網(wǎng)絡(luò)化制造模式下基于本體的共享產(chǎn)品信息模型研究

摘 要：論述了網(wǎng)絡(luò)化制造模式下產(chǎn)品開發(fā)的特點(diǎn)及共享產(chǎn)品信息建模的需求，提出了基于本體的共享產(chǎn)品信息模型。通過對(duì)模型中產(chǎn)品概念及其之間的關(guān)系進(jìn)行形式化定義和描述，使協(xié)同制造各方能夠在語義層進(jìn)行信息交互，避免產(chǎn)生歧義，實(shí)現(xiàn)資源的快速發(fā)現(xiàn)和匹配，提高產(chǎn)品協(xié)同開發(fā)的效率和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)化制造；本體；產(chǎn)品模型

中圖分類號(hào)：TP393；TH166

在網(wǎng)絡(luò)化制造模式下，制造資源分布于跨地區(qū)、跨行業(yè)的企業(yè)和組織內(nèi)，并散布Internet，Intranet等網(wǎng)絡(luò)[1]。傳統(tǒng)的產(chǎn)品模型主要有基于幾何的產(chǎn)品模型和基于特征的產(chǎn)品模型，不能有效的組織和管理協(xié)同企業(yè)之間的結(jié)構(gòu)化或半結(jié)構(gòu)化產(chǎn)品資源信息。需要構(gòu)建一種面向產(chǎn)品生命周期，能夠在語義層面進(jìn)行交互和協(xié)同的共享產(chǎn)品信息模型，以提高網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同產(chǎn)品開發(fā)的效率。

1 現(xiàn)代產(chǎn)品開發(fā)特點(diǎn)及建模需求

1.1 網(wǎng)絡(luò)化制造模式下現(xiàn)代產(chǎn)品開發(fā)的特點(diǎn)

在經(jīng)濟(jì)全球化和網(wǎng)絡(luò)化制造環(huán)境下，新產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。企業(yè)需要快速響應(yīng)市場(chǎng)，有效組織產(chǎn)業(yè)鏈資源，開發(fā)出滿足客戶需求的產(chǎn)品?，F(xiàn)代產(chǎn)品開發(fā)過程呈現(xiàn)如下特點(diǎn)：

1.1.1 多領(lǐng)域、跨企業(yè)協(xié)同產(chǎn)品開發(fā)

在網(wǎng)絡(luò)化制造模式下，核心企業(yè)基于產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建企業(yè)聯(lián)盟進(jìn)行跨企業(yè)協(xié)同產(chǎn)品開發(fā)，適應(yīng)全球化競(jìng)爭(zhēng)和用戶需求多樣化。他們并行協(xié)同完成各自的開發(fā)任務(wù)，他們通過產(chǎn)品開發(fā)任務(wù)的分解和分配建立緊密的協(xié)作和約束關(guān)系。

1.1.2 面向產(chǎn)品族的產(chǎn)品開發(fā)

產(chǎn)品和工藝過程存在大量的相似性，產(chǎn)品和零部件存大量重復(fù)使用的可能。開發(fā)人員利用現(xiàn)有產(chǎn)品和零部件的設(shè)計(jì)資源，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化。面向產(chǎn)品族的產(chǎn)品開發(fā)就是建立可變型的、模塊化的產(chǎn)品模型，對(duì)客戶所需要的產(chǎn)品實(shí)施定制生產(chǎn)，從而減少產(chǎn)品和生產(chǎn)過程的復(fù)雜性、提高企業(yè)的反應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)能力。

1.1.3 面向全生命周期的產(chǎn)品開發(fā)

現(xiàn)代產(chǎn)品開發(fā)不僅包括產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程，還包括制造、裝配、銷售、維護(hù)等過程。因此，產(chǎn)品信息涉及從市場(chǎng)需求到將產(chǎn)品交付給用戶的全過程。產(chǎn)品開發(fā)不僅要縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量，還要考慮到縮短產(chǎn)品加工和裝配的周期、降低產(chǎn)品加工和裝配成本，甚至考慮到減少產(chǎn)品維護(hù)和報(bào)廢后回收所需的時(shí)間和費(fèi)用。

1.1.4 面向大批量定制的產(chǎn)品開發(fā)

