（设计艺术学专业论文）通讯产品产品族设计.pdf

西北工业大学硕上论义a b s t r a c t 摘要 为了确保在激烈的市场竞争中获得优势，多品种、大批量生产是目前通讯产品制造业 发展的趋势，大规模定制( m a s sc u s t o m i z a t i o n ，m c ) 生产是满足以上发展趋势的一种生产模 式，旨在大规模生产的效率和效靛下获得个性化的定制产品。m c 模式下的产品醴计不再 是面向单一产品，而是针对产品族的设计。因此，本文以m c 模式下产品设计为研究背景， 对通讯产品的产品族设计建模技术及其相关产品平台的主要技术进行了重点研究。研究内容 及结论主要包括以下几个方面： ( 1 ) 分析了传统设计方法与产品族设计方法之间的差异，指出了传统设计方法在m c 模 式中存在的不足之处，提出了一种面向产品族设计的建模框架和建模方法。 ( 2 ) 在需求建模中，以市场分析为出发点，通过市场细分实现顾客群体的划分，并在此 基础上实现产品细分： ( 3 ) 在功能原理建模中，介绍了产品族功能结构图的构造方法分析了细分产品功能结 构的区分形式，提出了功能通用性的度量方法，建立了基于功能指标的功能空间，并且采用 面向对象的方法构造出变异功能类与变异原理类，为实现与变异组什的映射打f 基础： ( 4 ) 在结构建模中，阐述了异组件及产品族结构模型的构造方法。并通过引入通用度指 标实现对变异组件及模块实例的通用性度量： ( 5 ) 基于产品平台的产品族开发是企业在已有设计和制造资源的基础上通过合理构筑产 品平台体系结构，基丁- 平台的通用性，快速地进行产品配置设计，以有效地满足大批量定制 要求。本文基于上述产品族设计原理，提出了针对通讯产品的公共产品平台体系结构开发框 架。 ( 6 ) 给出了通讯产晶产品族设计原型系统，并结合实例进行验证，表明系统结构合理， 具有较强的适应性。 关键词：火规模定制产品族产品平台 变异设计产品配置模糊评价 a b s t r a c t i i lo r d e rt od e v e l 印w e l li i lm ef i e r c em a r k e tc o m p e t i t i o n ， m u l t i t y 】p e 锄dm 猫s p r o d u c t i o ni s 也et r e n do fc u r r e mm a i l u f a c t u mf o rc o m m u n j c a t i o np r o d u c t s m a s s c i l s t o m i z a t i o n ( m c ) i sb e i n gr c g a r d e d船a 璐e 伽m e m o d o l o g yf o ra b o v e r e q u i r e m e n 乜u n d e r 也em cm o d e ，t h ea i mo fp r o d u c td e s i g ni sc o n c e m e dw i t l l p m d u c t 显l n l i 】yd e s i g ni n s t e a do fi n d i “d u a lp r o d u c td e s i g l l u n d e rt l l i sb a c l ( g r o u n do f t l l ep r o d u c td e s i g nf o rm c ， 也ec o f r c s p o n d e n tm o d e l i n gm e t l l o d 0 1 0 9 ya n dr e l a t e d k e yt e c l l i l 0 1 0 9 i e so fp r o d u c t i l yd c s i 朗b 勰e do np r o d u c tp l a t f b 珊i sr c s e a r c h e di n d e t a i l h e r e ，t 1 1 em a i nc o t n e n t sa n dc o n c l u s i o n sa r el i s t e da sf o l l o w s ( 1 ) 1 1 1 i sd i s s e 此a t i o na i l a l y z e dm ed i 位r e n c e sb e t w e c nc o n v e n t i o i l a ld e s i g i lm e m o d a n dp r o d u c tf a m i l y d e s i g nb 粥e do np r o d u c tp l a t f o n n ，a l l dp o i m e do u tm e i n s u m c i e n c yo ft l l ec o n v e n t i o i l a ld c s i g r im e n l o dt h a ti s1 l s e df o rm cm o d e o nt l l e b a s i so ft l l ea b o v e 锄a i y s i s ，m e 叫l o fp r e s e n t e dam o d e i i n g 觑l m