维普资讯 http://www.cqvip.com 第５卷第５期 ２００６年７月 杭州师范学院学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈａｎｇｚｈｏｕ Ｔｅａｃｈｅｒｓ Ｃｏｌｌｅｇｅ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｖｏ１．５ ＮＯ．５ Ｓｅｐ．２００６ 文章编号：１００８—９４０３（２００６）０５—０４２９ ０４ 一种基于约束的产品配置模型 ． 胡 斌，陶利民 （杭州师范学院计算机系，浙江杭州３１００３６） 摘要：基于ＰＤＭ系统产品配置管理的概念，描述了产品配置过程和配置模型，并对产品配置管理过程进 行了－深入分析及抽象．通过引入容器的概念和约束满足机制，提出一个基于约束的新的配置管理模型并介绍该 模型的实现及其应用． 关键词：产品配置；约束；产品数据管理 中图分类号：ＴＰ３１ ９ 文献标志码：Ａ ０ 引 言 目前，面向客户、小批量、个性化的生产方式正逐渐代替原有面向产品的生产方式，成为２１世纪制造 业的发展方向．这种生产方式要求产品的设计、加工、组装和交付，都面向用户定单的需求进行．为适应这 种转变，企业需要能够面向定单进行生产控制的工具——产品配置管理软件． 产品配置管理（Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ）是ＰＤＭ体系结构的重要组成部分，＿口』实现对产 品结构的配置项和物料清单（Ｂ０Ｍ）的管理．它把产品定义的全部数据，包括几何信息、分析结果、技术说 明、工艺文件、合同订单和质量文件等，都与产品结构建立了联系，使用户能够方便地知道某一项变化所造 成的影响．因此，产品配置管理实质上就是广义的物料清单管理．利用产品配置管理模块，ＰＤＭ能够生成 物料清单，并依据用户指定的规则对产品结构进行配置，其实现的功能有…： １）物料清单的创建； ２）版本的控制； ３）支持Ｗｈｅｒｅ Ｕｓｅｄ（“用于何处”）搜索查询； ４）提供与ＭＲＰＩｉ／ＥＲＰ等系统集成的接口； ５）支持规则驱动配置． 在实现上，产品配置管理以数据仓库为底层支持，以物料清单为其组织核心，把定义最终产品的所有 工程数据和文档联系起来，实现产品数据的组织、控制和管理，并在一定目标或规则约束下向用户或应用 系统提供产品结构的不同视图和描述． 支持重用和规则驱动一直是产品配置管理开发过程中的难题，该文在约束满足理论的指导下，对产品 配置过程进行了深入分析，通过引入约束机制及容器的概念，提出一个基于约束的产品配置管理模型，提 收稿日期：２００６—０７－２２ ． 作者简介：胡斌（１９７８ ），男，浙江杭卅１人，助教，博士，主要从事智能信息处理、自治计算、网格计算方面的研究 维普资讯 http://www.cqvip.com ４３０ 杭州师范学院学报（自然科学版） ２００６年 高了产品配置管理的效率和自动化程度． １ 产品配置 １．１配置过程描述 按照国际标准ＩＳＯ１０００７的定义，配置是指对被描述在技术文档中或体现在产品实际使用过程中的 产品功能特性和物理特性进行表示．产品配置是指依据一定的配置规则、方法和手段完成一个产品所对应 的解空间．因此，产品配置过程就是一个对产品描述从不精确到精确的求解过程，配置精确程度的提高意 味着解的具体化．产品配置的最后结果是完成产品的空间拓扑结构、明确产品各组成部分的构成关系．具 体步骤包括； １）创建产品（部件）族：族是产品配置的基本部分，可以是零件，也可以是一个部件或产品的集合．产 品配置逻辑在产品（部件）族上进行定义． ２）创建变量表：变量表包括各个变量及变量间的约束条件．表的列是用户想要限制的参数的可能取 值．变量表把变量和它们的具体值联系起来，通过变量表建立约束条件，用户在使用过程中就可以通过只 选取一个变量的值而得到多个变量的值． ３）创建通用产品结构：用树状形式建立产品各层次包含的产品（部件）族的结构． ４）生成配置方案：在配置生成器中通过输入一些变量得到具体的解决方案．包括产品中包含的产品 （部件）族及其数量．一个配置方案是对多个产品（部件）族具体选择结果． ５）配置方案注册：建立产品配置同零部件的关联，并在注册器中记录该方案． １．２配置模型 产品配置过程使用非精确和精确两种方法，通过这两种配置方法相应产生：非精确结构模型和精确结 构模型［２］．下面简单介绍两者的不同之处： １．２．１ 产品非精确结构模型 产品非精确结构模型实际是对应产品开发过程中一个特定阶段的模型，是产品设计的中间结果．它是 一种未按照具体配置规则形成的一种产品结构，对应的是一种抽象结果，该模型定义了产品的核心性能、关 键性能参数及尺寸、各零部件的连接方式和总体布局，它不反映具体的零部件版本信息之间的复杂关系．