A Framework for Constraint-Programming based Configuration

Abstract

Produktkongurationssystemer har stort ind ydelse på udviklingen af mass customization, fordi deres brug kan resultere i at virksomhederne reducerer omkostninger og samtidigt kan tilbyde specielt tilpassede produkter. Disse systemer baseres ofte på et kongurationsmodel, der repræsenterer viden om produktet, som er nødvendigt til at gennemføre kongurationsprocessen. Produktkonguration er en kompleks process med mange udfordringer, blandt andet hvordan man modellerer kongurerbare produktfamilier, det vil sige, hvordan man repræsenterer forskellige slags viden om produktet og deres vekselvirkning. Et andet problem er udviklingen af passende formalismer samt virksomme algoritmer til at løse modelafhængigheder. I denne afhandling præsenteres et constraint-baseret rammeværk for konguration. Rammeværkets struktur er delvist baseret på en studie af krav til produktkonfigurering samt en samligning af flere produktmodelleringssprog. Baseret på det udvikles sproget ProCoLa, et konfigureringsspecik modelleringsprog baseret på et abstrakt rammeværk som kombinerer og udvider forskellige tilgang til konfiguration, både af produkter, software, og services. Konfigurationsmodellerne er verificeret og analyseret baseret på semantikken af ProCoLa. Derudover beskriver afhandling semantikken af ProCoLa med hjælp af en oversættelse til et Constraint Satisfaction Problem (CSP). Baseret på en diskussion af forskellige tilgang til løsning af CSPs, en ny algoritme DnSTR er udviklet, som understtter dynamisk tilføjelse og fjernelse af tabelle-constraints. Afsluttende præsenteres og evalueres en prototype af ProCoLa og konfigurationsrammeværket, samt deres integrations i en udviklingsomgivelse, væktøjunderstttelse og interaktion med UML, samt databaser og regnearkprogrammer.Product configuration systems play an important role in the development of Mass Customisation, allowing the companies to reduce their costs while offering highly customised products. Such systems are often based on a configuration model, representing the product knowledge necessary to perform the configuration task. Several challenges arise when dealing with product configuration. One of those issues concerns how to model a configurable product family, i.e. how to represent the dierent types of conguration knowledge and their interactions. Another challenge is to provide adequate formalisms and efficient algorithms to solve the dependencies of the models at runtime. In this dissertation, we present a constraint-based framework for configuration. The design of this framework is partly based on a study of product configuration requirements as well as a comparison of several general modelling languages. We then develop ProCoLa, a configuration-specific modelling language based on a conceptual framework that synthesizes, unies and extends several approaches to modelling configuration in different design disciplines, e.g. physical products, software or services. A rigorous formalisation of the ProCoLa language is given and used to verify and analyse the configuration models. Another goal of this dissertation is to describe the semantics of ProCoLa by providing a translation to a Constraint Satisfaction Problem (CSP) representation. For that purpose, several CSP formalisms are discussed and a new algorithm DnSTR is developed in order to solve the dynamic addition and retraction of table constraints at runtime. Finally, we present and evaluate a prototype implementation of ProCoLa and the configuration framework, including the integration in a development environment, tool support and interaction with UML, databases and spreadsheet applications