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浙江工业大学硕士学位论文 基于模糊优选法的产品配置设计方法研究 摘要 大批量定制被认为是2 l 世纪的主要生产模式之一，其结合了定制生产和大规模生产两 种生产方式的优势，在满足客户个性化需求的同时，保持较低的生产成本和较短的交货期， 大批量定制设计是实现大批量定制生产的产品设计方法。作为大批量定制设计的关键技术 之一，产品配置设计能快速的配置出满足客户需求的个性化产品，而对产品资源的合理组 织及表达是实现产品快速配置的基础，因此，对产品资源组织及产品配置方法的研究具有 重要意义。目前，各国学者对产品配置设计方法已经开展了大量的研究，本文在分析当前 国内外研究现状存在问题的基础之上，研究了产品资源的分类、表达方法及其组织过程； 提出了基于模糊优选法的产品快速配置设计模型；引入了用粗集理论来处理相似实例度量 中关键特征属性权重值问题；最后结合实例开发了众擎起重机产品平台原型系统。 论文的主要内容如下： 第一章，本章主要阐述了大批量定制生产和产品配置设计的基本概念、优势等有关方 面。针对当前国内外对产品配置以及相关领域的研究现状，深入地分析了所存在的问题， 在此基础上，提出了本论文的研究内容和论文的体系结构。 第二章，介绍了产品配置设计的基本理论，阐述了面向产品族的产品配置方法，构建 了模糊优选法的基本模型。 第三章，研究了产品资源的分类、表达方法及其组织过程，并重点介绍了产品零部件 资源的表达方法和参数化有限元分析资源各模块的结构和功能，以及实现的关键技术。 第四章，通过对实现产品快速配置设计的关键技术的研究，提出了产品配置中相似实 例的模糊优选法以及基于粗集理论的关键特征属性权重值确定方法，并以起重机为例阐述 实现快速配置的过程。 第五章，以浙江省科技厅重点项目和浙江某起重机械制造有限公司为背景，开发了众 擎起重机产品平台，证实了文章研究方法的可行性。 第六章，对全文进行了总结，提出了论文的创新点和今后研究的几点设想。 关键字：大批量定制，产品平台，产品资源表达，快速配置设计，模糊优选 i 浙江工业大学硕士学位论文 r es e a r c ho n p r o d u c tc o n f i g i 瓜a t i o n d e s i g nm e t h o db a s e do nf u z z y o p t 耵u ms e l e c t i o n a b s t r a c t m a s sc u s t o m i z a t i o ni sc o n s i d e r e do n eo ft h e2 1 啦c e n t u r ym a i np r o d u c t i o nm o d e l s ，w h i c h c o m b i n i n gw i t ht h ea d v a n t a g e so fc u s t o m i z a t i o np r o d u c t i o na n dm a s sp r o d u c t i o n i tn o to n l yc a n s a t i s f yt h ec u s t o m e r si n d i v i d u a lr e q u i r e m e n lb u ta l s oc a nk e 印l o w e rp r o d u c t i o nc o s ta n d s h o r t e rd u ed a t a d e s i g nf o rm a s sc u s t o m i z a t i o ni sam e t h o dt or e a l i z em a s sc u s t o m i z a t i o n p r o d u c t i o n a so n eo ft h ek e yt e c h n o l o g i e so fd e s i g nf o rm a s sc u s t o m i z a t i o n ，p r o d u c t c o n f i g u r a t i o nd e s i g nc a nr a p i d l yc o n f i g u r et h ep e r s o n a l i z e dp r o d u c tt h a ts a t i s f i e st h ec u s t o m e r s r e q u i r e m e n t s a n dt h er e a s o n a b l eo r g a n i z a t i o na n de x p r e s s i o no ft h ep r o d u c t i o nr e s o u r c e si sa f o u n d a t i o nt or e a l i z ep r o d u c tr a p i dc o n f i g u r a t i o nd e s i g n , s ot h er e s e a r c ho np r o d u c t i o nr e s o u r c e s o r g a n