（管理科学与工程专业论文）大规模定制下基于逻辑bom的产品配置研究.pdf

硕t 学位论文 摘要 大规模定制生产旨在以大规模生产的成本和速度，为单个顾客或小批量多品 种市场定制任意数量的产品及服务。产品配置技术作为大规模定制生产的关 键技术，是大规模定制企业进行快速报价、快速设计、快速制造及快速装配的前 提及基础。到目前为止，产品配置问题的研究几乎都是建立在按订单装配的环境 下，而对按订单制造环境下的产品配置问题的研究却很少，因此，本文以面向大 规模定制的产品配置为主要研究方向，对按订单制造环境下的产品配置问题进行 了深入研究，希望有助于产品配置理论在大规模定制生产中的实践。 首先对大规模定制及产品配置的相关理论进行了总结，然后在对国内外提出 的产品族b o m 进行比较研究的基础上，得出逻辑b o m 比其他产品族b o m 能 够提供更高定制要求的配置，并支持解决按订单制造环境下的产品配置问题，从 而更好地满足客户个性化的需求。 其次，本文指出了基于逻辑b o m 的产品配置过程，并详细阐述了逻辑b o m 的构建过程；运用基于产生式规则的方法建立了基于逻辑b o m 的产品配置知识 库，首先对逻辑零部件进行参数描述，再确定配置变量及配置规则；然后给出了 相应的推理求解流程及算法。 最后，在本文的第五章，根据具体实验采用j a v a 语言编写了程序，构造了 一个配置界面，一旦输入合法的配置条件，则将得到正确的配置结果。仿真结果 表明本文所提出的基于逻辑b o m 的产品配置实现方法能够生成符合客户个性化 需求的产品配置。 关键词：大规模定制；逻辑b o m ；产品配置；知识库 i i 奎堡篓塞型三兰王墨耋! 竺墼耋量墼兰至誓 a b s t r a c t t h ep u r p o s eo fm a s s - c u s t o m i z a t i o np r o d u c t i o ni st oc u s t o m - t a i l o rt h ep r o d u c t a n dt h es e r v i c ew i t hr a n d o mq u a n t i t yf o rt h es i n g l ec u s t o m e ro rt h es m a l lb a t c ha n d m u l t i v a r i e t i e sm a r k e ta tt h ep r i c ea n dt h es p e e do fm a s sp r o d u c t i o n a st h ek e y t e c h n o l o g yo fm a s s c u s t o m i z a t i o np r o d u c t i o n ，p r o d u c tc o n f i g u r a t i o ni st h ep r e m i s e a n db a s i so ft h ef a s tq u o t e dp r i c e ，t h ef a s td e s i g n ，t h ef a s tm a n u f a c t u r ea n dt h ef a s t a s s e m b l yf o rm a s s - c u s t o m i z a t i o ne n t e r p r i s e s u pt on o w ，a l m o s ta nt h es t u d yo n p r o d u c tc o n f i g u r a t i o nw a sb a s e do nt h ee n v i r o n m e n to fa s s e m b l e t o o r d e r ，t h e s t u d yo np r o d u c tc o n f i g u r a t i o nu n d e rt h ee n v i r o n m e n to fm a k e t o - o r d e rw a s l i t t l e t h e r e f o r e ，t h i sp a p e rt o o kp r o d u c tc o n f i g u r a t i o nu n d e rm a s s c u s t o m i z a t i o na s t h em a i nr e s e a r c hd i r e c t i o n ，p r o d u c tc o n f i g u r a t i o np r o b l e mu n d e rt h ee n v i r o n m e n to f m a k e - t o - o r d e rw a sr e s e a r c h e d w h i c ha t t e m p t e dt om a k ec o n t r i b u t i o n st op r o d u c t c o n f i g u r a t i o nt h e o r yi nm a