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订单设计型产品设计知识管理探讨
2017-01-04 16:58:06  作者:孙杰  来源:互联网
  •   在全球化的竞争环境下,客户的个性化需求开始受到企业的广泛重视,为客户定制生产已经成为厂家争夺市场份额重要且有效的手段,定制生产模式应运而生。在订单设计(Engineer To Order,ETO)这种生产方式中,需 ...

  在全球化的竞争环境下,客户的个性化需求开始受到企业的广泛重视,为客户定制生产已经成为厂家争夺市场份额重要且有效的手段,定制生产模式应运而生。在订单设计(Engineer To Order,ETO)这种生产方式中,需要根据客户订单中的特殊需求,重新设计满足这些特殊需求的新零部件。或对其它种类的零部件进行变型设计,在此基础上,向客户提供定制产品。ETO型产品设计以产品设计为中心。根据订单的变化而改变产品的设计结构和设计方法。产品设计并不是独立存在的,在其设计过程中需要使用设计知识,调用设计数据和加强订单管理,而且在设计的生命周期内存在设计数据的演绎推理。

  产品设计属于知识创造型活动,设计过程中需要大量的专业知识和设计经验,因此需要知识管理方法来进行设计前的知识准备。知识管理就是企业对其所拥有的知识资产进行管理的过程。知识管理的目标就是识别、获取、开发、分解、储存、传递知识,使每个员下在最大限度地贡献出其积累的知识的同时,也能共享他人的知识。

  以下从ETO产品设计中的知识获取、知识表示、设计数据管理、数据变更、数据演绎推理几个方面研究知识管理。

  1 ETO型设计知识获取

  对于ETO型设计知识有贡献的主体主要有3个方面:工程订单、设计人员和非标准设计过程。工程订单作为企业多年积累的资源,包含了丰富的设计知识。如产品的信息、功能与零件的对应关系、零件型号的选择规律、产品的报价等,对于以后的产品设计具有很大的指导甚至是重用的功能。设计人员多年的经验是保证设计工作质量的关键。只有最大程度地获取其设计经验才不至于因设计人员的流失而使没计工作停顿,同时也降低了新员工的知识压力和培训成本。非标准设计过程因为没有标准可依。在设计过程耗费了更多的成本,需要获取设计知识以指导下次的相似设计。目前,知识获取的方法主要有5种:

  ①访谈、调研与总结,是目前最常用和最有效的方法;

  ②项目事后回顾管理。通过正规的项目回顾管理来获得经验教训,以利于未来的项目;

  ③编写技术文档,通过编写技术文档将企业员工有关隐性知识转化为显性知识,以帮助企业其它员工学习企业的生产实践经验,技术文档包括一些事实的描述、有关技术的数据参数、行业的技术规范、产品项目执行总结报告等;

  ④总结失败教训;

  ⑤隐性知识显性化和标准化,将设计过程的知识提炼出来,进行知识的标准化,重视产品研发规律。对于不问的情形,需要选择不同的知识获取方法。

  对于不同的知识获取途径,虽然在行为方式上千差万别,但究其本质可以总结出其一般的获取步骤:

  ①知识类型划分与整理。知识获取的第一步是对所要获取的知识得到本质的认识,即它属于哪一类的知识范畴,用于解决什么问题。通过5W(What,Who,Which,Where,Why)的自问自答方式来整理知识。

  ②总结知识原理。对知识进行分析,提取知识的原理。得到知识解决问题的基本思想。

  ③归纳原理的实现方法。结合知识原理,通过对众多该问题的实践和例子的考察研究,推导和归纳出利用知识解决问题的实现方法或步骤。

  ④将知识同化于知识载体。知识载体是知识所依赖的实际载体。是知识存在的地方,包括各种文档、计算机程序、人和产品等。将分析得到的知识原理、解决问题的方法以技术文档的格式、程序、表格等载体形式存储起来。

  1.1 工程订单

  从知识的角度可以将知识获取分为对显性知识的获取和对隐性知识的获取两大类。显性知识指的是能够容易在个人和团体之间进行传送的形式化知识,它是任何能够被编码的东西,如数学公式、规则、定义等。

