于 洋 李文萍

(河南萬合機(jī)械有限公司，河南 鄭州 452371)

隨著煤礦機(jī)械產(chǎn)品個(gè)性化程度的提高，用戶對(duì)企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的要求程度也逐漸提高，這就要求企業(yè)更多地采用按定單設(shè)計(jì)的方式組織生產(chǎn)，設(shè)計(jì)過程應(yīng)具有更好的靈活性。煤礦機(jī)械產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)是一種能夠在較短周期內(nèi)快速且有效的設(shè)計(jì)出滿足用戶個(gè)性化需求的設(shè)計(jì)方法，已經(jīng)成為大批量定制的核心設(shè)計(jì)方法。

一 煤礦機(jī)械產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)原理及框架

煤礦機(jī)械產(chǎn)品配置是以用戶需求和產(chǎn)品信息為輸入，以產(chǎn)品的最終配置結(jié)果為輸出的一類設(shè)計(jì)活動(dòng)。用戶需求是產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)的輸入，在產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)之前，用戶的需求是不確定的，因此，不能直接作為配置求解模型的輸入變量，需要定義一組特征變量來抽象描述用戶的需求，這樣就表達(dá)了定制產(chǎn)品應(yīng)該具有的功能和變量。在產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)過程中將用戶的需求定義為需求元，產(chǎn)品BOM表中可配置的模型定義為配置元。產(chǎn)品配置的過程可以表達(dá)為:Y=F(X，C)，式中F為產(chǎn)品的配置過程;X為客戶的需求元;C為配置元;Y為最終的配置產(chǎn)品結(jié)果。

二 基于逐層約束的變量驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)

1．用戶需求元的變量化設(shè)計(jì)

用戶需求元的變量映射是將用戶需求從描述空間映射到變量化的表達(dá)空間，對(duì)用戶需求描述進(jìn)行分析并規(guī)范化表達(dá)，轉(zhuǎn)換成與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型對(duì)應(yīng)的變量集，使其成為產(chǎn)品配置的入口變量和約束條件。用戶需求

是整個(gè)配置設(shè)計(jì)的輸入，包括產(chǎn)品功能、結(jié)構(gòu)、性能等方面的一些要求。最后可將用戶的所有需求元轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品或者零部件的變量。因?yàn)槊恳环N不同類型或不同型號(hào)的機(jī)械產(chǎn)品都有一些不同的關(guān)鍵特征與其它的一些產(chǎn)品相區(qū)分，比如，液壓支架的支護(hù)阻力、支護(hù)面積、支護(hù)強(qiáng)度等，這些變量都是特定機(jī)械產(chǎn)品特有的。對(duì)于某一機(jī)械產(chǎn)品特有的變量集合用M={m1，m2，m3，…，mn}其中 n 為產(chǎn)品特征變量的個(gè)數(shù)。根據(jù)用戶對(duì)某一類型液壓支架的需求選擇一套合適的特征變量{x1，x2，x3，…，xn}作為初始變量進(jìn)行配置設(shè)計(jì)。

2．變量化產(chǎn)品配置結(jié)構(gòu)

在逐層約束的產(chǎn)品模型中，產(chǎn)品的裝配以逐層約束為主線，依次建立不同層次零部件之間的約束關(guān)系。逐層建立層次化的橫向、縱向約束關(guān)聯(lián)，直至到建立與最底層零部件的關(guān)系，形成遍布整個(gè)產(chǎn)品的關(guān)聯(lián)約束模型。并自頂向下逐層定義零部件之間的接口，建立上層零部件與其子零部件或者同層零部件之間的接口關(guān)系，子零部件應(yīng)繼承上層部件的設(shè)計(jì)約束變量，這樣使每一個(gè)零部件的變量只與上級(jí)零部件的變量建立約束關(guān)系。在配置設(shè)計(jì)時(shí)，上一級(jí)零部件的變量直接決定下一級(jí)零部件的變量，即由父零部件的變量計(jì)算出子零部件的變量，再由子零部件的變量計(jì)算出其子零部件的變量，這樣通過逐層迭代即可完成產(chǎn)品的配置設(shè)計(jì)。