s sc u s t o m i z a t i o np r o d u c t i o n f i r s t l y ，t h ec o r r e l a t i v et h e o r yo fm a s sc u s t o m i z a t i o na n dp r o d u c tc o n f i g u r a t i o n w e r es u m m a r i z e d t h ep r o d u c tf a m i l yb o mw h i c hp u tf o r w a r dh o m ea n da b r o a d w e r ec o m p a r a t i v e l yr e s e a r c h e d ，t h el o g i c a lb o mi sa b l et op r o v i d et h ec o n f i g u r a t i o n o fh i g h e rc u s t o m i z e d ，a n ds u p p o r tt os o l v ep r o d u c tc o n f i g u r a t i o np r o b l e mf o rt h e m a k e t o o r d e re n t e r p r i s e w h i c hm e e t st h ec u s t o m e ri n d i v i d u a l i t yn e e db e t t e r i nt h en e x tp l a c e ，t h i sa r t i c l eh a dp o i n t e do u tp r o d u c tc o n f i g u r a t i o np r o c e s s b a s e do nt h el o g i c a lb o m ，a n de l a b o r a t e dt h ei n s t a u r a t i o np r o c e s so fl o g i c a lb o m t h e n ，e s t a b l i s h e dp r o d u c tc o n f i g u r a t i o nk n o w l e d g eb a s eb a s e do nt h el o g i c a lb o m w i t ht h em e t h o do f p r o d u c t i o nr u l e s f i r s t l y ，t h ep a r a m e t e rd e s c r i p t i o no ft h el o g i c a l p a r t sw e r ec a r r i e do u t ，s e c o n d l y ，c o n f i g u r a t i o nr u l e sa n dv a r i a b l e sw e r ea s c e r t a i n e d t h er e a s o n i n gs o l u t i o nf l o wa n dt h ea l g o r i t h mw e r ep u tf o r w a r d l a s t l y , i nt h ef i f t hc h a p t e r , t h ep r o c e d u r e c o m b i n e dw i t hi d i o g r a p h i ce x p e r i m e n t w a sc o m p i l e dw i t ht h ej a v al a n g u a g e ，ac o n f i g u r a t i o ni n t e r f a c ew a ss t r u c t u r e d a f t e r t h el e g i t i m a t ec o n f i g u r a t i o nc o n d i t i o n sw e r ei n p u t t e d ，t h ec o r r e c tc o n f i g u r a t i o n r e s u l t sw o u l db eo b t a i n e d t h es i m u l a t i o nr e s u l t si n d i e a t e dt h ep r o d u c tc o n f i g u r a t i o n c o n f o r m st ot h ec u s t o m e ri n d i v i d u a l i t yd e m a n dc a nb eg a i n e dw i t ht h em e t h o db a s e d o nt h el o g i c a lb o m k e yw o r d s ：m a s sc u s t o m i z a t i o n ；l o g i c a lb