產品配置軟件的開發及產品實例的定制實現

2014-10-28 23:38:47馮元李維新王春英

計算技術與自動化 2014年3期

馮元+李維新+王春英

收稿日期：2013-12-03

基金項目：寶雞文理學院院級重點項目（ZK11176）；寶雞文理學院院級項目（YK1223）

作者簡介：馮元（1981—），男，陜西寶雞人，講師，碩士研究生，研究方向：計算機科學技術及控制工程。

通訊聯系人，E-mail：fy0912@sina.com

文章編號：1003-6199（2014）03-0110-05

摘要：大規模定制生產是以大規模生產的效率和成本向客戶提供個性化定制產品的一種生產模式，它以客戶為中心組織生產，提供多樣化產品來滿足不同需求。本文在建立的多色圖配置模型及配置算法的基礎上，開發大規模定制生產中產品配置原型軟件，實現產品結構信息管理、BOM管理、配置規則管理、配置結果管理等相關功能。同時編寫配置軟件與CATIA的接口程序，實現在三維環境中對配置結果電子樣機的預覽，最后結合產品實例進行驗證配置模型和配置方法的正確性，以及使用配置結果和變型設計實現定制生產。

關鍵詞：大規模定制；產品配置；配置設計；多色圖

中圖分類號：TH166 文獻標識碼：A

Software Development for Product Configuration Design System

and Realization on Product Customization in Mass Customization

FENG Yuan，LI Wei-xin，WANG Chun-ying

（Department of Electronic and Electrical Engineering， Baoji University of Arts and Sciences， Baoji， Shaanxi 721016， China）

Abstract：Mass Customization （MC） aims at providing customized products with efficiency and cost of mass production. Its a customer-centered producing strategy providing varieties of product to meet requirements. In this paper， Based on the configuration model constructed and its algorithm， a prototype software system is developed. It provides most of Product Configuration Management functions， such as product structure information management， BOM management， configuration rules management， and results management， etc. With an interface program， product parts information from configuration can be loaded in CATIA automatically to preview its Digital Mock-up in 3D environment. Finally， a product configuration instance is given to verify the configuration model and the corresponding implementing method.

Key words：mass customization；product configuration；configuration design；polychromatic graphs theory

1 引言

大規模定制生產是針對客戶需求的多樣化、個性化的發展而提出來的，它所要解決的是定制生產低效率高成本和產品需求的低成本多樣化之間的矛盾。對它的研究就是要針對不同的企業，提供能滿足大規模定制的全面方案。通過對產品開發、生產制造、銷售服務、以及企業組織、經營方式等多方面進行改造，來達到這一先進生產方式的要求[1]。

產品配置是在對產品信息管理基礎上，產生新產品和改變舊產品，實現產品多樣化的一種重要設計方法[2]。它可以提高對已有產品資源的利用率，增強企業的新產品開發能力，滿足多樣化的客戶需求。針對目前商品化軟件中，實現產品配置的方法多種，主要集中于基于本體服務的產品配置[3]、參數驅動配置[4]，基于產品配置元類型識別[5]等。不論使用何種方法，其軟件最終服務于客戶，從客戶角度存在兩個問題，①客戶對于需求產品的專業知識是有限的，②客戶不能深層次地理解產品配置理論知識，因而客戶不能準確有效的進行產品描述，導致產品配置設計失敗。在大規模定制生產中，客戶需要的是直觀的、快速配置設計出滿足功能需求的、可視性的模擬產品，且快速回應客戶需求。面對市場上軟件中產品配置設計模塊的不足和缺陷，需建立一個能滿足功能需求且實現方便的客戶配置模型，來實現更強功能的配置管理[6]。加快產品開發速度，產品的配置設計是提高企業生產效率的一種重要技術[7]。

本文通過研究產品配置在大規模定制生產中實現的方法，多色圖配置模型及配置算法的基礎上，開發原型軟件，快速實現在大規模定制生產中的產品配置和變型設計，提高企業產品開發能力，與三維設計軟件接口，快速配置滿足客戶需求的可視化產品，改進現有生產方式以適應定制生產的需要，以滿足多樣化的市場需求，提高企業的市場競爭力。

