（机械制造及其自动化专业论文）基于web的个性化定制系统研究.pdf

中文摘要 个性化定制是近年来诞生的一种利用信息技术和网络技术进行产品定制的 崭新生产销售模式。其核心思想是根据顾客的独特需求来为他们“量身定做”高 度细化、个性化的产品，从而提高客户服务水平和满意度。个性化定制生产方式 正在逐步成为制造业的主流生产模式，而且随着互联网的广泛应用，越来越多的 企业都在网上建立了自己的站点。这样，企业就可以利用互联网的优势来提供个 性化定制的服务。一方面满足了消费者的个性化需求，另一方面也提高了企业的 设计水平和竞争力。 为了使定制产品贴近客户真实的个性需求，尽量提高客户在定制过程中的个 性化的程度。本文主要从以下几个方面进行了研究。 1 对个性化定制的相关概念和设计方法进行了研究，提出了基于模块化的 设计思想、产品配置理论以及具体的定制方法。本文把个性化定制方法定义为将 规范化的模块配置在产品结构树上，并通过满足客户选择需求的定制方法来配置 和实现用户的产品的设计过程。 2 将个性化定制和w e b 集成在一起，研究了个性化定制平台的设计方法。 定义了在w e b 上实现个性化定制平台的体系结构。 3 将区间层次分析法作为个性化定制平台的评价方法。该方法克服了传统 层次分析法的一些缺点，使得评价具有了更高的客观性。本文介绍了该方法的算 法并演示了示例。 4 在已构建的个性化定制平台的理论框架下，以自行车产品为例开发了基 于w e b 的个性化定制系统。 关键词：个性化定制；模块化设计；产品配置；区间层次分析法 a b s t r a c t i n d i v i d u a lc u s t o m i z a t i o ni san e wa r i s e nm a n u f a c t u r i n ga n dm a r k e t i n gm o d et h a t a p p l i e st h ei n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n dn e t w o r kt e c h n o l o g y i t sc o r ei st oi m p r o v e s e r v i c eg r a d ea n ds a t i s f a c t i o nd e g r e eb yf u l f i l l i n gc u s t o m e r s s p e c i a ln e e d s i n d i v i d u a l c u s t o m i z a t i o nh a db e c o m em a i n s t r e a mm a n u f a c t u r em o d e ld a yb yd a y a n da l o n g w i t ht h ew i d e l yu s eo fi n t e m e t ，m o r ea n dm o r ec o m p a n i e ss e t u pt h e i r ss i t e so ni t s o c o m p a n i e sc a nu s et h ea d v a n t a g eo fi n t e m e tt op r o v i d et h ei n d i v i d u a lc u s t o m i z a t i o n o no n eh a n d ，i ts a t i s f i e dt h ec u s t o m s n e e d s ，o nt h eo t h e rh a n d , i te n h a n c e d c o m p a n i e s d e s i g nl e v e la n dc o m p e t i t i o na b i l i t y i no r d e rt om a k et h ep r o d u c tp r e s sc l o s et oc u s t o m e r s r e a ln e e d s ，a t t e m p tt o i m p r o v et h el e v e lo ft h ei n d i v i d u a t i o n n i sp a p e rf o c u s e do nt h ef o l l o w i n gp o i n t si n ( i c t a i l s ： 1 t h ec o n c e p ta n dd e s i g nm e t h o do ft h ei n d i v i d u a lc u s t o m i z a t i o ni sr e s e a r c h e d t h em o d u l a r i z a t i o nd e s i g n t h i n k i n g , p r o d u c tc o n f i g u r a t i o nt h e o r ya n di t s c u s t o m i z a t i o nm e t h o di sp u tf o r w a r d e d 乃口i n d i v i d u a lc u s t o m i z a t i o ni sd e f i n e da s c o n f i g u r i n gt h es t a n d a r dm o d u l eo nt h ep r o d u c ts t r u c t u r et r e ea n dt h e nr e a l i z a t i o nt h e c u s t o m e r s p r o d u c t sd e s i g np r o c e s sb yu s i n gt h ec u s t o m e r s c h o o s ed e m a n d s c u s t o m i z a t i o nm e t h o d 2 1 1 1 ei n d i v i d u a lc u s t o m i z a t i o na n dw e ba r ei n t e g r a t e dt o g e t h e r t h ei n d i v i d u a l c u s t o m i z a t i o np l a t f o r m sd e s i g nm e t h o di sp u tf o r w a r d e d 皿es y s t e mf l a m eo f i n d i v i d u a lc u s t o m i z a t i o np l a t f o r mb a s e do nt h ew - e bi sd e f i n e d 3 t h ei n t e r v a la n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s si su s e da st h ej u d g eo fi n d i v i d u a l c u s t o m i z a t i o np l a t f o r m t h i sp r o c e s sg e t so v e rt h es h o r t c o m i n go fc o n v e n t i o n a l a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ，m a k et h ea p p r a i s e m e n tm o r eo b j e c t i v i t y t h ea r i t h m e t i ci s i n t r o d u c e di nt h i sp a p e ra n dg a v ea l le x a m p l e 4 t h eb i c y c l ei n d i v i d u a lc u s t o m i z a t i o ns y s t e mi sd e v e l o p e db a s eo nt h ew e b ， w h i c hi sf o u n d e do nt h ee s t a b l i s h e dt h e o r yf r a m eo fi n d i v i d u a lc u s t o m i z a t i o n p l a t f o r m k e yw o r d s ：i n d i v i d u a lc u s t o m i z a t i o n ，m o d u l a r i z a t i o n d e s i g n ，p r o d u c t c o n f i g u r a t i o n ，i n t e r v a la n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得鑫鲞盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：曩云破签字日期：细厂年6 月夕日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤鲞盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨鲞本堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 段云祓 导师签名： 签字日期：叼7 年彳月，7 日 签字日期： 乒1 b劬“ 、翻矿 c 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 当前我们正处在信息和知识技术革命的时代，这一革命的主要目的就是进一 步提高企业的系统自动化程度和生产率。伴随着这一革命的产物互联网络所 覆盖范围的不断增大，这种第四媒体所带来的个性化的需求也逐步体现了出来， 互联网络己经不再是一个简单的工具，而是发展成为与现实世界紧密融合的一个 虚拟世界，并成为一种抽象的概念和思想，进而深深地影响到现实世界的各个方 面，而且改变了现实世界的运作规则和行为规律。同时，越来越多的公司和组织 出于竞争和减少成本的原因也把自身与复杂的信息网络联系在一起。电子商务， i n t e r a c t w e b ，b 2 b 等，也已成为企业增强其市场竞争力的迫切需求。而全球经 济一体化更使得商品能够在全世界范围内自由流动，卖方市场的膨胀使消费者对 商品的选择有了极大余地，消费者在选择商品时更多是的在不同的产品中选择最 适合自己个性化需求的产品。 这场革命所影响的，还有企业的生产模式的改变。传统模式以产品为竞争基 础，企业更多的是关心其自身运作效率的提高。但是随着竞争的日益激烈，以产 品为中心的竞争优势正在逐步失去。这就要求企业也必须及时的适应这一生产模 式的转变，即从以产品为中心的模式向以客户为中心的模式的转变【l 】。因此，能 够满足多样化的市场需求并且快速的响应市场的变化，己成为制造企业提高竞争 力的主要手段。 就目前来说，企业所迫切需要的，是建立一种能够基于个性需求驱动的、具 有快速响应机制的以网络为载体的生产制造模式。而能够适应这一变化的也恰恰 是能充分利用这场革命所提供的工具即互联网技术和信息技术，通过i n t e r a c t 进 行个性化定制的生产，就可以快速的向客户提供个性化的产品，很好地迎合客户 的市场需求，同时也提高了企业的市场竞争力。因此这一生产模式便取得了迅猛 的发展，正从技术前沿演变为一种必然。 第一章绪论 1 2 个性化定制概述 1 2 1 个性化定制的定义 所谓个性化定制即客户化的产品定制，就是所制造的产品能够满足客户的个 性化需求，提供定制的企业根据客户的个性化需求，让客户通过相应的定制系统， 定制出满足客户个性化需求的产品【2 1 。 个性化产品定制系统是为满足客户对产品的多样化、个性化需求而开发的、 基于互联网的、面向整个产品供应链的集产品设计、销售于一体的电子商务系统。 通过该系统客户可以选择不同的产品类型或者亲自参与产品的设计以满足个性 化需求，同时将相关产品定制信息传送到企业内部以及产品供应链上的供应商、 销售商等合作伙伴，以便安排、组织生产，使产品以最快的速度生产出来。 1 2 2 个性化定制产生的背景 1 消费者对个性化产品的需要 随着社会的发展，社会物质财富极大丰富，消费者对产品的需求不再满足于 传统的大规模生产的产品，他们希望自己所购买的产品具有适合自己的一些特 性。这些产品的个性化具体表现在两个方面：一种是产品功能的个性化，因为不 同的消费者存在不同的需要，因此这方面的需要使得他们追求产品功能的个性 化；另一种是产品样式的个性化包括产品的尺寸、颜色等多种属性的个性化，这 主要是因为产品的工作环境和消费者的审美观的不同。 2 制造企业市场竞争的需要 对于制造企业来说，随着社会的发展，传统的大规模生产方式受到市场的巨 大冲击。主要体现在：市场由统一走向多元化，企业要想继续在市场上立于不败 之地，就必须不断的细分市场，从而使得大规模生产赖以生存的稳定市场受到破 坏。过去的卖方市场变为买方市场，市场变得不可预测：产品生命周期缩短，产 品开发周期也相应缩短。市场希望企业能够提供满足消费者个性化需求的定制产 品和服务，另一个方面，面向客户的个性化产品定制由于它本身的特殊性，具有 利润高、对市场反应快的特点，因此制造企业面对这种情况，它们也有这种提供 个性化产品定制的要求。 3 信息技术的发展和企业信息化水平的提高 在最近十多年，信息技术得到了极大的发展，它具有传统通信方式无法比拟 的高速、高效、低成本的优势，己经融入了人类生活的各个角落，并在各行各业 中都得到了广泛的应用。 同样，信息技术不断的融入传统的制造工业。制造企业为了在市场上立于不 2 第一章绪论 败之地，他们不断的通过重组企业的业务流程和提高企业信息化建设水平来降低 成本，以达到快速反应市场的目的。 1 2 3 个性化定制的特点 个性化定制一方面方便了客户，成为刺激客户消费的新的增长点，并且极大 地满足了消费者个性化的需求，引导了消费者需求的想象力，吸引了潜在的消费 人群，刺激了连带性消费的产生；另一方面它也使企业受益，对企业在以下五个 方面的发展起到了促进作用p j 。 1 企业经营模式的转变给厂家带来客户驱动制造、敏捷制造等新的生产经 营理念，实现企业向“以客户为中心，以市场为龙头 的生产经营模式的转变。 2 扩大市场打破了产品的“订、产、供、销”的时间、地域限制，采用主 动式客户服务，使企业争取到了更大的市场和客户，增加了企业的销售收入。 3 降低成本以定单为核心的生产模式将大幅度压缩供应链和库存，降低采 购、销售及相关业务流程的成本，并降低企业经营风险。 4 快速反应市场“需、产、供 一条龙服务，减少信息反馈环节，极大地 方便了企业对市场和客户需求信息的了解，迅速提高了企业响应市场的敏捷能 力。 5 增加客户满意度产品按客户的需求进行定制，同时客户直接参与设计 方案的确定，并能跟踪定单的执行情况，提高了客户的产品服务满意程度。 1 2 4 个性化定制的发展阶段和国内外发展的现状 由于大规模的传统生产模式受到市场的巨大冲击，企业要想继续在市场上立 于不败之地，就必须不断地细分市场，缩短产品生命周期，实现快速生产。而对 于消费者而言，伴随着追求个性化的潮流，他们则更加渴望得到低成本、高质量、 能满足其个性化需求的定制产品和服务 4 1 。面向客户的个性化产品定制模式就是 在这样的背景下产生的。 个性化定制强调客户的参与和快捷高效的用户反应，这不仅要求企业拥有高 效、优化的内部信息化环境，还必须拥有高效的外部个性化定制系鲥习。从产品 定制技术的发展来看主要经历了三个阶段。第_ 个阶段主要是产品功能和配件的 选择，客户通过产品的网站选择产品提供的配件，这一阶段产品定制的结果非常 的不直观，甚至只能说是产品功能的选配阶段。第二个阶段顾客能对定制产品的 颜色和尺寸大小进行参数选择，也可以对产品进行三维浏览，但顾客看到的只能 是一个固定的产品外形，并不是他们真正所定制产品的外形。第三阶段的产品定 制能够让顾客看到定制产品的三维外形，但是产品的模型是通过服务器计算后再 第一章绪论 返回客户端显示，浏览的实时性差；同时，产品的性能也不能直观的显示出来， 也就是说顾客得不到他们所最关心的东西；实时的产品外观和性能的可视化。 在欧美发达国家，企业的i n t e r n e t 系统建设已经基本上完成了从第一阶段向 第二阶段的转化，并开始逐渐向第三阶段过渡。以个性化定制为中心的企业系统 已经出现，并取得了显著的经济与社会效益，戴尔通过建立自己的面向个性化定 制模式的w e b 系统( w w w d e l l c o r n ) ，面向全球客户提供完善的个性化定制服务， 最大限度的了解客户的真实需求，为客户提供快捷的、经济的、个性化的定制服 务。目前个性化定制系统也被汽车工业广泛使用，甚至日用品、衣服鞋帽类小商 品也加入到个性化定制的行列中。目前我国企业的w e b 系统的建设还基本处于 第一发展阶段。企业w e b 系统以提供诸如产品介绍和企业宣传等服务为主，绝 大多数企业对于个性化的定制服务还缺乏支持。虽然某些厂家也推出了个性化定 制的服务，比如大型家电企业海尔集团推出了基于订单的个性化定制系统 ( h t p ：w w w e h a i e r c o m ) 。在海尔网上商店，用户可以根据个人对款式、容量等 要求，定制个性化的冰箱。然后将根据相应信息形成的订单传送到生产厂，并转 化为生产信息指令，再传送到产品自动生产线进行生产，用户在一周就可以得到 自己订制的产品。但它主要还是停留在以多样化代替定制化的阶段，距离真正的 个性化定制的还有一定的距离。因此，对于基于w e b 的个性化定制系统的探索 和实践，国外己远远领先于国内企业。国内在这方面针对企业实际需要的应用和 实践还有待于进一步的加强和提高。 1 3 网络化制造概述 1 3 1 网络化制造的基本概念 网络化制造是近年来出现的崭新的制造模式，其含义是指：面对市场需求与 机遇，利用计算机网络，灵活而快速地组织社会制造资源，按资源优势互补的原 则，迅速地整合成一种跨地域的、靠网络联系的、统一指挥的制造与运营实体一 一网络联盟以实现网络化制造【6 j 。网络联盟通过互联网与供应商、销售商及产品 的最终用户紧密地联系起来，快速响应市场，迅速推出高质量、低成本的新产品 和服务。同时，联盟成员随着市场和产品的变化而变化，具有动态特征。 网络联盟通过因特网与供应商和产品订单客户及产品用户的有效联系，快速 响应市场，迅速推出高质量、低成本的新产品和服务。同时，联盟成员随着市场 和产品的变化而变化，具有动态特征。与传统制造模式相比较，网络化制造是一 种由多种、异构、分布式的制造资源，以一定互联方式，利用计算机网络所组成 的，开放式的、多平台的、相互协作的、能及时灵活地响应客户需求变化的制造 模式。 4 第一章绪论 网络技术的飞速进步使得人们相互沟通的方式发生了重大变化，人们获取必 要的信息变的更加容易。因此，用户越来越希望得到完全个性化的产品和服务， 而企业则“被迫”提供这种个性化定制的产品或服务。真正以客户为中心的网络 化制造时代正在向我们走来。通过因特网，企业将与客户直接接触，客户将参与 产品设计，或直接下订单要求企业进行定制生产，企业将产品直接销售给客户。 因特网推动了企业与用户沟通方式的最重大的革命。 1 3 2 网络化制造的特征 网络化制造以敏捷化、分散化、动态化j 协作化、集成化、数字化和网络化 为基本特征。其中，敏捷化是快速响应市场变化和用户需求的前提，主要表现在 组织结构上的迅速重组【7 1 、性能上的快速响应、过程中的并行化以及分布式的决 策。这就必须要求网络化制造采用分散化、数字化和网络化作为网络化制造的存 在基础和实现手段，保证了该模式从理论向实际应用的顺利转变。 1 敏捷化 敏捷化是网络化制造的核心思想之一。生产制造系统在现今发展阶段面临的 最大挑战是：市场环境的快速变化带来的不确定性；技术的迅速发展带来的设备 和知识的更新速度加快；市场由卖方转为买方，市场正逐步走向全球化；产品特 征由单一、标准化转变为顾客化、个性化，产品的寿命周期明显缩短；制造企业 之间尽管不在是单纯的你死我活的竞争，但竞争的激烈程度有增无减。所有这一 切都要求制造业具有快速响应外部环境变化的能力，即敏捷化的能力。 2 分散化 网络化制造的分散化具体体现在两个方面，其一是资源分散化，包括制造硬 件资源( 如设备、物料、人力和知识等) 分散在不同的组织内、不同的地域内、 不同的文化条件下等；其二是指制造系统中生产经营管理决策的分散化。 3 动态化 网络化制造联盟是针对市场需求的机遇，面向特定产品而组建的。市场和产 品是网络化制造联盟存在的先决条件，根据市场和产品的动态变化，网络化制造 联盟随之发生动态变化，市场和产品机会不存在时，网络化制造联盟解散，根据 新的市场和产品重新组建新的联盟。 4 协作化 资源的充分利用体现在形成产品的价值链中的每一环节。产品从设计、零部 件制造、总装，直到产品销售、售后服务，都需要网络联盟合作伙伴之间的紧密 配合。这种协作化是一个快速响应市场，完成共同战略目标的优化过程。 5 集成化 由于资源和决策的分散性特征，要充分发挥资源的效率，就必须将制造系统 中各种分散的资源能够实现实时集成，分散资源的高效集成是网络化制造的目标 第一章绪论 之一。 6 数字化嘲 借助信息技术，网络化制造能够实现真正完全无图纸的虚拟设计、数字化和 虚拟化制造，帮助企业形成信息化的组织构架，实现企业内部、企业与外界的信 息流、物流和资金流的顺畅传递，从而保证了产品设计与制造周期的缩短，降低 成本，提高工作效率。 7 网络化 现代通讯技术的发展促进了网络联盟的形成。由于制造资源和市场的分散， 实现快速重组必须建立在网络化的基础之上。因此，组建高效的网络联盟需要将 电子网络作为支撑环境，并充分应用现代化通讯技术与信息技术。 1 3 3 国内外网络化制造现状 2 0 世纪9 0 年代初，美国里海大学( l e h i g hu n i v e r s i t y ) 在研究和总结美国制 造业的现状和发展潜力后，发表了具有划时代意义的报告美国2 l 世纪制造企 业战略，该报告提出了美国企业网( f a c t o r y a m e r i c a n n 吡f a n ) 的计划。该计 划旨在通过发达的高速信息网络把美国的制造业联系在一起，这意味着联网的美 国企业类似一个大的虚拟企业，大大提高了资源的共享程度和制造的敏捷性。 f a n 计划已在由美国国防部a r p a 资助的a i m s 项目中得到实施。目前，英国 利物浦大学正在欧共体资助下建立英国西北虚拟企业网，该网旨在支持、促 进英国西北地区中小企业的合作与发展。1 9 9 8 年1 2 月，欧洲联盟公布了“第五 框架计划( 1 9 9 9 2 0 0 2 ) 一，将虚拟网络企业列入研究主题【9 】。英国利兹城市大学 和格拉斯哥大学的项目“基于w e b 的产品设计和制造环境”的目标则是提供一 个能在i n t e m e t 上快速进行产品设计和制造的基础技术环境【l o 】。该项目在分析传 统独立的产品设计和制造系统功能基础上，采用j a v a 方案构建基于w e b 的网络 化集成制造环境，并研究了相应的子系统之间资源、信息交互和共享的关键技术。 国外网络化制造技术的飞速发展，以及随之而来的巨大收益引起了我国学术 界、工业界和国家政府部门的高度重视。在国家科技部和8 6 3 c i m s 主题的组织 下，1 9 9 8 年6 月开始了“基于c i m s n e t 的敏捷化工程 的可行性论证工作， 并将之作为8 6 3 c i m s 主题关键攻关项目，现在己经逐步开始实施【l l 】。此外，网 络化制造也被列入了国家自然基金重点资助项目，科学技术部于1 9 9 9 年3 月将 “网络化制造在精密成形与加工领域的应用研究及示范课题列入“九五国家 重点科技攻关计划，该课题是以模具行业为示范【1 2 1 。