1 前言

    隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇和用戶需求的快速變化，產(chǎn)品制造企業(yè)，特別是內(nèi)燃機(jī)行業(yè)，對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)定義和配置管理提出了更高的要求，使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)資料的成套性難以把握，而且不易直觀準(zhǔn)確地獲取所需的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，并對(duì)其進(jìn)行有效的配置。而采用基于PDM構(gòu)架的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和配置管理技術(shù)，可有效解決這一技術(shù)難題。作為產(chǎn)品數(shù)據(jù)組織與管理的一種形式，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理以電子保險(xiǎn)箱為低層支持，以材料清單為組織核心，可以把定義最終產(chǎn)品的所有IT程數(shù)據(jù)和文檔聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的有效組織、管理與控制。

    目前，在我國(guó)內(nèi)燃機(jī)行業(yè)，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)的研究主要局限于大學(xué)、研究院所和少數(shù)大型企業(yè)，相當(dāng)一部分中小企業(yè)的設(shè)計(jì)手段和加T技術(shù)還普遍較為落后。企業(yè)應(yīng)用的計(jì)算機(jī)輔助工具和信息系統(tǒng)都是局部的、面向企業(yè)某個(gè)部門(mén)的應(yīng)用系統(tǒng)，企業(yè)不同部門(mén)之間的信息共享程度低、文檔管理方式落后、設(shè)計(jì)方式陳舊。很多內(nèi)燃機(jī)企業(yè)已開(kāi)始采用PDM系統(tǒng)，但由于PDM軟件的系統(tǒng)性、集成性和實(shí)用性方面與國(guó)外存在較大差距，所以未能在內(nèi)燃機(jī)行業(yè)中廣泛應(yīng)用。因此，本文從內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求出發(fā)，研究產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理的原理、方法和實(shí)現(xiàn)技術(shù)，以期提升PDM系統(tǒng)的實(shí)用性，為解決內(nèi)燃機(jī)企業(yè)在對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)進(jìn)行信息化管理時(shí)存在的問(wèn)題提供支持。

2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理現(xiàn)狀

    PDM技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了由最初的文檔管理到流程管理、安全管理，再到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理的過(guò)程。目前，對(duì)產(chǎn)品配置的研究主要集中在配置知識(shí)的表示、建模和配置問(wèn)題的求解三個(gè)方面：(1)在配置知識(shí)的表示上，有基于規(guī)則、約束、資源、算法等方法；(2)在產(chǎn)品配置的建模方面，主要有面向?qū)ο蟮呐渲媚Ｐ�、基于GBOM (GenericBill-Of-Materials)的產(chǎn)品配置模型等；(3)在配置問(wèn)題的求解方面，則有約束滿足的方法、基于實(shí)例的方法、資源平衡的方法等。

    內(nèi)燃機(jī)是一個(gè)非常復(fù)雜的機(jī)電產(chǎn)品系統(tǒng)，它包含許多機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)。這些機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)的構(gòu)造和組成，又隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的用途、性能、型號(hào)的不同而千差萬(wàn)別。但就其總體結(jié)構(gòu)而言，都是由機(jī)體組、曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、進(jìn)排氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、起動(dòng)系統(tǒng)和有害排放物控制裝置等組成。每個(gè)系統(tǒng)、機(jī)構(gòu)又包含很多零部件。如果是汽油機(jī)，還包括點(diǎn)火系統(tǒng)。若為增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，則還應(yīng)有增壓系統(tǒng)。這些系統(tǒng)之間既相互獨(dú)立，又相互聯(lián)系。隨著內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法和手段日益現(xiàn)代化，利用CAD、CAE、CAPP等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)更加繁冗復(fù)雜。

    結(jié)合內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品的特點(diǎn)及目前產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理的研究現(xiàn)狀，本文基于內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型，通過(guò)建立相應(yīng)的零部件庫(kù)、配置規(guī)則實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理。

3 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理

    產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理是產(chǎn)品配置管理的前提，是PDM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)化配置管理的框架，通過(guò)該框架生成、命名、管理一對(duì)一、一對(duì)多的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)關(guān)系，以及控制基于關(guān)系對(duì)象的產(chǎn)品數(shù)據(jù)和過(guò)程。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理，主要是對(duì)產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)方案、功能組成模塊、具體結(jié)構(gòu)及材料清單(BOM)進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及生產(chǎn)管理系統(tǒng)的接口，為PDM的產(chǎn)品配置和過(guò)程管理提供結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和相應(yīng)的支持文檔。

    產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，可以分為完整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和具體產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。完整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)產(chǎn)品的所有可能的零部件，其中包括這些零部件的不同版本。具體產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，包括構(gòu)成一個(gè)具體產(chǎn)品的所有零部件。利用事先建立的完整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，按照滿足用戶所需功能的要求，設(shè)計(jì)或選擇零部件，把這些零部件按照它們的功能、某種組合規(guī)則和某種條件進(jìn)行編組，形成一個(gè)具體產(chǎn)品，稱為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)配置。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型反映了產(chǎn)品的零部件關(guān)系及版本關(guān)系。系統(tǒng)通過(guò)文檔對(duì)零部件進(jìn)行詳細(xì)的描述，零部件的版本與文檔的版本相互對(duì)應(yīng)，因此，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理與產(chǎn)品配置緊密相關(guān)。本文結(jié)合內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)特點(diǎn)，按照功能結(jié)構(gòu)建立起如圖1所示的內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型。

