硕士论文-结合面向对象技术和约束推理的产品配置方法研究及系统

上海交通大学硕士学位论文结合面向对象技术和约束推理的产品配置方法研究及系统开发姓名：周义廷申请学位级别：硕士专业：工业工程与物流工程系指导教师：杨东20090214上海交通大学硕士学位论文摘要第I页结合面向对象技术和约束推理的产品配置方法研究及系统开发摘要在市场竞争日趋激烈的今天，为了脱颖而出、赢得利润，企业面临着许多新的挑战。另一方面，随着人们的个性化意识的增强，对于个性化产品的需求也日益增长。因此，如何昀大限度地满足客户的这一需求成为企业能否战胜新的挑战的关键问题。为了解决这一问题，企业界已经开始尝试大规模定制的生产模式（MassCustomization,MC）。而作为大规模定制模式的核心使能工具之一，产品配置则成为了学术界研究的热门领域。近年来，国内外学者针对产品配置方法进行了深入的研究，取得了丰富的研究成果，从而使得产品配置系统广泛应用于电子、计算机、通信等诸多领域。本文对产品配置技术的形成、发展、在大规模定制模式中的应用、国内外相关领域的研究现状做了详细的论述。为了高效率地开发产品配置系统，有效地解决配置问题，提出了一种结合面向对象建模技术（Object-orientedModelingTechnology,OO）和动态约束满足问题(DynamicConstraintSatisfactionProblem,DCSP)的配置方法。该方法首先采用面向对象技术建立了可重用、可共享的配置模型以表达领域知识，然后将配置模型映射成为DSCP，从而通过约束推理的方式实现了配置问题的昀终求解。在对象建模阶段，我们提出了元模型-概念模型-对象模型的三层建模体系，以提高模型的可重用性。在约束推理阶段，深入研究了基数问题、结构化关系、配置约束等的映射规则。在DCSP求解阶段，改进了传统的回溯算法，提出了EBT算法以实现求解。金龙联合汽车工业（苏州）有限公司是中国知名的客车制造商，其旗下的海格系列客车截止2007共销售7万台，具有稳定的市场份额。本文以该公司的海格系列客车配置作为工程实例，阐述了所提出的配置方法，验证了算法的可行性和有效性，并利用JAVA高级编程语言开发了基于OO-DCSP的客车配置原型系统。关键词：产品配置；面向对象建模；动态约束满足问题；大规模定制上海交通大学硕士学位论文ABSTRACT第II页THERESEARCHANDSYSTEMDEVELOPMENTOFPRODUCTCONFIGURATIONBYCOMBININGOOANDCONSTRAINTREASONINGABSTRACTNowadaysthecompetitionbetweencompaniesisincreasinglyintense。Thecompaniesnowfacenumerouschallengestosucceedinbusinessandmakeprofit.Ontheotherhand,themoreemphasisonpersonalizedawarenessimpliestheincreaseofthedemandforpersonalizedproducts.Therefore,Howtomaximallysatisfythiskindofneedsfromcustomsturnsouttobethekeyproblemofwinningthechallengesforthem.Tosolvethisproblemtheglobalbusinesscommunityhasbegunanewattempttoimplementmasscustomization.Andtherebyproductconfiguration,oneofthekeyenablersofmasscustomization,becomesahotresearchfieldofacademiccommunity.Intheseyearsdomesticandforeignscholarshavedeeplyinvestigatedproductconfigurationmethodsandobtainedabundantresearchresultswhichmakeproductconfigurationsystemstobeappliedinmanyfieldsuchaselectronics、computer、telecommunication.Inthispaper,theformingandevolvingprocessofproductconfiguration、theapplicationunderthemasscustomizationparadigmaswellastheresearchoverviewwasdiscussedindetail.Inordertoimplementconfigurationsystemsefficientlyandsolveconfigurationproblemseffectively,anewapproachcombiningobject-orientedmodelingtechnologyandconstraintreasoningwasputforward.Inpresentedapproach,firstlyareusableandsharableconfigurationmodelwasestablishedtorepresentdomain-specificknowledgebyusingtheobject-orientedmodelingapproach.ThentheconfigurationmodelwasmappedtoaDynamicConstraintSatisfactionProblem(DCSP)andfinallytheconfigurationproblemwassolvedefficientlythroughtheuseofconstraintreasoning.Tomodelathree-layeredarchitecture(metamodel、model、object)wasputforwardtoenhancemodelreusability.Whenmappingfromtheconfigurationmodelto上海交通大学硕士学位论文ABSTRACT第III页DCSPmappingruleofCardinalityproblem、structuredrelationship、configurationconstraintswereresearchedandapackageofmappingruleswasdeveloped.ForsolvingtheDCSPanextendedbacktrackingalgorithmwasdesignedanditsinferenceprocesswasdemonstrated.HIGERBUSCompanyLimitedisanotablebusmanufacturerinChina.。UptoJune2007,thecompany’sHIGERBUShasproducedandsoldover70,000buses,whichhasahugeguaranteedmarketshare.Inthispaper,aconfigurableHIGERBUSwaspresentedtodemonstrateourconfigurationmethodandillustratetheeffectivenessofthepresentedalgorithms.FinallytheOO-DCSP-basedbusconfiguratorshellwasdeveloped,whichwascodedwithJAVAprogramminglanguage.KEYWORD:productconfiguration;object-orientedmodeling;dynamicconstraintsatisfactionproblem;masscustomization上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月上海交通大学硕士学位论文第一章绪论第1页1绪论十九世纪末，二十世纪初，美国通过大规模生产（MassProduction）模式赢得了全球经济的统治地位。但是，由于过去二三十年里日益动荡的市场环境，大规模生产已经不再能与之相适应，取而代之地，大规模定制(MassCustomization，MC)这一应运而生的新的管理模式，无论在制造业还是服务业都成为了企业竞争的新前沿。这一新主题同样也引起了国内外学术界的高度重视，对其进行了深入的研究，以便更好地指导企业界应对新的挑战。本文，正是在大规模定制这一宏大主题下，进行深入研究，探讨如何利用行之有效的使能技术--产品配置来帮助企业昀终实现大规模定制模式。为此，本章首先简略回顾制造业发展历史，阐述论文的研究背景，其次，介绍产品配置的基本概念、研究范畴以及国内外的重要研究成果，昀后给出本论文的主要研究内容。针对所提出的产品配置方法，论文在后续的第2，3，4，5章将给予详细阐述并在第6章对整个研究进行总结。1.1研究背景1.1.1制造业发展回顾与现今面临的挑战制造业是利用手工或机械工具将原材料加工成昀终的消费品的行业。其早期生产方式的主要特征是使用手工工具，以手工劳动和手工技艺为主。现代自动化的制造业的起源则是1860年前后蒸汽机的发明。紧随其后的第一次工业革命则确立了英国在制造业的统治地位。然而，到19世纪80年代，美国依靠自身的制造模式，超越了英国，一跃成为世界制造业的领先国，在19世纪与20世纪之交，美国工业品的产量已是英国的1.5倍。美国之所以能在19世纪成为主要的制造业大国，其原因上海交通大学硕士学位论文第一章绪论第2页可归结为美国模式所独有的八大特征：可互换的零件、专用的机器，对供应商的信任、以生产过程为中心、劳动分工、熟练的工人、灵活性和持续的技术改进等[1]。进入20世纪，由于亨利•福特等人在继承制造业的美国模式的优点的基础上进行了进一步革命性的改造，创造并执行了比美国模式更为著名的大规模生产，又称福特模式，大大提高了生产效率，降低了制造成本，其结果不仅巩固了美国制造业的领先地位，而且使其成为世界上占统治地位的制造强国。大规模生产是美国模式的直接产物，它在强调了原有的成功原则的同时，还新增了一些新的原则，如表1-1所示。表1-1大规模生产的原则Table1-1ThePrinciplesofMassProduction从美国模式中继承来的：z可互换的零件z专用的机器z以生产过程为中心z劳动分工增加的原则：z流水线生产z以低成本、低价格为目标z规模经济z产品标准化z专业化程度z以工作效率为中心z由专业管理人员组成的分层组织结构（科学管理）z垂直集成亨利·福特将大规模生产原则应用于汽车工业，使其成为应用这一生产模式昀成熟的代表。他们在T型车的制造中，引入了装配线，把工件送到工人面前，每个工人只装配汽车的一部分，然后移送给下一个工人，进行下一道装配工序，从而使得