產品協同開發系統的工作方式及體系結構研究

秦玉霞，劉瑞素，段國林，蔡 瑾

（河北工業大學 機械工程學院，天津 300130）

為了適應日益激烈的市場競爭和快速多變的市場需求，專業性企業之間趨向于組建動態聯盟開展網絡化產品協同開發．而企業內部又希望產品開發在大規模定制前提下進行，這是因為在大規模定制的產品開發模式下，企業可以基于基本型產品，預先設計或制造出各種可選零部件，然后根據用戶對產品的功能和性能要求選擇或調整特定模塊而生產出滿足客戶需求的最終產品[1-3]．這樣可以充分發揮企業的優勢，以求用最低的成本、最快的速度開發出符合用戶需求的高質量產品，從而提高企業的競爭力．

要做到既保證企業內部產品開發在大規模定制的前提下進行，又能實現企業間的網絡化協同開發，首先應建立一個網絡化產品協同開發平臺[3-5]．一方面，企業可以利用此平臺采集來自用戶的建議和反饋、管理生產制造過程產生的各種數據、與異地的合作伙伴交換產品設計信息．這種信息交換和處理的自動化可以使企業降低成本，加快市場反應速度．另一方面，在這個網絡化產品協同開發平臺上，協同工作的人員可以完成產品定制、產品協同設計、產品協同配置、產品全生命周期的協同管理、協同商務等產品開發所需的全部活動內容[6-7]．建立的網絡化產品協同開發平臺的好壞與平臺本身的體系結構有著很大關系，有必要進行深入的研究．

本文在對產品建模、產品協同配置方法、配置過程以及對產品協同設計技術研究的基礎上，獨立開發了基于Web的“產品協同開發系統——CPDS系統”．CPDS產品協同開發系統是一個高效的通用型的網絡化產品協同開發支持平臺，本文主要研究CPDS產品協同開發系統的工作方式、體系結構以及功能構成，給出系統實現的總體思路．

1 產品協同開發系統的工作方式

1.1 傳統產品開發系統的工作方式

1.1.1 傳統產品開發過程中的角色

產品開發過程中的角色是指在產品開發過程中利用相關資源完成一定工作的團體或個人．傳統產品開發過程中的角色一般包括客戶、銷售人員或銷售商、企業技術研發人員、產品設計人員和產品制造人員等，傳統產品開發系統的角色構成如圖1所示．

1.1.2 傳統產品開發系統的工作方式

傳統產品開發系統的工作方式如圖2所示．傳統產品開發系統的工作方式是串行結構，工作的各個階段是有一定時間順序的．這樣的工作方式顯然不適應日益激烈的市場競爭和快速多變的市場需求，需要研究一種新的產品開發系統的工作方式．

圖2 傳統產品開發系統的工作方式Fig.2 Working procedure of traditional product development system

圖3 產品協同開發系統的角色構成Fig.3 Roles constitution of collaborative product development system

1.2 產品協同開發系統的工作方式

1.2.1 產品協同開發過程中的角色

產品協同開發系統的角色構成如圖3所示．與傳統產品開發系統的工作方式相比，產品協同開發過程中增加了產品配置人員和信息專家兩個角色．

增加信息專家角色是因為網絡化產品協同開發過程中的協同是通過信息共享實現的，而信息的數量和種類都非常龐大，所以信息共享和通力協作都離不開信息專家．增加產品配置人員角色是因為產品配置在產品協同開發過程中的作用越來越大，是解決設計個性化與低成本之間的矛盾、實現大批量定制的主要方法，產品配置人員的重要性也就凸顯了出來．

1.2.2 產品協同開發系統的工作方式

產品協同開發系統的工作方式如圖4所示．

從圖最外邊開始，最外邊的圓環表示參與產品協同開發的不同角色；第2個圓環表示各工作模塊應完成的工作內容；第3個圓環表示不同角色所要完成的產品協同開發工作模塊。

需要指出的是：圖4是按照參與產品協同開發的角色劃分的，這里所說的角色不等同于人，一個參與產品協同開發的人可以同時擔任兩個或更多的角色．

圖2和圖4相比較可以看出，傳統產品開發系統的工作方式是串行結構。而產品協同開發系統的工作方式是并行結構，參與產品協同開發的不同角色借助產品協同開發平臺，實現信息共享，工作的各個階段可以同時或最大限度的同時進行。這一點正符合企業在大規模定制的產品開發模式下工作方式的要求：用最低的成本，最快的速度開發出最能符合用戶需求的高質量產品，從而提高企業競爭力．

圖4 產品協同開發系統的工作方式Fig.4 Working procedure of collaborative product development system

2 產品協同開發系統體系結構

CPDS產品協同開發系統體系結構分為5層[3]如圖5所示．

協同終端層用來提供產品協同開發的Web應用操作界面；協同任務層用來接收協同終端的協同請求，對協同終端的請求進行處理，并把處理結果返回到協同終端；協同環境層主要提供協同終端所需要的各種協同方式和協同途徑已完成所需的協同工作；網絡層主要為客戶、企業、銷售商、制造商等產品協同開發人員提供一些通用的通訊協議、通訊工具和通訊網絡（Internet/Intranet）；數據層則以適合協同工作的數據共享方式存儲和提供協同終端層的共享數據和各協同終端的有關信息．

