進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

    (4)多樣性(Variant)自然界生物的多樣性令人嘆為觀止。正是這種多樣性，使生物群落具有很高的自穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性。在一個多變的，以交貨期、質(zhì)量、成本和服務(wù)為競爭主要目標(biāo)的市場環(huán)境中，企業(yè)的產(chǎn)品品種越是多樣化，企業(yè)的生存概率也就越大。為了低成本、快速地生產(chǎn)出具有競爭力的多品種產(chǎn)品，產(chǎn)品信息基因模型的“以不變應(yīng)萬變”的特點(diǎn)，在新產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。人們利用功能模塊快速組合出滿足市場需要的新產(chǎn)品；利用典型產(chǎn)品模型進(jìn)行變型設(shè)計，這不僅大大提高產(chǎn)品概念設(shè)計的速度和質(zhì)量，而且可以更充分地利用已有的資源，如設(shè)計信息、工裝和工人的經(jīng)驗(yàn)；當(dāng)然還需要進(jìn)行全新產(chǎn)品的研制、滿足未來市場變化的需要。

    (5)相似性(Similarity)自然界的生物千變?nèi)f化，機(jī)械產(chǎn)品也是千變?nèi)f化。在生物的進(jìn)化過程中，由于生物種類之間在遺傳基因方面存在一定的繼承性，因而生物間或多或少存在一定的相似性。產(chǎn)品信息基因模型認(rèn)為在產(chǎn)品的發(fā)展過程中，由于人類知識的繼承性，產(chǎn)品間也或多或少存在一定的相似性。產(chǎn)品信息基因模型就是從相似性出發(fā)，根據(jù)不同的相似性水平對各種方法進(jìn)行分層和分類。并充分地利用這種相似性來簡化產(chǎn)品信息。如：利用零件功能特征模型控制零件結(jié)構(gòu)特征的數(shù)量，如環(huán)槽的寬度和深度，從而控制工裝的多樣化；利用典型零件模型控制不同零件的數(shù)量，并提高零件的質(zhì)量，降低設(shè)計和制造成本。

    (6)自組織性(Self-Organization)產(chǎn)品信息基因模型在其繼承性、封裝性、轉(zhuǎn)換性、多樣性和相似性的基礎(chǔ)上，將具有自組織性。生物基因通過自然選擇法則使生物表現(xiàn)出對環(huán)境變化的自組織性和自適應(yīng)性。產(chǎn)品的自組織性對于敏捷制造具有特別的意義。在敏捷制造中采用的是柔性的、模塊化的產(chǎn)品設(shè)計和制造方法，以往生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)入市場后，其功能和性能都已固定不變了。而敏捷制造的產(chǎn)品的功能和性能可以根據(jù)用戶的需要再進(jìn)行改變，很容易得到新的功能和性能。另一方面，極大豐富的通信資源和軟件資源，使用戶可以很容易地自行設(shè)計產(chǎn)品，進(jìn)行產(chǎn)品性能和制造過程的仿真，并可很快得到實(shí)際生產(chǎn)出來的產(chǎn)品。敏捷制造企業(yè)保證在整個產(chǎn)品生命周期內(nèi)的用戶滿意，企業(yè)的這種質(zhì)量跟蹤將持續(xù)到產(chǎn)品報廢為止，甚至包括產(chǎn)品的更新?lián)Q代。

7 結(jié)束語

    本文對各種產(chǎn)品信息模型采用類似于生物系統(tǒng)的基因模型進(jìn)行統(tǒng)一描述，通過對產(chǎn)品信息基因棋型的礦，究可以得到如下結(jié)論：

    (1)產(chǎn)品概念設(shè)計中的標(biāo)準(zhǔn)化的功能棋塊和典型產(chǎn)品以及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計中標(biāo)準(zhǔn)化的功能特征和典型零件等產(chǎn)品基因信息對于提高先進(jìn)制造系統(tǒng)的效率和柔性有非常重要的意義。

    (2)產(chǎn)品信息基因模型可將各種不同的現(xiàn)代產(chǎn)品模型、先進(jìn)設(shè)計方法以及工藝設(shè)計方法熔為一體。

    (3)產(chǎn)品信息基因模型的主要特點(diǎn)是繼承性、封裝性、轉(zhuǎn)換性、多樣性、相似性和自組織性。

    (4)產(chǎn)品信息基因模型對產(chǎn)品設(shè)計和制造標(biāo)準(zhǔn)化中的內(nèi)容、關(guān)系作了系統(tǒng)化的表述。

    (5)由產(chǎn)品信息基因模型可以清楚地看到先進(jìn)制造，系統(tǒng)中產(chǎn)品信息模型的發(fā)展方向。

核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。

轉(zhuǎn)載請注明出處：拓步ERP資訊網(wǎng)http://www.ezxoed.cn/

本文標(biāo)題：產(chǎn)品信息基因模型

本文網(wǎng)址：http://www.ezxoed.cn/html/solutions/14019317994.html