它 由若干非精确零部件组成，突出产品信息的可配置性．非精确产品结构模型可以用于描述总体设计． １．２．２ 产品精确结构模型 产品精确结构是一种具体的产品，是对产品物理状况的定义．通过在非精确结构模型中定义零部件版 本和配置规则等约束信息可以形成产品的精确结构．产品精确结构模型包含了产品及其零部件所具有的 形状、结构、尺寸、材料、表面状况、连接方式和零件布局．该结构模型是可制造的，通过与企业资源、生产方 式等外界环境关联，产品精确结构模型可以物化为产品的制造模型． 非精确产品的模型表明部件及其子件的结构层次关系，屏蔽部件版本变化和子件版本变化之间的复 杂关系．通过非精确产品结构模型表达的解空间，利用精确配置手段，可以根据需求在短时间内得到合理 的产品配置，扩展了产品模型的使用范围． ２ 配置过程抽象 在此将产品配置过程的抽象模型分解为变量求解和约束满足两个子过程． ２．１变■求解子过程 产品非精确配置结构中的不确定零部件对应于抽象模型中的变量，每个变量都有相应的取值范围（即 值域），变量求解过程就是在配置过程中将不确定零部件确定化的过程．该过程遇到的最大问题在于配置 过程中出现的变量组合往往会使综合值域变得非常庞大，例如：某产品结构树的第ｉ层包含了４个变量 （Ａ ，Ａ ，Ａ。，Ａ ），每个变量ＡＩ可取值的个数为 ，则该层就有 ・ ・ 。・ 个解，求解过程的复杂性随 维普资讯 http://www.cqvip.com 第５期 胡斌，等：一种基于约束的产品配置模型 ４３ｌ 着 。・ ｚ・ ・ 值的增加而迅速增大． ２．２ 约束满足子过程 为了降低变量求解的复杂性，在此引入约束满足机制，在求解过程中自动进行约束满足检测，动态修 改变量的值域．约束满足问题可以定义成一个三元组＜Ｖ，Ｄ，尺＞，其中变量集Ｖ一／ｖ。，Ｖ ，…，ｖ ｝，相应 的定义域集Ｄ＝｛Ｄ ，Ｄ。，…，Ｄ ｝，Ｄ 为Ｖ 的值域；约束关系集Ｒ＝｛Ｒ ，Ｒ ，…，尺 ｝，每个约束尺 与ｖ的 一个子集相关，约束关系确定了它所涉及的变量定义域笛卡尔积的一个子集．对某个变量子集的所有成员 均赋予相应的值称为例化．一个例化若不违反任何相关约束，则称为合法的（或局部一致的）．对所有变量 的一种合法例化称为约束满足问题的一个解． 用约束图Ｇ＜Ｖ，Ｅ＞描述配置规则中的所有约束，其中图的结点对应变量 ，每条边Ｅ（ｉ， ）对应两 变量Ｖ。， 间的二元约束关系尺 ．给定一约束图Ｇ，任意的变量子集Ｘ确定了一个子网络Ｇ ，该子网络包 含了Ｇ中的所有只涉及到Ｘ中变量的那些约束． 约束满足在每次变量求解过程之后进行，由约束引擎根据约束图中的约束关系检测当前配置，报告检 测结果，同时修改相关变量的值域． 由于约束的存在，使得部分变量的值域相互影响，用函数关系可以表示为ｒ ＝，（ｒ ）［ ，其中 是 Ａ，的值域．在配置过程中动态修改变量的值域能够保证变量取值的有效性，提高配置效率． ３ 基于约束的产品配置模型 ３．１ 定 义 定义１容器，也称产品（部件）族，对应于抽象模型中的变量，它是对一个产品或部件的非精确描述， 它的属性和装配组成不确定；容器本身并不代表一种特定的产品零部件，而仅作为零部件的载体存在于产 品结构树上，在装配过程中每个容器都有一个可选集相对应．根据组成的不同，容器被细分为实容器和虚 容器： １）实容器，不可以被分解成子部件的载体； ２）虚容器，由多个（＞１）子部件构成，而且子部件中也有容器存在的载体；虚容器的值根据子部件中 容器的值确定． 定义２具现是将容器和它对应可选集中具体零部件产品建立联系的过程，具现操作可以由用户选 择手动实现，也可以在具现对照表的支持下由系统自动实现． ３．２模型 基于约束的产品配置模型以产品配置管理工具为核心，在传统ＰＤＭ零部件资源库的基础上新增了３ 个库：容器资源库、约束规则库和配置方案库．并增加了一个约束引擎，该引擎在配置过程中自动进行约束 满足检查，模型如图１所示： 图１ 基于约束的产品配置管理模型 形式上，模型可以表示为四元组＜Ｐａｒｔｓ，Ｃｏｎｔａｉｎｅｒｓ，Ｒｕｌｅｓ，Ｃｏｎｆｉｇ—Ｓｃｈｅｍｅ＞，零部件资源库 （Ｐａｒｔｓ）和零部件设计工具交互，并直接向产品配置管理工具提供配置资源；容器资源库（Ｃｏｎｔａｉｎｅｒｓ）实现 维普资讯 http://www.cqvip.com ４３２ 杭州师范学院学报（自然科学版） ２００６在 对系统所有容器资源的统一管理，在产品配置过程中，产品结构树上确定的节点从零部件资源库中获取， 而不确定或有多个可选项的节点则从容器资源库中获取；所有确定的产品结构树在注册之后被统一存放 于配置方案库（Ｃｏｎｆｉｇ—Ｓｃｈｅｍｅ）中进行统一管理；约束规则库（Ｒｕｌｅｓ）以约束图的方式记录了所有配置过 程中出现的约束关系，为约束引擎的执行提供规则支持．