面向客户定制的板式家具产品族模型研究

机械设计与制造Machinery Design & Manufacture第 10期2013年 10月面向客户定制的板式家具产品族模型研究周 俊 。尚 利(四川大学 制造科学与工程学院，四川 成都 610065)摘 要：随着人们生活水平的提升，人们对产品的个性化需求日益提高。为解决板式家具产品设计中快速响应市场需求和客户个性化定制的问题，对板式家具产品的定制因素进行了分析，基于GBOM对板式家具产品族的界定规则和产品族模型的对象进行研究，构建出面向客户定制的板式家具产品族模型，给出产品族模型的配置约束和产品配置方法．实现了板式家具产品的快速定制设计。以床为实例演示面向客户定制的板式家具产品族模型的建立及其配置方法。

关键词：板式家具；GBOM；产品族；产品配置中图分类号：TH16；TS664．1 文献标识码：A 文章编号：1001—3997(2013)10—0264-03Study on Product Family Model of Plate Furniture for CustomizationZHOU ]un，SHANG Li(School of Manufacturing Science and Engineering，Sichuan University，Sichuan Chengdu 610065，China)Abstract：With the improvement of living standards。people individual and pe~oanlized needs for products are increasing.

In order to solve the problem ofthe rapid castomization ofpl~efurniture design，it analyzes customfactors ofpl~efurniture，builds a product family model ofplate furniture for customization based on GBOM by studying the define rules ofproductfamily and the model objects．A method of configuration is put forward with its constraints to achieve plate furniture’S rapidcustom design．The bed is demonstrated as an instance.

Key W ords：Plate Furniture；GBOM ；Product Family；Product Configuration1引言板式家具是一种由刨花板、中密度纤维板或空心贴面板等人造板材作基材，通过表面贴面、油漆等工艺进行装饰，再由五金件连接制成的家具。随着近年城市化建设的加快，房地产市场的扩张，人民生活水平的提升，人们对空间布置要求的提高 ，板式家具以其低消耗、环保 ；质轻、结构简单、易拆装运输；标准化、模块化程度高；造型多变、外观时尚、价格实惠等特征l1I，倍受大众青睐，已成为家具市场的主流产品。

随着全球化进程的加快，电子商务的流行和新兴制作技术的普及，家具产品的交货期和生命周期日益缩短，在这个提倡“速食”的年代，大规模定制的思想应运而生。大规模定制是指在大规模生产的基础上，根据客户提出的个性化需求，设计并制造出客户满意的产品目。要实现大规模定制生产，首先得解决产品设计阶段产品快速设计的问题 q。面临板式家具产品种类的个性化和多样化的发展现状，传统BOM(Bil of Materials，物料清单)在产品的定制设计上已不适用 。因此，基于 GBOM_句(Generic Bil ofMaterials，类 BOM)，将快速设计和个陛化定制的因素融入到产品BOM设计中，构建一个面向客户定制的板式家具产品族模型。

GBOM是由一个类 BOM结构和选择树组成的极度优化的关系型模型，它对产品结构和零部件的差异性进行集成和控制，能用较小的结构和存储空间，存储大量的产品信息。在此模型的基础上进行产品配置，可以快速得到定制产品 BOM，以此来实现客户个性化定制产品设计，为大规模定制生产打下基础。

2定制因素分析板式家具的结构简单，物料种类也比较单一，其主要物料有三大类：基材，五金，辅助材料。基材类是板式家具的主要组成部分，常见的有：木质板材，金属板材和玻璃。五金类按照其功能可分为：结构五金，用以基材的连接固定 ；功能五金 ，用以实现部件的活动等功能。辅助材料有贴面、封边和油漆等物料。板式家具的设计 BOM，如图 1所示。