2 大規模定制生產中產品配置系統軟件實現

2.1 軟件開發平臺的選擇

配置軟件基于微軟公司的Visual C++ 6.0和SQL server 2000 平臺進行開發，前臺界面采用VC編寫，SQL server作為后臺應用程序運行。二者的連接采用ODBC（Open Data Base Connection）連接，實現對數據庫的各項操作。VC++ 6.0是一個面向對象的集成開發環境，提供了大量的類對象和控件，可以很方便地實現界面設計和對后臺數據的管理和存儲。SQL server 2000是一個大型的商用數據庫管理系統，提供了數據庫的創建、存儲、授權管理、并發控制、備份等多種功能。ODBC是一個數據庫連接的中間件，它通過開放的數據庫驅動程序對數據庫實現操作和管理，它的進一步發展會是OLE DB 和ADO（Active Data Object）技術。

2.2 軟件對象分析及數據庫的設計

采用面向對象技術，分析配置軟件中的主要對象有：零部件、產品、規則、以及客戶等[8]。用UML語言快速地建立系統的各種對象模型，區分它們之間的聯系和相互作用情況，最后生成軟件的代碼框架。

采用的是單層BOM的存儲技術，在配置軟件的開發中，通過SQL server 2000創建主要的數據庫表：零部件表、零件相互關系表、文件關系表、產品結構表、產品目錄表。

2.3 配置軟件的主要實現功能

通過建立基于多色圖配置模型及研究該模型的產品配置算法[9，10]，完成在配置過程中產品結構的管理、配置規則的制定和管理、配置結果的管理和有效性確認、存儲等。

配置軟件的主界面如圖1所示，主要分為樹型結構顯示和零部件的列表顯示區，以及一個屬性窗口。樹型窗口是對產品結構的可視化顯示，并對不同類型的節點對象采用不同的圖標顯示。在樹型窗口可以實現對產品樹中節點對象的添加、刪除以及屬性修改等，以及它們之間相互關系的管理。