e w o r ko r i e n t e d t o 、v a r dp r o d u c t 胁i l yd e s 垃n 锄di 1 1 u s 仃a 把d “f o m t l l l 雠嬲p e c t si 1 1 c l u d i n g r c q u i r e m e mm o d c l i n g ，m n c t i o n p r i n c i p l em o d e i i n ga n ds t r i l c t l l r em o d e l i n gi nd e t a i l s ( 2 ) i n 吐l er c q u i r e m e n tm o d c l i n g ， c l a 5 s i f i c a t i o no f t h ed i f r e r c mc l l s t o m e r s 掣o u p 、砚s r e a l i z c dt l l r o u g hm a r k c ts e g m e m a t i o n ，w h i c hs t a r t e df 如mm a r k e ta n a l y s i s a l s o ， p r o d u c ts e g m e n t a t i o nc o u l db eo b t a i n e db yc h o o s i n go n eo rm o a i mm a r k e t st h a t 、v c s u i t a b l ef o rt 1 1 ec o m p a n i e s ( 3 ) i nt l l ef i i n c t i o n p d n c i p l em o d c l i n g ， t l l ea u _ i l l o ri n t r o d u c e dam e t l l o do ff 0 吼i n g 劬c t i o n - s t n t u r cd i a g r 锄o fp r o d u c tf h m i l y ，a n a l y z e ds o m ek i n d so fd i f f e r e n c ei n f o 衄so fm ef u n c t i o n s t m c t u r c 锄o n gd i f 传r 踟瞳i l l d i v i d u a lp r o d u c ti nt l l ep r o d u c t f h m i l y a l s o ，a na p p r o a c ht 0m e 勰u r i l 唱a 劬c t i o nc o m m o n a l i t yi n d e xw 船 p r e s e n t e d ， a n d 也ef h n c t i o n a ls p a c eb a s e do n 如n c t i o n a li n d e xw 懿e s t a b l i s h e d ，a r l d v a r i a n tf h n c t i o n趾dv a r i a n t p r i n c i p l e w e d c s c r i b e dw i m o b j e c t o r i e n t e d t e c h n o l o g y ， w h i c hi su s e df o re s t a b l i s h i n gt h eb 鹤i st 0 咒a l i z ct h em a p p i n gw i t l lt l l e v a r i a mc o m p o n e m ( 4 ) i nt l l es 砸_ i c t u r em o d c l i n g ， t l l ea u t h o re x p l a i n c dt l l ef o 瑚i l l gm e t h o d so fv a r i 舭t c o m p o n e n t 绷dp 川u c tf h m i l ys 仇l c t i l r em o d e l s ， a i l dp r e s e n t e dam e t l l o dt om e 鹊u r e i i 西北丁业大学硕l ：论文a b s 仃a c t m ec o m m o 眦l i t yi n d e xo f m ev a r i 柚tc o m p o n e n t 她di t si m t a l l c e st l l a tw e r eb es h a r e d i n 吐l ep r o d u c t 加n i l y ( 5 ) b 船e do np r o d u c t sp l 砌o m ，p r o d u c 协f 抽i l yh e g r a t e dm a n yi n d u s t r i a ld e s i g n e d a n dm a n u f a c t i l r e dr e s o u r c e st 0c o i l s 协l c tp r o d u c t sf 缸i l ys 仇l c t u r c nf a c i l i t i e st l l e m 嬲sc o s t l u n eo ns h 撕n go nt l l ep l a 仃。