產(chǎn)品線工程（PLE）簡介
產(chǎn)品線工程（PLE）是一種產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)方法，推出這一方法的目的是高效進(jìn)行一系列同類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開發(fā)。整個產(chǎn)品家族被稱為產(chǎn)品線，而該家族中的某一型號產(chǎn)品則被稱為產(chǎn)品變種(Product Variant)。
在傳統(tǒng)的開發(fā)模式中，開發(fā)這樣一個家族的通常方法是開發(fā)一個產(chǎn)品，然后復(fù)制和修改所有后續(xù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)文檔（所謂的克隆和個性結(jié)合方法）。但這種方法充滿了問題：“很難對所有產(chǎn)品進(jìn)行全面一致性的更改。此外，可追溯性受到極大損害，很難進(jìn)行影響分析?！?/span>
相比之下，PLE方法規(guī)定用戶設(shè)計(jì)包含產(chǎn)品整個變異頻譜的常見設(shè)計(jì)，此設(shè)計(jì)稱為系統(tǒng)的超集設(shè)計(jì)（又名150%型號）。
首先，超集設(shè)計(jì)中會描述可用的功能選項(xiàng)（通常在單獨(dú)的文檔/工具中，而不是系統(tǒng)設(shè)計(jì)文檔中），并且在功能選擇和設(shè)計(jì)中的特定點(diǎn)之間建立連接，這些點(diǎn)需要根據(jù)功能選擇而變化（這些點(diǎn)稱為變異點(diǎn)）；
其次，做出特定的功能選擇來定義家族中的特定產(chǎn)品；
最后，通過獲取家族的設(shè)計(jì)文檔并根據(jù)該產(chǎn)品的功能選擇縮小范圍，得到特定產(chǎn)品（又名100%型號）的設(shè)計(jì)規(guī)格或文檔。
傳統(tǒng)的PLE過分依賴專業(yè)的PLE工具來執(zhí)行，對各種資產(chǎn)進(jìn)行操作，以生成產(chǎn)品的一致設(shè)計(jì)文檔，這通常要求PLE工具與用于設(shè)計(jì)系統(tǒng)的工具系列中的所有工具集成。
基于模型的產(chǎn)品線工程（MB-PLE）
隨著系統(tǒng)和系統(tǒng)的模型變得越來越復(fù)雜，MBSE領(lǐng)域工程技術(shù)的逐漸發(fā)展，基于模型的技術(shù)對于緩解傳統(tǒng)PLE設(shè)計(jì)所存在的弊端是必要的。基于模型的產(chǎn)品線工程（MBPLE）通過使用SysML，使對象可變性建模的產(chǎn)品線工程和可重用資產(chǎn)規(guī)范的組合基于模型展開設(shè)計(jì)。這使工程師能夠重用資產(chǎn)，同時對系統(tǒng)做出基于價(jià)值的決策，如下圖所示：
本文將使用汽車示例描述基于模型的產(chǎn)品線工程、創(chuàng)建產(chǎn)品線的過程、150%模型、變體建模和實(shí)例變體配置。最后，本文將介紹使用基于SysML模型的產(chǎn)品線設(shè)計(jì)這種方法適用于復(fù)雜通用產(chǎn)品領(lǐng)域的優(yōu)勢。
基于SysML模型的汽車產(chǎn)品模型原型設(shè)計(jì)
3.1 原型背景
產(chǎn)品家族概念的產(chǎn)生發(fā)展與產(chǎn)品數(shù)字化發(fā)競爭策略的發(fā)展過程息息相關(guān)。隨著科技的發(fā)展，通過產(chǎn)品家族策略來贏得市場競爭優(yōu)勢的產(chǎn)品類別有很多，比如手機(jī)、家用電器、汽車、無人機(jī)、商用航天、民用飛機(jī)、網(wǎng)絡(luò)電商等，其中汽車和手機(jī)由于具有用戶市場龐大、基本共性功能相似以及用戶偏好易識別歸類等共同特點(diǎn)，導(dǎo)致他們都傾向于實(shí)行產(chǎn)品家族策略。
下面以某廠SUV汽車產(chǎn)品策略為例，簡單介紹一下產(chǎn)品變體管理的場景。