圖5 產品協同開發系統體系結構Fig.5 Structural constitution of collaborative product development system

3 產品協同開發系統的功能構成

圖6是CPDS產品協同開發系統的功能構成圖．

從圖6可以看出，CPDS產品協同開發系統由產品協同配置系統、平臺管理、產品協同設計系統3個功能模塊構成．產品協同配置系統模塊由CPCS產品協同配置子系統實現，主要作用是采用基于事物組元的產品配置方法配置出滿足客戶需求的合格產品，以產品結構樹和產品二維或三維圖形的形式提供給客戶；產品協同設計系統模塊可以由基于AutoCAD的SCADS產品協同設計子系統實現，也可以由基于UG的SCUDS產品協同設計子系統實現，主要作用是在協同的環境下運用這兩個CAD軟件完成產品和產品的零、部件的結構設計，建立產品庫和產品零部件庫．

4 產品協同開發系統實現

4.1 CPDS產品協同開發系統軟件實現

CPDS產品協同開發系統軟件實現工作流程如圖7所示．客戶定制產品后，產品協同開發人員接到并確定開發任務后，首先要對開發產品及客戶要求進行全面、細致的分析，確定待開發產品與已開發過的產品有無相同、相似之處，相似程度有多大．然后根據相似度不同采取不同的處理方法．

如果CPDS產品協同開發系統開發的產品與已開發過的產品完全相同，則直接調用實例數據庫中已有產品的配置結果（結構樹及三維圖形）即可，說明不需要開發，有現成的產品可用，直接輸出已有產品．

圖6 CPDS產品協同開發系統的功能構成Fig.6 Function structure of CPDS collaborative product development system

如果CPDS產品協同開發系統開發的是全新產品，沒有相似產品可參考，或相似度很低，則利用CPCS產品協同配置子系統進行產品建模、建立產品結構數據庫、產品數據庫等實例庫．在此過程中，如果數據庫中的信息不夠用（沒有相應的零部件），則利用SCADS產品協同設計子系統或SCUDS產品協同設計子系統進行產品的零部件設計并存入產品結構數據庫、產品數據庫等實例庫中．然后，再利用CPCS產品協同配置子系統的基于產品結構和事物組元的配置方法配置出所需產品（結構樹及三維圖形），同時，將配置結果作為新的實例存入系統的實例數據庫中，系統的實例數據庫得到進一步補充和完善．

如果CPDS產品協同開發系統開發的產品與已開發過的產品有相似之處即有相似產品可參考，系統則自動地利用相似性原理，從已有實例數據庫中調出已有產品的配置結果（結構樹及三維圖形），產品協同設計人員和產品協同配置人員在已開發過的產品的基礎上進行局部或部分修改得到產品的配置結果（結構樹及三維圖形）．同時，將配置結果作為新的實例存入系統的實例數據庫中，系統的實例數據庫得到進一步補充和完善．

圖7 CPDS產品協同開發系統工作流程圖Fig.7 Workflow of CPDS collaborative product development system

4.2 CPDS產品協同開發系統運行實例

圖8是CPDS產品協同開發系統的CPCS產品協同配置子系統運行結果中的協同配置子系統的產品配置選擇界面．

圖8 協同配置子系統的產品配置選擇界面Fig.8 Product configuration option interface of collaborative configuration subsystem

5 結論

本文在對傳統產品開發過程中的角色和傳統產品開發系統的工作方式進行了分析和研究的基礎上，提出了產品協同開發系統的角色構成、產品協同開發系統的工作方式和產品協同開發系統的體系結構．研究了CPDS產品協同開發系統的功能構成及其工作流程，給出了系統運行實例，為后續研究工作奠定了堅實的基礎．

[1]Su D，Amin．A CGI-based Approach for remotely executing a large program for integration of design and manufacture over the Internet[J]．International Journal of Computer Integrated Manufacturing，2001，14（1）：55-65．

[2]Richard B Neely．Security Architecture Development and Results for a Distributed Modeling simulation System[A]．Fourteenth Annual Computer Security Application Conference[C]．Radisson Resort Scottsdale，Phonenix，Arizona，December 1998，7：1024-1027．

[3]劉瑞素．產品協同開發中協同設計、協同配置等關鍵技術研究 [D]．天津：河北工業大學，2009．

[4]Zhu D， LinD.National Research council Committee on Visionary Manufacturing Challenges for 2020[M].Nationa1 Academy Press，1999．

[5]王獻美，李仁旺，金軍槐，等．基于J2EE的產品協同配置設計系統 [J]．機電工程技術，2005，34（6）：25-27．

[6]邵偉平，劉永賢，徐洪學，等．基于Web的協同產品配置設計系統模型及實現 [J]．機械與電子，2006，9：51-54．

[7]張勁松，王啟富，萬立，等．基于本體的產品配置建模研究 [J]．計算機集成制造系統—CIMS，2003，9（5）：344-350．