眦g e n e r a l i 够a n dr 印i d i yd e s i g i l e dt h en e w p r o d u c 协h e r e ，p m p o s e dt h ed e v e l o p m e mf h m e w o r kf o fg c n e r a lc o m m u n i c a t i o n p r o d u c t so n t l l ea b o v e p r o d u c t sf h m i l yt h e o r y ( 6 ) b 挪e do nt h em e t h o d o l o g y 觚dk e ye 1 1 a b l i i l gt c c h n i q u e sm e i n i o n c da b o v e ，t h e 砌o rd e v e l o p e das o 竹w a r ep r o t o t y p es y s t e m0 fp r o d u c tf 狐i l yd e s i g r ib a s e d p r o d u c tp l a t f o r m ac 嬲es t u d yr e l a t e dt om ed c s 啦o f b i c y c l cw 嬲g i v e na n dp f o v e d t l l er a t i o n a l i t yo f b o mt l l em e t h o d o l o g i e sa n dt h ec o r f e s p o n d e ms o r w a r es y s t e m 、i t l l s t r o n ga d a p t a b i l i t y k e yw o r d s ： m a s s c u s t i z a t i o n ， p r o d u c tp 王a t f o r 孵p r o d u c tf 孤i l y 。 v a r i 8 雠s i g p r o d u c 七 c o n f i g u r a t i o n 。f u z z ye v a l u a t i o n i l i 西北工业大学 学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读 学位期间论文工作的知识产权单位属于西北工业大学。学校有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电予版。本人允许论文被查 阅和借阅。学校可以将本学位沧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。 同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律注明作 者单位为西北工业大学。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：避 莎c 唧年年月立。日 缈月m 日 西北工业大学 学位论文原创性声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人郑重声明：所呈交的 学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所 知，除文中已经注明引用的内容和致谢的地方外，本沦文不包含任何其 他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果，不包含本人或他人已 申请学位或其它用途使用过的成果。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。 本人学位论文与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。 学位论文作者签名 塞露 白旬年手月加日 两我，业丈学疆l 论文黎一学绪论 第一章绪论 随着通讯产斑帮场竞争魏国益激烈，全球经游出卖方审场转角买方市场，消 费需求逐渐趋向多样化、柔饿化、个性化，产品的目标市场越分越细。在遮种环 境下，曾经在2 0 氆纪占圭导嫩位的大批量剐性生产已经越慕越不适疲市场的需 求，企业为赢得燮多的市场份额，不得不为融益挑剔的客户或赣小批鬟多晶种的 市场遴释产品的定铡黛产，驭求在市场竞争孛鑫宥一纛乏缝。锾懿：簪橇露绣已 经不再是靠一两敞明凝机型可以救活一个窳业的时代，众业为追逐高额利润，频 率魏撵滋各耱款姣、举藏臻稳警敬。在这释形势下，企甄赣懿争魏焦窳薅夕 集中 在魏秘最大程度缝满足消费者令挂他嚣求，以争取足够她市场份额，对内集中在 如何有效地缩短新产品开发周期、提高产晶质量及降低产品成本。因此，为适应 枣场瓣患多变的簧求、满足不嗣攫次瀵费者瓣产黯豹嚣鼗、提麓产品熬觉争能力， 制逸企蛾无不在罨求降低产潞成本和开发周期的良蠢。慕于通用产品平台 ( 酗d 嗽p l a t f o f m ) 酌产品羧( 硒d l l c t f a 搬i l y ) 设计疲麓予遴讯产赫游受产孛， 是种行之有效的实现方法。 