图 1板式家具的设计 BOM示意图Fig．1 Diagram of Plate Furniture’s Designing BOM来稿日期：2012—12—14作者简介：周 俊，(1988一)，男，四川成都人，硕士研究生，主要研究方向：企业信息化；尚 利，(1968一)，女，四川成都人，博士，副教授，主要研究方向：企业信息化第 10期 周 俊等：面向客户定制的板式家具产品族模型研究 265设计师在创新设计和改良设计时，通常在结构上对板材进行组合变化，对零部件进行模块化设计，或是通过新材料的使用、规格尺寸的调整、颜色搭配的改变等来推陈出新。而用户的个陛化需求主要是在成品的基础上微调产品结构和零部件样式，如部件的替换，规格的选择，板材、贴面、烤漆、五金件的选择等。由此可将板式家具产品的定制因素归为两类：产品结构和零部件属性。

所以，要构建基于GBOM的产品族模型必须先对板式家具进行分类，界定其产品族；然后提取出通用产品结构以构建产品族模型的结构，整合零部件以构建模型的构成对象及其属性集；再将将模型结构与模型对象结合构建出产品族模型。

3产品族模型3．1板式家具产品族产品族是一组具有相似形状特征和功能、相同市场目标的产品集合[71。对于板式家具而言，通常情况相同风格系列下的产品将被归为一个产品族，具体界定规则如下：(1)具有相同市场定位和客户需求【吲。市场定位在产品设计初期确定，决定了家具的质量、成本、价格、款式 、风格、客户群等预定属性；客户需求是由设计师设定的普遍存在的和客户个性化定制的产品属性。属性在一定程度上相同的产品可归为一个产品族。

(2)具有相同或相似产品结构IS]。由于客户对产品的尺寸、颜色、装饰和细部结构等要求不同，企业会设计出结构相同或相似但细节不同的家具，这类可用通用结构来表述的产品可归于一个产品族。

(3)由模块化组件构成的板式家具。家具生产中常依照“32ram系统”的标准设计出特定的模块，通过不同模块的舍取和模块数量的差异来组成不同的家具，这些由模块组合而成的产品可归于一个产品族。

3_2产品族模型对象通过对板式家具 BOM分析和产品族的研究，对板式家具的产品族模型对象总结如下：产品族结构，配置元，属性集。

产品族结构：产品族结构是产品族所有产品结构集合而成通用结构。由若干配置元按照一定装配关系构成。

配置元：配置元是代表产品族中一组具有相似结构和功能零部件的单元。产品族是模型根节点配置元。配置元实例化指向具体零部件。

属性集：配置元指向零部件的各个属性分别对应一个确定的属性值，将同一属性的属性值提取并组成一个集合，定义其为属性集(为了提高产品族模型的集成性和可定制性，将零部件的原材料归为零部件的屙陛)。

如有零部件 m ，b }，m2{ ，b }，m3{0 ，b2}， { ，b }，％、b是 m 的属性，则有配置元 {A{。。 }，B{blb }}。A，B属性值的4种组合将产生4个的零部件实例。

3．3产品族模型的建立面向客户定制的板式家具产品族模型是一个由配置元以一定的装配逻辑和约束构成的自上而下的结构树。它将同一产品族的多个产品的BOM结构集成为一个 BOM树来表示，它不专属于任何一个产品，而是多个产品的集合[)]。它的表现形式，如图2所示。

图 2产品旃．模型表达示意图Fig．2 Diagram of Product Family Model在产品族模型的使用过程中，随着企业和客户在供需过程中的供需关系的多元化和细化，产品会增加新的零部件 ，随之也会产生新的配置元、属性集。由于该模型的关系型特性，只需要单独对新对象进行定义，再将其与模型其他对象关联即可。可见，无论是使用上还是管理上，产品族模型都具有良好的柔性和适应性 ，可以很好的适用于大规模定制生产。

4产品族模型配置约束产品族模型的配置约束是在产品配置过程中所遵循的各种规则。参照文献 的观点，根据板式家具的具体隋况对产品族模型设置三种约束，具体分析如下：(1)配置元之间的约束。配置元之间的约束分为逻辑约束和算术约束。逻辑约束表达了零部件实例之间关联性属性的约束，例如抽屉部件上五金件与构成板件之间的关联。算术约束表达了实例的物理和性能方面的设计要求与定制需求【l01。