樹型窗口采用MFC的CtreeView為基類開發的，它的部分定義如下：

class CxjpdmTreeView ： public CTreeView

{ protected ： CXjpdmTreeView（）； //構造器

DECLARE_DYNCREATE（CXjpdmTreeView）

public： //屬性變量

Cpartrecordset * m_partrecordsetree；

Cproductset * m_productsetree；

…

public： //操作函數

CxjpdmDoc * GetDocument（）；

…

public：

virtual ～CXjpdmTreeView（）； //析構器

protected： //消息映射

//{{AFX_MSG（CXjpdmTreeView）

afx_msg void OnTreeSelchanged（NMHDR* pNMHDR， LRESULT* pResult）；

afx_msg int OnCreate（LPCREATESTRUCT lpCreateStruct）；

…

afx_msg void OnContextMenu（CWnd *pWnd， CPoint point）；

//}}AFX_MSG

DECLARE_MESSAGE_MAP（） }

列表窗口可以詳細顯示左邊樹型窗口中所選擇的對象及其組成子對象的屬性，并能對象選擇的變化而實時更新。它采用MFC的ClistView為基類開發，其主要定義如下：

class CXjpdmListView ： public CListView

{protected：

CXjpdmListView（）；

//DECLARE_DYNCREATE（CXjpdmListView）

Public： //屬性變量

CxjpdmDoc * GetDocument（）；

Cproductset * m_productsetlist；

…

public：

void SetListItem（Cpartrecordset* m_partlist，CListCtrl & clc，int row）；

void Displayproductinfo（const HTREEITEM node）；

…

protected： //消息映射

//{{AFX_MSG（CXjpdmListView）

afx_msg int OnCreate（LPCREATESTRUCT lpCreateStruct）；

…

//}}AFX_MSG

DECLARE_MESSAGE_MAP（） }

屬性窗口用來顯示樹型窗口中選擇對象的全部屬性，及時響應樹型窗口中對象選擇變化，更新屬性信息。屬性窗口采CFormView為基類開發，其主要定義如下：

class CxjpdmformView ： public CFormView

{protected：

CxjpdmformView（）；

public： // 顯示數據定義

//{{AFX_DATA（CxjpdmformView）

enum { IDD = IDD_FORM_DLG }；

CString m_form_ID；

…

//}}AFX_DATA

public： //數據源定義

Cproductset * m_formproductset；

Cpartrecordset* m_formpartrecordset；

public：

virtual void OnInitialUpdate（）；

protected： //數據交換更新

virtual void DoDataExchange（CDataExchange* pDX）； // DDX/DDV

virtual void OnUpdate（CView* pSender， LPARAM lHint， CObject* pHint）；

protected：

virtual ～CxjpdmformView（）； }

配置規則和條件的制定、管理是配置軟件的另一個主要功能，如圖2所示。通過選用不同的選項和數值，就可以制定出符合要求的配置規則和條件。

配置結果的管理、篩選和存儲也是一項主要功能。圖3顯示的是經過配置后，從配置結果中增加產品種類的情況。所添加的新產品同時也會顯示在樹型結構里面。

3 與CATIA軟件接口的設計

3.1 CATIA接口設計

CATIA（Computer Aided Three-dimensional Interactive Application）是法國達索系統（Dassault System）公司開發的CAD/CAM/CAE一體化軟件平臺。該平臺不僅提供了各類復雜零件的幾何建模功能，而且提供了豐富的功能支持數字產品樣機的開發，可以完成對產品從零部件到裝配體的各種力學分析、運動模擬、加工和裝配仿真等多種工程應用。它的主要模塊包括：零件設計模塊、曲面設計模塊、工程圖模塊、知識專家模塊、裝配設計模塊、應力分析模塊、機構運動分析模塊、數字化樣機模塊、以及基礎通用模塊等。

CATIA是一個開放型的軟件平臺，它支持基于微軟COM（Component Object Model）接口的AUTOMATION自動化技術。將其豐富的功能通過可操作對象的形式提供給用戶，因而通過一些腳本描述語言如VB 、VBA等可以靈活地使用這些功能。如用戶可以通過Macros宏、WORD/EXCEL、VB等來開發基于CATIA的應用程序。

CATIA中的對象是對腳本描述語言開放的最基本的可操作單元，這些對象代表CATIA中基本的實體如文檔、窗體、柱體、孔、圓等。對每個對象提供相應的方法和屬性來實現對它們的操作和調用。對象的屬性和方法可以進行派生和繼承，同一類對象可以組成一個對象集合。

同產品樣機關系最緊密的是產品的裝配體對象模型。CATIA中的ProductDocument對象結構。它包含了一個從根產品開始的產品樹，根產品目錄下包含一個產品集合，產品集合中的每個產品有可能包含下一層的產品集合。約束（Constraints）定義零件對象裝配定位關系：共軸、軸插入孔、面接觸等。定位（Position）和移動（Move）分別是對零件對象進行準確定位操作，用來實現正確的裝配。如圖4所示。

3.2 基于VB的接口實現

基于VB開發的CATIA接口程序操作界面如圖5所示。左邊的樹型結構是從數據庫中讀出來的產品結構示意圖，右邊的幾個功能按鈕分別表示對數據的讀出和寫入功能。同時，可以直接由CATIA輸出產品的BOM明細表。根據產品數據信息，可以在CATIA三維環境中自動地加載全部零件，進行裝配檢查和樣機瀏覽確定出有效配置結果。

4 產品配置客戶定制實現的實例

對于不同類型的產品，可以確定出不同的配置規則，從而得到相應的產品結構。下面以某冰箱廠的冰箱產品為例進行說明。

作為日常家用電器產品的冰箱，其主要功能是制冷和貯藏不宜在較高溫度下存放的物品，因而，它首要的一個主要功能指標是制冷和保溫性能；其次是它內部儲物容量以及各部分空間分配的合理性；第三個功能指標則是冰箱的外形、顏色、材料等其他特性。制冷和保溫性能涉及到壓縮機的工作情況、效率，以及溫度感應器的靈敏度和控制系統的工作原理、性能等，不屬于本文的討論范圍，為方便將它們用一個壓縮制冷系統代替，并對一些產品結構上的特性進行了簡化。這里重點要討論的是通過對冰箱的結構、內部容積和外形、顏色等特性的選用，來進行新產品的配置和變型設計。