i l lo f m a t e r i a l ；p r o d u c tc o n f i g u r a t i o n ： k n o w l e d g eb a s e i i i 硕t 学位论文 插图索引 图1 1论文框架示意图5 图2 1生产活动及其分离点1 1 图3 1简化汽车的增删b o m 2 2 图3 2简化汽车的模块b o m 2 2 图3 3简化汽车的变体b o m 2 3 图3 4 简化汽车的类b o m 2 4 图3 5 简化汽车的逻辑b o m ( - - ) 2 4 图3 6 简化汽车的逻辑b o m ( - ) 2 5 图4 1 基于逻辑b o m 的产品配置活动模型2 9 图4 2单个产品b o m 结构3 1 图4 3逻辑b o m 结构示意图3i 图4 4 基于逻辑b o m 的产品配置推理求解流程3 8 图5 1简化汽车产品族的逻辑b o m 结构模型4 0 图5 2 简化汽车配置界面4 l 图5 3 配置结果( 一) 4 2 图5 4 配置结果( 二) 4 3 图5 5 配置结果( 三) 4 3 v i 大规模定制下摹于逻辑b 伽的产品配臂研究 附表索引 表3 1产品族b o m 对比表2 6 表4 i逻辑零部件的参数描述3 5 表5 1 逻辑产品配置结果4 3 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其它个人或 集体已经发表或撰写的成果作品。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后果由本人承担。 作者签名：黎文趴日期舯f 。月分日 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。本人授权湖南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。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密d 。 ( 请在以上相应方框内打“寸) 作者签名： 导师签名： 期：擗，d 月9 日 期：善旬年加月分日 硕士学位论文 1 1 选题背景与意义 第1 章绪论 1 9 1 3 年，美国福特( f o r d ) 汽车公司开始尝试用流水线大规模生产t 型汽车， 这标志着大规模生产时代的到来，在当时，市场较为稳定，顾客考虑的是有没有 商品的问题，由于生产效率低下，商品供不应求，大规模生产正好迎合了当时的 市场环境，它能够高效率、低成本的提供质量较好且价格较低的标准化产品，这 使得大规模生产方式迅速得到了广泛的应用及发展。 而到了上个世纪9 0 年代，随着科学技术的发展，企业的经营环境正从过去 的较为稳定的、可以预测的静态环境向瞬息万变的、难以预测的动态环境转化。 其变化主要包括：过去的卖方市场变为买方市场；客户需求个性化、多样化；统 一市场向多元化市场转变；技术更新加快，产品开发周期、生命周期缩短；交货 期成为主要的竞争因素i i 】。大规模生产模式逐步暴露出了一系列的缺陷和不足， 它已无法适应市场的需要，因此，必须有一种新的生产模式来适应这种动态的市 场环境。在这样的背景下，大规模定制( m a s sc u s t o m i z a t i o n ，m c ) 生产模式应运 而生 大规模定制生产旨在以大规模生产的成本和速度，为单个顾客或小批量多品 种市场定制任意数量的产品及服务，这必然涉及到产品配置的问题，简单的说， 产品配置就是生成带有装配结构信息的产品物料清单( b i l l o f - m a t e r i a l s ，b o m ) 。 b o m 是生产计划和控制的重要方面。对于一个大规模定制企业，b o m 在产品设 计、生产运作、市场营销、产品运输与服务等环节中起着核心作用。传统的产品 数据管理是以产品b o m 为基础的，且一个产品有一个b o m ，在大规模定制生 产环境下，由于产品品种往往十分庞大，其间的约束关系又错综复杂，如果仍然 按这种传统的产品结构构造大规模定制生产环境下的产品b o m ，则忽略了各个 产品变体之间的相似性，将导致大量的数据冗余，同时增加配置的复杂性，以及 配置方案不一致的可能性【2 j 。 为了有效的实施大规模定制战略，并为敏捷地获取客户订单打下坚实的基 础，作为人工智能领域的一个成功应用产品配置系统( 配置器) ，重新引起了 大规模定制领域内众多学者的广泛关注【3 】。 针对传统的产品b o m 在大规模定制生产中存在的问题，本文以一种通用的 产品族结构模型逻辑b o m 为基础，对基于逻辑b o m 的产品配置过程及具 体实现进行了深入的研究，旨在解决按订单制造环境下的产品配置问题，更好地 满足客户个性化的需求，同时对大规模定制企业的生产与装配提供一定的指导意 义。 大规模定制下基于逻辑b o m 的产品配冒研究 本论文的选题来源于国家自然科学基金项目大规模定制下基于m r p 的敏捷 b o m 快速生成系统研究( 7 0 6 7 1 0 3 7 ) 和高等学校博士点专项科研基金项目大规模 定制产品的逻辑b o m 实现方法研究( 2 0 0 5 0 5 3 2 0 0 5 ) 的分解子课题。 