零论文在佟绫兹设计方法学静纂磴上，辩逶添这类产繇豹设计闻簇迸纷7 研 究，势攒导与之镶关瓣产品生产企她嚣曩产晶旅设计避蟹了窍蔻熬搽索号尝试。 薹。l 产品族设计煞研究背景 1 1 1 制造企业生产模式的演变 在市场全球豫、产监集中他、谁造本童纯，需求个髋德静撬战面静，麓传统 静犬麓壤生产魄较，实施大黧貘定翻( 磁豁se 鞋s 幻l 毽i z a t i o 垮慰予组织竟擎饶势兹战 略特性突出表现在：通过组织核心业务的整合，以一致的质量、合理的成本、快 速、昃灞、毒粪遗交付客户掰浚霹麓稠蓥黢徐缓，羯霉萼豢褥缀绞自身熬秘蕊或蛰 值。因她，它是组织农加戥扰动鹩竞争瑟裁袭现患的援。艮能力的一个穷丽t 。 大溉模定制范式是关乎个性化定制的产品绒服务的大规模生产，强调借助予柔性 生产( 或暇务) 过程以大批量和合理豹低成本提交客户化趋产晶或鼹务，其核心是 品媛服务的多样健与寇制佬爆w 自获得大攘模生产的优势f 1 弧。 透年来，关警太蕊穰定铺蕊式瓣研究酝褥7 缀多或莱，繁孛表瑰在识麓与势 类不同定制化特征、实施大规模定制需要的使能技术、成功实施大规模定制的因 素等弘3 羽。这黧耩究联褥了镶多羹簧豹瑾论突酸，毽对缝绦篓；麓大羧模窥籍蔻 式产生了积极的影确，在实璐应用中取得了缀好熬效果，铡始日本n 嬲o n a l 童行 车公司的高档自行车的定制化就愚个很好的案例嘲。在经典的运营管理理论 嚣北工救大学硪 论文第一章绪沧 中，产品流程矩阵是关予产品特征与流程特鬣匹配关系的论述，研能实现大规 模生产的生产流程只是重复生产流程和产品导向流程”3 。重复生产流程通过模块 化的构件组合为有限变化的产品，适用于批量巾等、品种有限变化的产品生产； 产品导肉流程则是以基本巍定的工艺流程及装舔生产凡乎没有变化鹃产磊，适甩 手大蒎爨釜产摹一静类熬产弱。羞予产鑫一露滋瀚不霹缝合稳徭，辩予釜产活动 中物糕从原料到最终产黼的计划与管理对应的研究得到了定单分离患 ( d e c o u p l i n gp o i n t ) 4 1 ，它的重要作用表现在：将基于预测的活动岛定单驱动的 活动进行划分，指出了满足客户需求的库存类型及其正确的对策，议别上游活动 ( 或基予预测的活动) 的优化的意义阱。 警凌1 9 7 0 年，丈燕模迩翱懿嚣憋由矗l v i n 零o g f f l e r 在其秘t 娃 e s o c 襄( 来 来的冲淹) 一书中提出了释用类似于标准纯域大批量生产的成本帮时闻，提供 满足顾客特定需求的产品和服务的生产模式的设想。1 9 8 7 年，s t a nd a v i s 在 “f u t u r ep e r f e c t ”( 未来的理想生产方式) 一书中首次将这种擞产模式称为 “m a s sc u s t o m i z a t i o n ”，期大规模定制生产，德称m c m “。 。1 。2 产晶族设计对实施大撬模定毒l j 生产酶意义 火规模定制是适应市场变化的新型生产服务方式，被认为是当今企业竞争的 新前沿，这是一种发展趋势。在实现大规模定制的这种生产模式的j 建程中，标准 纯霹以发挥壅极其有效的终矧，菰7 模块倦乏终，产晶系歹诧、缝会睨瞧 毒会这 个愚爨。大规模定裁是对蔽标准产箍为基璃静火壁生产静否定，筹不是否定标准 化本身而是否定标准化从前的模式。 li 市场需求 ! 产品族设计 l 大规模悫制生产 令毪雯求p叫聚鐾密懿个毪产葫l 。产燕2p叫窥裁生产 ，_ 扶性需求p叫产品平台卜2 一叫犬规模生产 鞫l 。| 天援镤定裁生产与产赫族设计静关系 火规模定制生产的基零思想是以大规模生产的低成本和离效察，为客户定制 个性化和多样化的产品，即以大规模的效益进彳亍定制产品的生产。对客户而言， 所得到的产品是定制的、个性化的：对生产企姚而畜，该产品是以火规模生产方 式制造盼成熟产品。大规模是制生产较好地辫决了“大规模”与“定制”之闻的 2 器j 工鼗大学壤论文第一章靖豫 矛盾，撼两个看似矛盾的生产横式脊机地综合襁一越，在不牺稳企姚经济效益的 懿提下，豢大程度建满足誉黼客户翡今後往嚣浓。 大规模定制生产是一种兜避的制造蜇理，悬产品族设诗的实现斟标，聪产最 族设计燕实蠛大羝量定制生产的有效途经，二学攘辅提成，楣夏掺动，其荧系鲤 辫l ，l 蘼添。 1 2 产燕族设挚 摄述 1 2 。1 产品族设计的基本思想 舞袋蒸予产菇孚台豹产潞簇设诗是确保犬麓攘定铡裁翡实瓣豹爨诞，冀墓零 思想是开展“平台战略”，它蟹在乖j 用一个通用、成熟的产品平台( p r o d c u t p l a t 如嬲) ，遥_ i 童嚣配功能、惩彩、往髓等不弱游定稍模块，戳最缀蠹孽并发璃麓、 最低的成零向市场提供不周祭剿的产品，以满足不翘客户群的需求。因此，透用 纯、模块化秘标准纯是产菇族设诗的核心。 1 。2 2 耱关概念 萋于产赫平螽懿产黠羧没誊中是一耱遥会乎轰烬部壤瓣产鹣凝蚤 缎术，箕冬 传统的蕊匍单一产品设计戳谢区别又有联系，本带将对本文阐述的产晶族没诗过 程孛涉及戆蘩些拳语嚣凝念逡纾必簧瓣瓣释。 文产菇族 产熙族是在产品的功能、原理和结构域中，可替换模块恻具肖捆同接口的 产品集合。产品族的完熬韵态产品模挺包括功能模型、原理模型带廿结构模型 墨个麓黧，秘麓擎元、原遴单元秘结稔攀元怒上述三秘模型豹稳绒单元， 势 辫实瑗蹲产菇麓设谤囊鼹、簿藏毽、窦凌续搦翁定义窥表达。 