i z a t i o na n de x p r e s s i o n ，p r o d u c tc o n f i g u r a t i o ni sv e r yi m p o r t a n t c u r r e n t l y , s c h o l a r sa l lo v e r t h ew o r l dh a v ed e v o t e dt or e s e a r c ho np r o d u c t c o n f i g u r a t i o nd e s i g nm e t h o df o rm a s s c u s t o m i z a t i o n b a s e do ns u m m a r i z i n gt h ec o r r e l a t i v el i t e r a t u r e sa n da n a l y z i n gt h ep r o b l e m si n c u r r e n tr e s e a r c hs y s t e m a t i c a l l y ，t h ec l a s s i f i c a t i o n ，e x p r e s s i o nm e t h o da n do r g a n i z a t i o np r o c e s so f t h ep r o d u c t i o nr e s o u r c ei sg i v e n ，a n dt h er a p i dc o n f i g u r a t i o nd e s i g nm o d e lb a s e do nt h ef u z z y o p t i m u ms e l e c t i o ni sa l s og i v e n t h em e t h o du s i n gr o u g hs e tt h e o r yt oo b t a i nt h ea t t r i b u t e w e i g h t so ft h ek e yf e a t u r e si nm e a s u r i n gt h es i m i l a ri n s t a n c e f i n a l l y , t h ep r o t o t y p es y s t e mo ft h e p r o d u c tp l a t f o r mo fz h o n g q i n gc r a n ei sd e v e l o p e d t h ec o n t e n t so ft h ed i s s e r t a t i o na r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： c h a p t e ro n ei s i n t r o d u c t i o n t h ei n f o r m a t i o no fm a s sc u s t o m i z a t i o na n dp r o d u c t c o n f i g u r a t i o nd e s i g ni ss u m m a r i z e d ，s u c ha st h eb a s i cc o n c e p ta n da d v a n t a g e ，a n ds oo n b a s e d o nt h ec u r r e n ts i t u a t i o no ft h ep r o d u c t c o n f i g u r a t i o nd e s i g n ，i t sp r o b l e mi sa n a l y z e dd e e p l y ，a n d t h e nt h er e s e a r c hc o n t e n ta n da r c h i t e c t u r eo ft h i sa r t i c l ei sb r o u g h tf o r w a r d c h a p t e rt w oi n t r o d u c e s t h eb a s i ct h e o r yo fp r o d u c tc o n f i g u r a t i o n ，p r e s e n t st h ep r o d u c t c o n f i g u r a t i o nm e t h o do r i e n t e dp r o d u c tf a m i l ya n db u i l dt h eb a s i cm o d e lo ff u z z yo p t i m u m s e l e c t i o n c h a p t e rt h r e es t u d i e st h ec l a s s i f i c a t i o n ；e x p r e s s i o nm e t h o da n do r g a n i z a t i o np r o c e s so ft h e 浙江工业大学硕士学位论文 p r o d u c