及时、有效地产生符合客户个性化需求的产品b o m ，是大规模定制企业进 行快速报价、快速设计、快速制造及快速装配的前提及基础，这关系到大规模定 制生产模式能否在企业成功地实施。因此，研究大规模定制下的产品配置问题具 有非常重要的理论与实际意义。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 大规模定制研究现状分析 大规模定制的思想最早由托夫勒( a l v i nt o f f l e r ) 在其1 9 7 0 年出版的 f u t u r e s h o c k ) ) 一书中提出，即以近似于大规模生产的成本和时间，提供满足客户个性 化需求产品和服务的生产设想戴维斯( d a v i s ) 在其1 9 8 7 年出版的f u t u r e p e r f e c t ) ) 一书中首次将这种生产方式称为大规模定制( m a s sc u s t o m i z a t i o n ) ，他认 为大规模定制就是以大规模生产的成本，实现各种不同产品的生产和满足客户各 种不同的需求1 4 1 。 p i n ei i 在m a s sc u s t o m i z a t i o n ：t h en e wf r o n t i e ri nb u s i n e s sc o m p e t i t i o n ) ) 一书中对大规模定制的内容进行了完整的阐述，这标志大规模定制理论研究和实 践应用的开始。他认为大规模定制是以大规模生产的成本和速度，提供定制的个 性化产品及服务。同时，指出个性化的产品所要求的产品多样化与大规模生产的 产品多样化是完全不同的i ，j 。 t s e n g 认为大规模定制的目的是以大批量的效率生产出满足客户个性化需求 的产品。这种新的生产方式全面考虑了关于制造运作系统控制的需求集合，包括： 产品品种的迅速增加、批量变小和订单到达的随机性增大等。在制造系统中，存 在着工具、生产计划和产品设计的大量相似性，如果对这些相似性正确地加以利 用，将有助于减少制造系统的复杂性1 6 j 。 m i t c h e l lm t s e n g 等认为，大规模定制能够更好地匹配生产者的能力和客户 的需求，使客户获得更好的产品和服务，这需要通过开发企业的产品、服务、装 备和技能以响应市场需求或将客户引向企业的总能力范围来实现，因此提出了面 向大规模定制的设计( d e s i g n f o r m a s sc u s t o m i z a t i o n ) 的概念，并对大规模定制中的 设计和实施问题进行了深入研究，认为开发产品族是支撑大规模定制的有效方 法，提出了一种产品族体系结构，阐述了基于这种体系结构开发产品族及生成产 品品种的方法【卜9 1 。 但斌等针对大规模定制生产模式下产品多样性和低复杂性的矛盾，系统地 研究了一种大规模定制产品族的功能性评价与选择方法：并提出了面向大规模定 硕十学位论文 制的产品平台管理模型的体系结构，从功能视图、技术视图和组织视图三个方面 对产品平台管理进行描述。在功能视图，产品功能可划分为基本、附加和潜在功 能；在技术视图，描述了产品平台的技术管理过程；在组织视图，对涉及产品 平台管理的横向团队的职能和协调进行了研究。在此基础上，构建了产品平台本 体，论述了产品平台本体的概念和概念关联集，最后应用产品平台管理模型和本 体描述了个人计算机的产品平台实例 1 0 , 1 1 】。 周柄海等提出了大规模定制的概念框架模型，认为大规模定制必须重视技 术、策略、人员和支撑系统四个方面【n l 。 周晓东等结合我国学者在大规模定制方面的研究和应用成果，从大规模定制 的基本理论、相关问题和产业对策及应用三个方面对此进行总结，并就进一步研 究提出了一些建议【1 3 1 。 综合国内外对大规模定制研究的文献，到目前为止，对按订单制造环境下的 产品配置问题进行系统性研究的文献较少。 1 2 2 基于产品族b o m 的配置方法研究现状分析 产品结构数据的描述( 即b o m ) 是生产计划和控制的重要方面。传统的官o m 是一种确定性的b o m ，在这种b o m 中，产品是由一些零部件构成，其中的部 件又有各自的b o m 。因而整个b o m 是一个层次结构。然而，随着产品种类的 积聚增加，传统b o m 就不再适用。此时，解决这个问题的一个较常用的方法就 是建立一个通用的b o m 系统，并把所有生产具体产品的知识存储在这个b o m 系统中，之后利用一种有效的算法从b o m 系统中快速生成客户个性化的产品 b o m 基于此，国内外众多专家、学者对产品族b o m 进行了大量研究，提出许 多基于知识描述的产品族b o m ，主要包括：增删( a d d d e l e t e ) b o m 、模块 ( m o d u l a r ) b o m 、生成( g e n e r a t i v e ) b o m 等等。 