通常，传统豹产品蔽建在企业琶有产品静蒸勰上，根据顾客) c 雩产赫功麓或佼 髓需求童绱整异，进行蓠都麓苇酶修改藏交辩，缀避整毽、j 毽类惹程釜戎豹。这 样产生如的产品骏不符合产赫族设计思想，不易实现标凇化和模块化，其导致的 结果必然魑变异零部件数爨增加、管理阑难、成本滩以控制、剃润潞低。因此不 跫本文掰撰瓣产燕簸。 零文掰据懿产暴族是! | ；王产燕学会秀辇籀，避避嚣配逶耀蒺块窝裁够滚爱颓窖 多样化和个性化需求的个性模块，黼衍擞出的产品系列称为产品族，如图1 2 所 永。 两翡t 蹙犬学攒b 论文 第一章绻论 图1 2 产品族设计相关术语殿其芙系 h 产燕平台 缀多学嚣黠产瑟孚台鸯萋不弱戆定爻，嚣翁迩没鸯一令豫菝统一、权威穗定 义，铡翔 y e r 和u t t e r b a c k 认为“：产品平台是产品族韵基看出，最能够被 某一系刿产品麸享的、可萤用的模块集合；u l r i c h 和e p p i n g e r 认为产品平台 是能够麸攀缀件设计方案的所橱资产“”；s i m s o n 朔s o u z a 把产品平定义为能 共享通用缉 警或子系统的一缀糟关产品“畦。o l i v i 孥rd e 嚣e e k “酊扶态产鼓平套是关 手逶篱或共事荸元爱英援弱戆鬃会，冀孛透雳或凝攀单元是一个广必魏概念，霹 瑷是零件、部件、系统、蕊王过程等。虽然，上述对产品平台酌定义誉嵬全一致， 但是箕梭心是相同的，即能够被通用或共享的所树资源都可以视为产晶平台。因 此，产品平臼是一个广义的檄念，包括通用设计方絮、共享的零部件戏机构、不 变的设计参数、一致的接翻类繁、稳霹翦招工建糕簿。零文瑟疆鲍产晶平台逡露 嚣是一个广鬟的橇念，在产赭族孛不莰可瑷逶瘸黪携瑾模块( 逶臻溪竣震予产 品平台，搿鼠其有平台参数藏梅准接霜豹个经模块镌属于产品平台。绷潮1 2 所 示。 c 邋用模块 邈耀摸块擐能够被产菇羧装辜，可以重糌懿零郏传统称。掇攒其擞产品族中 毒 西北工娥太学硕七论文 第一章绪论 的共事戚通用程度，可以分为全局通用模块和局部通用模块。其中，全局通用模 块撂农产瑟族孛被掰骞缨势产燕掰莛享豹零熬谗；昃帮逶臻模块捂在产菇簇孛憝 够披部分细分产品所共享的零部件，如图1 2 所示。用v e n n 图则可袭示成图 1 3 所示的形式。 图1 3 平台的v e 聃图表示 d 。个性模块 个援模块摇郡藏绥蕹鬏客个髓筹求麓够遴符定翩懿零都佟。按照其纛产晶族 中的通用程度可以分为两种，其一是具有共能设计参数、能够实现参数化的，并 且具脊标准接口的零部件，这种模块的设计参数一般可以分为平台参数和个性参 数，瀵l 霪令缝参数鹣变异可敬舔麓爨薪豹个链纯模块，鲡躅1 2 孛熬模块e i 、 c 2 和c 3 ；另一种怒只具有标准接口的零部件，在产品平台中，这种模块的通用 程度最低，如图1 2 中的模块d 。 e 平台参数 警台参数指霹鬏客需求不敏戆，或贡麸纛发潋忽略举谤豹设嚣参数。在逶 用模块中的所有设计参数均可以肴作平台参数；而在个性模块中即存张平台参 数，也有个性参数，如图l2 所示。因此，平台参数与个性参数的辨识也是通 爱攘块每个蛙模块划分爨菝蕹之。 f + 个佳参数 个性参数指对顾客需求敏感，影响程度大的设计参数。通常，个性参数只存 在于今性模块中，髭个性模块交器鲍依据。 g 变异设诗 通常，变异设计指在工作原理、基本功能定义不变的前提下，为满足新的顾 客需求，而对现有产品结构形式戏某些设计参数进行局部修改的设计过程。本文 疆及戆交雾设嚣建巍在平台参数与个整参数熬基疆土，赞瓣鼷客握凄鹣苓霆震 求，仪对个性参数遴行重新设计，丽保持平台参数相对稳定，并生成新的个性模 西北下业大学硬上论文 第章绪论 块变异实例的设计过程，如图1 2 赝示。 h 产品配鬣 本文掰述豹产品裁嚣建妻在产赫族结擒模型蒸磁上，羧攫鬏客订攀霉戎透露 产品匹配域通过变异设计生成新的变异实例并最终输出与顾客需求相匹配的细 努产晶豹设计_ j 童程，醚置结莱懿图1 2 掰示。袄蚕中搿孩看激产品靛置恣是对 已有产品族进彳亍扩充的的设计过程，配置结果主瑟有三种形式，即： 1 ) 已有产古矗族中存在能够满足顾客需求的细分产晶，则输出相应的细分产 晶： 2 ) 融有产赫族中没有能够满足顾客需求的细分产品，但是在产品通用模块 懿蒸确上，逶过逐配不霜懿今性模块，能够争蠢生爨戆够滚是矮客需求熬耨静缀分 产品，如图1 2 所示中配置结果2 ： 3 ) 程1 ) 和2 ) 都不能满足静情况下，赠在辨识斑豹平务参数与个谯参数 的纂础上进行变异设计，同时生成新的变辨实例，并衙生出掰的细分产品，如图 1 2 所示中配置结果3 。 从配鼹结果露毁番出，邋弱摸坎与个燃模块熬楚分糖霹鲍，这是霪淹骧麓产 品族的不断扩充，原来的个性模块可以被受多的新产品所共享，因此转变为部分 逶掰模块，螽鬻l 。2 中煞个往模块e 3 。 1 3 产品族设计职究现状 基于产品平台的产品族设计是实现m c 制造褥理的有效途径，其已引起了国 肉箨学术和工鼗赛豹极大繇究耪应溺兴趣。获褶荚资辩文献可疆看出，对产赫族 设计方法的研究是建立在传统的设计方法学基础上开展的，而且涉及多种学科领 域，如：计算机技术、信息科学、人工智能、统计学等。因此没有形成一个规范、 统一蛇方法学体系，扶国内外耀关文欺贩撼及豹嫒究现状与进展方瑟藿，曩瓣产 品族设计的研究基本上围绕产品模块的通用性、可重用性和互换性等主题进行， 其l 舄类舞下。 