0 引言
隨著客戶(hù)需求向個(gè)性化及多樣化的方向發(fā)展,企業(yè)為了能占領(lǐng)市場(chǎng)、獲得最大的收益,大規(guī)模定制自然成為企業(yè)首選的生產(chǎn)模式。它旨在以近似于大規(guī)模生產(chǎn)的成本和速度,提供定制的個(gè)性化產(chǎn)品及服務(wù)。傳統(tǒng)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理是以產(chǎn)品BOM(Bill of Material)為基礎(chǔ)的.且一個(gè)產(chǎn)品有一個(gè)BOM。在大規(guī)模定制生產(chǎn)環(huán)境下,由于產(chǎn)品品種往往十分龐大,其間的約束關(guān)系又錯(cuò)綜復(fù)雜.如果仍按這種傳統(tǒng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)構(gòu)造產(chǎn)品BOM,則忽略了各個(gè)產(chǎn)品變體之間的相似性,將導(dǎo)致大量的數(shù)據(jù)冗余,同時(shí)增加配置的復(fù)雜性,以及配置方案不一致的可能性。
作為人工智能領(lǐng)域最成功的應(yīng)用之一產(chǎn)品配置問(wèn)題在20世紀(jì)80年代起就引起了研究人員的興趣,提出了多種產(chǎn)品配置模型和相應(yīng)的求解策略。Hegge提出了類(lèi)BOM(Genetic Bill of Material,GBOM)的概念,GBOM是一種以有限數(shù)量的數(shù)據(jù)描述大量產(chǎn)品品種的方法,它較好地解決了按訂單裝配環(huán)境下的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理問(wèn)題。此后,眾多學(xué)者對(duì)基于GBOM的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型及配置方法進(jìn)行了研究,并取得了大量的成果。然而在現(xiàn)實(shí)中,存在相當(dāng)數(shù)量的大規(guī)模定制企業(yè)并非完全采用按訂單裝配的生產(chǎn)方式。由于難以預(yù)先定義所有可能的產(chǎn)品變體,傳統(tǒng)的類(lèi)BOM遇到嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。針對(duì)這一問(wèn)題,Naken提出了邏輯BOM( Bill of material,BOM)的概念,并用來(lái)支持訂單制造環(huán)境下的大規(guī)模定制產(chǎn)品快速報(bào)價(jià)。本文結(jié)合實(shí)際構(gòu)建了一種新的產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型——邏輯BOM,它能夠描述無(wú)限種可能的產(chǎn)品變體,并能支持解決按訂單制造與按訂單裝配相混合環(huán)境下的產(chǎn)品配置問(wèn)題。
1 基于邏輯BoM的產(chǎn)品配置
1.1 邏輯BOM概述
邏輯BOM是一種通用的產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型,它由兩部分組成:邏輯BOM結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品配置約束。其中,邏輯BOM結(jié)構(gòu)是一個(gè)由邏輯零部件(邏輯產(chǎn)品可看成一個(gè)特殊的邏輯零部件)及物理零部件組成的層次結(jié)構(gòu),它表示了產(chǎn)品系列中的通用產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。產(chǎn)品配置約束是用來(lái)描述組成最終產(chǎn)品所需物理零部件之間兼容性的規(guī)則集合。邏輯BOM允許無(wú)需明確定義所有可能的產(chǎn)品變體,同時(shí),產(chǎn)品族中所有的產(chǎn)品變體都能從邏輯BOM系統(tǒng)中生成出來(lái)。
1.2 基于邏輯BOM的產(chǎn)品配置過(guò)程
