1 前言
隨著市場競爭的加劇和用戶需求的快速變化，產品制造企業，特別是內燃機行業，對產品結構定義和配置管理提出了更高的要求，使得產品設計資料的成套性難以把握，而且不易直觀準確地獲取所需的產品結構，并對其進行有效的配置。而采用基于PDM構架的產品結構和配置管理技術，可有效解決這一技術難題。作為產品數據組織與管理的一種形式，產品結構與配置管理以電子保險箱為低層支持，以材料清單為組織核心，可以把定義最終產品的所有IT程數據和文檔聯系起來，實現對產品數據的有效組織、管理與控制。
目前，在我國內燃機行業，產品數據管理技術的研究主要局限于大學、研究院所和少數大型企業，相當一部分中小企業的設計手段和加T技術還普遍較為落后。企業應用的計算機輔助工具和信息系統都是局部的、面向企業某個部門的應用系統，企業不同部門之間的信息共享程度低、文檔管理方式落后、設計方式陳舊。很多內燃機企業已開始采用PDM系統，但由于PDM軟件的系統性、集成性和實用性方面與國外存在較大差距，所以未能在內燃機行業中廣泛應用。因此，本文從內燃機產品設計需求出發，研究產品結構與配置管理的原理、方法和實現技術，以期提升PDM系統的實用性，為解決內燃機企業在對產品設計開發進行信息化管理時存在的問題提供支持。
2 產品結構與配置管理現狀
PDM技術的發展經歷了由最初的文檔管理到流程管理、安全管理，再到產品結構與配置管理的過程。目前，對產品配置的研究主要集中在配置知識的表示、建模和配置問題的求解三個方面：(1)在配置知識的表示上，有基于規則、約束、資源、算法等方法；(2)在產品配置的建模方面，主要有面向對象的配置模型、基于GBOM (GenericBill-Of-Materials)的產品配置模型等；(3)在配置問題的求解方面，則有約束滿足的方法、基于實例的方法、資源平衡的方法等。
內燃機是一個非常復雜的機電產品系統，它包含許多機構和系統。這些機構和系統的構造和組成，又隨著發動機的用途、性能、型號的不同而千差萬別。但就其總體結構而言，都是由機體組、曲柄連桿機構、配氣機構、進排氣系統、燃油系統、冷卻系統、潤滑系統、起動系統和有害排放物控制裝置等組成。每個系統、機構又包含很多零部件。如果是汽油機，還包括點火系統。若為增壓發動機，則還應有增壓系統。這些系統之間既相互獨立，又相互聯系。隨著內燃機產品的設計方法和手段日益現代化，利用CAD、CAE、CAPP等現代設計方法產生的各種數據更加繁冗復雜。
結合內燃機產品的特點及目前產品結構與配置管理的研究現狀，本文基于內燃機產品結構模型，通過建立相應的零部件庫、配置規則實現了產品結構與配置管理。
3 產品結構管理
產品結構管理是產品配置管理的前提，是PDM系統實現產品結構化配置管理的框架，通過該框架生成、命名、管理一對一、一對多的產品結構關系，以及控制基于關系對象的產品數據和過程。產品結構管理，主要是對產品的概念設計方案、功能組成模塊、具體結構及材料清單(BOM)進行管理，實現計算機輔助設計及生產管理系統的接口，為PDM的產品配置和過程管理提供結構數據和相應的支持文檔。
產品結構，可以分為完整產品結構和具體產品結構。完整產品結構，包括一個產品的所有可能的零部件，其中包括這些零部件的不同版本。具體產品結構，包括構成一個具體產品的所有零部件。利用事先建立的完整產品結構，按照滿足用戶所需功能的要求，設計或選擇零部件，把這些零部件按照它們的功能、某種組合規則和某種條件進行編組，形成一個具體產品，稱為產品結構配置。產品結構模型反映了產品的零部件關系及版本關系。系統通過文檔對零部件進行詳細的描述，零部件的版本與文檔的版本相互對應，因此，產品結構管理與產品配置緊密相關。本文結合內燃機產品的數據特點，按照功能結構建立起如圖1所示的內燃機產品結構模型。