3．變量化配置規(guī)則

本文是通過產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹，在零部件逐層約束的基礎(chǔ)上來建立各個(gè)配置元之間的約束關(guān)系，并按照自頂向下的設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品配置求解。通過分析，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型中各個(gè)配置元之間存在以下約束關(guān)系，其約束關(guān)系如圖1所示。

(1)上下級(jí)零部件之間的約束;下級(jí)零部件的變量受到上級(jí)零部件變量的約束，或者零部件的某特征變量來源于上級(jí)零部件。如路徑b所示，子部件7、8的參數(shù)受到上級(jí)部件2的變量約束。

(2)同級(jí)零部件之間的約束;同級(jí)零部件之間的約束關(guān)系通常是結(jié)構(gòu)約束，例如，路徑d所示的零部件1和3之間的約束關(guān)系可以是相斥、組合或依賴關(guān)系等。

(3)跨級(jí)零部件之間的約束;如路徑c所示的部件1和9之間的約束關(guān)系，這種約束關(guān)系大大增加了配置的求解性，應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)化為部件3和9之間的約束關(guān)系。

(4)產(chǎn)品和零部件間的約束;有些零部件的特征變量可直接由產(chǎn)品進(jìn)行約束，不需要通過上下級(jí)構(gòu)件傳遞約束關(guān)系。如路徑a所示，零部件5和11的產(chǎn)品之間的關(guān)系，零部件5和11的變量可由產(chǎn)品的變量來控制。

圖1 產(chǎn)品配置元之間的約束

三 變量驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)流程

產(chǎn)品配置的設(shè)計(jì)過程是在變量化零部件模型的基礎(chǔ)上，用戶根據(jù)自己的需求對(duì)各個(gè)配置元進(jìn)行實(shí)例化的過程。產(chǎn)品族實(shí)例化是將產(chǎn)品族從模型空間映射到實(shí)例空間的過程。該映射過程必須滿足產(chǎn)品族中配置元的屬性約束和配置元之間的結(jié)構(gòu)約束關(guān)系。產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)的過程是一個(gè)將用戶需求轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)品的推理過程。當(dāng)用戶提出需求后，系統(tǒng)依據(jù)用戶需求初始化產(chǎn)品的各項(xiàng)變量進(jìn)行配置設(shè)計(jì)，即采用遞歸推理算法，從產(chǎn)品根節(jié)點(diǎn)一直延伸到葉子節(jié)點(diǎn)。具體過程如下:1)將用戶的需求進(jìn)行轉(zhuǎn)換成產(chǎn)品特征變量，通過輸入和產(chǎn)品變量集之間的映射關(guān)系，確定出產(chǎn)品變量集的取值。2)根據(jù)用戶所選的產(chǎn)品模型構(gòu)建產(chǎn)品BOM表，并根據(jù)產(chǎn)品根模型屬性的表達(dá)式計(jì)算當(dāng)前產(chǎn)品族根模型的其它零部件變量。3)按照產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹自上而下的裝配方式逐層遍歷產(chǎn)品族的下級(jí)子零部件，并計(jì)算各級(jí)配置元變量，如果計(jì)算的結(jié)構(gòu)變量值表示結(jié)構(gòu)需要被選裝，那么將產(chǎn)品族的輸出變量作為該子零部件的輸入變量，進(jìn)行實(shí)例轉(zhuǎn)化。4)對(duì)配置出的產(chǎn)品各配置元進(jìn)行變量值的檢查，如果不能滿足用戶的需求，就需要對(duì)特征變量進(jìn)行修改，然后重新進(jìn)行配置計(jì)算。5)輸出最終的產(chǎn)品BOM表，以及配置模型及工程圖，產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)過程結(jié)束。

四 結(jié)論

企業(yè)面對(duì)市場(chǎng)激烈的競(jìng)爭(zhēng)，最主要的是要提高對(duì)市場(chǎng)需求的快速響應(yīng)能力。本文提出的基于逐層約束的變量驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)方法較好地滿足了企業(yè)的這種需求，并成功應(yīng)用到企業(yè)中。實(shí)現(xiàn)了客戶對(duì)產(chǎn)品定制的多樣化需求，并在產(chǎn)品模塊化和配置編碼技術(shù)的支持下，按一定的配置規(guī)則對(duì)零、部件進(jìn)行匹配或變型設(shè)計(jì)，快速生成滿足用戶需求的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。