基于邏輯BOM的產(chǎn)品配置過(guò)程可以理解為在客戶(hù)需求的推動(dòng)下。以邏輯BOM、產(chǎn)品配置知識(shí)庫(kù)為基礎(chǔ),通過(guò)推理求解得到最終的配置結(jié)果。其結(jié)果可能為一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)品BOM,也可能顯示沒(méi)有滿(mǎn)足客戶(hù)需求的產(chǎn)品BOM。產(chǎn)品配置活動(dòng)模型用IDEFO建模方法描述如圖l所示。
圖1 基于邏輯BOM的產(chǎn)品配置活動(dòng)模型
2 邏輯BoM的構(gòu)建
2.1 邏輯BOM結(jié)構(gòu)
邏輯BOM結(jié)構(gòu)是面向產(chǎn)品族的通用樹(shù)形結(jié)構(gòu)。圖2為用統(tǒng)一建模語(yǔ)言(UnifiedModeling Language,UML)表示的邏輯BOM結(jié)構(gòu)示意圖,在邏輯BOM結(jié)構(gòu)中,包括以下3個(gè)部分:
圖2 邏輯BOM結(jié)構(gòu)示意
(1)邏輯頂層產(chǎn)品。即邏輯產(chǎn)品。它是整個(gè)產(chǎn)品族的所有產(chǎn)品組成的集合。一般而言,邏輯產(chǎn)品通過(guò)一組特征屬性來(lái)描述.該特征屬性使之區(qū)別于其它的邏輯產(chǎn)品。通過(guò)對(duì)特征屬性的不同賦值,邏輯產(chǎn)品可以實(shí)例化為一系列具有相似結(jié)構(gòu)和功能的不同物理產(chǎn)品。這些物理產(chǎn)品可以滿(mǎn)足不同顧客的定制要求。
(2)邏輯零部件。它是邏輯頂層產(chǎn)品的構(gòu)件,一般用盡量少的若干個(gè)相互獨(dú)立參數(shù)來(lái)描述,參數(shù)值確定的同時(shí)則將邏輯零部件實(shí)例化為物理零部件。邏輯零部件分為確定的邏輯零部件與可修改的邏輯零部件兩種,確定的邏輯零部件是由有限個(gè)物理零部件組成的集合,其對(duì)應(yīng)的參數(shù)值域是離散的,可修改的邏輯零部件是由無(wú)限個(gè)物理零部件組成的集合,其相應(yīng)的參數(shù)值域是由一定范圍的連續(xù)區(qū)間或空間組成。
(3)物理零部件。它是邏輯零部件的實(shí)例化或具體化。每一個(gè)物理零部件都與一定的參數(shù)值相對(duì)應(yīng),在一個(gè)具體產(chǎn)品中,它是真實(shí)存在的。
此外,邏輯BOM結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在兩種連接關(guān)系:①泛化。即a—kind—of 聯(lián)系。一般用圖形☆來(lái)表示,它體現(xiàn)出具有相似結(jié)構(gòu)及功能的物理零部件與其對(duì)應(yīng)邏輯零部件間的關(guān)系。如假設(shè):傳動(dòng)系統(tǒng)有:二輪驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)、四輪驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)和Automatic驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)3種,則二輪驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)是a—kind—of傳動(dòng)系統(tǒng);②組合,tipcontains—a聯(lián)系,一般用圖形,來(lái)表示.它體現(xiàn)出邏輯零部件問(wèn)的關(guān)系。如假設(shè):音響設(shè)備由收音機(jī)及其它構(gòu)件組成,則音響設(shè)備contains—a收音機(jī)。
2.2 產(chǎn)品配置約束