  隐性知识指的是难于形式化、难于交流的个人知识。隐性知识包括主观的知道如何解决问题的见识和直觉,这趟隐性知识来源于从事某项活动的人,它被潜意识地理解和使用。并且往往和特定的情景相关。

  工程订单的知识获取是通过整理企业过去的订单信息,得到企业过去设计工作的偏好、型号选用、标准与非标方案以及需求与方案的对应关系等知识,使得在设计过程中可以依据不问的设计需求选择不同的没计策略。这些知识既有显性知识,也有隐性知识。每个工程订单的设计信息属于显性知识,这种显性知识是存在于企业内部的结构化的信息资源,与具体的产品有关,可以通过数据库存储,容易模仿和学习。而存在于所有订单中的设计规律和方法需要对比所有的订单。经过一些方法的分析才能得到,这些知识是属于隐性知识。

  1)对于显性知识。信息管理是高效获取知识的基础。由于T程订单包含的信息呈现出多层次、多方面的特点,从设计的角度来讲,主要从订单和产品两个方面来进行相关信息的管理。订单的信息获取结构是:订单名称-日期及相关人员-客户相关-包含的产品型号-备注;产品的信息获取结构是:产品型号-产品结构-关键参数-零件配置-财务相关-人员相关。获取和储存这些显性知识就为以后类似产品的设计提供了先验知识。

  2)对于隐性知识的获取,首先可以综合采用隐性知识的显性化和标准化方法与编写技术文档方法。在实际生产活动中,客户发出的订单或者企业选择接受的订单90%以上属于企业以前做过的相似产品或者说是标准方案的变型产品。因此,在ETO型设计中,为了高效地开展设计工作,往往会根据不同的设计要求采用不同的设计方法。标准设计作为最简单、最高效的设计,在整个的设计工作中占到了很大的比重。所以,工程订单的隐性知识获取就是要从企业的历史信息管理中获取企业内部的标准产品设计知识和比较常用的设计方案,将设计流程、方案的结构、型号配置标准化。

  按照以上的订单、产品信息管理结构将相关的信息存储到数据库后,编制设计文档。在数据库中可以利用其检索、统计的功能,根据各种方案的使用频度、设计方案的相似程度等来总结客户的需求分配情况,分析在过去企业设计最多的产品和方案以及已经形成成熟的配置体系或者达到标准化的程度的产品。将这些产品相关的设计文梢单独保存起来,这些设计知识就永远留在企业的知识库中了。

  另外,每个订单都可以看作是一个项目。因此还可以通过项目事后同顺的方法来获取这趟订单中的知识并总结需要的规律,编制成设计文档。

  1.2设计人员

  设计人员的知识获取主要是设计经验,属于隐性知识。隐性知识是企业的潜在资源的核心。企业要实现对存在于个人(通常指领域专家)头脑中的隐性知识的获取。要借助于计算机专家和领域专家的共同工作来实现。

  设计人员的设计经验包括设计的方法和流程,产品功能与设计参数之间的对应关系,设计结构的合理性,产品BOM,物料之间的约束关系,在实际的知识获取中,一般是采用访谈、调研与总结的方法。这种方法属于知识获取的心理学方法,主要依靠传统的由计算机专家与领域专家对话的手工方法来逐个挖掘专家头脑中积累的系统化知识。比如,配电柜的标准设计方法就通过设计人员与软件开发人员的交流获得,即首先通过用户要求选择一个标准方案,再对一次回路上的零件进行选型配置。最后根据配置结果分析该产品结构内存在的二次回路,并选择二次回路中零件的型号。对于专家可以表述的知识,一般采用这种交谈的方式来获取知识,并通过解释和分析将知识转化为设计的方法、数据和约束。

  在软件开发人员与设计人员共同工作时,更容易获取设计人员的知识,因此可以考虑以项目开发小组或者统一的交互平台的方式来获取知识。在软件开发过程中,设计人员绘制设计流程图,开发人员将流程图实现为软件辅助设计的步骤。开发人员设计数据库的存储格式,设计人员提供需要填充的数据。开发过程中。双方在统一的平台上实时提交开发的成果,在线交流和纠错,实现协同开发。

