產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型的合理性分析

產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型的合理性分析

在快速產(chǎn)品配置的設(shè)計(jì)中，有必要建立產(chǎn)品功能模型、結(jié)構(gòu)模型和成本模型。本文提出了一種基于結(jié)構(gòu)化超圖模型的產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型,并給出其配置算法。1超結(jié)構(gòu)模型1.1x-q-e-pxs-em超圖超圖是一個(gè)集合系統(tǒng),是最具一般性的離散結(jié)構(gòu),它最早由Berge提出。設(shè)一有限集合X={x1,x2,…,xn},X的子集族為E={Ei|i∈I,Ei?X},如果E滿足Ei≠?(i∈I)和∪i∈IEi=X∪i∈ΙEi=X,則稱子集族E為集合X上的超圖。二元組H=(X,E)稱為一個(gè)超圖,其中元素x1,x2,…,xn為超圖的頂點(diǎn),子集E1,E2,…,Em為超圖的邊。在一般圖論中,邊表示的是兩個(gè)頂點(diǎn)之間的關(guān)系,而在超圖中,一個(gè)邊表示的是多個(gè)頂點(diǎn)之間的關(guān)系,它包涵有類的概念。如在一個(gè)家庭中,人員之間的各種不同的關(guān)系可以用圖的邊來(lái)表示,而家族的關(guān)系必須用超圖來(lái)表示,超圖的一個(gè)邊就代表了一個(gè)家族。在超圖定義的基礎(chǔ)上可以給出一種子超圖的定義:H′=(V′,E′)為H的子超圖,滿足V′?V且E′={e′∈E|e′?V′}。子超圖H′的邊界頂點(diǎn)集合BV(H′)和邊界超邊集合BE(H′)分別表示為BV(H′)={x∈V′|?e=E-E′且x∈e}和BE(H′)={e=E-E′|?z∈V′且z∈e}。1.2hr的父超圖與父子關(guān)系超圖H的一個(gè)子超圖H′為可約減頂點(diǎn)的條件是H′為連通子圖,可以用一個(gè)復(fù)合頂點(diǎn)來(lái)替換可約減子超圖H′,這是一個(gè)抽象的過(guò)程,可表示為Abs(H,H′,x)=(H(R),Φ)。x為復(fù)合頂點(diǎn),用它可以替換子超圖H′;H(R)為約減后的超圖;Φ為映射關(guān)系,描述x和H(R)之間的邊界連接關(guān)系。H(R)稱為H′的父超圖,二者之間構(gòu)成父子關(guān)系。在此基礎(chǔ)上可以描述結(jié)構(gòu)化超圖模型。集合H={H0,H1,…,Hn}為一個(gè)超圖集合,滿足如下關(guān)系:①Hi≠Hj,i≠j,i,j=0,1,…,n;②在H中存在惟一元素H0,使得H中的每一個(gè)超圖Hj都不是H0的父超圖;③對(duì)于H-{H0}中的每個(gè)Hj存在惟一的父超圖HI。這些超圖之間的關(guān)系可用一個(gè)結(jié)構(gòu)化超圖模型來(lái)表示,見圖1。超圖模型結(jié)構(gòu)化過(guò)程是一個(gè)不斷抽象和約減的過(guò)程,此過(guò)程的一個(gè)重要原則是不能損失原有的信息,這通過(guò)超圖約減過(guò)程中的映射關(guān)系Φ來(lái)保持。Φ描述了約減過(guò)程中父子超圖之間的邊界連接關(guān)系,可表示為Φi:BE(Hi)→BV(Hi),i=1,2,…,n。例如在約減H1的過(guò)程中有Φ1(e1)={2},Φ1(e2)={4},Φ1(e3)={5},Φ1(e4)={3}。通過(guò)對(duì)超圖模型不斷抽象,使之結(jié)構(gòu)化,這樣使得各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間保持了相對(duì)的獨(dú)立性,為進(jìn)一步分析帶來(lái)了方便。2產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型的建立方法產(chǎn)品族模型與產(chǎn)品模型的形成過(guò)程有較大不同,產(chǎn)品族模型在需求分析階段考慮的是現(xiàn)有和未來(lái)客戶的需求;在產(chǎn)品族功能模型和結(jié)構(gòu)模型的形成過(guò)程中需要系統(tǒng)考慮各方面的因素,采用標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化的方法來(lái)建立產(chǎn)品族模型。產(chǎn)品族模型的最直接表現(xiàn)是產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型。2.1產(chǎn)品宗族結(jié)構(gòu)模型產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)包括產(chǎn)品數(shù)據(jù)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù),與此相對(duì)應(yīng)分別采用產(chǎn)品源數(shù)據(jù)和產(chǎn)品源結(jié)構(gòu)來(lái)表示產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型。2.1.1產(chǎn)品族產(chǎn)品源的編碼對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的描述可用特征和特征值表示,產(chǎn)品源數(shù)據(jù)通過(guò)特征和特征值的集合來(lái)表示一組相似的產(chǎn)品。描述一個(gè)產(chǎn)品的特征可能有很多,而使產(chǎn)品產(chǎn)生差異的特征可能只是有限的幾個(gè),這樣可以取一個(gè)最小的能表示不同產(chǎn)品的特征集合來(lái)描述產(chǎn)品源數(shù)據(jù)。