在網(wǎng)絡(luò)化制造模式下，許多企業(yè)采用了模塊化設(shè)計(jì)方法和大批量定制的產(chǎn)品開發(fā)模式。企業(yè)根據(jù)用戶需求選擇事先設(shè)計(jì)或制造好的產(chǎn)品構(gòu)件模塊，通過產(chǎn)品配置過程形成滿足要求的最終產(chǎn)品。

1.2 共享產(chǎn)品信息模型

在網(wǎng)絡(luò)化制造環(huán)境下，主機(jī)廠與供應(yīng)商圍繞共同的產(chǎn)品模型進(jìn)行并行協(xié)同開發(fā)。為了有效地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同產(chǎn)品開發(fā)，主機(jī)廠與供應(yīng)商之間的產(chǎn)品信息、過程信息需要共享和協(xié)同。這些信息包括：開發(fā)任務(wù)、BOM配置、零部件幾何結(jié)構(gòu)、尺寸參數(shù)、裝配關(guān)系、質(zhì)量狀態(tài)、工藝工裝、設(shè)計(jì)狀態(tài)、設(shè)計(jì)更改、版本信息等。

2 基于本體的共享產(chǎn)品信息模型

2.1 產(chǎn)品本體的定義

定義1。產(chǎn)品本體，產(chǎn)品本體是一個(gè)六元組O=（C，R，H，F(xiàn)，X，I），其中C，R，H，F(xiàn)，X，I分別表示共享產(chǎn)品信息概念集、概念之間的關(guān)系集合，關(guān)系的層次關(guān)系，函數(shù)集合，公理集合以概念的實(shí)例集合。

共享產(chǎn)品信息概念集也是一個(gè)六元組，即C=（FC，PC，SC，DC，AC，CC）。其中FC，PC，SC，DC，AC，CC分別表示產(chǎn)品的功能、性能、結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)知識(shí)信息、產(chǎn)品特征信息和協(xié)同管理信息。基于本體的共享產(chǎn)品模型如圖1所示。

圖1 共享產(chǎn)品信息模型

2.2 共享產(chǎn)品信息形式化描述

通過對(duì)共享產(chǎn)品信息模型的概念和關(guān)系進(jìn)行形式化定義和描述，所其具有明確定義的語義。因此，在信息共享和交互時(shí)能夠進(jìn)行基于語義的搜索和推理[2]。采用描述邏輯進(jìn)行定義如下：

2.2.1 產(chǎn)品概念的定義

令Product，Component，Part為描述產(chǎn)品信息的原子概念，其分別表示類產(chǎn)品、類部件及類零件的概念，其形式化定義如下：

2.2.2 產(chǎn)品特征屬性的定義

型號(hào)、顏色、尺寸等屬于產(chǎn)品的特征信息，定義產(chǎn)品的特征屬性如下（其中）

??

??

2.2.3 整體與部分關(guān)系的定義

產(chǎn)品由部件構(gòu)成、部件由零件構(gòu)成，產(chǎn)品與部件之間以及部件與零部件之間具有有整體與部分關(guān)系，用partOf表示整體與部分關(guān)系：

? ，

?? ?

?? ?

2.2.4 實(shí)例關(guān)系的定義

一個(gè)具體產(chǎn)品是類產(chǎn)品的一個(gè)實(shí)例，一個(gè)具休的零部件也是類零部件的一個(gè)實(shí)例。因此，實(shí)例關(guān)系instanceOf定義如下：

a：C或者C（a），表示a是C的實(shí)例。

3 結(jié)束語

本文以產(chǎn)品信息在主機(jī)廠、多個(gè)供應(yīng)商、多個(gè)領(lǐng)域之間的傳遞、共享為目標(biāo)，提出了一種基于本體的共享產(chǎn)品信息描述模型，通過對(duì)產(chǎn)品的功能、性能、結(jié)構(gòu)等信息進(jìn)行形式化語義表達(dá)，使網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造各方的信息在語義層進(jìn)行有效的交互、集成和協(xié)作。

參考文獻(xiàn)：

[1]湯華茂，柏占偉，楊智慧.網(wǎng)絡(luò)化制造資源的分布式語義描述模型研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2012（07）：267-269.

[2]郭鋼，湯華茂，陳國榮.基于語義Web的網(wǎng)絡(luò)化制造模式研究[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2009（04）：690-697.

作者單位：重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶 401120