0 引言
随着制造业市场竞争的日趋激烈，传统制造环境下的企业产品结构由于用户的个性化需求而变得愈来愈复杂，产品的设计更改更频繁、无法有效管理产生的多而混杂的文档版本、出错率居高不下，难以适应现代生产的要求。作为PDM体系结构的重要组成部分的PCM，是广义的物料清单(BOM)管理，可以较好地支持现代制造环境下的复杂产品管理及客户定制过程。PCM以产品结构为基础，以结构BOM为组织核心，将最终产品的工程数据及其设计过程中产生的文档联系起来，实现产品全生命周期内的数据有效组织、管理与控制，并在一定目标和规则约束下向用户或应用系统提供多种BOM及描述，如设计BOM、制造BOM、计划BOM、财务BOM和销售BOM等。因企业存在多种BOM描述，要保证这些BOM的一致性、正确性就必须将产品结构中的零/部件按照满足客户需求的条件进行组合约束配置，从而得到客户需要的产品结构。这种满足客户需要的条件称为配置条件，对各种配置条件进行组合约束会产生多种不同的产品结构，多种配置条件的组合、约束称为配置规则。
1 产品配置规则与配置管理
在产品配置管理中，企业产品的主要参数值往往被组合成多种配置条件和配置规则。如高速列车塞拉门产品的门类型有气动门、电动门等；使用的电源电压有DC24V、DC72V、DC110V等；门系统控制方式有手动、电控气动、集控气动等；门板厚度在32～43mm范围等，这些参数之间有的互不影响，而有的则相互冲突。再考虑其他因素，如门的结构样式、价格、通过高净开度等因素，就可以得到若干组合配置条件，根据这些配置条件将得到成千上万的产品结构，这些配置规则在计算机的各种算法支持下进行配置，将大大简化产品配置过程，降低开发成本，快速满足客户的需求，因此产品配置也是基于客户需求的大规模定制生产模式下的核心使能技术。产品配置规则主要分为变量配置规则、版本配置规则和有效性配置规则三种类型。
1.1 变量配置规则与配置管理
变量配置规则基于产品的功能结构或概念结构模型，该模型仅仅描述产品的功能组成以及各个子功能之间的相互关系，如塞拉门产品主要由门扇、导向、承载、锁闭、驱动和控制等功能部件组成，其中门扇部件又由门板、玻璃等零/部件功能构成，承载部件由携门架、底架等零/部件功能构成，塞拉门产品的功能模型如图1所示。
图1 塞拉门产品的功能模型
产品主要参数值一般是由关键零/部件某个属性的值决定的，当零/部件的某个属性具有多个取值时，就可将该属性视为配置变量，如门类型有“气动”及“电动”二种取值，则门类型就可作为配置变量。配置变量的数据类型通常为字符型、数字型、逻辑型及日期型，按照数学运算符(≥、≤、＝、＞、＜、＜＞等)及逻辑运算符(AND、OR、NOT、LIKE等)组合成配置条件及配置规则，如(门类型=“气动”)、(电源电压=“DC24V”)就是两个配置条件，而[(门类型=“气动”)AND(电源电压=“DC24V”)]则是两个配置条件经过逻辑与运算得到的配置规则。复杂的配置规则可采用二叉树的算法实现逻辑表达式的自动推导求解。图2所示是描述了塞拉门产品从门类型、电源电压及门板厚度三个配置变量的若干选项来确定塞拉门产品的具体结构配置实例，图2中塞拉门A131产品的配置约束规则为：[(门类型=“气动”)AND(电源电压=“DC110V”)AND(门板厚度=“32mm”)]。
图2 塞拉门产品的具体结构配制实例
变量配置规则主要面向产品的功能配置，根据客户的需求情况定制产品的设计参数，在原产品的基础上进行改进设计，就可以产生满足不同层次用户需求的，具有不同功能的系列化产品结构。因此变量配置规则主要应用于系列化产品的配置场合。
1.2 版本配置规则与配置管理