(2)配置元与外部属性间的约束。描述了一个配置元与另一个配置元内部的属性之间的约束关系，如因为风格、颜色搭配等原因，五金件与实色板件的油漆属性存在的关联。

(3)属性集之间的约束。描述了配置元内部属性之间或配置元属性与另一个配置元属性之间的约束关系。这种约束关系的产生主要原因是关联属性的存在。如结构上相关联的板件的规格属性值具有的算术关联。

配置约束是产品配置过程中的关键，它直接影响到配置结果。实际上，产品配置的过程是各种约束不断被满足和确认的过程。

5产品配置方法面向客户定制的产品族模型的配置就是在客户定制需求驱动下，按照一定配置约束，对模型中配置元进行选择，并对配置元的属性集赋值，最终完成一个产品实例的过程。产品配置的方法，如图3所示。

功能提取 V 束求解，属性值的确定图3产品配置方法示意图Fig．3 Diagram of Product’s Configuration Method266 机 械设 计 与制 造No．10Oct．2013产品配置通常由集成于PDM或 ERP中的产品配置器来完成。产品配置器预先定义好了一系列的映射规则，然后利用产品族结构本身自上而下的逻辑关系进行逐层求解 ，直到将所有配置元实例化得到具体零部件。具体的产品配置过程如下：第一步：输入客户需求。将客户需求信息形式化，使其在数据结构和数据类型上能被系统接收；输入形式化数据。

第二步：数据映射。通过对输入接口的判断和内部函数的处理，配置器将自动完成从输人数据到产品功能的映射①，功能原理到产品结构的映射②，功能原理到属性集的映射③。

第三步：产品族模型实例化。从根节点开始遍历产品族结构的配置元及属性集：(1)产品族结构实例化。当遍历到配置元时，根据映射②和配置约束，对配置元进行删减，得到满足要求的产品结构。(2)配置元实例化。当遍历到属性集时，根据映射③和配置约束，对属性集进行赋值。赋值可以是对属性集内已有属性值的选择，也可以是新属性值的添加。当一个配置元的所有属性集的屙『生值都确定时，配置元实例化完成。

第四步：当所有配置元都完成实例化后，得到具体的产品BOM，配置过程结束。

综上所述 ，通过产品配置器内部的映射规则和函数，使产品配置过程高效且智能，使企业能够快速地提供多种方案供客户选择，或者直接让客户参与到产品的设计中，并且所得产品BOM可立即提供给生产部门，进行生产流程。

6实例分析下面以板式家具中的床为例进行产品族模型建立和配置分析。床主要由床头板，床尾板，侧板和床架四部分组成，面向客户的定制的属性集有：(1)规格属性集：A{900x2000x9001 200x2000x900 I1500 x1900 x9O0 I1500 x2000 x900 l800 x1900~900 I1800 X2000x9001自定义 }(单位：mm)；(2)材板属性集 ：B{中纤板 }；(3)面饰属性集(油漆)：C{白橡木贴面l红橡木贴面I桦木贴面l暖白色I棕红色I黑色旧定义 }；(4)床头靠背样式集：D{纯色布软靠 花布软靠1皮质软靠I无 }：(5)床架屙}生集：E{排骨架式『箱体式 }。

如图4所示，床产品族模型由配置元按照装配逻辑构成，配置元内部聚合了一系列的预定义的定制属性集。假如需定制一张规格为长(2000mm)宽(1350mm)、粉红色的床体、不要床头软靠、床架无特殊要求的单人床，则其配置过程为：(1)首先将客户需求形式化 ：“规格 1350x2000x900”，“纤维板”，“粉红色漆”，“无软垫靠背”，“排骨架式床架”；输入数据。(2)然后系统配置器将“1350x2000x900”、“粉红色”、“纤维板”屙f生分别映射到配置元的规格 、颜色、基材属性集，并且跟算术关联计算出各板件零部件对应的规格；将“无软垫靠背”，“排骨架式床架”映射到产品族结构和对应配置元。(3)遍历产品族模型，根据映射关系和配置约束，得到产品结构并给配置元的属性集赋值。(4)实例化完成，获得客户定制的床的完整 BOM，如图5所示。

图4床产品族模型示意图Fig．4 Diagram of Bed’S Product Family Model图 5床 BOMFig．5 BOM of Bed7结束语产品族模型是实现板式家具快速、个性化定制的关键。通过对产品族模型的构建，根据客户需求，可快速配置出产品BOM，实现板式家具产品的快速定制设计，为企业大规模定制生产奠定基础。从板式家具产品 BOM人手，分析了其在产品设计上面向定制的关键因素，基于GBOM构建出面向客户定制的板式家具产品族模型，给出了产品配置的原理和方法，并通过实例演示了产品族模型的建立和配置过程。

参考文献[1]刘文斌，郭琳，雷得定．浅谈板式家具的兴起与家具五金件的发展EJ].

