摘要：在分析产品结构的内涵基础上，提出基于产品结构具有时间、数据和粒度三维的产品全生命周期模型概念和相关术语，全面表达产品全生命周期活动中的产品相关信息。给出模型的节点、节点属性、关系和结构子树的定义，以及节点和节点属性的操作方法。论述操作规则和模型结构子树的构建步骤。示例阐明产品从需求结构子树到回收／报废结构子树的全生命周期模型构建过程。
关键词：产品全生命周期；结构模型；产品模型
1、前言
全球市场竞争核心是能够满足市场需求和具有创新性的产品竞争；而产品竞争主要体现在客户需求、产品功能、外观、质量、成本和售后服务等多方面。为描述并使用这些产品信息，人们建立了产品数字模型，广泛应用于产品的设计、制造等方面。
2、模型的概念
这里提出的基于产品结构的全生命周期模型是对产品生命周期中各种信息的结构化集成，它综合了产品信息的时间维、粒度维和数据维三个维度的产品信息，是一个三维视图结构，如图1所示。
（1）从时间维上看，产品生命周期的时间阶段可分为需求、概念、设计、加工、装配、使用、维修和回收/报废s个阶段，产品信息也对应地包括产品需求结构子树、产品概念结构子树、产品设计结构子树、产品加工工艺子树、产品装配结构子树、产品使用结构子树、产品维修结构子树和产品回收/报废结构子树g类产品结构子树，各个阶段的产品结构子树共同构成完整的产品全生命周期模型。各个结构子树间具有一定的映射转换关系。
（2）从粒度维看，产品信息可分为产品、部件、零件三层信息，它们表示了产品信息的细化程度，不同情况可能需要不同层次的信息。例如在产品需求阶段，仅需要了解在产品层次上的信息即可，而 在设计制造阶段，则需要所有三个层次的信息。
（3）从模型的数据表达看，可以分为节点数据、属性数据和物理数据三层。节点数据层表示各阶段 结构子树上的节点名字，包括产品、部件和零件三 类节点的名字。属性数据层表达节点具备的属性、属性值，一个节点具有多种不同类型的属性，此外 不同节点也可以具备同一类型的属性和属性值。节 点属性层表达了生命周期阶段的产品、部件和零件 的具体属性和属性值。物理数据层由多个简单的数据库表构成。数据库表对应着产品的节点名字、节点属性和属性值。通过对数据库表的合并和优化形成一个全生命周期的全局数据模型，支持全局数据库的建立。
基于产品结构的全生命周期模型生成分为两个阶段：
（1）产品信息生成阶段。在这一阶段，操作者根据产品需求创建产品需求结构子树，对其进行功能分解，形成功能结构树，并映射成产品概念结构子树，再对概念结构子树的部件节点进行子功能分解进而生成产品设计结构子树。产品设计结构子树是产品全生命周期模型的核心子树，其后续结构子树都是由它直接或间接衍生出来的。
（2）产品信息发布转换阶段。在考虑产品在装配、加工、使用和维修等不同阶段所具有的特有性质的情况下，产品设计结构子树根据各自的映射规则生成产品加工结构子树、产品装配结构子树；类似地，产品装配结构子树生成产品使用结构子树和产品维修结构子树，产品维修结构子树生成产品回结构子树由节点及其关系构成。节点包括零件节点、部件节点和产品节点，零件节点是产品结构子树的叶节点，零件节点可以构成部件节点和产品节点，部件节点可以构成产品节点。为便于叙述，下面的定义与操作限定为一棵产品全生命周期模型的数学表示。
3、节点操作与模型构建
基于产品结构的全生命周期模型是通过产品结构子树间各个活动操作得到的子树集合。在产品全生命周期活动中，产品结构子树节点间的操作分为两类：①节点操作，即产品节点、部件节点和零件节点间的操作。②属性操作，即产品结构子树节点上的各种属性操作。
3.1结构子树基本操作