顯然,并不是任意物理零部件的組合都能形成一個(gè)最終產(chǎn),即物理零部件之間存在多種復(fù)雜的配置約束關(guān)系。因此,必須定義產(chǎn)品配置約束來(lái)限制物理零部件的組合,從而保證配置的有效性。在邏輯產(chǎn)品的配置過(guò)程中,主要存在兩類(lèi)約束:外部約束和內(nèi)部約束。外部約束面向客戶(hù),它體現(xiàn)了客戶(hù)需求的差異,不同的客戶(hù)需求將得到不同的配置結(jié)果;內(nèi)部約束主要指產(chǎn)品構(gòu)件之間的裝配約束。內(nèi)部約束關(guān)系包括組合關(guān)系、互斥關(guān)系、數(shù)量關(guān)系等。為下文論述方便。本文采用UML表示了簡(jiǎn)化汽車(chē)產(chǎn)品族的邏輯BOM結(jié)構(gòu)模型(如圖3所示),其中,必選邏輯零部件的組合用實(shí)線表示。選裝邏輯零部件的組合用虛線表示。
圖3 簡(jiǎn)化汽車(chē)產(chǎn)品族的邏輯BoM結(jié)構(gòu)模型
3 基于邏輯BoM的產(chǎn)品配置知識(shí)庫(kù)
3.1 基于規(guī)則的配置知識(shí)表示
產(chǎn)品配置知識(shí)的表示有多種形式,包括基于結(jié)構(gòu)的、邏輯的、資源的、CSP(約束滿(mǎn)足問(wèn)題)的、案例的、本體的、圖形的及基于規(guī)則的等方法,其中尤以基于產(chǎn)生式規(guī)則的表示方法最為常用。產(chǎn)生式規(guī)則描述了事物之間的一種對(duì)應(yīng)關(guān)系,其一般形式為:IF P Then Q。其中,P是條件或前提,Q是操作或結(jié)論。含義是如果條件滿(mǎn)足,則可以得到結(jié)論或執(zhí)行相應(yīng)的操作。基于知識(shí)的產(chǎn)生式規(guī)則表示方法與人的思維接近,易于理解且便于人機(jī)交互信息。因此,本文將采用基于產(chǎn)生式規(guī)則的方法來(lái)構(gòu)建基于邏輯BOM的產(chǎn)品配置知識(shí)庫(kù)。
3.2 邏輯零部件的參數(shù)描述
邏輯產(chǎn)品由若干個(gè)邏輯零部件組成,邏輯零部件又由若干個(gè)邏輯子零部件或物理零部件組成。隨著產(chǎn)品構(gòu)件的多樣化及復(fù)雜化,在配置之前,用盡量少的參數(shù)來(lái)描述邏輯零部件成為必然趨勢(shì)。每一個(gè)邏輯零部件都具備一定的屬性,部分關(guān)鍵屬性組成的集合可作為邏輯零部件的參數(shù),取不同的參數(shù)值導(dǎo)致了物理零部件的差異。假設(shè)邏輯零部件C由參數(shù)集合{X1,X2,...,XN}描述;Vm為參數(shù)Xm的可能取值的集合,其中,m=l,2,...,N;那么邏輯構(gòu)件C與、r個(gè)參數(shù)之間存在一一對(duì)應(yīng)的映射關(guān)系,用函數(shù)可表示為c=f(x.,X2,...Xn),其中,X1,X2,...,Xn表示構(gòu)件c的n個(gè)參數(shù)f示構(gòu)件c與參數(shù)集合{X1,X2...,XN}的函數(shù)關(guān)系。以上假設(shè)中的邏輯零部件的參數(shù)描述亦可用表l來(lái)體現(xiàn),確定各個(gè)參數(shù)取值的同時(shí)則將邏輯零部件實(shí)例化為物理零部件。
表1 邏輯零部件的參數(shù)描述
3.3 配置變量的確定
任何產(chǎn)品都具備一定的功能,同時(shí)包含某些特征。一般而言,客戶(hù)僅關(guān)心產(chǎn)品所呈現(xiàn)出的部分關(guān)鍵特征。如電腦的價(jià)格、運(yùn)算速度等。因此,可用這些關(guān)鍵特征作為配置變量,用來(lái)輔助客戶(hù)輸入配置條件。配置變量有兩種類(lèi)型:包含離散值域的變量和包含連續(xù)值域的變量。
3.3.1 包含離散值域的變量
配置變量是客戶(hù)輸入配置條件的直接窗口。包含離散值域的變量是指這樣一種變量。它所對(duì)應(yīng)的參數(shù)值域是由離散的區(qū)間組成,且參數(shù)值的數(shù)量是有限的。一般采用窮舉法列出所有的參數(shù)值來(lái)描述包含離散值域的變量。如汽車(chē)Type有Baseline、City和Sport3種,表示為T(mén)ype={Baseline,City,Sport}。客戶(hù)只能在這些參數(shù)值中任選其一,通過(guò)這種方式來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品配置。