版本是记录产品或零/部件对象的各个可选状态的快照。版本模型有线性版本模型、树型版本模型和有向无循环图版本模型三种。第一种非常适用于零/部件设计过程中各个阶段生成的设计版本，不能用于有多种可选设计方案的情况；而第二种则反映零/部件设计过程中以某一中间版本为基础，选择多种设计方案而形成的多个设计结果的情况；第三种则反映由零/部件的多个设计版本合成一个新版本的情况，是一种较完善的模型，其余两种模型是该模型的特例。产品设计过程中由于描述的方法不同、设计方案与性能要求的差异以及设计人员主观意识的差别，导致设计产生多个不同的设计结果(多种可能状态)，则每个状态称为该产品或零/部件的一个版本，显然加入版本后，其产品设计的复杂性大大增加。采用版本来统一协调管理不同阶段工作的信息并有效记录设计历史过程，当已归档的设计结果需要更改时，可以借助于PDM的工作流技术来升级版本，以保证设计的一致性。在PDM中与版本有关的对象包括零/部件及其设计文档。通常这些对象在设计过程中存在工作版本、提交版本、归档版本、冻结版本及发行版本五种版本，其版本可按照时间顺序采用线性版本模型管理。
版本配置主要基于五种版本分别进行配置。若干工作版本中除最新版本外，其余均是只读版本，各版本之间具有某种延续关系，使设计具有追溯性。塞拉门产品BOM模板及按照配置规则进行有效性配置的产品部分结构见图3。目前常用的两种配置方法是按照已发行最新版本配置和按照已发行所有版本进行配置，图3a所示是已发行所有版本的塞拉门产品结构，如果按已发行最新版本配置，则门扇部件版本号应为2.1，携门架版本号为2.0(见图3b)。对于同一版本的产品零/部件的版本配置遵循有效性配置规则。
图3 塞拉门产品BOM模板及按照配置规则进行有效性配置的产品部分结构
1.3 有效性配置规则与配置管理
产品结构中的零/部件如果有多个版本，各个版本有效时间范围各不相同，如在BOM中不同层次上有同一零/部件的不同版本或同一版本分布在BOM的不同层次上，则可按照树型版本模型进行配置，也称为有效性配置。有效性配置适合于非系列化产品的单一产品中的不同版本零/部件、可选件、替换件按照版本有效时间范围、结构有效时间范围等配置项进行配置的场合。
配置项可用一个八元组表示，记为cfg：=<proID，partID，optType，attrVal，repPID，excPID，sDate，eDate>，其中proID表示产品标识，partID表示零／部件标识，optType表示选项标记，attrVal表示对应optType选项的值，当optType=1表示版本有效性，其attrVal表示具体的版本值；当optType=0表示结构有效性，其attrVal表示是否选用、是否替换、是否互换等选项值，用1表示肯定值，用0表示否定值，repPID表示替换零/部件的标识，excPID表示互换零/部件标识，sDate表示生效日期，eDate表示失效日期。
在图3a所示的塞拉门产品模板的基础上如果设定表1所示的时间有效性或结构有效性配置规则，则如果当前配置时间是2011年4月1日，则按照表1给出的配置规则进行有效性配置的效果如图3c所示；如果当前配置时间是2012年3月1日，则按照表1给出的配置规则进行有效性配置的效果如图3d所示，从图3b、图3c、图3d中可以看出不同的配置规则得到的塞拉门产品的结构不太一样，因此可采用软件灵活配置的技术来达到管理复杂产品多样性的目的。
表1 有效性配置规则定义
2 产品配置概念数据模型及配置算法
单一产品配置必须首先建立一个标准产品模板树，该模板树拥有所有版本的零/部件及其设计文档，其零/部件配置信息存放在配置项规则表中，按照BOM树递归搜索算法依次判断各个层次节点是否满足给定的配置规则，其产品配置数据逻辑模型如下。