  1.3非标准设计过程

  非标准的设计过程由于其不可重用性,所以更加需要在设计完成之后获取设计知识,使得下次设计相似的产品时,可以找到可供参考的实例。

  对于复杂的非标过程知识的获取。注重过程的研究和提炼,适宜采用隐性知识显性化和标准化方法。可以从需求人手,通过质量功能展开方法将设计需求转化为产品功能,再将产品功能转化为实现产品功能的设计流程,最后分析设计流程的每一个步骤及其使用的数据就可总结非标设计过程的设计方法和数据。简单非标产品的设计知识主要是产品结构和产品配置结果,产品结构可以通过一次网路图、盘面图等设计图纸获知,配置结果可以根据存储的产品BOM得到。

  为了能够有效地定义非标实例,非标准设计过程所体现的“非标准”特征也是需要获取的知识。对于于非标准设计,一般采用的是参数化的结构设计方法,每种型号的产品在设计时都会有几个关键的结构参数。因此,可以采用参数的描述方法从设计过程中获取非标准设计方案的特征。

  2 ETO型设计知识表示

  知识表示方法一般有以下5种:对象-属性-值=三元组、规则、框架、语义网络和逻辑。

  在ETO型设计中存在大量的设计准则,这些准则是保证产品设计合理性的依据。大多数的设计准则来自于书本和专家的知识,在获取这些知识之后只有用通俗易懂的方法表示出来才能被企业保存下来和用于产品设计软件的开发。

  对于设计准则,一般选用“规则”这种表示方法。规则是指关联已知知识和待推导或推测的其它信息的知识结构。事实有助于理解世界的当前状态,而规则利用这些事实解决给定的问题。规则描述过程性的知识,它把给定的信息与一定的行为关联起来,描述如何解决问题。

  规则的结构,这种结构是指在逻辑上连接IF部分的一个或多个条件和THEN部分的一个或多个结论。用来描述“规则”的一种语言模式。一般来说,规划可以有多个条件,这趟条件可以用AND、OR语句或两者组合连接起来。其结论可以包含单条语句或者AND连接的组合。规则可以包含一个ELSE语句。以电气产品得到二次回路图的设计准则为例:

  IF:断路器的型号=WW1。

  AND:仪表=普通仪表6L2。

  AND:抽屉一次方案=GCS-C06-3。

  THEN:二次同路=电流测量回路。

  除了推导新信息。规则还能执行一些简单的函数计算操作,例如GCS柜型的柜内排的长度计算:

  IF:计算柜内排的长度。

  THEN:LENGTH=X4-WIDTH/2+DEPTH。

  另外,规则还可以表示各种形式的知识:关系、推荐、指示、策略、启发等。利用规则可以在产品设计之前收集需要的知识并表示出来,再使用数据库将规则转化成数据表格的形式存储起来。

  3 产品多样性空间-5类设计知识数据库

  ETO型产品种类繁多,从设计的标准化程度来看大致可以分为标准化产品、标准产品的变型产品和非标准产品3种,不同类型的产品设计方法和存储形式上又截然不同,使得产品数据空间也呈现出多样性。称之为产品多样性空间。在这一空间内,分别建立存储产品多样性属性信息的产品数据库,存储标准方案及其变型方案的标准方案库,存储使用频度较高设计实例的标准实例库,存储频度小的初始设计实例的缓冲实例库和存储设计准则的规则数据库。产品多样性空间由产品空间和方案空间组成,由于产品的多样性导致其方案的多样性,产品是两者的纽带。产品空间包括产品数据库和产品设计的规则数据库,不同的产品有不同的设计规则。标准方案库自身实现周期性的更新检查,而标准实例库和缓冲实例库存在一定的交集。

  4 标准方案的动态演变

  产品的标准方案是与企业的日常活动有关的,企业的活动又是以市场需求为导向的,因此市场需求的变动或者企业产品倾向的变化不仅会改变产品,还会导致产品标准方案的变化。另一方面,经常设计的产品方案也可以由非标准方案或半标准方案转化为标准方案,而不再生产的标准方案也需要从标准方案库中删除。新的标准方案既可以通过新增的方式添加到标准方案库,也可以从标准实例库中转换到标准方案库中,其动态演变的方式是通过数据管理的标准方案编辑功能实现的。在这个演变过程中,设计人员与设计负责人的人为参与相当重要。