圖1 內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型

4 零部件族管理

    采用零部件庫(kù)的分類(lèi)管理，可以把傳統(tǒng)的基于產(chǎn)品的管理模式改為基于零件的管理模式。如圖2所示，基于產(chǎn)品的管理模式轉(zhuǎn)化為基于零件的管理模式，這種模式解決了數(shù)據(jù)冗余和零部件相關(guān)更改的問(wèn)題，并保證了數(shù)據(jù)的質(zhì)量。這樣便于管理、查找及瀏覽產(chǎn)品和相關(guān)信息，提高了產(chǎn)品變型配置設(shè)計(jì)的效率。但由此引出的零件與部件（或產(chǎn)品）的對(duì)應(yīng)關(guān)系就是利用信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)管理的難點(diǎn)。由此可見(jiàn)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理應(yīng)該選擇基于零件的管理方式，只有這樣才能快速配置產(chǎn)品，進(jìn)行產(chǎn)品變型，幫助企業(yè)避免重復(fù)性的T作，節(jié)約時(shí)間。

圖2 基于零部件庫(kù)的管理模式

    零件分類(lèi)的方法，應(yīng)根據(jù)企業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和應(yīng)用特點(diǎn)來(lái)組織。本文結(jié)合內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及零部件的特點(diǎn)，首先按照功能需求將產(chǎn)品所有零部件結(jié)構(gòu)分成各個(gè)大的系統(tǒng)或機(jī)構(gòu)，整體形成多重交替的總體零部件庫(kù)。然后，每個(gè)功能結(jié)構(gòu)類(lèi)（即系統(tǒng)或機(jī)構(gòu)）的節(jié)點(diǎn)處放置按該類(lèi)型的所有型號(hào)的組件或部件，各個(gè)部件的節(jié)點(diǎn)處又放置對(duì)該部件的結(jié)構(gòu)細(xì)分，結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)下放置按該類(lèi)型的所有型號(hào)的部件，由此逐步向下，最終形成一個(gè)完整的樹(shù)型的零部件庫(kù)。圖3給出了內(nèi)燃機(jī)總體零部件庫(kù)示意圖，為以后的內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品配置提供了基礎(chǔ)。

圖3 基于零部件庫(kù)的管理模式

5 產(chǎn)品配置管理

    所謂配置，按照IS0 1007對(duì)配置管理的基本定義，是指“對(duì)被描述在技術(shù)文檔中的或者體現(xiàn)在產(chǎn)品實(shí)際使用過(guò)程中的產(chǎn)品功能特性和物理特性所進(jìn)行的表示”。這是從產(chǎn)品特性的角度對(duì)產(chǎn)品配置進(jìn)行的定義。配置過(guò)程也可以被看成是一個(gè)選擇一組構(gòu)件并維護(hù)其關(guān)系，以形成一個(gè)設(shè)計(jì)解決方案來(lái)解決客戶需求的過(guò)程。

    產(chǎn)品配置，可以理解為一個(gè)根據(jù)預(yù)定義的部件集和部件之間的相互約束關(guān)系，按照某種確定的配置規(guī)則，使產(chǎn)品及其零部件的屬性逐步滿足用戶的需求，通過(guò)二者匹配問(wèn)題的求解，最終組合形成客戶需求的產(chǎn)品。產(chǎn)品配置規(guī)則是在進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)配置時(shí)選擇零部件的準(zhǔn)則，產(chǎn)品配置規(guī)則一般分為3種：變量配置、有效性配置、發(fā)放狀態(tài)配置。產(chǎn)品配置的作用就是根據(jù)客戶定制產(chǎn)品的要求，通過(guò)對(duì)產(chǎn)品族通用模型的功能、性能、結(jié)構(gòu)構(gòu)型以及零部件進(jìn)行選配，以及對(duì)局部零件功能和結(jié)構(gòu)、尺寸的相應(yīng)變化來(lái)快速設(shè)計(jì)出滿足客戶需求的定制產(chǎn)品。

    在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型和零部件庫(kù)建立的基礎(chǔ)上，提出了基于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型的內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品配置模型，如圖4所示。圖4中，在產(chǎn)品配置系統(tǒng)中建立了一個(gè)配置規(guī)則庫(kù)，存放了一系列的配置規(guī)則，這樣可以針對(duì)客戶需求選擇不同的配置規(guī)則和配置條件，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品配置。在零部件庫(kù)的支持下可以基于通用產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型，根據(jù)不同的配置條件和客戶的需求選用零部件，配置出具體需求的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。

    由于內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以本文首先對(duì)內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品進(jìn)行功能分解，分解成可以實(shí)現(xiàn)某個(gè)具體功能的系統(tǒng)或機(jī)構(gòu)，然后基于用戶需求，選擇不同的配置規(guī)則，搜索零部件庫(kù)，選取需要的零部件。具體的配置過(guò)程見(jiàn)圖5。

圖4 產(chǎn)品配置模型

圖5 內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品配置流程圖

6 結(jié)束語(yǔ)

    本文基于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和配置管理理論提出了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型、零部件族管理模型、產(chǎn)品配置模型及產(chǎn)品配置流程，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品配置。其關(guān)鍵是零部件庫(kù)和配置規(guī)則庫(kù)的建立，它需要把客戶的需求轉(zhuǎn)變?yōu)榕渲靡?guī)則，配置規(guī)則需要在具體配置過(guò)程中不斷完善。本文中提出的產(chǎn)品配置方法也適用于其他機(jī)械產(chǎn)品的數(shù)據(jù)管理和配置管理。

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本文標(biāo)題：內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理技術(shù)研究

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