王世伟等针对可配置产品和产品族的特点，提出一个基于g b o m 的产品配 置模型g p c m ，详细地分析了模型中配置单元的构成、划分、约束关系的表达， 说明了配置过程的实现与p d m ，e r p 和c a d 的集成等问题，最后给出了模型在 电梯产品配置中的实际应用1 1 4 】。 刘明周等构建了一种可定制产品数据b o m 的组织模型，并给出了它的构造 方法及其分解算法，同时，通过在产品配置中增加虚拟件的方式，实现了产品数 据b o m 的定制信息描述【”】。 乌云等研究了产品结构树和配置过程模型，以及b o m 多视图的作用及其它 们之间的相互关系，给出了不同产品结构视图之间的转换原理，以及在不同情况 下b o m 的结构形式【1 6 】。 刘裕等提出并且形式化定义了基于与或树结构的产品结构树；给出了基于产 品结构与或树的b o m 设计方法及其实现：并实现了一个面向任务的产品结构配 犬规模定制下基于逻辑b o g 的产品配置研究 置算法【 1 。 谭建荣等针对大批量定制生产的特点，提出基于产品功能结构单元的产品配 置模板来完成对客户配置需求的快速响应，阐述了产品配置模板的信息模型和配 置求解策略，并给出了基于产品配置模板信息模型的配置设计系统的实例i l “。 a l e x a n d e rf e l f e r n i g 和g e r h a r df r i e d r i c h 研究了基于知识库配置环境系统， 建立了产品配置的概念模型和知识库的自动构建模型。采用基于模型的诊断技术 对知识库有效性、不合理配置要求、已有配置的合理性进行确定，并用来支持再 配置过程。讨论了如何用一种标准的设计语言对配置知识库进行建模和管理【i 。 刘刀桂等给出了适用于系列产品管理的统一产品变量结构( p r o d u c tv a r i a n t s t r u c t u r e ，p v s ) 模型，基于此模型提出了变量化配置管理( v c m ) 技术，并给出了 一个应用实例1 2 0 l 。 刘晓冰等引入了规则库的概念，建立了产品配置设计规则库，并采用j 2 e e 的体系结构，构建了j 2 e e 体系架构下基于规则库的网上产品配置系统嵋“。 张劲松研究了基于结构模型的产品配置过程，给出了智能化产品配置的实现 步骤；并给出了变量配置规则、配置约束规则和有效性规则等：讨论了配置知识 库的构建方法【2 2 。2 3 j 。 史俊友从设计重用的角度分析和讨论产品族管理系统应具备的功能和产品 族的设计流程，论述了产品族管理系统的结构模型、数据模型，并对系统实现的 相关技术如产品族结构的构造与设计、零部件的配置属性等进行分析和讨论口“。 但斌等建立了一种基于类物料清单的产品族结构模型，应用面向对象方法对 模型进行了形式化定义。研究了基于该模型的配置推理方法，给出了模型的数据 结构以及具体的配置推理过程与算法。该数据结构和算法能够被方便地利用计算 机实现，可用于建立一个高效的产品族配置系统口“”1 。 通过上述的文献分析得出，实现大规模定制的最好方法是开发产品族，并利 用成组、延迟等技术建立能配置成基于产品平台和产品族的多种最终产品的模块 化构件。快速地生成客户个性化的产品配置是支持大规模定制生产的前提及基 础，到目前为止，产品配置问题的研究几乎都是建立在按订单装配的环境下，在 接到客户的订单之前，所有可能的产品变体的构件都已制造出来，接到客户的订 单后就可以快速地进行装配；然而在按订单制造的环境下，在接到客户的订单之 前，部分构件还没有制造出来，如何预先定义所有可能的产品变体，并进行有效 地产品配置成为急需解决的关键问题。 1 3 研究思路与框架 本文的研究思路为：以大规模定制环境为背景，首先对大规模定制下产品配 置的相关理论进行研究，为本文进一步研究大规模定制下基于逻辑b o m 的产品 4 硕 ：学位论文 配置问题作好了铺垫；然后通过对国内外提出的几种主要产品族b o m 进行比较 研究，得出逻辑b o m 比其他产品族b o m 能够提供更高定制要求的配置，并支持 解决按订单制造环境下的产品配置问题，从而更好地满足客户的个性化需求；接 着对基于逻辑b o m 的产品配置过程进行了分析，对基于逻辑b o m 的产品配置实 现方法进行了深入研究；最后结合具体的实验进行了仿真。因此，本文的主要研 究框架如下： 选题背景与意义 研究思路与框架 厂 i 大规模定制理论产品数据管理理论 i 产品配置理论l ! l ! 大规模定制下产品族b o m 的比较研究 大规模定制下基于逻辑b o m 的产品配置实现方法研究 1 4 本文的主要创新之处 仿真研究 图1 1 论文框架示意图 本文以大规模定制环境为背景，对基于逻辑b o m 的产品配置过程进行了分 析。并阐述了实现产品配置的具体方法，并且对其进行了仿真研究，其主要创新 之处在于： ( 1 ) 结合国内外的研究成果，对大规模定制环境下的多种产品族b o m 进行了 比较研究，分析了各种产品族b o m 的差异及优缺点。与其他几种产品族b o m 相比，逻辑b o m 能够支持解决按订单制造环境下的产品配置问题，从而提供最 高定制要求的产品及服务，更好地满足客户的需求。