机械产品配置知识自适应方法研究

    产品配置设计能够根据预先定义的零部件集合以及它们之间的相互约束关系，快速形成满足客户个性化需求的特定产品，是解决设计个性化与低成本间矛盾、实现大批量定制的主要方法。

    配置知识是配置设计的关键，其组织与管理方式直接影响了配置设计的效率和配置结果的正确性。

    目前常见的配置设计知识表达方法主要有基于规则的配置设计方法、基于实例的表达方法、基于约束的配置设计、基于本体的配置设计方法等。

    这些配置设计知识的表达方法为推动配置设计的深入发展具有重要意义，并且在特定应用领域已经得到了很好的应用。但是上述几种方法也存在以下两点不足：

    (1)随着机械产品零部件数目的增多和设计复杂程度的增加，配置知识库中的配置知识越来越多，配置设计效率随着配置知识的膨胀而不断降低。

    (2)机械产品总是处于不断地完善之中，相应地，配置知识也处于不断地变更之中，如何高效地更改配置知识并确保一致性也是配置知识维护的重要方面。

    针对上述问题，提出了基于智能配置单元的产品配置知识的自适应方法，使得配置知识能够随着配置历史的增加而动态地调整和自适应，有效地保证了配置知识的一致性，提高了配置推理的效率。

1 配置知识自适应的必要性

    1.1 人机交互配置和自动配置

    产品配置设计是快速满足客户需求多样化的主要手段，其主要过程是：1)建立面向客户群的产品主结构。主结构由零部件族组成，每个零部件族可以对应于具有不同参数值的零部件实例；2)当获取客户订单后，工程师依据客户需求从每个零部件族中选择适合的零部件实例构成特定的产品结构。

    根据配置设计过程中工程师参与的程度，可以分为人机交互配置和自动配置两类。人机交互配置即指上述过程2)，在这个过程中工程师参与的程度较高。与人机交互配置相对的是由计算机依据预先保存的配置规则进行的自动配置设计，在这个过程中，计算机参与的程度较高。它们两者的比较见表1。

表1 人机交互配置与自动配置的比较

    1.2 提高配置效率的主要方法

    从表1可以看出，对于人机交互配置，影响配置设计效率的主要原因是：

    1)由于随着配置历史的增加，属于同一个零部件族的实例种类不断增加，工程师需要花费越来越多的时间从众多的零部件判断和选择适合客户需求的零部件实例。

    2)由于产品零部件之间通常具有与/或等关系。例如零件A和零件B不能同时出现在同一个产品结构中，零件C必须与零件D同时存在于一个产品结构中等，在对产品配置结果中的零部件进行增加、删除等编辑操作时，需要花费很多时间来保证产品结构的一致性。

    因此提高人机交互配置的主要方法是：1)通过计算机对零部件实例的有效组织，减少一个零件族中的零部件实例的种类；2)在需要对产品结构进行编辑时，利用计算机进行相关一致性的保证。

    对于自动配置，影响配置效率的主要原因是：由于计算机内部存储的配置规则往往是无序的，计算机在配置规则匹配是只能采取盲目搜索的方法，从而浪费了很多搜索时间。因此提高自动配置的主要方法是重新组织每个零部件族中的所有配置规则，将这些配置规则按照匹配成功率进行组织。这样计算机在进行配置规则匹配时就可以按照匹配成功率从高到低进行有目的的搜索，提高配置设计的效率。

    1.3 配置知识主动自适应与被动自适应

    如果将零部件实例、配置规则和产品结构的组成统称为配置知识，则提高配置设计效率最有效的方法是进行配置知识的自适应。依据自适应的发起动因，可以将配置知识自适应过程分为主动自适应和被动自适应。

    配置知识主动自适应是指当零部件实例种类超过某个上限或配置规则匹配效率低于某个下限时，配置知识主动进行重新组织，以适应新的配置需求；配置知识被动自适应是指当配置工程师对产品结构进行编辑时，维护过程由被动触发来保证产品结构的一致性。

    主动自适应过程与被动自适应过程的主要区别就在于：主动自适应的动作是由配置知识主动触发的，而被动自适应的动作是由工程师触发的。