此处抽象出六种基本节点操作，分别用①、8，O、田、曰、目表示。其中，前三种操作可以确定节点存在情况，进而确定结构子树的节点构成；其后两种操作可以确定节点属性存在情况，最后的操作确定其属性值。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆3.2结构子树的构建 需求结构子树是产品全生命周期模型的初始子树，没有结构子树可以转换，所以它只能通过节点增加操作，即O操作确定产品需求结构子树的节点，通过属性增加操作，即田操作向需求节点添加属性，并使用属性赋值操作，即日操作给属性赋值，从而构建产品需求结构子树。
除需求结构子树外，所有产品结构子树的构建都遵循这四个操作步骤，最终生成产品全生命周期模型。
4、产品全生命周期建模示例
产品在不同生命周期阶段间的转换是不同的，此处以减速器为例说明模型的建立过程，但其方法可以广泛地应用到其他机械类产品的全生命周期模型的建立中。
产品需求子树是整个产品生命周期树的起点，它只有一个产品节点，该节点的各个属性记录了不同的产品需求。产品需求具有定性和定量两类，对于明确类型的产品，更多的是定量的需求，如一般减速器的需求常为减速比、价格、外形尺寸等。此时节点属性值是由产品订单（合同）确定的。产品需 如减速器的总体要求为传动比为3.576通过查表可知该减速器应该采用一级圆柱齿轮减速器方案，该方案包括输入、传动（传动、散热、润滑）、支撑（润滑、支撑、密封）和输出四项子功能，括号内为小的子功能。在产品概念子树上的节点分别对应这些功能，如输入一联轴器；传动一单级齿轮组；支撑一箱体+高速轴+低速轴十轴承十端盖+密封件十螺钉/螺栓+键；输出一联轴器。其中，箱体一支撑+密封，而密封一箱体十端盖十密封圈。
在完成概念结构子树后，需要在CAD工具上完成产品的具体设计，包括产品总装配设计和零件设计。从概念结构子树到设计结构子树的映射过程中，其节点结构基本不变，主要是完善各个节点的属性，完成例如几何尺寸、表面粗糙度、公差和偏差等设计特征属性，进而完成产品设计结构子树。
在进行结构子树阶段转换时，其节点属性值的确定存在以下几种情况。
（1）其属性值直接继承该节点在前一状态的属性值，这是结构子树节点转换中最为常见的一种属性值确定方式。如图4所示的齿轮的齿数、材料、精度等级等属性。
（2）节点属性值实际意义相同，但其计量单位不同，如图4中齿轮中心距属性在设计阶段是厘米而在制造阶段则是毫米（在零件外协加工时经常会出现该问题）。对于这种节点具有同一属性值，计量单位不同的情况，系统按相应的单位转换公式自动转换其相应属性值。
（3）另一些基本属性与其他属性具有某种函数运算关系。如图4中出现在加工阶段的齿轮属性滚刀精度值必须是AA级才能满足齿轮7级精度的要求。
（4）属性值与其他属性无关，操作日期等属性，这些属性值由系统自动或手工设置。上述几种情况均可使用定义5给出的“属性赋值”操作处理。
4、结束语
模型将产品分为产品、部件、零件三个层次，它们在逻辑上是独立的，彼此通过关系连接在一起，形成各个产品结构子树。其中一个产品使用的部件节点、零件节点也可以方便地被其他产品所应用，从而支持产品知识重用和产品变型设计。模型表达了产品全生命周期的业务模型，为CRM，ERP. PDM等应用系统的信息分析与检验，提供了可靠的、完整的、一致性的支持，为文档生成和信息集成奠定了基础。该方法已经应用于某减速器厂信息化系统的产品建模与开发中，并取得了较好的效果。
参考文献：
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作者简介：
1、袁洲，身份证号码：430503197711282015。
2、李飞宇，身份证号码：440684198110210438。
论文作者:袁洲1,李飞宇2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第9期
论文发表时间:2019/6/20
标签：子树论文; 节点论文; 产品论文; 结构论文; 属性论文; 生命周期论文; 模型论文; 《基层建设》2019年第9期论文;