假設(shè)某車企按市場要求計(jì)劃同時發(fā)展多款SUV車型以滿足不同消費(fèi)群體：首先從發(fā)動機(jī)來看，需要分別具備V8發(fā)動機(jī)、V10發(fā)動機(jī)等多種發(fā)動機(jī)，同時變速器需要配備無極變速器、雙離合變速器和自動變速器；從車身及懸掛系統(tǒng)來看，需要支持普通獨(dú)立懸掛、空氣獨(dú)立懸掛及電磁獨(dú)立懸掛系統(tǒng)；從內(nèi)飾來看，需要支持空調(diào)系統(tǒng)、加熱座椅、加熱方向盤、自動駕駛系統(tǒng)、自動泊車系統(tǒng)等。根據(jù)市場用戶的不同需求將此SUV車型分為：豪華、高配、標(biāo)配三種不同的車型。
3.2 原型搭建環(huán)境
Windows10系統(tǒng)；
CATIA Magic Systems of Systems Architect 2022x Refresh2；
3.3 原型過程
1. 150%超類模型設(shè)計(jì)
根據(jù)上述場景及市場需求，在架構(gòu)建模工具（CATIA Magic）中構(gòu)建此SUV超類模型，此超類模型應(yīng)包括上述場景及市場所需求的所有模型。
2. 特征模型設(shè)計(jì)
在架構(gòu)建模工具（CATIA Magic）中根據(jù)設(shè)計(jì)的GMC SUV超類模型，提煉設(shè)計(jì)GMC SUV汽車產(chǎn)品的特征模型。
3. 變點(diǎn)設(shè)計(jì)
為了實(shí)現(xiàn)模型產(chǎn)品化配置，需要針對150%超類模型設(shè)計(jì)變點(diǎn)，并根據(jù)設(shè)計(jì)的變點(diǎn)對GMC SUV汽車模型進(jìn)行變點(diǎn)配置。
4. 變體模型實(shí)例化配置
根據(jù)用戶需求對汽車超類模型進(jìn)行實(shí)例化配置，假設(shè)此SUV汽車按照用戶需求設(shè)計(jì)分為三個車型，分別為：豪華、高配和標(biāo)配。每個車型所具備的發(fā)動機(jī)、變速器、內(nèi)飾及底盤要求不同，根據(jù)實(shí)際需求配置三個車型如下表所示：
根據(jù)配置結(jié)果查看各車型，其中豪華版要求及配置如下圖所示：
標(biāo)配版要求及配置如下圖所示：
5. 變體模型生成
根據(jù)不同的配置，可自動生成不同配置類型的型號模型，生成的不同型號模型種包含通用部分以及各自特有部分。
生成的GMC豪華SUV模型如下：
GMC標(biāo)配SUV模型如下：
價(jià)值總結(jié)
通過基于SysML模型的GMC SUV汽車產(chǎn)品線工程設(shè)計(jì)案例，驗(yàn)證了傳統(tǒng)產(chǎn)品線工程（PLE）設(shè)計(jì)方法與基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）的有效結(jié)合，對于企業(yè)復(fù)雜裝備及家族化產(chǎn)品設(shè)計(jì)有如下價(jià)值提升：
· 通過采用了以價(jià)值為導(dǎo)向的家族產(chǎn)品正向設(shè)計(jì)方法，有效連接了市場需求和產(chǎn)品業(yè)務(wù)分析、架構(gòu)、設(shè)計(jì)及工程，確保了可變點(diǎn)對產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響，并保證了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的高度一致。
· 在需求和解決方案架構(gòu)模型中將這種價(jià)值分析設(shè)計(jì)形式化，不僅可以確保對產(chǎn)品內(nèi)容和利用率的深入理解，還可以通過形式化建模的方式將每個選項(xiàng)及替代方案的范圍和影響模型化，加強(qiáng)了可變性定義。
· 架構(gòu)分析簡化了一些可變性源，有助于定義和減少變體之間的依賴關(guān)系，確保了變點(diǎn)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)之間的高度關(guān)聯(lián)和復(fù)用。