  方案的标准化:

  ①绘制整体设计方案结构的一次回路图并存入指定的文件夹。将其存储地址存入标准方案库中;

  ②将设计方案各零部件模块化和坐标化,并绑定相应的数据集。将模块信息和坐标信息对应地存入标准方案库;

  ③添加相关的设计规则。

  5 非标准设计的演绎推理

  5.1 演绎推理

  人类使用演绎推理从与逻辑相关的已知信息中演绎出新的信息。演绎推理使用问题事实或公理和规则或暗示形成相关的一般性知识。该过程首先比较了事实与规则集,然后得出新的事实或结论,即通过推理得到了新的知识,这里的事实是指已经发生的或得到普遍认同的事物状态。基于BOM的功能层次解构方法是进行ETO型非标准产品设计的一种方法,这种方法以BOM为中介。

  采用了基于订单实例的知识演绎方法,具体来讲就是:规则,BOM结构通过多层相似标准值检查的设计方案与目标方案具有结构相似性。

  事实:BOM结构通过多层相似标准值检查。结论:该方案与目标方案结构相似。

  5.2实例库的变更

  为了完成演绎推理,可靠的实例库是必需的资源。由于需求的变化导致设计方案的不确定性。实例库也是处于动态变更之中。

  在非标准产品设计完成之后,虽然本次设计工作结束,但是要为以后的设计工作提供更加丰富的数据资源,积累有用的知识,因此要对产品设计实例的知识

  进行演变推理工作。首先需要判断此次设计的知识是否具备存储价值:

  ①对于首次出现的设计方案,因为无法获知其标准程度,因此实行缓冲处理。

  ②搜索标准实例库,是否存在达到相识度标准的模板,若存在也无需再储存。

  ③若无则搜索缓冲实例库,在结果中若相似度大于标准值的实例超过一定数量(按照工程师的经验确定,一般取5个),则提取这些实例,完成实例标准化工作。

  非标准设计的实例标准化处理步骤:

  ①首先提取相似设计实例的基础设计方案,即将每个实例结构的公共模块组成合理的基本结构。

  ②将剩余零件模块按照结构节点的位置添加到基础结构上,组成具有最大相似度的设计结构。

  ③将组合后的结构和物料信息按照产品BOM结构和BOM物料结构存储在标准实例库中。

  ④将设计相关文档保存到相应的文件夹中,并将存储地址保存到表中。

  ⑤最后删除缓冲实例库中的相似实例。BOM结构是产品的设计结构。用于BOM相似度的检索,主要包括部件名称、物料类别、物料名称、是否核心元件等字段。BOM物料结构是物料的清单。主要有订单号、柜型、组别、柜号、物料型号、物料数量、备注等字段。非标设计的缓冲处理比较简单,只需要将设计完成的产品实例按照缓冲实例库的存储结构存储起来。缓冲实例库的BOM结构和BOM物料结构与标准实例库一致。

  5.3 实例重用

  由于搜索到的实例和需要设计的产品不是完全一致,需要对部分结构进行修改。根据搜索到的最相似实例的唯一编号查找其一次回路设计图存储地址并导人到系统中,对于简单的非标产品可以在产品设计系统中进行修改,对于复杂的非标产品和在设计系统中无法进行修改的产品,可以根据编号在CAD系统中找到设计图纸,重新设计产品的结构。最后,在设计系统中修改BOM物料清单。在实例重用过程中,需要有效结合CAD一类的设计系统和ETO产品设计系统。由于在实际活动中复杂非标产品的设计并不常用,因此用到CAD系统的机会也不多。

  6 总结

  本文从知识获取、知识表示、设计数据管理、数据变更、数据演绎推理几个方面研究了ETO产品设计中的知识管理方法。在设计前期,通过知识管理理论建立产品多样化数据空间,并实现标准方案的动态演变和非标准设计的演绎推理过程,可以为设计过程提供丰富的设计知识资源和数据管理方法。



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