产品协同开发系统的工作方式及体系结构研究

秦玉霞，刘瑞素，段国林，蔡 瑾

（河北工业大学 机械工程学院，天津 300130）

为了适应日益激烈的市场竞争和快速多变的市场需求，专业性企业之间趋向于组建动态联盟开展网络化产品协同开发．而企业内部又希望产品开发在大规模定制前提下进行，这是因为在大规模定制的产品开发模式下，企业可以基于基本型产品，预先设计或制造出各种可选零部件，然后根据用户对产品的功能和性能要求选择或调整特定模块而生产出满足客户需求的最终产品[1-3]．这样可以充分发挥企业的优势，以求用最低的成本、最快的速度开发出符合用户需求的高质量产品，从而提高企业的竞争力．

要做到既保证企业内部产品开发在大规模定制的前提下进行，又能实现企业间的网络化协同开发，首先应建立一个网络化产品协同开发平台[3-5]．一方面，企业可以利用此平台采集来自用户的建议和反馈、管理生产制造过程产生的各种数据、与异地的合作伙伴交换产品设计信息．这种信息交换和处理的自动化可以使企业降低成本，加快市场反应速度．另一方面，在这个网络化产品协同开发平台上，协同工作的人员可以完成产品定制、产品协同设计、产品协同配置、产品全生命周期的协同管理、协同商务等产品开发所需的全部活动内容[6-7]．建立的网络化产品协同开发平台的好坏与平台本身的体系结构有着很大关系，有必要进行深入的研究．

本文在对产品建模、产品协同配置方法、配置过程以及对产品协同设计技术研究的基础上，独立开发了基于Web的“产品协同开发系统——CPDS系统”．CPDS产品协同开发系统是一个高效的通用型的网络化产品协同开发支持平台，本文主要研究CPDS产品协同开发系统的工作方式、体系结构以及功能构成，给出系统实现的总体思路．

1 产品协同开发系统的工作方式

1.1 传统产品开发系统的工作方式

1.1.1 传统产品开发过程中的角色

产品开发过程中的角色是指在产品开发过程中利用相关资源完成一定工作的团体或个人．传统产品开发过程中的角色一般包括客户、销售人员或销售商、企业技术研发人员、产品设计人员和产品制造人员等，传统产品开发系统的角色构成如图1所示．

1.1.2 传统产品开发系统的工作方式

传统产品开发系统的工作方式如图2所示．传统产品开发系统的工作方式是串行结构，工作的各个阶段是有一定时间顺序的．这样的工作方式显然不适应日益激烈的市场竞争和快速多变的市场需求，需要研究一种新的产品开发系统的工作方式．

图2 传统产品开发系统的工作方式Fig.2 Working procedure of traditional product development system

图3 产品协同开发系统的角色构成Fig.3 Roles constitution of collaborative product development system

1.2 产品协同开发系统的工作方式

1.2.1 产品协同开发过程中的角色

产品协同开发系统的角色构成如图3所示．与传统产品开发系统的工作方式相比，产品协同开发过程中增加了产品配置人员和信息专家两个角色．

增加信息专家角色是因为网络化产品协同开发过程中的协同是通过信息共享实现的，而信息的数量和种类都非常庞大，所以信息共享和通力协作都离不开信息专家．增加产品配置人员角色是因为产品配置在产品协同开发过程中的作用越来越大，是解决设计个性化与低成本之间的矛盾、实现大批量定制的主要方法，产品配置人员的重要性也就凸显了出来．

1.2.2 产品协同开发系统的工作方式

产品协同开发系统的工作方式如图4所示．

从图最外边开始，最外边的圆环表示参与产品协同开发的不同角色；第2个圆环表示各工作模块应完成的工作内容；第3个圆环表示不同角色所要完成的产品协同开发工作模块。

需要指出的是：图4是按照参与产品协同开发的角色划分的，这里所说的角色不等同于人，一个参与产品协同开发的人可以同时担任两个或更多的角色．

图2和图4相比较可以看出，传统产品开发系统的工作方式是串行结构。而产品协同开发系统的工作方式是并行结构，参与产品协同开发的不同角色借助产品协同开发平台，实现信息共享，工作的各个阶段可以同时或最大限度的同时进行。这一点正符合企业在大规模定制的产品开发模式下工作方式的要求：用最低的成本，最快的速度开发出最能符合用户需求的高质量产品，从而提高企业竞争力．

图4 产品协同开发系统的工作方式Fig.4 Working procedure of collaborative product development system

