面向pdm系统的产品族设计

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1、面向PDM系统的产品族设计

2、第1产品族是指那些在某个确定的应用范围内按照一定的规律划分其参数等级，用相同的方法实现相同功能的技术对象（整机、部件或零件），这些技术对象应该用尽可能相同的制造方法进行制造[1]。产品族的特点是具有多种参数和性能指标，以满足不同用户的需要，这些参数和性能指标间具有一定的公比级差。基于产品族的开发战略是解决目前众多的企业在追求满足多样化的客户需求时所面临的零件种类激增、制造和管理成本高昂问题的有效途径之一。PDM作为实现制造业企业信息化重要的应用软件集成平台，必须有效的支持面向产品族的设计，以便捷地派生出系列产品，满足不同客户需求，实现技术重用和技术

3、转移，从而有效地降低新产品创新风险和开发管理成本，通过完备的产品族繁衍出一条完整的产品链，覆盖多样的市场需求，塑造出良好的产品形象和企业形象。一、产品族设计过程[2]面向产品族的设计根据市场预测，设计满足某个客户群需求的产品族模型，在此基础上，依据客户订单，通过对产品族模型的配置和变型为用户提供个性化的定制产品。产品族模型是动态的产品模型（图1表达了产品族结构模型）。逻辑上，产品族模型由功能模型、原理模型和结构模型组成，它们可以看成产品族结构的不同视图。物理上，产品族模型是由几何特性、物理特性、制造特性这些实体组成，实体的树形结构展现了产品族的拓扑结构。约束不仅定义了视图对象

4、之间的映射约束，还定义了实体对象与变型参数之间、各实体参数值之间的关联约束。产品族的设计过程是从客户需求向产品族结构模型的映射求解过程，图2所示。首先收集用户需求，并从中提取共性需求和个性需求；将用户需求转化为产品族的设计要求并建立相应的功能结构。任何产品的总体功能，均是由一些下层子功能组合而成的，产品总体功能正是通过对这些子功能的实现而实现的。产品功能分析的方法就是采用由上向下的分解方法，确定组成产品总体功能的各个层次的子功能，并且构造出图1的产品功能树。然后通过功能-原理映射单元对每一功能单元进行解原理映射，进而组合成产品的原理模型。原理分析时应遵循功能不耦合的原则寻找原

5、理模块，并考虑实现某功能结点的多个可行的原理，以便以后根据不同的需求进行配置。原理分析的结果是建立图1功能-原理关系树，即将功能结点作为树的根结点，而将实现该功能的各个原理作为叶结点与功能根结点相连。产品结构规划针对产品功能-原理树中的每一个原理叶结点分析采用该原理实现所要求功能的结构，将这些结构作为叶结点连接到功能-原理树的原理结点上，就构成了功能-原理-结构关系树，它用来表达产品族的产品结构。如果针对一个原理或结构存在多种结构，应当将这些结构放入功能-原理-结构关系树中。最后在动态产品模型基础上提取的可变型参数，确定产品族的定制参数，并进一步规划产品族的覆盖范围，即确定产

6、品族的定制范围。对于企业现有的产品可作为产品族的产品实例，为变型设计提供设计参考。建立产品族产品实例集合，分析族内产品实例主参数的变化范围，为确定产品族的定制范围提供参考依据。二、产品族信息模型在PDM中为了有效地检索零部件和进行变型设计，我们借助事物特性表机制来描述产品族（图3所示）。事物特性表是为建立零部件的数据库而采用表格的形式，以固定的格式记录事物特性，对零部件进行特性描述的ASCⅡ文件。由于基于事物特性表的零部件采用统一的描述格式，因此可以在不同系统之间信息交换，使得零部件体系是开放的，易于扩充。合理的事物特性表不仅为设计人员提供尽可能完整的零部件信息，而且可以方便

7、地进行产品的变型设计、零部件和设计的参数化查询，减少了重复开发造成的资源浪费，提高设计重复利用率及设计可靠性[3]。图3所示的产品族信息模型中，我们为产品族模型建立遵循国家标准GB10091事物特性表编制总则的参数表（GB10091事物特性表编制总则是参照德国在1971年制定的作为标准件信息库基础的DIN4000事物特性表系列标准制定的）。参数表中的参数与图2中的实体的几何特性、功能特性和制造特性建立映射关系。参数分为独立参数和非独立参数，独立参数取值根据用户的需求输入取值或者由上级零部件赋值。非独立参数的取值根据独立参数的取值导出，遵循图1中的约束定义。原则上参数表的每一行

8、参数被赋予具体数值以后，就可以明确地描述每一个具体的产品实例。但是为了减少零部件种类，防止工程师未经认同或批准，就想当然地选择那些还未被使用过零件中的一个，或者把新的零件添加到PDM系统中而导致零件激增，参数表中的行只有在需要被装配使用时，PDM才根据各个参数的取值在产品族模型基础上变型生成产品实例[4]，如图3中的L001-0，L001-1。否则，参数表中的行仅仅表示产品族设计人员对于参数的一行推荐取值，并不对于产品实例，如图3中的L001-2。产品族模型的属性描述整个族的公共信息，如产品族的名称和标