人造板通讯，2004(1 1)：27—28.

(Liu Wen-bin，Guo Lin，Lei De-ding．The rise of panel furniture anddevelopment offurniture hardware[Jj．China Wood—based Panels，2004(11)：27—28．)[2]祁国宁，杨青海．大批量定制生产模式综述[J]．中国机械工程，2004，(14)：1240—1245.

(Qi Guo-ning，Yaug Qing-hai．Summary on mass customization productionmode[J]．ChinaMechanicalEngineering，2004(14)：1240—1245．)【3]朱斌 ，江平宇．面向大批量定制生产的产品族设计技术综述[J]．机械设计．2002(8)：1—4.

(ZhuBin，JiangPing-yu．Summaryontechnology ofproductfamilydesignoriented to customized mass production lJj．Journal of Machine Design，2002(8)：1-4．)【4]曾芬芳，游啸，严晓光．大规模定制环境下产品族建模技术的研究[n计算机与数字工程，2004(2)：48—50.

(Zeng Fen-fang，You Xiao，Yan Xiao-guang．Technology research onproduct family modeling under mass customization [J]．Computer＆Digital Engineering，2004(2)：48—50)[5]戴有华，卢章平．面向客户定制的类 BOM的研究[J]．机械设计与制造 ，2006(5)：66—68.

(Dai You-hua，Lu Zhang-ping．Study on customer order-oriented genericbil ofmaterials[J]．Machinery Design＆Manufacture．2006(5)：66-68．)(下转第269页)机械设计与制造No．10Oct：201 35结论综合考虑总完工时间和订单优先权两个目标，建立了综合排序最优模型，该模型不但能够解决传统的置换流水线排序问题(w-0)；而且还可以通过调节w的大小，来解决综合考虑总完工时间和订单优先权的最优订单加工顺序。w越大说明订单优先权比较重要，模型计算出来的结果偏向于和订单优先权排序一致的加工顺序；w越小说明总完工时间比较重要 ，模型计算出来的结果偏向于总完工时间最小的加工顺序。

相对于传统的求解最小完工时间为目标的订单生产排序模型，本模型考虑了更多的因素，并将这些因素综合为订单优先权指标，因而更加符合实际的生产调度管理，对现实的生产管理活动也更具参考意义。

参考文献[1]Laha D，Chakraborty U K．An eficient hybrid heuristic for makespanminimizationinpermutationflowshopscheduling LJJ．InternationalJournalofAdvancedManufacturingTechnology，2009(44)：559-569.

[2]于承敏，郑丽萍，张民．粒子群算法解决置换流水车间调度问题方法综述[J]．机械设计与制造，2012(8)：84．86.

(Yu Cheng—min，Zheng Li-ping，Zhang Min．A survey of the methods forthe particle swalITI optimization algorithm to solve the permutation flowshop scheduling problem [J]．Machinery Design＆Manufacture，2012(8)：84—86．)[3]Behnamian J，Fatemi Ghomi S M T，Zandieh M．A muhi—phase coveringPareto-optimal front method to multi-objective scheduling in a realistichybrid flowshop using a hybrid metaheuristic[J]．Expea Systems withApplications，2009(36)：11057-11069.

[4]Imed K，Slim H，Pierre B．Pareto optimality approach for flexible j0b—shop scheduling problems：hybridization of evolutionary algorithms andfuzzy logic[J]．Mathematics and Computers in Simulation，2002(60)：245—276.

[5]吴秀丽，孙树栋，余建军．多目标柔性作业车间调度优化研究[J]计算机集成制造系统，2006，12(5)：731—736.

