吳 興,屠 立
(浙江機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,浙江 杭州310053)
產(chǎn)品設(shè)計知識重用的目的就是為了充分擴展產(chǎn)品設(shè)計知識的使用范圍,延長產(chǎn)品設(shè)計知識的使用壽命,是解決提高產(chǎn)品設(shè)計效率和降低產(chǎn)品設(shè)計成本的有效措施[1-3]。Brandt等針對設(shè)計知識的獲取、表達、組織、共享、檢索、運用以及更新技術(shù)[4-6],實現(xiàn)對知識的管理與重用,從而來提升產(chǎn)品的創(chuàng)新和快速設(shè)計能力。李治等[7]采用歸類產(chǎn)品設(shè)計知識以實現(xiàn)其表示、獲取和重用。武守飛等[8]針對客戶的個性化與多樣化需求滿足問題,提出了“多視圖、多層次、多粒度”的重用方法。這些方法在一定程度上解決了功能信息的表達,但對幾何信息的描述相對較少,同時缺乏對產(chǎn)品功能、行為和結(jié)構(gòu)的形式化表示,因此難以支持對復(fù)雜產(chǎn)品配置管理與設(shè)計所需的知識重用。
設(shè)計知識的映射是將功能需求、設(shè)計知識、零部件結(jié)構(gòu)通過映射模型實現(xiàn)相應(yīng)關(guān)聯(lián),映射模型功構(gòu)分解的目的就是將已有設(shè)計知識按需求形成所匹配的結(jié)構(gòu),在系統(tǒng)中形成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。
功能需求是對于設(shè)計目標(biāo)采用相關(guān)特征描述需求的最小集合,其設(shè)計結(jié)果的內(nèi)容為設(shè)計參數(shù)和工藝變量,如圖1所示。
圖1 產(chǎn)品設(shè)計功能結(jié)構(gòu)映射圖
產(chǎn)品設(shè)計就是在功能、結(jié)構(gòu)域中進行求解的映射過程。按各層次的設(shè)計目標(biāo),通過zigzag映射來實現(xiàn)從功能需求到設(shè)計參數(shù)的映射,如圖2所示。
圖2 Zig-Zag映射圖
可重用設(shè)計知識主要包括功能需求、設(shè)計參數(shù)、原理經(jīng)驗和設(shè)計約束[9]。
功能需求(Function Requirement)是指設(shè)計過程中應(yīng)實現(xiàn)的功能,按客戶需求形成相關(guān)設(shè)計約束[9]。
設(shè)計參數(shù)(Design Parameter)是對于FR可根據(jù)設(shè)計約束確定優(yōu)化的主要技術(shù)參數(shù)[9]。
原理經(jīng)驗(Principle Experience)是為功構(gòu)映射無法滿足要求而需通過優(yōu)化進行選擇的設(shè)計原理或設(shè)計經(jīng)驗。
設(shè)計約束(design constraint)是指在設(shè)計過程中的相關(guān)限制條件。主要包括生產(chǎn)工藝限制和設(shè)計參數(shù)限制等。
可重用設(shè)計知識的映射模型構(gòu)建是通過產(chǎn)品功能尋找其行為來匹配產(chǎn)品的結(jié)構(gòu),最終實現(xiàn)從功能到行為再到結(jié)構(gòu)的映射。
產(chǎn)品的功構(gòu)分解是一個動態(tài)的過程,需要在FBS之間進行不斷疊代來獲得產(chǎn)品可重用設(shè)計的內(nèi)容。
功能與結(jié)構(gòu)間的關(guān)系通過行為相關(guān)聯(lián),其映射是一個多對多的關(guān)系,即一個功能對應(yīng)于多個結(jié)構(gòu),同一結(jié)構(gòu)也可實現(xiàn)多個功能。所構(gòu)建的FBS映射模型如圖3所示。
圖3 功能-行為-結(jié)構(gòu)映射模型
產(chǎn)品設(shè)計知識映射模型可通過形式化語言方式進行描述[11]。具體的EXPRESS_G表示如下:
ENTITY requirement_model/*需求模型*/
id:identifier;
name:label;
description:text;
category :requirement_related_requirement_category;
UNIQUE
UR1:unique_requirement_id:id;
END_ENTITY;
ENTITY function_model/*功能模型*/