并指出了大规模定制下产品 族b o m 的发展趋势。 ( 2 ) 对逻辑b o m 的构建过程进行了阐述，采用j a v a 语言对逻辑b o m 结构模 型进行了形式化定义，并阐述了基于逻辑b o m 的产品配置实现方法，最后采用 j a v a 进行了实现，验证了本方法的可行性。 1 5 本章小结 本章首先阐述了本文的选题背景及意义，然后分析了大规模定制国内外研究 现状，接下来分析了基于产品族b o m 的配置方法国内外研究现状，并指出现有 大规模定制下摹于逻辑b o m 的产品配置研究 研究的不足和缺陷，进而提出了本文的研究思路和框架：以大规模定制环境为背 景，首先对大规模定制下产品配置的相关理论进行研究；之后通过对国内外提出 的几种主要产品族b o m 进行比较研究，指出逻辑b o m 比其他产品族b o m 能 够提供更高定制要求的配置，并支持解决按订单制造环境下的产品配置问题，从 而更好地满足客户个性化的需求；接着对大规模定制下基于逻辑b o m 的产品配 置实现方法进行了深入研究；最后结合具体的实验进行产品配置的仿真研究。 6 第2 章大规模定制下产品配置的理论研究 2 1 大规模定制 2 i 1 大规模定制的概念 在1 9 7 0 年，预言家托夫勒就在其未来的冲击一书中曾经提到过大规模 定制生产，书中首次提出了一种以接近于标准化大批量生产的成本和时间，提供 满足客户特定需求产品和服务的生产方式的设想；戴维斯( s t a nd a v i s ) 在其1 9 8 7 年所著未来的理想一书中也曾对大规模定制生产进行过简要的说明；1 9 9 3 年p i n e i i 对大规模定制的内容进行了完整的描述，他认为大规模定制是以大规模 生产的成本和速度，提供定制的个性化产品及服务【4 j 。 l a u 等认为大规模定制的成功实旋取决于对传统组织功能的重新定义，包括 与客户和供应商的联系。较多层次的组织结构对于企业间的有效通信和合作是不 利的，应该采用交叉功能集成和职工参与的扁平化组织。最终的目标是将整个生 产过程模块化，建立动态生产网络，使资源得到迅速的集成，使产品或服务个性 化 2 7 】。 d u r a y 等认为大规模定制以合理的价格向客户提供个性化的产品。它将定制 生产与大量生产这两种似乎矛盾的方式有机地结合在一起，提供以大批量、低成 本方式生产的独特产品【2 8 1 。 以上是部分国外学者对大规模定制的理解，国内的学者对大规模定制也有不 尽相同的理解。 祁国宁，顾新建，谭建荣在其大批量定制技术及其应用一书中指出大批量 定制( 即大规模定制) 是一种集企业、客户、供应商、和环境等于一体，在系统思 想指导下，用整体优化的观点，充分利用企业已有各种资源，在标准化技术、现 代设计方法学、信息技术和先进制造技术等的支持下，根据客户的个性化需求， 以大批量生产的低成本、高质量和高效率提供定制产品和服务的生产方式1 4 j 。 但斌在其大规模定制打造2 l 世纪企业核心竞争力一书中认为，可 以从广义和狭义两个方面来理解大规模定制的概念，从广义上说，大规模定制作 为一种现代生产和管理模式，面向多元化的、细分的市场和个性化的客户需求， 在大规模的基础上生产和销售定制产品并提供相应的服务，它代表通过高度的过 程敏捷性、柔性和集成性向每个客户提供个性化产品和服务，从而获得范围经济； 从狭义上说，大规模定制作为一种方法和技术，被看成是利用信息技术、柔性的 过程和敏捷的组织结构，以接近大批量生产的效率和成本提供能满足各个客户特 殊需求的一系列产品并提供相应的服务。它是一个贯穿营销、开发、生产和递送 7 大规模定制下基于逻辑b 0 l i 的产品配置研究 ( 即从客户提出需求到收到最终产品) 全过程的系统的概念1 2 9 1 。 邵晓蜂等认为，大规模定制是在高效率、大规模生产的基础上，通过产品结 构和制造过程的重组，运用现代信息技术、新材料技术、柔性技术等一系列高新 技术，以大规模生产的成本和速度，为单个顾客或小批量、多品种市场定制任意 数量产品的一种生产模式【3 0 i 。 魏铁华等认为，大规模定制生产是将大批量生产的高效率和低成本与定制能 满足客户的个性化需求两种优势结合起来的新型生产模式 3 1 1 。 周炳海等认为，大批量是指生产产品的批量大，定制是指按客户需求为客户 提供个别的服务，大批量定制生产是一个综合考虑市场环境影响和产品的客户个 性化需求的现代化大批量制造模式1 1 2 1 。 这些概念虽然在表述上各不相同，但却有相当大的一致性，可以将其概括为： 第一，大规模定制具有大规模生产的优点，即成本低、效率高等；第二，大规模 定制的目标是满足客户的个性化需求，即定制，其产品具有个性化和多样化的特 点。总之，大规模定制在某种程度上可以看成是大规模生产和单件定制生产的完 美结合。它巧妙地将个性化与标准化结合起来，使顾客获得个性化的产品及服务 时，仅需支付近似于大规模生产提供的产品及服务所需的费用。 2 1 2 大规模定制的基本原理 大规模定制生产的基本思想是以大批量生产的低成本和高效率，为客户定制 多样化、个性化的产品，即以大批量的效益进行定制产品的生产。