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。

核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴(lài)品牌。

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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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