1 。3 。 综述、实施策略方面 文献“一论述了大批量定制生产与产品族设计的关系，对产品族设计的文献进 行了整理翔归类，提出了产黯族设计系统攥架，纛黠产黯族设计的典型实现方法 进行了介绍；文献n 1 从产品进入市场时间和产品数量两方面分别分析了面向单一 产熬秘产菇族设诗熬七耱不瓣类蝥，锌鼹誉羁熬设诗类黧提窭穰应静窝藏方法帮 策略。文献“1 阐述了大规模定制生产模式的产生及特点，分析了企业如何根据所 楚的市场环境采稻适鬣豹生产模式，以及有效实施大籀模定制生产棱式的策略， 6 西北t 啦太学硕论交第一章绪论 提出了丽向粥的产品规划及莲己鼹方法。文献“7 研究了大规模定制的产鼎开发方 法秘特点，讨论了声瑟族薅系孛瓣纂零稳造块、嚣藿麓翅、产菇分类帮经浇谔绞， 以及产晶族的设计流程、约束的胺次和创建原则。文献”1 介绍了大规模定伟设计 的基本概念和设计流程的变化，讨论了大规模定制模式下产品设计的基本方法， 并绘爨了实现大觏模定割设计所辩要熬技拳_ 秘发展现状。文欺刚分析了潮铃企业 在不闲产品生命爝潮中实施粥躬基本方法，势缀据对国内仓蝗翡实际调研，阐 述了谶含我国企业宓施眦的途径和策略。 。3 。2 产品族建模技术 褥港理工大学m i 劬e l lm t s e n g 和j i a n x i l lj i 从产品族的功能、行为和 结构三个视图建立产品族结构模激( p f 矗) ，掇如了一静面随大规模定制( 挣f 婀) 生产的实现框架，瑷实现颓客需求静多样纯、今性纯与案l 逡众翌设计和制造能力 的可黧用性之间的煅佳平衡。文献”1 从产品的功能模型、技术模型和物理模型着 手，阐述了产品族结构模型及其畿异方式。文献侧研究了谢向批产品竣建模技 零，霹产嚣族摸鍪熬定义、功戆、瀑理、续稳及貘型搓絮遴露了耀述，稳窭了基 于本休论的功能原琏模型和基予攀物特性表的产品族建模方法。同时对产品族的 配置原理及实现框架进行了系统的阐述。文献”1 提出了一种产品族数据淡达图形 语法摸黧，该模型从企照内不嗣职能部门静焦发进行捶述，并且能够处壤参数变 异帮终构交异。该模黧有助予增强企监内不同职能部门黠声磊族信怠的金蠢理解 和操作。文献”提出了基于图形诱法和i n t e r n e t 的产品旅开发信息系统。该系 统可以使顾客将定制信息通过互联网的形式上传，并生成棚应的功能、装配和产 鑫结镌及稳关熬逶释落惠，最终安瑷簇客定裁产嚣。文藏“8 会缓了事魏黪经表及 主文耥技术的基本原理，阐述了将事物特性袭与对应行的数据与主文档檑结合， 并自动生成各种相关文档的实现方法，以满照大规模定制嫩产的需要。文献 阐述了产晶族结孝奄影嫡产品生命瓣朔和对动态羧客需求豹邋瘦性。产品羧结稳豹 描述燕功能、行为秘结构视图的综合，也是避符面向产晶族设计酌前掇。作者提 出了一种基于知识、面向对象的产品族结构表达模型，和定义产品族对豫和语义 关系的语法。 1 4 本文的研究内容 设计方法学是研究产品设计过程、规律及设计中思维和工作方法的一门综合 性学科。设计方法学的研究结果包括了设计理论与设计方法“”。设计理论用于研 究设谤入员在设诗j 霆程孛静系绕移为移基本藏律，蘩逶震竣诗理论、公瓒亿设舌 理论替。设计方法怒产品设计的舆体手段，如功能一结构方法、q f d 方法、可靠 7 嚣戈t 监大学硕论文第一章缝谚 性设计、面向x 的设计等。下面介绍几种具有代农性的设计理论和典型的产品 设计开发过程。 1 4 。1 常见的设计理论 常风的设计理论包括以下几种： a p a h l 和b e i t z 的理论 2 0 世纪7 0 年代，德国学者g p a h l 和w b e i t z 提出了具脊代表性、权 威性和系统性盼产品设计方法学。健们将工程设计过程主要分为4 个除段；明 确任务浚羧、壤念设嚣酚羧、爨臻毒乏设诗狳段耧谨绥竣诗狳段。圭强将疑专篷设 计人员长期的设计实践中鞠纳总结出来的各种方法作为工程设计流獠中各个环 节的手段，贯穿到整个设计过程中。同时，将归纳和总结出来的大量工程设计知 识经过系统化的整理，以设计目录的形式得以保襻、传递和运用。这个过程很典 型地代表了串行的产品设计鸟拜发模式。尽管各个阶段具有信患反馈使设计更为 全瑟帮壤确，毽嫒乏翼棼裁露效懿疆麓支持“j ， b 邋弼设计理论( g e n e r a ld e s i g n 丁 l e o r y ；简称g 戮) 以日本东京大学吉川弘之教授为首的日本学者自2 0 世纪7 0 年代起提出 了采用数学形式化来表达设计j 过程的思想，并将她瑗人类思维活动领域内的设诗一 操作表示为知识处理的概念模型。g 叶试图将一般的设计本质在严密的数学原理 基礁上予以阑述，获焉褥爨骞剃手番翼薅镁域设诗熬一般没诗理论。g 瓣零l 入了 元摸羹( 骐e t 醐o d e l ) 帮元模蘸空闻( 鼙e t 醐o d e l s 辨c e ) 来描述设计中豹映莠雪过 程。元模溅用一组有限的属性米描述设计对象在设计过程特定阶段的状态、设计 对象的组成实体间相互关联与依赖的关系。元模激的集合构成的元模测定间是逐 步完善的设计过程的具体反映“嘲。 c 。公瑷住设诗( 矗x i o 黼t i ed e s i g n ；麓稔躺) 公骥傀浚计是由美嚣酝错理工学貌静n a | l l 张s u h 教授等学卷予2 0 世纪 7 0 年代掇出的产品设计公理体系。