(Wu Xiu—li，Sun Shu—dong，Yu Jian-jun．Research on multi—objectiveoptimization for flexible job shop scheduling[Jj．Computer IntegTatedManufacturingSystems，2006，12(5)：731—736．)[6]Moslehi G，Mahnam M．A pareto approach to multi-objective flexiblejob—shop scheduling problem using particle swami optimization and localsearch[J]．International Journal of Production Economics，201 1(129)：14—22.

[7]Chiang Tsung—che，Cheng Hsueh-chien，Fu Li-chen．NNMA：Anefective memetic algorithm for solving multi—objective permutation flowshop scheduling problems [Jj_Expea Systems with Applications，2011．38(5)：5986—5999.

[8]Aroyo J C，De Souza Pereira A A．A GRASP heuristic for the multi—objective permutation flowshop scheduling problem [J]．InternationalJournal ofAdvancedManufacturingTechnology，2011，55(5-8)：741-753.

[9]Tailard E．Some eficient heuristic methods for the flow shop sequencingproblem[J]．European Journal of Operational Research，1990(47)：65-74.

(上接第 256页)5结束语基于物联网的振动监测系统适用于机组环境较为恶劣的工业场所，例如风力发电机 。系统的 Wif无线网络的传输为实时监测的操作人员提供了很多方便，提高了设备故障诊断的可靠性和设备管理的自动化水平，为设备的安全稳定运行提供了依据和保障 。

参考文献[1]陈磊，韩捷，孙俊杰．基于嵌人式技术的机械故障诊断巡检系统研制[J]．仪表技术与传感器，2007(10)：27—29.

(Chen Lei，Han Jie，Sun Jun-jie．Inspection mechanical fault diagnosissystem research based on embedded technology[J]．Instrument TechniqueandSensor，2o07(10)：27—29．)[2]许飞云，胡建中，贾民平嵌入式旋转机械状态监控与故障诊断系统研究[J]-东南大学学报，2004，34(6)：761．765.

(Xu Fei—yun，Hu Jian-zhong，Jia Min—ping．The embedded rotatingmachinery condition monitoring and fault diagnosis system research[J].

Journal ofSoutheast University，2004(6)：761—765．)[3]陈磊，韩捷，孙俊杰．基于嵌入式技术的设备状态监测与故障诊断系统设计[c]．2008年全国振动工程及应用学术会议暨第十一届全国设备故障诊断学术会议，2008(Chen Lei，Han Jie。Sun Jun-jie．Equipment condition monitoring andfault diagnosis system design based on embedded technology [C]．The2008 National Conference on Vibration Engineering and Application ofand the 1 lth National Equipment Fault Diagnosis Colloquium，2008．)[4]薛伟，董辛曼．面向物联网的设备状态监测系统关键技术研究[D]．郑州：郑州大学 ，2012(5)：19—21.

(Xue Wei，Dong Xin-min．Key equipment condition monitoring systemtechnology research for the Internet of things[D]．Zhengzhou：ZhengzhouUniversity，2012(5)：19—21．)[5]杨亮．13．56MHzRFID阅读器的硬件设计与实现[J]．科技广场 ，2007：2l7-219.

(Yang Liang．13．56 MHz RFID reader hardware design and realization[J]．ScienceandTechnologyPlaza，2007：217—219．)[6]邹思轶．Linux嵌入式设计与应用[M]．北京：清华大学出版社，2002.

(Zou Si-yi．Linux embedded design and application[M]．Beijing：TsinghuaUniversity Press，2002．)f7]袁冬梅 ，罗辑，唐毅锋．数控机床振动监测系统设计[J]．2007(4)：221—224.

(Yuan Dong-mei，Luo Ji，Tang Yi—feng．Numerical control machine toolvibrationm0nitoring sy8temdesign[J]．20o7(4)：221—224．)f8]张晓莉，刘晓波．水轮发电机组振动监测软件系统的开发[J]．机械设计与制造，2010(1)：222—224.

(Zhang Xiao-li，Liu Xiao-bo．Hydroelectric generating set vibrationmonitoring software system development[J]．Machinery Design and Manu—facture．2010(1)：22 一224．)