t i o nr e s o u r c ea n de m p h a t i c a l l yi n t r o d u c e st h ep r o d u c tp a r t sa n dc o m p o n e n t sr e s o u r c e s a n da l lm o d u l e ss t r u c t u r ea n df u n c t i o no fp a r a m e t r i cf i n i t ee l e m e n ta n a l y s i sr e s o u r c e s ，a l s ot h e k e yt e c h n o l o g y c h a p t e rf o u rs t u d i e st h ek e yt e c h n o l o g yo fr e a l i z i n gp r o d u c tr a p i dc o n f i g u r m i o n ，p r e s e n t s t h em e t h o dw h i c hg e t st h es i m i l a ri n s t a n c et h r o u g hf u z z yo p t i m u ms e l e c t i o ni nt h ep r o d u c t c o n f i g u r a t i o na n di n t r o d u c e st h em e t h o db a s e do nr o u g hs e tt h e o r yh o wt om e a s u r et h ek e y f e a t u r e sa t t r i b u t ew e i g h t s a sa ne x a m p l eo fc r a n e ，t h ep r o c e s so fr a p i dc o n f i g u r a t i o ni s d i s c u s s e d c h a p t e rf i v ei sr e l a t e dt ot h es c i e n c ea n dt e c h n o l o g yh a l lo fz h e j i a n gp r o v i n c e sp r o j e c t r e s e a r c ho nt h er a p i dr e s p o n s ei n t e g r a t e dd e s i g np l a t f o r mb a s e do nt h ep r o d u c tf a m i l ya n d m o d u l a rp l a n n i n g ”，t h e p r o d u c tp l a t f o r m o fz h o n g q i n gc r a n ei s d e v e l o p e d ，p r o v i n gt h e f e a s i b i l i t yo fr e s e a r c hm e t h o d t h el a s tc h a p t e ri sc o n c l u s i o na n do u t l o o k t h ea c h i e v e m e n t so ft h ed i s s e r t a t i o na r e s u m m a r i z e d ，a n dt h ei n n o v a t i o n sa l ep o i n t e d t h ef u t u r ew o r k sa r ep u tf o r w a r d k 呵w o r d s ：m a s sc u s t o m i z a t i o n ，p r o d u c tp l a t f o r m ，p r o d u c tr e s o u r c ee x p r e s s i o n , r a p i d c o n f i g u r a t i o nd e s i g n ，f u z z yo p t i m u ms e l e c t i o n 浙江工业大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作 所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育机构的 学位证书而使用过的材料。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。本人承担本声明的法律责任。 作者签名： 趣盘查 日期：2 。