对客户而言， 所得到的产品是定制的、个性化的；对生产企业而言，该产品是以大批量生产方 式制造的成熟产品。这样，客户就可以用相差不大的价格获得个性化的产品，同 时企业也能以多样化的产品来满足需求而获得收益。 大规模定制的方法和技术是建立在一些基本原理基础上的，这些基本原理就 是相似性原理、重用性原理和全局性原理。这些原理是围绕减少产品内部多样化、 增加产品外部多样化而提出的，相互之间存在着密切联系的原理，为面向大规模 定制的设计、管理和制造指出了解决问题的方向和思路【引。 2 1 2 1 相似性原理 大规模定制的关键是识别和利用大量不同产品和过程中的相似性。通过充分 识别和挖掘存在于产品和过程中的几何相似性、结构相似性、功能相似性和过程 相似性，利用标准化、模块化和系列化等方法减少产品的内部多样化，增加零部 件生产过程的可重用性。尽管不同定制产品在外形和功能上有一定的差异，但它 们中的某些部件具有一定的相似性，这样就可以充分利用成组技术的原理与方 法，对已经经过生产实践考验的产品信息，继承以往的产品信息、制造工艺信息， 提高产品的一次成熟性；同时，一个新产品的设计不再需要从零开始，大大缩短 硕1 二学位论文 了产品设计周期。 2 1 2 2 重用性原理 在定制产品和服务之中存在着大量可重新组合和可重复使用的单元，这包括 可重新使用的零部件和可重复使用的生产过程。通过采用标准化、模块化和系列 化等方法。充分挖掘和利用这些单元，将定制产品的生产问题通过重组和过程重 组转化为或部分转化为批量生产问题，从而以较低的成本较快的生产出了个性化 的产品。 2 1 2 3 全局性原理 实施大规模定制是一项系统工程，不仅与制造技术和管理技术有关，还与人 们的思维和价值观念有较大的联系。因此，为了保证能够成功实施规模定制，必 须要从全局上进行考虑，在满足客户需要的同时，企业又能够获得较大的收益。 2 1 3 大规模定制的特点 大规模定制作为一种现代生产模式，它是将定制产品的生产问题通过产品结 构重组和过程重组转化为或部分转化为批量生产问题，从而以大规模生产的成本 和速度，为单个客户或小批量多品种市场定制任意数量的产品。与其他生产模式 相比它有其自身的特点【32 1 。 2 1 3 1 以顾客需求为导向 在传统的大量生产方式中，是先生产而后销售，因而大量生产是一种推式 ( p u s h ) 的生产模式。而在大规模定制中。企业乃以顾客提出的定制化需求为起点， 因而大规模定制在客户订单分离点之前的生产经营活动是根据预测进行的，是一 个“推”的过程；在客户订单分离点之后的生产经营活动需要根据客户订单的实际 要求而定，是一个“拉”的过程。 2 1 3 2 以现代信息技术及弹性制造技术为骨干 大规模定制必须对顾客的需求做出实时响应，因此需要现代信息技术作为基 础架构。因特网与电子商务的迅速发展，使企业能够实时地获取顾客的订单：弹 性制造系统则确保企业能迅速生产出高质量的定制化产品。 2 1 3 3 以模块化设计、标准化零组件为基础 大规模定制产品开发的一个重要目标就是以尽可能少的技术多样性去实现 尽可能多的功能多样性。因此，大规模定制要求在设计过程中充分地考虑如何在 产品的整个研制过程中利用标准化技术、模块化设计技术、成组技术，并行工程 等现代设计技术，通过产品结构的重构，最有效地重用现有的设计资源和制造资 源，从而可以减少产品内部多样化，批量生产模块和零部件，大大缩短产品的交 9 大规模定制下基于逻辑b 伽的产品配置研究 货期和减少产品的定制成本。 2 1 3 4 以快速及时反应为目标 在传统的大量生产方式中，企业与顾客是一对多的关系，企业以不变应万变。 而在大规模定制中，企业与顾客是一对一、面对面的关系，企业所面临的是千变 万化的需求，所以企业必须快速满足不同顾客的需求。因此，大规模定制企业必 须是由快速反应的虚拟组织所组成，这种快速反应不仅展现在弹性的生产设备与 多能的员工，并且具体表现在组织结构的扁平化上。 2 1 3 5 以竞争的供应链管理为手段 在未来市场经济中，竞争不再单纯是企业与企业之间的竞争，而是供应链与 供应链间的竞争。大规模定制企业藉由与其供货商建立起竞争与合作的关系，共 同满足顾客的需求。只有这样，大规模定制企业才能取得长足稳定的发展。 2 1 4 大规模定制的分类 由于顾客的定制需求程度各异，因此存在不同层次的大规模定制。广义上， 大规模定制应当满足单个顾客需要的所有产品。但多数研究者建议将大规模定制 简化为根据顾客的有限选择交付产品，并认为成功的大规模定制系统应能达到个 性化和标准化的统一。 对于大规模定制的分类方式及方法，国内外多个学者都提出了各自的看法。 l a m p e l 提出在完全定制与完全标准化之间存在一个战略的连续集，并根据顾客 参与设计的程度提出了大规模定制的五个水平，即完全标准化、细分标准化、定 制标准化、剪裁定制化和完全定制化【3 3 】；g i l m o r e 也提出了定制的四个层次：合 作定制、适应定制、外观定制和透明定制( “1 ；r o s s 按定制发生点的位置，将定 制分为核心定制、多样化定制、生产后定制、大规模销售定制以及自定制【3 5 1 。 