2 产品协同开发系统体系结构

CPDS产品协同开发系统体系结构分为5层[3]如图5所示．

协同终端层用来提供产品协同开发的Web应用操作界面；协同任务层用来接收协同终端的协同请求，对协同终端的请求进行处理，并把处理结果返回到协同终端；协同环境层主要提供协同终端所需要的各种协同方式和协同途径已完成所需的协同工作；网络层主要为客户、企业、销售商、制造商等产品协同开发人员提供一些通用的通讯协议、通讯工具和通讯网络（Internet/Intranet）；数据层则以适合协同工作的数据共享方式存储和提供协同终端层的共享数据和各协同终端的有关信息．

图5 产品协同开发系统体系结构Fig.5 Structural constitution of collaborative product development system

3 产品协同开发系统的功能构成

图6是CPDS产品协同开发系统的功能构成图．

从图6可以看出，CPDS产品协同开发系统由产品协同配置系统、平台管理、产品协同设计系统3个功能模块构成．产品协同配置系统模块由CPCS产品协同配置子系统实现，主要作用是采用基于事物组元的产品配置方法配置出满足客户需求的合格产品，以产品结构树和产品二维或三维图形的形式提供给客户；产品协同设计系统模块可以由基于AutoCAD的SCADS产品协同设计子系统实现，也可以由基于UG的SCUDS产品协同设计子系统实现，主要作用是在协同的环境下运用这两个CAD软件完成产品和产品的零、部件的结构设计，建立产品库和产品零部件库．

4 产品协同开发系统实现

4.1 CPDS产品协同开发系统软件实现

CPDS产品协同开发系统软件实现工作流程如图7所示．客户定制产品后，产品协同开发人员接到并确定开发任务后，首先要对开发产品及客户要求进行全面、细致的分析，确定待开发产品与已开发过的产品有无相同、相似之处，相似程度有多大．然后根据相似度不同采取不同的处理方法．

如果CPDS产品协同开发系统开发的产品与已开发过的产品完全相同，则直接调用实例数据库中已有产品的配置结果（结构树及三维图形）即可，说明不需要开发，有现成的产品可用，直接输出已有产品．

图6 CPDS产品协同开发系统的功能构成Fig.6 Function structure of CPDS collaborative product development system

如果CPDS产品协同开发系统开发的是全新产品，没有相似产品可参考，或相似度很低，则利用CPCS产品协同配置子系统进行产品建模、建立产品结构数据库、产品数据库等实例库．在此过程中，如果数据库中的信息不够用（没有相应的零部件），则利用SCADS产品协同设计子系统或SCUDS产品协同设计子系统进行产品的零部件设计并存入产品结构数据库、产品数据库等实例库中．然后，再利用CPCS产品协同配置子系统的基于产品结构和事物组元的配置方法配置出所需产品（结构树及三维图形），同时，将配置结果作为新的实例存入系统的实例数据库中，系统的实例数据库得到进一步补充和完善．

如果CPDS产品协同开发系统开发的产品与已开发过的产品有相似之处即有相似产品可参考，系统则自动地利用相似性原理，从已有实例数据库中调出已有产品的配置结果（结构树及三维图形），产品协同设计人员和产品协同配置人员在已开发过的产品的基础上进行局部或部分修改得到产品的配置结果（结构树及三维图形）．同时，将配置结果作为新的实例存入系统的实例数据库中，系统的实例数据库得到进一步补充和完善．

图7 CPDS产品协同开发系统工作流程图Fig.7 Workflow of CPDS collaborative product development system

4.2 CPDS产品协同开发系统运行实例

图8是CPDS产品协同开发系统的CPCS产品协同配置子系统运行结果中的协同配置子系统的产品配置选择界面．

图8 协同配置子系统的产品配置选择界面Fig.8 Product configuration option interface of collaborative configuration subsystem

5 结论

本文在对传统产品开发过程中的角色和传统产品开发系统的工作方式进行了分析和研究的基础上，提出了产品协同开发系统的角色构成、产品协同开发系统的工作方式和产品协同开发系统的体系结构．研究了CPDS产品协同开发系统的功能构成及其工作流程，给出了系统运行实例，为后续研究工作奠定了坚实的基础．

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[3]刘瑞素．产品协同开发中协同设计、协同配置等关键技术研究 [D]．天津：河北工业大学，2009．

[4]Zhu D， LinD.National Research council Committee on Visionary Manufacturing Challenges for 2020[M].Nationa1 Academy Press，1999．

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[6]邵伟平，刘永贤，徐洪学，等．基于Web的协同产品配置设计系统模型及实现 [J]．机械与电子，2006，9：51-54．

[7]张劲松，王启富，万立，等．基于本体的产品配置建模研究 [J]．计算机集成制造系统—CIMS，2003，9（5）：344-350．