圖1 內燃機產品結構模型
4 零部件族管理
采用零部件庫的分類管理，可以把傳統的基于產品的管理模式改為基于零件的管理模式。如圖2所示，基于產品的管理模式轉化為基于零件的管理模式，這種模式解決了數據冗余和零部件相關更改的問題，并保證了數據的質量。這樣便于管理、查找及瀏覽產品和相關信息，提高了產品變型配置設計的效率。但由此引出的零件與部件（或產品）的對應關系就是利用信息技術實現管理的難點。由此可見，產品結構管理應該選擇基于零件的管理方式，只有這樣才能快速配置產品，進行產品變型，幫助企業避免重復性的T作，節約時間。
圖2 基于零部件庫的管理模式
零件分類的方法，應根據企業的產品結構特點和應用特點來組織。本文結合內燃機產品結構及零部件的特點，首先按照功能需求將產品所有零部件結構分成各個大的系統或機構，整體形成多重交替的總體零部件庫。然后，每個功能結構類（即系統或機構）的節點處放置按該類型的所有型號的組件或部件，各個部件的節點處又放置對該部件的結構細分，結構的節點下放置按該類型的所有型號的部件，由此逐步向下，最終形成一個完整的樹型的零部件庫。圖3給出了內燃機總體零部件庫示意圖，為以后的內燃機產品配置提供了基礎。
圖3 基于零部件庫的管理模式
5 產品配置管理
所謂配置，按照IS0 1007對配置管理的基本定義，是指“對被描述在技術文檔中的或者體現在產品實際使用過程中的產品功能特性和物理特性所進行的表示”。這是從產品特性的角度對產品配置進行的定義。配置過程也可以被看成是一個選擇一組構件并維護其關系，以形成一個設計解決方案來解決客戶需求的過程。
產品配置，可以理解為一個根據預定義的部件集和部件之間的相互約束關系，按照某種確定的配置規則，使產品及其零部件的屬性逐步滿足用戶的需求，通過二者匹配問題的求解，最終組合形成客戶需求的產品。產品配置規則是在進行產品結構配置時選擇零部件的準則，產品配置規則一般分為3種：變量配置、有效性配置、發放狀態配置。產品配置的作用就是根據客戶定制產品的要求，通過對產品族通用模型的功能、性能、結構構型以及零部件進行選配，以及對局部零件功能和結構、尺寸的相應變化來快速設計出滿足客戶需求的定制產品。
在產品結構模型和零部件庫建立的基礎上，提出了基于產品結構模型的內燃機產品配置模型，如圖4所示。圖4中，在產品配置系統中建立了一個配置規則庫，存放了一系列的配置規則，這樣可以針對客戶需求選擇不同的配置規則和配置條件，實現產品配置。在零部件庫的支持下可以基于通用產品結構模型，根據不同的配置條件和客戶的需求選用零部件，配置出具體需求的產品結構。
由于內燃機產品結構復雜，所以本文首先對內燃機產品進行功能分解，分解成可以實現某個具體功能的系統或機構，然后基于用戶需求，選擇不同的配置規則，搜索零部件庫，選取需要的零部件。具體的配置過程見圖5。
圖4 產品配置模型
圖5 內燃機產品配置流程圖
6 結束語
本文基于產品結構和配置管理理論提出了產品結構模型、零部件族管理模型、產品配置模型及產品配置流程，實現了內燃機產品配置。其關鍵是零部件庫和配置規則庫的建立，它需要把客戶的需求轉變為配置規則，配置規則需要在具體配置過程中不斷完善。本文中提出的產品配置方法也適用于其他機械產品的數據管理和配置管理。
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本文標題：內燃機產品結構與配置管理技術研究
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