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)品配置的設計中，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)稱為一個超圖,其中元素x1,x2,…,xn為超圖的頂點,子集E1,E2,…,Em為超圖的邊。在一般圖論中,邊表示的是兩個頂點之間的關系,而在超圖中,一個邊表示的是多個頂點之間的關系,它包涵有類的概念。如在一個家庭中,人員之間的各種不同的關系可以用圖的邊來表示,而家族的關系必須用超圖來表示,超圖的一個邊就代表了一個家族。在超圖定義的基礎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的父超圖與父子關系超圖H的一個子超圖H′為可約減頂點的條件是H′為連通子圖,可以用一個復合頂點來替換可約減子超圖H′,這是一個抽象的過程,可表示為Abs(H,H′,x)=(H(R),Φ)。x為復合頂點,用它可以替換子超圖H′;H(R)為約減后的超圖;Φ為映射關系,描述x和H(R)之間的邊界連接關系。H(R)稱為H′的父超圖,二者之間構(gòu)成父子關系。在此基礎上可以描述結(jié)構(gòu)化超圖模型。集合H={H0,H1,…,Hn}為一個超圖集合,滿足如下關系:①Hi≠Hj,i≠j,i,j=0,1,…,n;②在H中存在惟一元素H0,使得H中的每一個超圖Hj都不是H0的父超圖;③對于H-{H0}中的每個Hj存在惟一的父超圖HI。這些超圖之間的關系可用一個結(jié)構(gòu)化超圖模型來表示,見圖1。超圖模型結(jié)構(gòu)化過程是一個不斷抽象和約減的過程,此過程的一個重要原則是不能損失原有的信息,這通過超圖約減過程中的映射關系Φ來保持。Φ描述了約減過程中父子超圖之間的邊界連接關系,可表示為Φi:BE(Hi)→BV(Hi),i=1,2,…,n。例如在約減H1的過程中有Φ1(e1)={2},Φ1(e2)={4},Φ1(e3)={5},Φ1(e4)={3}。通過對超圖模型不斷抽象,使之結(jié)構(gòu)化,這樣使得各個節(jié)點之間保持了相對的獨立性,為進一步分析帶來了方便。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)模型的形成過程中需要系統(tǒng)考慮各方面的因素,采用標準化和規(guī)范化的方法來建立產(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),與此相對應分別采用產(chǎn)品源數(shù)據(jù)和產(chǎn)品源結(jié)構(gòu)來表示產(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)通過特征和特征值的集合來表示一組相似的產(chǎn)品。描述一個產(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,這樣可以取一個最小的能表示不同產(chǎn)品的特征集合來描述產(chǎn)品源數(shù)據(jù)。設有3個相似產(chǎn)品a、b、c,它們相對應的產(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))},通過這個產(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就應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)的復雜性。通過對產(chǎn)品族的產(chǎn)品源數(shù)據(jù)進行集合表示,可以簡單地判斷出一個產(chǎn)品數(shù)據(jù)描述是否有效。設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,否則無效,說明它不是某個產(chǎn)品族的實例。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表示集合元素之間的復雜關系。圖2中集合{v1,v2,v3,v4}為產(chǎn)品族,集合{v5,v6,…,v17}為相應部件族和零件族,它們之間組成關系由邊集合{ei}來表示。圖2的產(chǎn)品族及其組成部分之間的各種關系可表示成超圖H1,應用上述結(jié)構(gòu)化超圖模型的形成過程可以形成產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型。產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型形成過程分為如下幾個步驟:(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)品組合關系規(guī)則化圖2中,{e1,e2,e3,e4}表示當產(chǎn)品分別為{v1,v2,v3,v4}時,其相對應的零(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)化過程中,各種邊界連接關系通過映射Φ來表示,組合關系也是通過映射Φ來表達,然后抽象成各種規(guī)則。在各種關系中還包括約束關系,需要把這種映射關系轉(zhuǎn)換成相應的約束關系,如Φ(e5)={v8}?Consi(v8,v12)。在此只表示約束的表達方式,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)品配置過程是一個復雜的過程,文獻對面向大批量定制的配置設計過程進行了詳細描述,本文的重點只是在如何從產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型中獲得產(chǎn)品設計實例。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)品設計實例的過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)品設計實例結(jié)構(gòu)為縮行展開式。設D、d分別為產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型中節(jié)點的產(chǎn)品源數(shù)據(jù)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)描述,Noden為子節(jié)點樹,Rules、Cons分別為相應的產(chǎn)品組成關系規(guī)則和約束。根據(jù)此算法得出的產(chǎn)品設計實例是不完整的,還有待設計人員的進一步取舍和修改才能得到完整的設計實例。3主機的結(jié)構(gòu)模型目前在汽車、計算機和服裝等很多行業(yè)采用了不同的產(chǎn)品定制方式來滿足顧客的多樣化需求。在此我們構(gòu)造一個計算機主機產(chǎn)品族的結(jié)構(gòu)模型,并給出了其配置過程。在給出的計算機主機產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型中,只列舉出了有限的幾個主要零部件及其主要約束關系作為示范,計算機主機(ComputerUnit)只包括主板(Motherboard)、硬盤(HardDisk)和CPU。它們相對應的產(chǎn)品源數(shù)據(jù)如下:計算機主機:{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)造出主機產(chǎn)品族的結(jié)構(gòu)模型,見圖3。主機和硬盤之間的組成規(guī)則為Rule(ComputerUnit-HardDisk):(ComputerUnit.Capacity=XM)?(HardDisk.Capacity=XM)約束關系為Cons(HardDisk.Interface,Motherboard.Interface)其它各種組成關系和約束關系也可分別表示出。根據(jù)前面介紹的配置算法,可以配置出一個主機產(chǎn)品的一個實例如下: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的品牌沒有確定,需要進一步輸入有關信息才能確定,如考慮整機的穩(wěn)定性和價格因素等。通過這個簡單的例子說明產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型的形成及配置過程。當然,合理的產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)只是產(chǎn)品配置設計的一個基礎,只是產(chǎn)品配置設計過程中一個重要的環(huán)節(jié),它的合理性是建立在對用戶需求進行詳細分析和合理表達的基礎之上的。通過配置可能會同時配置出好幾個產(chǎn)品實例,這需要對配置結(jié)果進行評價,以選出最優(yōu)的配置,或者是當配置結(jié)果都不能滿足要求的時候還需要進行變型或者全新設計。為了實現(xiàn)產(chǎn)品快速配置設計,需要建立完善的產(chǎn)品族功能模型、結(jié)構(gòu)模型、成本模型和評價模型等,在此基礎上才能實現(xiàn)最終的合理配置。4產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型的建立與驗證產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型的合理性對成功的產(chǎn)品配置非常