公理设计是通过对大量成功设计实例进行分 析归纳、抽象设计过程的本质而形成的，是对产晶设计的一种概念饿的，抽象的 描述“”。a d 的出发点是将传统以经验为主的设计转换到以科学公理、法则为基 础的公壤体系“4 。该思想试灏确立主导耩有设计的一般援律，其最终秘据是为设 谗建立耱攀萋硝，囱设谤者罐镞嫒诗翁麓学佼键戳键侯产品凌谤施力；箕霹楚是 提高设计的刨造性，减少设计的随意性和设计中的错误和不合理健“”。 d 1 _ r i z 理论 t r i z 魑俄文中发明问题解决理论的词头。由前苏联g s a l t s h u l l e r 等 研究人爱岛1 9 4 6 年开始，椽爨1 5 0 0 个人年的孵阕，总结了人类送行发臻创造 s 西托丁啦大学硕 论文 第一牵绪论 解决技术问题过稷中所遵循的4 0 个原理和法则而提出的发明问题解决理论。 秣l z 综合多学科锈域静原理，在分桥研究夔赛各国2 弱万俘专巅联遵锤鹣辩学 准则和方法的基础上，建立了系列的科学原理库、设计知识艨，其提供的设计 原理，知识和准则为产品的设计与创新提供了设计依据和借鉴“。”1 。 1 4 。2 产品设计的一般过程 邓家裎教授对产燕浚谤过程嚣了麴阐述，设毒 过程是将晶枣场嚣求浃射 成产品功能需求，并将功能要求转化成能实现该功能要求的产懿工程结构的过程 “。同时设计过程也可精作为一个多目标的分布决策求解过程。过獠基本模型由 嚣求分橇与霈求定义l l 、秘黪确定与配爨f 、技术琢理静确定专琵饕p 、续稳舄 机构确定与配置c4 个阶段以及楣互之闻的映射关系组成，如图1 4 所示。 首先，企业根据经营战略，寻求市场中企业发耀的商机，定义如创新产品的 需求，帮素场裔梳映射为需求藩r 主豹产瑟辫求寇义，线称之必嚣求援格说明 书，这是产品设计过程中通过设计决策求解得到的第一阶段产黠设计解，期产品 需求定义解。依次从r 层映射至产品功能层f ，可以得到产晶应满足需求而其 窍的功能：获f 妖象至p 麓，哥毅求解遗实凌产菇功能所需鹃技术漂毽，是兔 产品实现其功能的技术原理解；最后在结构屡c 上得到产品机构与结构解。 需求层r功能爆f 技术原理层p结构层c 市 调 睡1 4 产品设计过程 按照公理设诗理论，设谤过程可以分为4 个域，即嗣户域( c u s t 册e r d o l i l a i n ) 、功能域( f u n c t i o nd o m a i n ) 、结构域( p h y s i c a ld o m a i n ) 和工艺域 ( p r o c e s sd o m a i n ) 。如图1 5 所示，艟每一域中都有备自的元素，郎嗣户需求 ( e 珏s t 滩辩e e d s ，爨$ ) 、功能需求( f u n e t i o nr e q h i r e 嘏e n t s ，f r s ) 、设计参 夸 西北t 业大学硕j 论文第一章绪论 数( d e s i g np a r a l e t e r s ， d p s ) 和工艺变量( p r o c e s sv a r i a b l e s ， p v s ) 矧。 图1 5 公理设计设计过程表示 设计过程可以分层表示，每一层的各个域中都存在相应的设计目标，高层次 的决策影响低层次问题的求解状态，设计就是在各个域中曲折( z i g a g g i n g ) 进行 设计问题的求解。在所给的设计目标层次上，存在一系列的功能要求，在设计参 数被选定后它们才被分解。一旦相应的设计参数能够保证功能要求，那么功能要 求被分解为一系列的子需求，并且这一过程反复进行。同样，在结构域与工艺域 之间也存在类似的关系。按照上述公理化设计思想，产品设计是从一个域向另一 个域的映射过程，同时，两条设计公理，黔“独立性公理”和“信息最少公理”； 是需要遵守的两条基本规则。如从功能空间到结构空间的映射，可描述为： f r s = a d p s ( 1 1 ) 其中，f r s 表示功能需求集，d p s 表示结构设计参数集，而 a 表示设计矩 阵，如要满足独立性公理，则设计矩阵 a 应该转化为对角阵或三角阵，该公理 可以消除模块之间耦合，是独立模块构造的基础。独立性公理满足后，要考虑使 用最简单的设计来满足功能需求，即信息最少公理。 1 4 3 传统设计方法的不足 大规模定制生产模式下的产品族设计面向的是多元化的细分市场与个性化 的顾客需求，而单一产品设计面向的是统一的市场和相对稳定的顾客需求，因此 二者在各个阶段的设计内容都存在差异，表1 1 从产品设计过程中的顾客需求、 功能、原理求解和结构设计等4 个方面列举了二者的差异： 1 0 戳托工蚊天掌硕t 论文第一难绪论 表1 1 单一产品设计与产晶族设计的差异 设讳阶段萃一产赭设诗 颞客需求琅确识别顾客籍求，井建立产品 目标规格说明。 功能结构建立产品功能结构图 原理求解功能分解，找出适当的功能冗原 鬓解，确定产箱静骧建方案 结构设计实现功能，并确保零部件的可加 工性、装配性运输经、维护性， 宜人性等 产晶族设计 准确识别顾客需求、区分顾客需求的差异 性，合理划分顾客群体、找出共性化需求 岛性纯需求，为不溺顾客群体确定各缎分 产品的目标规格说明。 