3.3.2 包含連續(xù)值域的變量
包含連續(xù)值域的變量是指這樣一種變量,其相應(yīng)的參數(shù)值域是由一定范圍的連續(xù)區(qū)間或空間組成,即包含無(wú)限個(gè)可能的參數(shù)值。因此,對(duì)于包含連續(xù)值域的變量,客戶(hù)必須指定具體的參數(shù)值才能進(jìn)行產(chǎn)品配置。從而得到最終的配置結(jié)果。對(duì)于文中的汽車(chē)顏色,客戶(hù)可以從銀、黑、白、藍(lán)、紅5種常用顏色中任選其一,也可以提供三原色的份額比(理論上,由青、品紅、黃三原色按不同的份額比調(diào)配混合可以形成無(wú)限種顏色。),從而得到完全按客戶(hù)要求定制的顏色,表示為Color=-{銀色,黑色,白色,藍(lán)色,紅色,三原色的份額比l。因此,如果客戶(hù)不愿意從5種常用顏色中進(jìn)行選擇。則必須指定具體的三原色份額比,才能配置產(chǎn)品。
此外,若在連續(xù)值域區(qū)間采用分段的方式,每一段區(qū)間用一個(gè)參數(shù)值來(lái)代替。這樣就將包含連續(xù)值域的變量轉(zhuǎn)換成了包含離散值域的變量。例如,假設(shè)某類(lèi)軸承可用長(zhǎng)度參數(shù)來(lái)體現(xiàn)。其參數(shù)取值為[0.5,1]米中的任意實(shí)數(shù),將這一區(qū)間以O(shè).001米為長(zhǎng)度間隔,分成500等份,并用0.5代替區(qū)間[0.5,0.5005,用0.501代替區(qū)間[0.5005,0.5015,依次類(lèi)推,則用集合Lensth=10.5.0.501,...,0.999,l}就能描述這類(lèi)軸承。
3.4 配置規(guī)則
配置規(guī)則表達(dá)邏輯產(chǎn)品模型中各構(gòu)件之間的約束關(guān)系。為便于規(guī)則庫(kù)的建立和在實(shí)例化過(guò)程中有針對(duì)性地引用相關(guān)規(guī)則,將配置規(guī)則分為變量配置規(guī)則和內(nèi)部約束規(guī)則,其中,變量配置規(guī)則用來(lái)解決外部約束問(wèn)題,內(nèi)部約束規(guī)則用來(lái)解決內(nèi)部約束問(wèn)題。在確定了配置變量之后,用變量配置規(guī)則來(lái)表達(dá)產(chǎn)品的配置變量與構(gòu)件間的推理關(guān)系:用內(nèi)部約束規(guī)則來(lái)表達(dá)邏輯產(chǎn)品構(gòu)件間的推理關(guān)系。因此。必須將配置變量的取值與邏輯零部件的參數(shù)取值相關(guān)聯(lián),同時(shí)將邏輯零部件間的參數(shù)取值相關(guān)聯(lián),這種關(guān)聯(lián)關(guān)系可以是1:1、1:N或M:N。
假設(shè):如果客戶(hù)選擇Type={Baselinel,則汽車(chē)Gearing為Automatic驅(qū)動(dòng)Gearing.且Radio為A型Radio。此時(shí),變量配置規(guī)則可表示為:if Type=”Baseline”,then Gearing=”Automatic驅(qū)動(dòng)”。Radio=”A型”。如果Radio為A型Radio,則CDPIayer為H828型.用內(nèi)部約束規(guī)則可表示為:ifRadio=”A型”,then CDPIayer=”H828型”。
此外。在配置規(guī)則的運(yùn)算中,除了包含賦值運(yùn)算符(=)外,還可以應(yīng)用所有合法的運(yùn)算符來(lái)描述規(guī)則,如一元運(yùn)算符(+、-、!及~)、算術(shù)運(yùn)算符(+、-、==、及!、=)、關(guān)系運(yùn)算符(>、<、≥、≤、==及!、=)、邏輯運(yùn)算符(&&與II)、遞增運(yùn)算符(++)和遞減運(yùn)算符(一)等。
4 推理求解算法
由于邏輯產(chǎn)品的約束關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜。因此必須通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品配置。這必然涉及到相應(yīng)的推理求解算法,本文采用正向推理的方法。其算法可分為以下5個(gè)步驟:
(1)輸入客戶(hù)配置條件,并識(shí)別及匹配第一條配置規(guī)則,轉(zhuǎn)(2)。
(2)若條件為真,轉(zhuǎn)(3);否則轉(zhuǎn)(4)。
(3)若屬性已賦其它值(即與該條配置規(guī)則中的結(jié)論不符),或賦了非法值,輸出”無(wú)解”,程序結(jié)束;否則執(zhí)行配置規(guī)則中相應(yīng)的操作,轉(zhuǎn)(4)。
(4)若規(guī)則庫(kù)為空,轉(zhuǎn)(5),否則識(shí)別及匹配下一條規(guī)則,轉(zhuǎn)(2)。
(5)若所有邏輯產(chǎn)品的構(gòu)件都已賦值,輸出產(chǎn)品BOM,否則輸出”無(wú)解”。程序結(jié)束。
5 案例仿真
以圖3所示簡(jiǎn)化汽車(chē)產(chǎn)品族的邏輯BOM結(jié)構(gòu)模型為基礎(chǔ),配置變量及其值域如下所示:顏色Color={銀色,黑色,白色,藍(lán)色,紅色,三原色的份額比},類(lèi)型Type=(Base-line, City, Sport,裝備等級(jí)Package=(Standard, Luxury),最大時(shí)速M(fèi)axSpeed=(150km/h , 200km/h)。
共包含26條配置規(guī)則,如下所示:
本文采用java語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)1案例仿真,構(gòu)建出一個(gè)配置界面,如圖4所示。其中默認(rèn)的Type="Baseline",Package="Standard",MaxSpeed=150km/h;默認(rèn)的三原色(青、品紅、黃)的份額比為1:1:1,可任意修改;默認(rèn)的Color選項(xiàng)為空,亦可從下拉菜單中進(jìn)行選擇,輸人配置條件并按下確認(rèn)按鈕(confirm button},將顯示出最終配置結(jié)果。
假設(shè)客戶(hù)需求為:Color="黑色”,Type="City",Package="Luxury" , MaxSpeed=150km/h,則整理后有如表2所示的配置結(jié)果。此時(shí),需要客戶(hù)參考報(bào)價(jià)或性能等進(jìn)行交互選擇。
表2 邏輯產(chǎn)品配置結(jié)果
若客戶(hù)需求為:Color=1:2:1,TyPe="Sport", Package="Luxury", MaxSpeed=150km/h,則配置結(jié)果顯示為無(wú)解,即沒(méi)有滿(mǎn)足客戶(hù)需求的汽車(chē)。此時(shí),客戶(hù)必須調(diào)整需求重新進(jìn)行配置。
6 結(jié)論
設(shè)計(jì)和生產(chǎn)滿(mǎn)足客戶(hù)個(gè)性化需求的產(chǎn)品越來(lái)越為企業(yè)所關(guān)注,一個(gè)發(fā)展的趨勢(shì)是采用大規(guī)模定制的生產(chǎn)模式,并用可配置的產(chǎn)品來(lái)滿(mǎn)足客戶(hù)的個(gè)性需求。產(chǎn)品配置作為大規(guī)模定制生產(chǎn)中的重要技術(shù),其關(guān)鍵在于強(qiáng)大靈活的配置模型和有效的求解策略。本文提出了一種新產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型—邏輯BQM,它能夠描述無(wú)限種可能的產(chǎn)品變體,支持解決按訂單制造與按訂單裝配相混合環(huán)境下的產(chǎn)品配置間題;鑒于基于規(guī)則的配置知識(shí)表示方法的常用性和適用性,運(yùn)用規(guī)則構(gòu)建了基于邏輯BOM的產(chǎn)品配置知識(shí)庫(kù);最后,通過(guò)仿真驗(yàn)證了本方法的可行性。
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本文標(biāo)題:ERP系統(tǒng)大規(guī)模定制下基于邏輯BOM的產(chǎn)品配置實(shí)現(xiàn)方法研究
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