叩年5 - 月玎e l 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 人授权浙江工业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 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 ， 2 、不保密刚 ( 请在以上相应方框内打“、”) 作者签名： 导师签名： 乏建茁诬逻强日期：扣0 7 年j 月2 5 日 吼呵年f 月刁日 浙江工业大学硕士学位论文 第1 章绪论 【摘要】介绍了大批量定制生产的概念及主要特征，对大批量定制设计中的产品平台、 产品平台资源以及产品快速配置的概念、优势及其历史进行了相关阐述，在分析了国内外 学者对产品配置研究现状的基础上，提出了所存在的问题，并重点阐述了本文研究的主要 内容，给出了论文的体系结构。 【关键词】大批量定制产品平台资源规划产品配置 1 1 大批量定制生产概述 随着现代市场竞争的加剧，企业之间的竞争开始转向基于时间的竞争和基于客户需求 的竞争，为顾客提供定制化的产品，全面提高顾客的满意度，已经成为现代企业追求新的 竞争优势的一种必然趋势。大批量定制生产( m a s sc u s t o m i z a t i o n ，m c ) 结合了定制生产 与大规模生产两种生产方式的优势，在满足客户个性化需求的同时，保持较低的生产成本 和较短的交货期。大批量定制生产以其独特的优势，引起了许多企业的关注，在国内外得 到了迅速地发展【1 1 【2 1 大批量定制生产是适合买方市场需要的新的生产模式3 】【4 】，解决了定制 生产中出现的各种问题并达到传统大规模生产的批量经济效益。大批量定制的基本思想在 于：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、柔性制造技术等 一系列高新技术，把产品的定制生产问题全部或者部分转化为批量生产，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【5 1 ，大批量定制生产强调 企业在整个动态市场中的快速反应能力，强调协调大规模生产的标准化以及用户定制过程 中的个性化之间的冲突，从多个侧面统筹考虑企业的设计和管理等诸多要素，成为制造业 适应市场需求变化的有效策略。大批量定制生产和大规模生产的区别【6 】如表i - i 。 大批量定制在国外获得较快的发展，其作为一种有效的竞争手段逐渐被各国企业所采 纳。近年来在美国、西欧等国许多大企业开始采用大批量定制的生产策吲7 】，并取得了令 人瞩目的效益。很多国际著名公司，如d e l l ，i b m ，h p 等公司都引入各种方式的大批量定 制生产，提高国际竞争力，其中d e l l 更因为在大批量定制生产的成功实践，成为大批量定 制生产的代名词。在国内，北京第一机床厂、海尔集团等也在大批量定制方面进行了研究 和实践。 浙江工业大学硕士学位论文 表1 - 1 大规模生产和大批量定制生产的区别 大规模生产大批量定制生产 焦点通过稳定的可控制市场取得效率通过柔性和快速反应实现产品变形和定制需求 以几乎每个人能支付的低价格开发、开发、生产、销售和服务，其种类和定制足以 目标 生产、销售和服务使几乎每个人找到满足自己所需要的产品 稳定需求动态需求 关 大而统一的市场分散的市场 键低成本、一致的质量、标准化的商品 低成本、高质量、定制的产品和个性化服务 特和服务 征 产品开发周期长产品开发周期短 产品生命周期长产品生命周期短 本章将首先概述大批量定制生产的概念、特征和优势。介绍大批量定制生产的主要设 计手段即产品配置的概念、特点和优势，着重阐述产品配置设计的研究现状，给出了当前 产品配置中所存在的问题和针对问题所提的研究内容。最后，对本章进行小结。 1 1 1大批量定制生产的概念 大批量定制也可以称之为大规模定制、大规模客户化、批量定制、批量客户化和客户 化定制等。早在1 9 7 0 年，语言家a l v i nt o f f l e r 8 】在其f u t u r es h o c k ) ) 一书中提出了一 种以类似于标准化或批量生产的成本和时间，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 9 在( ( f u t u r ep e r f e c t ) ) 中首次将这种生产模式称为大 批量定制或大规模定制。1 9 9 3 年j o s e p hp i n ei i 对大批量定制的内容进行了完整描述f 瑚。 1 9 9 7 年，安德森和约瑟夫在出版了大批量定制模式下的敏捷产品开发认为：大批量定 制指以大规模生产的成本和速度，为单一客户或是小批量、多品种的市场定制生产任意数 量的产品【l i 】。 大批量定制是根据每个客户的特殊需求以大批量生产的效率提供定制产品的一种生产 模式，它把大批量与定制这两个看似矛盾的两个方面有机的结合在一起，它能在不牺牲企 业经济效益的前提下，了解并满足客户的需求。简单的说，大批量定制就是个性化定制产 品和服务的大规模生产，是企业适应当今日益动荡的市场环境，提高企业竞争力的必然趋 势。m c 生产模式建立在图1 - 1 所示的动态循环圈之上，由于它极大地满足了顾客的个性化 需求，一般可以得到额外的费用( 1 0 左右) 这一利润差弥补了低批量生产带来的低效率， 2 浙江工业大学硕士学位论文 这正是m c 的潜在赢利优势。不同于大规模生产以稳定和控制力获得高效率，大规模客户 化生产以灵活性和快速响应来实现多样化和定制化。 新产品 产品开发周期短 t 产品生命周期短 规模定制生产过程 1 l 低成本、高质 量的定制产品 扰动的需求+ 一多元化细分市场 图1 1 大批量定制生产模式动态循环圈【1 2 】 大批量定制生产方式结合了定制生产和大规模生产两种生产模式的优势，既能满足客 户个性化需求，又保持了大规模生产的成本和较短的交货期【1 3 】【1 4 1 。大批量定制的核心是产 品品种的多样化和定制化【1 5 1 。大批量定制是一种在系统思想指导下，以客户需求为核心， 运用先进的现代信息技术和制造技术，合理组织使用企业所拥有的内外部资源，通过产品 结构重组和过程重组方法，将企业的生产转化为( 或部分转化为) 规模生产，以大规模生产 的效率和成本提供定制产品，满足细化市场个性化定制需求的一种生产模式【1 6 j 。 i i 2 大批量定制生产的特征 大批量定制生产模式的基本思想：将定制产品的生产问题，以产品结构模型和制造过 程的重组为手段，全部或部分转化为批量生产。对客户而言，所得到的产品是定制的、个 性化的；对企业而言，该产品是利用大批量生产方式制造的成熟产品，成本低、效益高。 大批量定制生产模式拥有如下主要特征【1 7 】： ( 1 ) 以满足客户需求为目标 大批量定制要求企业改变传统批量生产中以自身计划为重的模式，把客户提出的个性 化需求作为企业设计生产的重心，快速响应客户需求设计，生产出让客户满意的产品作为 最高目标之一，进而在市场竞争中取胜。 ( 2 ) 以现代信息技术和先进制造技术为支撑 大批量定制生产必须对客户需求做出快速响应，这就依赖现代信息技术能在各制造单 元中快速传递需求信息。互联网的迅猛发展使企业能快速获得客户的个性化需求信息， 3 浙江工业大学硕士学位论文 c a d 和p d m 系统能够根据订单快速的配置设计出符合客户需求的个性化产品；柔性制造系 统及时对定制信息做出反应，高质量地完成产品的定制任务。 ( 3 ) 以敏捷为特征 大批量定制生产中企业必须快速设计出满足客户个性化需求的产品，企业通过在技术 上信息化、智能化、集成化、网络化等方式，在生产组织上通过分散化、小型化、网络化 和扁平化等模式来解决客户多样化的需求。大批量定制企业是一个敏捷组织，体现在产品 所涉及的全生命周期中。 ( 4 ) 以产品模块化设计、零部件通用化为基础 大批量定制通过配置模型结构和制造过程的重组尽可能的将定制产品的生产转化为批 量生产。在产品的整个设计和生产中利用成组技术、标准化技术、模块化技术、并行工程 等现代设计技术，增加可批量生产的模块和零部件，减少定制产品中的定制部分的生产， 从而大大缩短产品的交货期和减少产品定制成本。 ( 5 ) 以供应链管理为手段 在竞争日益激烈和客户需求快速更新的市场，竞争不仅是企业与企业之间的竞争，而 且包括企业供应链之间的竞争。大批量定制企业必须与供应商构建良好的合作关系，才能 整合企业内外部资源，通过优势互补，更好更快地满足顾客的需求。 ( 6 ) 企业扁平的组织架构 企业必须将自身原有的塔型的构架组织重组为扁平架构，使得信息传递更加流畅迅速， 便于对外界信息做出快速的响应。扁平型的组织架构有助于加强企业垂直管理，减少中间 层的延误，提高工作效率。 1 1 3 大批量定制生产的优势 随着科学技术的进步，电子、自动化及信息技术的在全球的广泛使用，新的市场竞争 要求企业不仅要提供质量过硬的、能满足用户个性化需求的产品，而且必须及时、快速和 价廉，传统按大规模生产模式组织生产的原则已不适用这样的需求。大批量定制生产模式 结合了定制生产和大规模生产两种生产方式的优势，在满足客户个性化需求的同时，保持 了较低的生产成本和较短的交货提前期。大批量定制生产模式以其独特的优势，引起了制 造业的关注，在国外得到了迅速发展。 大批量定制生产模式的实行能为企业带来众多好处，其主要的优点如下： ( 1 ) 使企业生产出真正满足客户所需要的产品； 4 浙江工业大学硕士学位论文 ( 2 ) 使企业能适应日新月异的变化不断加快的竞争激烈的市场，使企业立于不败之地； ( 3 ) 有利于提高企业的生产、制造和销售的效率和企业的经营管理水平； ( 4 ) 有利于设计、制造过程的不断改善和产品质量的持续改善； ( 5 ) 有助于降低企业总的产品成本。 1 1 4 大批量定制生产的基本策略 大批量定制生产方式得以实现的根本原因在于人们对产品功能和结构的需求尽管有 差别，但也有共性，实现的关键在于企业要清楚客户的个性化和共性需求，从产品全生命 周期的各个环节上进行总体规划，尽可能多的减少定制零部件数和定制环节数，采用相应 的策略将客户的个性化需求点推向下游，才能达到满足客户个性化需求和一定规模下的低 成本的统一。因此，大批量定制生产模式的实现方式各有不同，但从整体上可以归纳为两 大基本策略【1 8 】： ( 1 ) 产品定制设计阶段 采用面向大批量定制的设计方法，在产品定制设计中融入模块化设计思想，并用标准 化模块、零部件，减少定制模块和定制零部件的数量，降低成本，缩短产品的设计开发时 间。模块化设计和标准化技术是大批量定制策略的关键要素，模块化过程是把产品的功能 组件进行模块化设计，实现了产品多样性和零部件标准化的有效结合，充分利用规模经济 效应，为延迟策略的应用提供了良好的基础。标准化技术就是对工具、零件、工艺和材料 实行标准化，来提高生产的柔性和速度、加快对客户需求的响应速度、降低生产成本、保 证产品质量。 ( 2 ) 产品制造阶段 采用延迟策略( p o s t p o n e m e n tt e c h n o l o g y ，p t ) f 1 9 】f 2 0 l ，推迟定制生产的开始时间，尽量 采用标准的生产步骤，减少定制生产步骤，有利于提高生产速度，降低生产成本。延迟策 略是指在产品全生命周期中，采用整体规划的思想整合和优化企业的内外资源，利用标准 化和模块化技术，把产品的定制活动推迟到下游的供应链，提高早期制造阶段零部件的通 用性，在后期阶段根据客户需求进行定制。延迟策略是面向过程的设计，是对面向大批量 定制的过程中重组思想的体现。延时策略的实施可降低制造过程的复杂程度，减少供应链 的不确定性，缩短定制时间，降低成品库存。 5 浙江工业大学硕士学位论文 1 1 5 大批量定制设计 在以大批量定制为生产方式的产品设计阶段，实际投入的费用仅占产品总成本的5 ， 但却决定了7 0 8 0 的产品总成本及8 0 以上的产品属性，包括功能属性、装配属性、使用 属性、加工属性等，在产品定制设计阶段所犯的错误将在产品试用阶段付出3 0 7 0 倍的代价 2 。因此，面向大批量定制的产品设计( d e s i g nf o rm a s sc u s t o m i z a t i o n ，d f m c ) 成为了 国内外学者和企业的研究热点。 大批量定制设计的概念i 扫t s e n g l 2 2 】于1 9 9 6 年首次提出，其目标是在产品设计的早期阶段 进行整体概念设计时考虑范围经济性和批量经济性；其核心是在于面向产品族结构构造满 足一定范围市场需求的统一的产品模型和过程模型，强调同时完成一组产品的设计，根据 不同层次的客户需求，从产品族中衍生出定制化产品实例；d f m c 的关键点在于模块化设计 和延迟策略2 3 1 ，其首要任务是获取和切实理解客户个性化的定制需求【2 4 1 。 李敏【2 5 】等依定制程度不同将大批量定制设计分成四类：( 1 ) 在现有产品结构和功能模块 基础上的产品配置设计，是常规设计方法；( 2 ) 在现有产品结构和功能模块基础上，依用 户需求对模块的尺寸进行改变的产品变型设计：( 3 ) 根据客户需求选择产品结构和相应的 功能模块的产品模块组合设计；( 4 ) 用户需求变化较大时需要加入新的功能模块的产品创 新性设计。前两种方法，即配置设计和变型设计，为产品定制设计的范畴；后两种即组合 设计和创新设计为产品族设计范畴。大批量定制下，配置设计是定制设计的基础，变型设 计是对配置设计参数化求解域的扩充。在产品定制设计中，以配置设计为研究热点。产品 配置设计自身不能实现大批量定制，它为产品配置模型的变形设计和客户需求之间建立了 联系，大批量定制的真正实现依赖于对产品功能模块的合理划分和对产品族的设计。 在面向大批量定制的产品设计中，配置设计是定制设计的基础，是快速设计阶段重要 的手段，是面向整个产品族的设计，需要建立满足客户需求的并且产品设计人员易理解的 配置模型以及对配置模型高效的求解策略。 1 2 产品配置设计概述 1 2 1 产品配置设计的概念及特点 产品配置是在一个或者若干个能覆盖产品类中的既定型号和规格变化的动态产品族 模型的支持下，根据客户定制产品的要求，通过对产品模型功能、性能、结构以及零部件 进行选配，以及对局部零部件功能和结构、尺寸的相应变化来快速设计出满足客户需要的 6 浙江工业大学硕士学位论文 定制产品【2 6 1 。 产品配置是随着产品的系列化和客户化生产而出现的，它以企业零部件库为底层支 持，以系列化产品的相关数据作为管理对象，以产品的物料清单为核心，实现产品数据的 组织、控制和管理，并在一定目标或规则约束下向用户或应用系统提供产品结构的不同视 图和描述【2 7 1 。 其中，文献【2 8 】对产品配置的相关概念作了以下介绍： 产品配置：产品配置是配置规则的运算，是一个知识推理的过程： 零部件族：具有相同结构、作用、功能的零部件，这些零部件可能仅仅在尺寸等方面 有才差别，这些零部件的集合叫做零部件族； 产品模型：产品模型是定义上下级装配关系的构件和零部件的集合； 组件：一个组件是产品模型上的一个节点，它可以是零部件也可以是构件； 配置规则：配置规则由规则库来管理，产品模型中的所有节点之间的关系通过规则的 约束而形成具体的产品。这些约束统称为规则。配置规则约束产品模型各构件零部件之间 的关系，通过限制产品配置过程中功能模块功能选项、构件零部件的选择和组合来确保 产品配置的正确性。配置规则的定义实际上是对产品信息知识的获取、加工和抽象。 大批量定制设计下的产品配置含有以下的特点【2 9 】： ( 1 ) 通过配置能使企业获得灵活的产品定位，以满足客户的个性化需求，每一交付给客户 的产品都是满足客户个性化需求的定制产品。 ( 2 ) 可配置产品不是一种创新性产品，企业大批量定制生产的目的是满足细分的市场需求， 是在现有的产品族基础上，通过相应的部件或是模块按以一定约束规则组合成配置产 品，是不需要设计新的组件。配置产品不是要满足所有的客户要求的产品。 ( 3 ) 可配置产品拥有预定义的通用的产品配置模型结构。 ( 4 ) 每一交付给客户的配置产品只需要系统化的配置设计、变型设计、适应性设计。 ( 5 ) 生产控制能力得到加强，可以使用较少的零件单元生产出大量不同的产品。 1 2 2 产品配置设计的研究现状 产品配置过程中需要用到大量特定领域的知识，目前所有的配置方法都是基于一定的 配置知识的表示和求解方法进行的，主要的研究集中在配置知识的表达和配置问题求解 1 3 0 1 。国内外学者对此进行了大量的研究，根据所使用的知识表示和求解方法的不同，一般 可以分为基于规则的方法、基于结构的方法、基于约束的方法、基于资源的方法和基于本 7 浙江工业大学硕士学位论文 体论的方法等。 ( 1 ) 基于规则的产品配置方法【3 l j 3 2 】 早期的配置设计系统实现所采取的形式，使用产生式规则的形式表示特殊领域的配置 知识和控制策略。规则表示法优点接近人的思维方式，使得知识表示直观和便于理解、推 理，但用规则表示的配置知识刚性太强，对具有层次结构的配置模型的表达力较弱，需要 逐步的进行规则的前后匹配，降低了推理效率问题。另外，知识的获取问题、一致性检查、 规则维护缺乏模块化和改进性。d i g i t a l 公司的r i x c o n 系统是第一个采用基于规则推理 的配置专家系统。 ( 2 ) 基于结构的产品配置方法【3 3 l 【3 4 1 1 3 5 】 基于结构的产品配置方法用概念来表示领域中配置知识，对这些概念进行分类，并按 照产品结构对它们进行组合，从而使它们的组合能反映产品结构，产品配置中各配置知识 之间以及知识中的特性关系的限制用约束来描述，建立产品的概念组织结构和约束来表示 产品的配置知识。在配置求解时依照这种概念结构进行配置，进而得到配置结果。基于结 构的产品配置方法侧重于配置知识的表达，由于用概念来表示产品配置知识，易于被理解。 该方法的缺点是推理效率和知识表达性之间存在着矛盾：如果表达的知识太复杂，则推理 效率很低；如果表达的知识太简单，又不能满足配置系统的要求。 阴向阳等闭从产品配置、产品结构和版本等3 个方面介绍了产品配置和产品结构的联 系与区别，从产品结构中的具体对象出发详细分析了转化中存在的难点，利用两重递归实 现了查询子对象状态、对产品配置对象进行转化两个子算法。结合使用这两个子算法能够 有效地实现产品配置向产品结构的转化。 顾新建吲研究了一种新的网上通用产品配置设计工具，提出了面向结构和面向功能这 两种类型的配置方法。 ( 3 ) 基于约束的产品配置方法【3 8 】【3 9 1 这种方法分成问题描述与问题求解两个互相独立的部分，把一个问题表示为一个约束 满足问题( c o n s t r a i n ts a t i s f a c t i o np r o b l e m ) c s p 或动态约束满足问题( d y n a m i cc o n s t r a i n t s a t i s f a c t i o np r o b l e m ) d c s p 。基于约束的产品配置方法将配置对象中各组件或对象作为可有 不同取值的变量，变量不同的取值代表不同类型的组件或对象，用约束来描述不同组件或 对象之间取值的限制，满足所有约束的组件或对象的取值组合就是产品的配置结果。基于 约束的产品配置方法将产品的配置知识转换为各个组件或变量以及这些变量之间的约束， 将求解过程转化为对变量取值组合进行搜索，直至满足所有的约束。基于约束的产品配置 方法由于采用约束和变量可以直观方便地描述配置知识，同时约束满足问题c s p 具有有效 8 浙江工业大学硕士学位论文 多样的求解方法，因此易于描述配置问题并且求解的效率很高，但基于约束的表示方法用 抽象的术语和变量来描述产品知识，不能直接表示产品的动态配置知识和没有对配置知识 的概念化表示使得配置知识不直观，同时约束满足问题是一个n p 完全问题，求解效率不 高。基于约束的产品配置方法是侧重于配置求解的配置方法。 ( 4 ) 基于资源的产品配置方法【4 0 i 1 4 1 】【4 2 】【4 3 】 基于资源的配置方法中，组件和环境之间的接口被视为抽象的资源，产品的组件之间 不存在显式的直接结构上或约束上的关系，组件之间是产生和消耗关系。在基于资源的产 品配置中，仅存在两种关系的组件：产生资源的组件和消耗资源的组件，一个组件被选中， 是因为它提供了某种资源，产品的配置过程是不断地选择组件使这种资源的提供和消耗相 互平衡，只有当所有的资源都达到平衡状态时，找到的一系列组件，才是符合要求的配置。 基于资源的方法的知识表达中，将知识分为系统知识、目录知识和启发知识。从产品中资 源的产生、消耗及流向的观点来看，基于资源的产品配置方法是一种侧重于对某方面特定 配置知识进行表示的配置方法。但该方法不能很好的表达诸如结构、连接等部件之间的约 束关系，使它的应用受到一定的影响。 a l e x a n d e rf e l f e m i n g 删等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。 张芬【4 5 】等研究了大批量定制下的基于产品族模型的产品配置设计，分析了从细分客户 群中相同需求和不同需求映射到产品族的基本组成、可变因素和配置规则的过程。在此基 础上建立了产品族模型的通用结构。 刘晓冰等【4 6 】提出了创成式物料清单( g e n e r i cb i l lo fm a t e r i a l ，g b o m ) 的概念，研究了 g b o m 的面向对象表达方式以及基于它的产品配置过程，提出采用模糊优选法解决配置过 程中相似实例的提取问题，并给出了基本算法。 ( 5 ) 基于本体的产品配置方法【4 7 】【4 8 】 本体表示是目前研究比较多的一种知识表示方法。本体通常面向特定领域，描述实体、 类、属性、谓词和功能等词汇、以及这些词汇之间的关系。本体为表达领域知识以及描述 领域中的特定情况使用了公共词汇。通过预定义本体，使过程、系统和数据在企业的范围 内的一致性和通用性成为可能。统一了对产品配置知识的概念化表示，具有可重用性、共 享性和易于理解。本体表示是一种产品配置知识通用的表示方法。虽然这本体表示具有很 强的知识表示能力，但无法方便地表示配置知识，同时也不具有很高的求解效率。 9 浙江工业大学硕士学位论文 张劲松等【4 9 】提出了基于本体的配置建模方法，建立了产品配置元模型；并应用配置本 体的基本概念( 构件、功能、资源、关系、端口、约束等) 对产品进行配置建模，给出了配 置建模的一般过程并用面向对象的方法进行了表达和描述。 除了对产品配置方法的研究外，对产品配置过程的管删5 0 1 ，产品配置系统与p d m 系 统的集成【5 l 】1 5 2 1 ，产品配置评价模型的研究 5 3 】，分布式产品配置系统1 5 4 1 ，再配置管理【5 5 1 等 也都进行相应的研究。目前产品配置在国内还是一个新的概念，没有系统明确的概念体系， 国内企业基本上没有使用专用的商用产品配置系统，所采用的产品配置系统大都是从国外 引进的e r p 或p d m 系统中附带的子系统或功能，因此某些适合设计和生产可配置产品并 实行产品配置的企业也无法实现生产类型向大规模客户化生产的转变。 另外，文献【5 6 1 1 5 7 1 对面向大批量定制的产品配置设计方法以及配置设计中约束的表达和 求解进行了深入的研究。分析了机械产品的特点和约束类型，并利用变量和事物特性表结 合的方法来表达约束关系。文酬5 8 】研究了分布式大批量定制环境下产品配置的研究，并研 究了配置规则及其算法，提出一种分布式环境下大批量定制的过程模型。文献【5 9 1 1 6 0 对在线 产品配置设计工具进行了深入系统的研究，并提出一种通用在线产品配置设计工具的结 构。对产品配置的研究己经从管理的角度、应用的角度、约束表达以及产品配置设计工具 等各个方面展开了研究。但是，用户的需求多种多样以及配置约束规则的复杂性，使得约 束的表达和处理都非常复杂，一般都采用专家系统实现，因而产品配置方案的生成成为一 个非常复杂的过程，并且对配置设计人员的要求非常高。 以上的研究都从不同方面对产品配置方法进行了讨论，建立了多种配置模型。对于不 同的具体产品，这些配置方法各有优劣。产品配置建模需要跟具体产品结合，在分析产品 特点的基础上选择适合具体产品的配置模型和求解方法，才能达到有效的配置。 1 2 3 存在的问题 综上所述，产品配置设计是面向大批量定制设计的关键技术之一，能快速的配置出满 足客户需求的产品个体，国内外学者和企业对产品配置设计的基本概念、产品配置资源的 表达和配置问题的求解及配置结果的优化等展开了一系列的研究，但仍然存在各方面的问 题，总结如下： ( 1 ) 缺乏产品配置资源库的支持 产品配置建模的过程中需要涉及到大量的零部件信息，包括几何模型参数和一些非几 何参数，如材料，重量，价格等参数，这些信息通常可以从企业的零件库中获取。然而目 i 0 浙江工业大学硕士学位论文 前在进行产品配置建模时，通常是直接输入这些零部件信息。这样就存在以下问题：一方 面使的建模的过程更加复杂，另一方面零部传信息存在缺乏准确的数据来源以及动态更新 的问题。 ( 2 ) 产品优化配置的研究 由于产品的复杂程度增加。用户进行一次配置所需的时间越来越长，一些用户不愿意 花太多时间来进行细致的配置。用户希望配置系统能够根据自己的模糊需求以及一些其他 的限定条件( 如价格，交货期的要求) ，按照优化目标模型在众多的配置解中快速找到最能 满足自己要求的产品。因此，产品优化配置的技术也是目前需要解决的问题。 ( 3 ) 产品配置评价中模糊性问题的解决 根据客户需求求得的产品配置可行方案可能有若干个。而且这些产品实例的性能指标 也比较相近，如何在这些方案中找到客户满意度最高的一个配置方案，就需要进行产品配 置的评价。目前很多的评价方法需要用户给出精确的评价值，然而在实际情况下用户的评 价通常是模糊的。因此需要对产品配置评价中模糊性问题进行解决。 1 3 论文研究内容及体系结构 1 3 1 论文研究内容 针对上面提出的问题，本文首先研究了产品资源的组织及表达方法，特别对在产品配 置设计中起重要作用的产品零部件资源和产品分析资源进行了重点研究，并研究了其具体 实现方法和关键技术；在此基础上，系统地研究了产品结构模型并采用模糊优选法来进行 产品配置及对配置方案进行优化和评价，主要研究内容如下： ( 1 ) 阐述了大批量定制生产和产品配置设计的基本概念、优势等有关方面。针对当前国内 外对产品配置以及相关领域的研究现状，深入地分析了所存在的问题，在此基础上， 提出了本论文的研究内容和论文的体系结构。 ( 2 ) 介绍了产品配置设计的基本理论