在各细分产晶功能结构豳的基础上建立 统一静产磊羧功髓络掏醋，区分遂焉功能 与特殊功能 功能分解，找出适当的功能元原理解，并 识剃舔理解巾静平螽参数鸟交髯参数。蓐 燕以避明的暇理解作为产晶族原理方繁， 颇客功能需求的差异通过改变个性参数 线变异参数实现。僳证平螽参数的稻对稳 定 除实现单一产品内容外，麓点考虑产品族 平台藏翊，鄄将细分产品中可班遂用，共 亭熬零酆件掺为产黯族通耀平套，通过缀 合不同功能，性能、色彩簿个性模块实现 细分产品静定制 由子抟绞豹设诗理论与设计过程豺封的主要是謦一产晶，掰淘的是统一豹巍 相对稳定的顾客需求，缺乏对多元化市场和个性化顾客需求的应变机制，因此， 在各个阶段的设计任务中没裔考虑类缄一藏产品翡设计，在就静撬下的产品族 设计燕为产糕族内戆每一个产燕进行单独设计，或在已毒产品纂礁上根据鬏窖对 所需产品功能和性能要求的差异，黼进行简单的局部修改，经熬理、归类艨而形 成一个新的产品家族。这样设计的产品往往缺乏零部件之闻的通用僚，其簿致盼 结果必然是变异零熬终数量增翱、警理爨难、成本难疆控剿、剩滤黪低，阂北要 实现m c 的效益哲理，传统的设计理论与方法需要避一步完善与扩充。这也是本 文的研究目的之一。 1 4 4 本文的创新点及主要工作 本论文| l g 主要剑新点可妇纳力以下凡点： a 提出了一种基予产品平台的通讯产品产品族设计建模方法。从需求分析， 功能原理设计及缩构设计三个方面分鄹进行了详细阐述。在需求建禳中，获市场 西北t 业大学硕七论文第一章绪论 细分与产品细分两方面分别进行了阐述；在功能原理建模中，介绍了产品族功能 结构图及变异功能与变异原理的构造方法，为实现与变异组件的映射奠定基础； 在结构建模中，阐述了变异组件及产品族结构模型的构造方法，并通过引入通用 度指标对变异组件及模块实例进行通用性度量。上述建模方法有助于指导企业开 展基于产品平台的产品族设计。 b 提出了针对通讯产品的产品平台规划方法。针对产品功能、原理设计中 功能指标与设计参数之间的不确定、却又相互依赖的隐含关系，提出了产品平台 规划的模型，为产品平台参数辨识提供了新的解决途径。 c 提出了基于模糊理论的产品方案综合评价。 1 5 本文的主要工作 在前人研究的理论基础上，作者与西安工业大学工业设计课题小组联合开发 了针对通讯产品的产品平台的产品族设计软件原型系统。通过系统需求分析，建 立了原型系统基本结构，并阐述了主要组成模块及操作流程。该系统可以用于通 讯产品的改良设计，并对设计结果做出客观的评价。 本文是对此系统的研究与说孵，分析了典型产品的开发过程，以及产品族 设计与单一产品设计的主要区别，提出一种适合于大批量定制生产模式的产品 族设计框架，并对其中的顾客需求空间，功能原理空间租结构空间进行了形式 化描述。采用聚类分析、结构树、功能技术矩阵和产品功能矩阵等分析方法， 对相应的关键技术，如顾客需求的表示与聚类、产品族功能空间的表示及其与 顾客需求空间的映射、结构空间的表示及其与功能空间的映射等进行了深入研 究。该框架为实现产品族设计中的产品族市场定位、提高零部件可重用性和产品 族平台规划提供了系统的分析方法，为企业实施产品族设计提供了理论指导。 同时，结合实例对提出的相关方法进行了说明。 论文的内容安排如下： 第一章绪论。 介绍本文的研究背景和研究内容。 第二章通讯产品产品族设计框架 介绍针对通讯产品产品族的设计框架以及该框架内所包含的内容。 第三章针对通讯产品产品族的需求建模 根据需求层次论将客户需求细分通过需求分析得出需求模型。 第四章针对通讯产品产品族的功能原理建模 介绍功能的分解方法以及功能空间的构建方法。 第五章针对通讯产品产品族的结构建模 介绍了功能与结构的对应关系和模块接口的标准化设计。 硝北1 = 业大学硬t 论文第一章绪论 第六章通讯产品产品平台规划及方法 分桥7 产晶平台并发静框絮靼关键技术。提如了蘩子模糊理谂的交 异产熙评价。 两北丁业丈学硕上论文第二章通讯产品产品族系统改计结构 第二章通讯产品产品族系统设计结构 大规模定制是适应市场变化的新型生产服务方式，被认为是当今企业竞争的 新前沿，这是一种发展趋势。在实现大规模定制的这种生产模式的过程中，标准 化可以发挥出极其有效的作用，除了模块化之外，产品系列化、组合化也符合这 个思路。大规模定制是对以标准产品为基础的大量生产的否定，并不是否定标准 化本身而是否定标准化从前的模式。因此，虽然传统的设计理论和方法针对的是 单一产品设计，但是其设计过程、方法对产品族设计仍有借鉴作用，可以说，面 向产品族设计是大规模定制生产模式下对传统设计方法学的扩展与完善。本章根 据产品族设计基本思想，阐述产品族设计框架的组成。 因为任何理论、方法等都有一定的应用背景及适用范围，本文的研究也是如 此，所以在本章的开始，首先对本文的研究范围作如下界定： ( 1 ) 本文以市场需求大、产品之间具有相似性、可比性，且个体差异明显的 通讯类产品作为研究对象，如：手机外观设计： ( 2 ) 本文建立的产品族建模方法适用于新的产品族开发，或对已有的同类相 似产品按照产品族设计思想进行重新整理。 2 ，基本框架， 任何产品的设计过程都是将市场需求映射成产品功能要求，并将功能要求转 化成能实现该功能要求的产品工程结构的过程，该过程可以分为顾客需求分析、 功能设计、原理求解和结构设计等阶段“”。产品族设计同样遵循这几个过程。但 是，由于产品族设计针对的是一族产品，