對于壓縮制冷系統，假設有三種產品參數指標的分類型號可以供選用：220V/50Hz/800W、220V/50Hz/1000W和220V/50Hz/1500W。每種制冷系統和冰箱的容積有一定的配合關系，大容積產品配有大功率制冷系統，小容積必須選用小型壓縮系統。相應的分別對柜體、前面門和托盤等采用模塊化設計，建立產品族信息庫。通過選用壓縮系統和零部件，可以制定出不同的配置規則，得到不同的結構配置結果。對于得到的產品配置結果，通過開發的接口程序，配置結果的BOM表自動在CATIA軟件中加載產品全部零件，經過裝配后可以直接顯示新產品的樣機信息，如圖6所示。

圖6中a）顯示的是選用“220V/50Hz/800W”時最新發布零件版本所得的有效配置結果；b）和c）分別是選用“220V/50Hz/1000W”時所得到的兩種有效裝配；d）是選用全部零部件和“220V/50Hz/1500W”的一種有效配置。通過對樣機的裝配驗證和確認，可以及時了解配置結果的整體裝配情況，也可以對結果進行變型設計。

圖7是對圖6中的 c）變型設計所得的一個實例，其它各項性能保持不變。

個性化的產品定制采用個性化的設計來滿足，配置和變型設計是進行個性化定制設計的一種主要方法。通過配置和變型設計，可以快速地設計出個性化的產品實例。在定制生產中，可以按照需求提供出相應的產品樣機，縮短開發設計周期，提高效率。

5 結論

本文采用面向對象方法分析了產品配置模型，并用UML語言建立了模型中對象關系，構造了產品信息數據庫表的結構。基于VC開發的原型軟件實現了快速滿足客戶需求的可視化產品，完成了產品結構信息管理、BOM管理、配置規則管理和配置結果管理等功能。根據CATIA軟件平臺的接口原理，使用VB設計了對它的外部操作接口，在CATIA三維環境下，可以實現對配置產品零部件的自動加載和裝配電子樣機可視化預覽。

要建立在完全信息化管理制造企業中的大規模客戶定制生產方式，要求有更多平臺的集成和協作，提供對產品整個生命周期的信息管理。本文所開發的配置軟件，對于復雜產品結構的配置和定制管理，還需進一步優化和改進的工作。

參考文獻

[1] 萬雪峰，但斌，經有國. 在線大規模定制下基于客戶需求模板的產品配置研究[J]. 工業工程， 2010， 13（4）： 69-73.

[2] FOGLIATTO F S，GIOVANI，SILVIERA J C DA，BORENSTEIN D. The mass customization decade： An updated review of the literature [J]. International Journal of Production Economics， 2012， 138（1）： 14-25.

[3] 蘇立悅，董明，楊東. 大規模定制下基于本體的服務產品配置研究[J]. 計算機應用研究，2010，27（2）：483-487..

[4] 艾輝，萬立，熊體凡，等. 大規模定制環境下的參數驅動產品配置設計方法研究[J]. 中國機械工程，2010， 21（15）：1820-1824.

[5] 伊輝勇，李開國，劉偉. 面向在線大規模定制的產品配置元類型識別方法[J].工業工程與管理，2011，16（ 1）：47-52.

[6] 鄭雁翎，王亞云. 產品配置設計規則的建立及需求轉換算法[J]. 寶雞文理學院學報：自然科學版，2010，9（30）：61-65.

[7] 李維新. 大規模定制生產中產品配置實現方法的研究[J]. 寶雞文理學院學報：自然科學版，2011，1（31）：62-66.

[8] 鄭雁翎. 產品配置管理系統中數據庫關鍵技術的研究[J].機械設計與制造， 2012， 5 （5）： 264-266.

[9] 王小章，楊培林，陳曉南，等. 基于多色圖理論的產品結構配置模型[J]. 機械科學與技術， 2004， 23 （11）： 1293-1296.

[10]王小章，陳曉南，龐宣明，等. 單層物料清單（BOM）及多視圖映射[J]. 機械設計與制造， 2004，（5）： 45-47.