我国学者祁国宁等提出了依据客户订单分离点来划分。笔者亦认为依据客户订单 分离点在市场活动中的位置差异来划分大规模定制更能体现本文的研究内容。 客户订单分离点( c u s t o m e ro r d e rd e c o u p l i n gp o i n t ，c o d p ) 是指企业生产活 动中由基于预测的库存生产转向响应客户需求的定制或订单生产的转换点。在客 户订单分离点之前的生产经营活动是根据预测进行的，是一个“推”的过程；在客 户订单分离点之后的生产经营活动需要根据客户订单的实际要求而定，是一个 “拉”的过程。基于此，大规模定制分为四类：按订单销售( s a l e t o o r d e r , s t o ) 、 按订单装配( a s s e m b l e t o o r d e r , a t o ) 、按订单生产( m a k e t o o r d e lm t o ) 、按订 单设计( e n g i n e e r t o o r d e r e t o ) ，如图2 1 所示【4 】。 ( 1 ) 按订单销售( s t o ) 按订单销售是在市场环境相对稳定的情况下，根据对市场的预测，按批量生 产产品，然后根据市场的实际需求销售库存成品。按订单销售的生产方式中，只 1 0 有销售活动是由客户驱动的。按订单销售实际上就是一种大规模生产方式。 ( 2 ) 按订单装配( a t o ) 按订单装配是一种利用库存零部件装配成客户需要的定制产品的生产方式。 该生产方式中，c o d p 位于装配阶段，装配和销售活动是由客户订货驱动的。在 这种生产方式中，基于产品族和产品平台，产品的零部件设计和制造往往是标准 的，产品的零部件属于大规模生产，然后根据客户需求将零部件按照通用的装配 方法组装定制化产品，采用面向订单的装配方式可以大大降低定制产品的成本和 生产时间，它是大规模定制生产方式之中应用最广泛且最有效的一种生产模式。 ( 3 ) 按订单制造( m t o ) 按订单制造是指接到客户订单后，在已有零部件的基础上进行变型设计、制 造和装配，最终向客户提供定制产品的生产方式。在这种生产方式中，c o d p 在 制造活动处，采购、部分零部件制造、装配和销售都是由客户订单驱动的。 ( 4 ) 按订单设计( e t o ) 按订单设计是指按照客户订单中的特殊需求，重新设计能满足特殊需求的新 零部件或整个产品。在此基础上向客户提供定制产品的生产方式。在按订单设计 的生产方式中，从全部或部分产品设计开始直至采购、零部件制造、装配和销售 都是由客户订货驱动的。 当前状态线大规模定制生产理想状态线 图2 1 生产活动及其分离点 2 2 产品数据管理 2 2 1 产品数据管理的产生 在2 0 世纪的6 0 、7 0 年代，企业在其设计和生产过程中开始使用c a d 和c a m 等技术，新技术的应用在促进生产力发展的同时也带来了新的挑战，对于制造企 业而言，虽然各单元的计算机辅助技术已经日益成熟，但都白成体系，彼此之问 大规模定制下基于逻辑b 叫的产品配置研究 缺少有效的信息共享和利用，形成所谓的“信息孤岛”。在这种情况下，许多企业 已经意识到，实现信息的有序管理将成为在未来的竞争中保持领先的关键因素。 产品数据管理( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ，p d m ) 正是在这一背景下应运而生的一 项新的管理思想和技术。 2 2 2 产品数据管理的基本概念 1 9 9 5 年2 月，主要致力于产品数据管理和相关计算机集成技术的国际权威 咨询公司c i md a t a 公司总裁e dm i l l e r 在p d mt o d a y ) 一文中给出了p d m 的 简单定义，即p d m 是一门用来管理所有与产品相关信息和所有与产品相关过程 的技术。其中，与产品相关的所有信息包括：零件信息、产品结构、结构配置、 c a d 文档、文件等，与产品相关的所有过程包括：生命周期过程、工作流程过 程、审批发放过程、工程更改过程等【3 矾。产品数据管理继承并发展了 c i m ( c o m p u t e ri n t e g r a t i o nm a n u f a c t u r e ) 等技术的核心思想，在系统工程思想的指 导下，用整体优化的思想对产品设计过程进行描述，规范产品生命周期管理，保 持产品数据的一致性和可跟踪性。 2 2 3 产品数据管理的主要功能 p d m 是以产品数据为中心，集成并管理与产品相关的信息、过程、人和组 织的软件。p d m 依据全局信息强调共享的观点，扩大了产品开发建模的含义， 其范围已包括资源( 含人力) 配置、生产制造、计划调度、采购销售、市场开发等 各方面。它为不同地点、不同部门的人员营造了一个虚拟协同工作环境，使其可 以在同一数字化的产品模型上一起工作。p d m 的主要功能包括以下：文档管理、 产品配置管理、工作流程管理、分类及检索功能、项目管理、版本管理、产品结 构管理及系统集成功能1 3 6 】。 2 2 3 1 文档管理 通过文档管理，可以让企业很好