系统约束引擎在容器确定化过程中被激活，并自 动运行，它完成两项任务： １）根据约束规则库中的约束进行冲突检测，并报告结果，对于无法化解的冲突提交相应用户处理； ２）根据约束图中描述的容器问的依赖关系修改当前容器和相关容器的取值范围，从而保证进一步配 置的正确性和有效性． 系统配置方案库的引入提高了配置资源的重用性，降低了配置冗余．用户可以方便地从配置资源库中 复制配置方案，从而可以在原有基础上进行新的开发． ． 一 ４ 结束语 模型利用容器能显著提高产品配置过程的灵活性，实现在一棵产品结构树上同时进行多个产品开发 的目的，约束满足机制在配置过程中对可选范围动态地进行调整，从而提高配置有效性【４］．基于该模型开 发的系统在减少冗余提高资源重用性方面有良好的表现，并且能很好地支持目前企业流行的自顶向下的 增量开发过程．该模型已经被应用于浙江大天信息有限公司的ＧＳ—ＰＤＭ软件的产品配置模块中，从而显 著提高产品配置过程的自动化水平． 参考文献： ［１］童秉枢．现代集成制造系统（ＣＩＭＳ）系列产品数据管理（ＰＤＭ）技术［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２０００． ［２］汤文成，易 红，幸研，等．面向敏捷制造的产品配置管理［Ｊ３．计算机集成制造系统——ＣＩＭｓ，２００２（２）：１３７—１４０． ［３］常天庆，徐文胜，熊光楞，等．一种并行工程约束分解方法［Ｊ］．计算机学报，２００１（３）：１－７． ［４］Ｙｕ Ｊ Ｓ。Ｇｏｎｚａｌｅｚ—Ｚｕｇａｓｔｉ Ｊ Ｐ．Ｐｒｏｄｕｃｔ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｕｐｏｎ ｃｕｓｔｏｍｅｒ ｄｅｍａｎｄｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｄｅｓｉｇｎ，１９９９，１２１ （３）：３２９ ３３５． Ａ Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｍｏｄｅｌ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ ＨＵ Ｂｉｎ。ＴＡ０ Ｉ ｉ—ｒａｉｎ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ Ｔｅａｃｈｅｒｓ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００３６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｅｒｅ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ＰＤＭ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｃｏｎ— ｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｉｔｓ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｐｒｏｖｉｄｅｄ，ａｎ ａｂｓｔｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｉｓ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｐｒｏｖｉｄｅｄ．Ａｆｔｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ ｓａｔｉｓｆａｃｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔ ｏｆ ｃｏｎｔａｉｎｅｒ ｔｈａｔ ｉｓ ｎｅｗ ｉｎ ｐｒｏｄｕｃｔ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ，ａ ｎｅｗ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｉｔｓ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ，ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｒｏｄｕｃｔ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ；ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ；ｐｒｏｄｕｃｔ ｄａｔａ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ
