面向大批量定制的产品配置技术及系统研究

论文摘要

随着科技的进步和产品竞争的加剧,客户对产品的个性化要求不断提高。传统的大批量生产方式已经不能满足制造业企业的需求,大批量定制模式正在逐渐取代大批量生产模式,从而成为现代企业的主流生产方式。产品配置作为大批量定制模式的一个重要组成部分,是实现产品快速定制的核心技术和使能手段。本论文针对面向大批量定制的产品配置技术及系统,对其主要流程进行了分析,对大批量定制下产品配置系统的Web零件库的构建,基于约束满足问题的配置求解方法,基于客户需求的模块化产品优化配置和产品配置方案综合评价模型等问题进行了深入研究,具体内容如下:(1)阐述了论文的研究背景和基础,论述了大批量定制以及产品配置的发展及研究现状,归纳总结了相关的理论和方法,指出了目前存在的不足。介绍了课题的来源及意义,以及论文的主要研究内容和结构。(2)介绍了产品配置系统的内容和体系结构,阐述了产品配置系统所用到的技术:知识表达技术,求解技术,解释技术,优化配置技术和配置评价技术等。通过分析现有的产品配置系统包含的内容与主要技术,提出了一个面向大批量定制基于Web的产品配置系统框架。(3)分析了Web零件库在大批量定制的产品配置中的作用。研究了大批量定制下产品配置系统的Web零件库构建的关键技术。提出了基于本体的Web零件库数据描述规范,结合零件族和事物特性表建立了Web零件库,为零件库数据的动态扩充和查询准确率问题提供了一个解决方案,采用STEP标准和XML语言提出了解决异构CAD系统零件几何模型中性表达问题的解决方案,并采用静态和动态工作组结合的权限管理机制解决了网络环境下零件库系统的安全机制等问题,最后提出Web零件库在大批量定制下产品配置中的应用方式。(4)介绍了基于约束满足问题的产品配置知识表示方法,建立了产品配置问题与约束满足问题的映射关系,并给出了目前常用的算法。采用二元决策图将产品配置问题的解空间进行可视化表示,结合弧一致性算法提出了无回溯产品配置算法,分析了产品配置解释技术的基本功能和作用,并对基于真值维护系统的解释技术进行了研究。(5)建立了基于客户需求的模块化产品优化配置的数学模型,使用动态惩罚函数惩罚违反约束的配置方案,采用混合微粒群算法进行产品优化配置。以某产品作为配置算例,进行产品优化配置仿真。并将混合微粒群算法与遗传算法进行了比较,结果证明该算法具有简单、高效的特点,适用于网络环境下的产品优化配置求解。(6)结合大批量定制环境下产品配置的特点,以客户为评价主体,选择了评价指标,建立了产品配置方案的综合评价体系结构。采用模糊层次分析法对配置方案评价进行建模和计算。以自行车的配置方案评价为实例进行了分析,叙述了对配置方案进行综合评价的过程,验证了该评价方法的可行性和评价模型的合理性。(7)根据以上理论和研究方法,本文选用自行车作为产品配置的实例,构建了一个基于Web的产品配置系统,从实际应用中证明了本文研究方法的可行性和有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 制造业生产模式的转变
• 1.3 大批量定制概述
• 1.3.1 大批量定制的概念
• 1.3.2 大批量定制的特点
• 1.4 产品配置概述
• 1.4.1 可配置产品
• 1.4.2 产品配置
• 1.4.3 产品配置与大批量定制的关系
• 1.5 研究现状
• 1.5.1 大批量定制的研究现状
• 1.5.2 产品配置的研究现状
• 1.6 课题来源及主要内容
• 1.6.1 课题来源及意义
• 1.6.2 论文的内容及结构
• 参考文献
• 第二章 产品配置系统的内容与体系结构
• 2.1 产品配置系统的内容
• 2.1.1 产品配置的知识表示
• 2.1.1.1 通用物料清单
• 2.1.1.2 可配置产品组件的约束关系
• 2.1.2 产品配置的求解
• 2.1.3 产品优化配置
• 2.1.4 产品配置方案的评价
• 2.2 产品配置系统的体系结构
• 2.2.1 产品模型生成器
• 2.2.2 用户需求配置器
• 2.2.3 产品报价器
• 2.2.4 产品配置资源库
• 2.3 面向大批量定制基于Web的产品配置系统框架