产品信息(产品编码、产品版本、产品名称、规格和型号)；BOM模板库(模板编号、父编号、物料编码、产品编码、产品版本、子版本、装配数量、层次和底层标识)；物料信息(物料编码、物料名称、物料类型、结构类型、图号、材料牌号、单位、单位重量、设计修改号、版本、生效日期、失效日期和设计人)；配置项信息(配置编码、配置项名称、是否有效、选项标记、选项值、替代件、互换件、生效日期和失效日期)；配置规则库(规则编号、物料编码、配置条件、逻辑运算符、生效日期和失效日期)；临时BOM树结构以及数据库配置BOM表结构与BOM模板库结构相同。其中BOM模板库存放着产品的BOM树信息，该树拥有所有版本的零/部件信息；而配置项信息表中存放所有的配置条件，在配置系统中可以读出配置条件并进行条件组合形成配置规则存放在配置规则库中。
目前国内外学者提出了较多的产品配置模型及算法。一个基于知识的采用深度优先的启发式搜索策略求解算法；基于约束推理的产品配置模型；基于可适应的通用产品结构(Adaptive Generic Product Structure，AGPS)的产品家族树的模型配置方法。本文提出的产品配置过程是从数据库中一次性提取产品结构树模板，便于按照树深度搜索各零/部件节点，结合零/部件配置规则库分别进行各节点的配置，算法步骤描述如下。
1)在产品信息表中选择当前要配置的产品编码与版本，从BOM模板库(树)的0层提取要配置的对应物料编码pno，将其对应的信息存放至临时BOM树中。
2)从BOM模板库中查找当前父物料号等于pno的零/部件结构信息，如果未找到，转步骤5)；否则取得该结果行的第一行信息，转步骤3)。
3)如果该行是零件信息，则在配置规则库中查找对应的物料配置条件，并将生效、失效日期与当前日期比对后，确定该零件配置条件是否有效，如果有效则完成配置；如果该物料是部件，则转步骤4)进行；如果无效，则取当前结果集的下一节点进行配置，重复步骤3)。
4)取出当前行部件的父物料号放在变量ppno中，对该部件查找相应的部件配置条件，完成部件配置，以确定该部件选用的结构有效性及版本有效性情况，将pno替换成ppno再进行配置；重复步骤2)～步骤4)；直到产品或部件全部配置完成，转步骤5)。
5)将临时BOM树结果转存至数据库配置BOM表中。
算法步骤1)～步骤5)得到的数据库配置BOM表可根据某部件或零件逐级正向查询产品树的组成关系(反映装配顺序关系)。如果配置效果不满意，则修改配置规则重新配置，以满足用户的定制需求。
3 塞拉门产品配置应用实例
由项目组自行研发的某高速列车塞拉门配置系统实现了上述算法，塞拉门产品配置管理系统部分配置界面如图4所示。图4中：①是变量定义与取值窗口，主要设置零/部件哪些属性变量需要配置，并给出变量允许值的范围；②是根据客户需求构造配置条件并进行组合约束，形成配置规则；③是某塞拉门产品所有版本零/部件构成的BOM模板库；④是按照版本配置规则对塞拉门产品进行配置的结果。
图4 塞拉门产品配置管理系统部分配置界面
4 结语
产品配置与管理是PDM系统的核心功能之一，是产品设计、客户需求、ERP计划及制造的联系纽带。国内PDM系统的PCM功能由于各种原因普遍薄弱，对PCM的模型研究、算法尚不成熟且与软件开发脱节。研究给出的数据逻辑模型建立在数据库系统之上，实现配置变量与配置规则入库管理，并基于产品树的递归算法实现了产品配置管理功能，操作简单，易于用户交互。在一定程度上满足用户的产品定制要求与产品配置。基于面向对象的开发技术，使开发的系统能够重用、容易维护，基于数据库的BOM树配置功能更容易与企业CAD、CAPP、CAM、CAE、MC、ERP进行集成，实现多种BOM的信息共享与数据一致性。目前该配置系统的配置决策能力尚显不足、配置规则库尚不丰富，需要进一步完善。
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本文标题：PDM环境下产品配置管理技术的研究
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