設(shè)有3個(gè)相似產(chǎn)品a、b、c,它們相對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品特征描述分別為{(p1,v11),(p2,v21)},{(p1,v11),(p2,v22)},{(p1,v12),(p2,v21)},其中p表示產(chǎn)品特征參數(shù),v表示特征參數(shù)值。在此基礎(chǔ)上可以構(gòu)造產(chǎn)品源數(shù)據(jù)如下:{p1:{v11,v12}AND{p2:{v21,v22}|NOT((p1,v12)AND(p2,v22))},通過(guò)這個(gè)產(chǎn)品源數(shù)據(jù)可以衍生出其所有相似的產(chǎn)品數(shù)據(jù)描述。由于產(chǎn)品特征之間并不是能夠任意組合的,存在一些基本的特征,它們決定了產(chǎn)品的基本屬性,而另外有些特征是可選的,可同基本特征任意匹配,所以在確定特征的最小集合時(shí)就應(yīng)該綜合考慮這些因素,這樣能夠大大減少產(chǎn)品源數(shù)據(jù)的復(fù)雜性。通過(guò)對(duì)產(chǎn)品族的產(chǎn)品源數(shù)據(jù)進(jìn)行集合表示,可以簡(jiǎn)單地判斷出一個(gè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)描述是否有效。設(shè)D為產(chǎn)品源數(shù)據(jù)描述,d為產(chǎn)品描述,如果d∈D,則稱產(chǎn)品描述d有效,否則無(wú)效,說(shuō)明它不是某個(gè)產(chǎn)品族的實(shí)例。2.1.2產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型的形成產(chǎn)品源數(shù)據(jù)描述了產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)中各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù),其結(jié)構(gòu)及產(chǎn)品源結(jié)構(gòu)可以采用結(jié)構(gòu)化超圖模型來(lái)描述,見圖2。從上述描述中可以看出,結(jié)構(gòu)化超圖模型可以用來(lái)表示集合元素之間的復(fù)雜關(guān)系。圖2中集合{v1,v2,v3,v4}為產(chǎn)品族,集合{v5,v6,…,v17}為相應(yīng)部件族和零件族,它們之間組成關(guān)系由邊集合{ei}來(lái)表示。圖2的產(chǎn)品族及其組成部分之間的各種關(guān)系可表示成超圖H1,應(yīng)用上述結(jié)構(gòu)化超圖模型的形成過(guò)程可以形成產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型。產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型形成過(guò)程分為如下幾個(gè)步驟:(1)形成產(chǎn)品源數(shù)據(jù)抽取產(chǎn)品族和零部件族中的特征集合,形成產(chǎn)品源數(shù)據(jù)的集合描述。(2)產(chǎn)品組合關(guān)系規(guī)則化圖2中,{e1,e2,e3,e4}表示當(dāng)產(chǎn)品分別為{v1,v2,v3,v4}時(shí),其相對(duì)應(yīng)的零(部)件分別為{v5,v6,v7,v8}。在邊集合{e1,e2,e3,e4}所表示的組成關(guān)系中,必然存在某種內(nèi)在的聯(lián)系,可抽象為一些規(guī)則集合表示{((pi,vij)AND(pn,vnm)AND…?(px,vxy))…}。(3)約束表示在超圖結(jié)構(gòu)化過(guò)程中,各種邊界連接關(guān)系通過(guò)映射Φ來(lái)表示,組合關(guān)系也是通過(guò)映射Φ來(lái)表達(dá),然后抽象成各種規(guī)則。在各種關(guān)系中還包括約束關(guān)系,需要把這種映射關(guān)系轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的約束關(guān)系,如Φ(e5)={v8}?Consi(v8,v12)。在此只表示約束的表達(dá)方式,而不考慮具體的約束類型等。(4)形成產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型形成圖2所示的產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型。2.2產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型產(chǎn)品配置過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程,文獻(xiàn)對(duì)面向大批量定制的配置設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)描述,本文的重點(diǎn)只是在如何從產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型中獲得產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)例。從圖2可以看出,產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型可以表示成一棵樹,因而在從產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型中獲取產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)例的過(guò)程中采用樹的遍歷算法,在此采用的是樹的前序遍歷算法,得出的產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)例結(jié)構(gòu)為縮行展開式。