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 MC下产品配置系统的Web零件库构建
• 3.1 产品配置系统中Web零件库的作用
• 3.2 Web零件库关键技术
• 3.3 基于Web的零件库数据描述规范
• 3.3.1 目前已有的描述方法及其不足
• 3.3.2 基于本体的Web零件库数据描述规范
• 3.3.3 零件族
• 3.3.4 事物特性表
• 3.4 异构CAD系统零件几何模型的中性表达模式
• 3.4.1 STEP和EXPRESS语言描述
• 3.4.2 面向对象的零件结构化层次表达
• 3.4.3 XML特征建模及EXPRESS到XML的映射
• 3.4.4 零件库系统与其他异构系统的集成
• 3.5 零件库的动态扩充
• 3.6 基于Web的零件几何模型网络浏览与交互技术
• 3.7 网络环境下零件库系统的安全机制
• 3.7.1 静态工作组权限管理
• 3.7.2 动态工作组权限管理
• 3.8 基于本体的多层次零件检索模型
• 3.9 Web零件库在面向MC的产品配置系统中的应用
• 3.9.1 Web零件库在MC中的实施
• 3.9.2 Web零件库的应用
• 3.10 本章小结
• 参考文献
• 第四章 基于约束满足问题的配置求解研究
• 4.1 约束满足问题的描述
• 4.2 基于约束满足问题的产品配置模型
• 4.3 基于约束满足问题的产品配置常用求解方法
• 4.3.1 推理算法
• 4.3.2 搜索算法
• 4.3.3 约束传播算法
• 4.4 基于二元决策图的无回溯产品配置求解方法
• 4.4.1 二元决策图的基本概念
• 4.4.1.1 变量赋值顺序的选择
• 4.4.1.2 BDD的简化方法
• 4.4.1.3 BDD的构建示例
• 4.4.2 BDD结合弧一致性算法实现无回溯搜索的方法
• 4.5 配置过程中的解释技术
• 4.5.1 解释技术的基本功能
• 4.5.2 基于真值维护系统的解释技术
• 4.6 本章小结
• 参考文献
• 第五章 基于客户需求的模块化产品优化配置
• 5.1 产品优化配置问题的描述
• 5.2 产品优化配置问题的数学模型
• 5.2.1 可配置产品的模块化
• 5.2.2 客户需求的表达与获取
• 5.2.3 目标函数与约束的建立
• 5.2.4 模块之间的约束
• 5.3 算法概述
• 5.4 微粒群算法及其改进
• 5.4.1 基本微粒群算法
• 5.4.2 混合微粒群算法
• 5.5 混合PSO在产品优化配置问题中的应用
• 5.5.1 个体编码
• 5.5.2 数学模型
• 5.5.3 进化策略
• 5.5.4 动态惩罚方法
• 5.6 算例分析
• 5.7 混合PSO算法与遗传算法的仿真对比实验
• 5.8 本章小结
• 参考文献
• 第六章 面向MC的产品配置方案综合评价模型研究
• 6.1 产品配置方案的评价指标体系与评价方法
• 6.1.1 评价指标体系
• 6.1.2 评价方法
• 6.1.2.1 层次分析法
• 6.1.2.2 模糊层次分析法
• 6.2 产品配置方案的评价模型
• 6.2.1 层次结构模型的建立
• 6.2.2 判断矩阵的构建
• 6.2.3 一致性检验
• 6.2.4 模糊权重的计算
• 6.2.5 解模糊化
• 6.2.6 各层总排序及其一致性检验
• 6.3 实例分析
• 6.4 本章小结
• 参考文献
• 第七章 MC下基于Web的产品配置设计系统开发
• 7.1 引言
• 7.2 基于Web的产品配置设计系统的设计
• 7.2.1 用例分析
• 7.2.2 系统功能设计
• 7.2.3 系统对象模型设计
• 7.3 基于ASP.NET的Web产品配置系统软件体系结构
• 7.4 自行车产品配置设计系统及其应用
• 7.4.1 自行车产品配置设计系统概述
• 7.4.2 自行车产品配置设计过程介绍
• 7.5 本章小结
• 参考文献
• 第八章 总结和展望
• 8.1 主要研究工作
• 8.2 创新点
• 8.3 展望
• 攻读博士学位期间参与的科研项目
• 攻读博士学位期间完成的学术论文