id:identifier;
name:label;
description:text;
category:function_related_function_category;
input:SET[0:]OF function-flow
ouput:SET{0:}OF function-flow
映射模型的功構(gòu)分解流程中,首先根據(jù)產(chǎn)品功能得到符合設(shè)計要求的相應(yīng)結(jié)構(gòu),如無相對應(yīng)的結(jié)構(gòu),則按FBS映射模型逐級分解,使得所有的子功能都有對應(yīng)的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)[10]。其具體流程圖如圖4所示。
圖4 功構(gòu)分解流程圖
UNIQUE
UR1:unique_function_model_id:id;
END_ENTITY;
ENTITY struct/*產(chǎn)品模型*/
id:identifier;
name:label;
description:text;
category:struct_related_product_category;
UNIQUE
UR1:unique_struct_id:id;
END_ENTITY;
設(shè)計過程首先要分析產(chǎn)品需求,然后通過建立FBS映射模型,來進行設(shè)計知識重用,如圖5所示。重用過程包括以下步驟[11]:
(1)分析產(chǎn)品的客戶需求,將其分解為功能、行為和結(jié)構(gòu)需求等;
(2)根據(jù)分解得到的功能、行為和結(jié)構(gòu)需求,在知識庫中檢索得到所需的設(shè)計知識;
(3)如果沒有所匹配的設(shè)計知識,則進一步分解設(shè)計需求后繼續(xù)再知識庫中進行相應(yīng)檢索;
(4)如果還沒有檢索到相匹配的設(shè)計知識,則再進行FBS功構(gòu)分解,直到檢索出相匹配的設(shè)計知識;
(5)在以上從(1)到(4)的順序分解過程中如果無法得出滿足需求的設(shè)計知識,則按照從(4)至(1)的逆序進行分解和檢索;
(6)檢索得到設(shè)計知識后,則根據(jù)產(chǎn)品要求形成最終的產(chǎn)品設(shè)計圖紙等資料。
圖5 產(chǎn)品設(shè)計重用
電子提花機具有結(jié)構(gòu)先進、運行可靠、適用性廣、靈活快捷、低耗高效、操作簡單、管理方便等特性[12]。
電子提花機零部件配置設(shè)計的主要功能需求有:動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的選擇、不同提針的選擇和潤滑結(jié)構(gòu)的選擇。
針對電子提花機零部件與已有設(shè)計知識的特點,建立功能域、行為域和結(jié)構(gòu)域間的映射關(guān)系。通過F-S實現(xiàn)功能-行為-結(jié)構(gòu)三者間映射,得到相關(guān)具體的裝置。裝置子功能直接可以通過F-S映射而直接實現(xiàn)映射求解,最終完成整個產(chǎn)品設(shè)計知識的表達過程,如圖6所示[13]。
圖6 電子提花機產(chǎn)品設(shè)計重用映射模型
電子提花機的配置管理系統(tǒng)是將功能需求、設(shè)計知識、零部件結(jié)構(gòu)通過映射模型實現(xiàn)相應(yīng)關(guān)聯(lián),映射模型功構(gòu)分解的目的就是將已有設(shè)計知識按需求形成所匹配的結(jié)構(gòu),在系統(tǒng)中形成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。當(dāng)新產(chǎn)品訂單進入系統(tǒng)后,按需求功能從已有的行為(設(shè)計知識)去尋找出對應(yīng)結(jié)構(gòu)形成符合客戶要求的產(chǎn)品BOM表,從而完成配置。
電子提花機配置管理過程中分解了相應(yīng)零部件功能并形成相應(yīng)實例庫。軟件系統(tǒng)的功構(gòu)分解過程實現(xiàn)如圖7所示。電子提花機零部件的配置實例如圖8所示。
圖7 零部件分解結(jié)構(gòu)實例
圖8 零部件配置實例
將功能—行為—結(jié)構(gòu)作為一個抽象整體來處理,并形成相應(yīng)的可重用映射模型,基于映射和逐級分解得到的設(shè)計知識適合于復(fù)雜產(chǎn)品的重用設(shè)計。
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