設(shè)D、d分別為產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型中節(jié)點(diǎn)的產(chǎn)品源數(shù)據(jù)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)描述,Noden為子節(jié)點(diǎn)樹,Rules、Cons分別為相應(yīng)的產(chǎn)品組成關(guān)系規(guī)則和約束。根據(jù)此算法得出的產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)例是不完整的,還有待設(shè)計(jì)人員的進(jìn)一步取舍和修改才能得到完整的設(shè)計(jì)實(shí)例。3主機(jī)的結(jié)構(gòu)模型目前在汽車、計(jì)算機(jī)和服裝等很多行業(yè)采用了不同的產(chǎn)品定制方式來(lái)滿足顧客的多樣化需求。在此我們構(gòu)造一個(gè)計(jì)算機(jī)主機(jī)產(chǎn)品族的結(jié)構(gòu)模型,并給出了其配置過(guò)程。在給出的計(jì)算機(jī)主機(jī)產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型中,只列舉出了有限的幾個(gè)主要零部件及其主要約束關(guān)系作為示范,計(jì)算機(jī)主機(jī)(ComputerUnit)只包括主板(Motherboard)、硬盤(HardDisk)和CPU。它們相對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品源數(shù)據(jù)如下:計(jì)算機(jī)主機(jī):{Speed:{100M,133M,…,666M,800M,…}ANDCapacity:{430M,630M,…,9G}};主板:{Bustype:{PCI,VESA,EISA}ANDInterface:{ISA,EIDE,EISA}};硬盤:{Capacity:{430M,630M,…,2G,4G,9G}ANDInterface:{ISA,EIDE,EISA}};CPU:{Speed:{100M,133M,…,800M,…}ANDClass:{PentiumⅡ,PentiumⅢ,Celeron,AMD}}。采用上述結(jié)構(gòu)化超圖模型可構(gòu)造出主機(jī)產(chǎn)品族的結(jié)構(gòu)模型,見圖3。主機(jī)和硬盤之間的組成規(guī)則為Rule(ComputerUnit-HardDisk):(ComputerUnit.Capacity=XM)?(HardDisk.Capacity=XM)約束關(guān)系為Cons(HardDisk.Interface,Motherboard.Interface)其它各種組成關(guān)系和約束關(guān)系也可分別表示出。根據(jù)前面介紹的配置算法,可以配置出一個(gè)主機(jī)產(chǎn)品的一個(gè)實(shí)例如下:ComputerUnit:Speed=450M,Capacity=630M;HardDisk:Capacity=630M,Interface=EIDE;CPU:Speed=450M,Class:{PentiumⅡ,PentiumⅢ,Celeron,AMD};Motherboard:Bustype=PCI,Interface=EIDE?？梢娺€有CPU的品牌沒(méi)有確定,需要進(jìn)一步輸入有關(guān)信息才能確定,如考慮整機(jī)的穩(wěn)定性和價(jià)格因素等。通過(guò)這個(gè)簡(jiǎn)單的例子說(shuō)明產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型的形成及配置過(guò)程。當(dāng)然,合理的產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)只是產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)的一個(gè)基礎(chǔ),只是產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)過(guò)程中一個(gè)重要的環(huán)節(jié),它的合理性是建立在對(duì)用戶需求進(jìn)行詳細(xì)分析和合理表達(dá)的基礎(chǔ)之上的。通過(guò)配置可能會(huì)同時(shí)配置出好幾個(gè)產(chǎn)品實(shí)例,這需要對(duì)配置結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià),以選出最優(yōu)的配置,或者是當(dāng)配置結(jié)果都不能滿足要求的時(shí)候還需要進(jìn)行變型或者全新設(shè)計(jì)。為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品快速配置設(shè)計(jì),需要建立完善的產(chǎn)品族功能模型、結(jié)構(gòu)模型、成本模型和評(píng)價(jià)模型等,在此基礎(chǔ)上才能實(shí)現(xiàn)最終的合理配置。4產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型的建立與驗(yàn)證產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型的合理性對(duì)成功的產(chǎn)品配置非常