清华大学范玉顺教授则对网 络化制造的定义和内涵进行了规范和界定，并从总体技术、基础技术、集成技术 和应用实施技术四个层面对使能网络化制造的关键技术进行了辨识。肖田元教授 6 第一章绪论 则对产品协同开发平台、面向大规模定制的制造系统等进行了研究【13 1 。这些研究 成果为网络化制造的研究及其系统的构建与实施奠定了坚实的基础，并为进一步 推动网络化制造产业化积累了经验。 1 4 评估与决策技术 对于个性化定制而言，定制出用户需要的产品仅仅只是一个方面，因为相对 于传统的设计方法而言，对于产品的具体性能否满足要求，在定制的时候并没有 完全体现出来，而这一点在传统设计时则恰恰是优先考虑的。因此需要一种评估 方法来实现对产品的性能进行评判。 现代评估与决策技术便可以实现这一功能。当前评估技术的发展趋向于定量 化，即通过建立数学模型并对数据按照一定的模型进行分析来实现。常用的评估 与决策模型有多种，例如线性规划( l p ) ，数据包络分析( d e a ) ，层次分析法 ( a h p ) 等【1 4 】。这些传统的数学模型所处理的是“点”数据、精确数据，给出的 解也是确定性的，从而据此所作的是“刚性一评估、完全理性决策。 然而，现实的社会经济系统中不仅存在着静态的、精确的、确定型的、均衡 的各类问题( 使用传统的数学方法求解这些问题是有效的) ，而且还存在着许多 动态的、模糊的、不确定性的、非均衡的问题。面对这些“柔性”问题，决策者 在实际的决策过程中，所占有的往往是一些不确定的信息。此时传统的数学模型 和方法已不能奏效。区间分析提供了一种可行的解决方案。基于区间分析的评估 方法称为区间( 范围) 评估。与传统的评估方法相比，其处理对象由“点数据 扩展为区间数，评估结果更具柔性。决策者据此所作的是有限理性决策。图1 1 给出了区间评估与决策和传统的评估与决策的方法流程比较。 传统的评估 j 决策 区闽评估j 次镶 图1 - 1 区间评估与决策和传统的评估与决策的方法流程比较 第一章绪论 层次分析法( a h p ) 是解决社会经济系统中复杂决策问题的一种实用决策方 法。传统a h p 在构造判断矩阵时，采用1 - 9 之间的整数及其倒数作为比例标度； 然而在决策过程中，由于信息不完备，人们做决策时，往往会出现判断不确定的 情况，所以用精确标度来确定判断矩阵是不合适的，此时可采用区间标度，将传 统的层次分析法拓展为区间层次分析法( 认h p ) 。 社会系统是一个“柔性”的系统，决策者所面临的环境是不确定的，决策信 息往往是不完备的。用区间数表示这些不确定信息，研究基于区间分析的评估与 决策模型的求解及其应用，为不确定性评估与决策提供模型支持。因此，研究区 间分析及其在评估与管理决策中的应用，具有重大的实际意义 1 5 论文的研究内容 基于前文所阐述的内容，本文将在以下几点上进行研究。 1 研究个性化定制的相关概念和设计方法，并确定出本文所采用的具体的 定制方法。 2 将采用的定制方法应用在具体的平台上，对该平台所需要实现的具体功 能进行详细介绍。 3 将区间层次分析法作为本文的评价方法，对该方法的实现进行详细的介 绍，并以自行车为例进行实例计算。 4 设计了针对自行车定制的基于w e b 的系统，将本文所研究的内容在该平 台上进行具体实现。 8 第二章个性化定制的相关概念和设计方法 第二章个性化定制的相关概念和设计方法 在以往的大规模生产环境下，制造业企业产品的开发周期和生命周期很长。 随着我国市场经济的发展，企业的生产模式向小批量、多品种发展，多样化和定 制式的产品代替了标准产品。制造业企业要满足其客户个性化的需求，就需要大 大缩短产品开发周期，而用手工方式对新产品开发过程进行管理难以满足客户的 需求，这样制造业企业自然就希望在应用了c a d 辅助软件的基础上，通过实现设 计信息和文档的共享，对产品开发过程和产品结构信息进行管理，最大限度地利 用以往形成的资源，提高产品开发效率和质量。 个性化定制的生产模式要解决以下关键问题；一是提高零件标准化、模块化 程度，充分利用标准件和模块化组件进行组合，形成尽可能多的产品；二是提高 产品的系列化和柔性化，可根据个性化的需求演变出多种变型产品。这两个关键 问题的解决主要是通过模块化设计思想和产品配置理论来实现。 2 1 模块化设计思想 所谓模块化设计是指在功能分析的基础上，对一定范围内的不同功能或相同 功能而不同性能、不同规格的产品划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选 择或组合可以构成不同的产品，以满足市场的不同需求【1 5 】。模块化设计方法把产 品的多变性与零部件标准化有效的结合起来，并充分利用了规模经济和范围经济 的效应。在产品设计中，模块化水平越高，定制产品中模块和零部件的标准化程 度也越高。模块化设计的优点如下。 ( 1 ) 减少产品的设计时间，降低产品的设计成本，可以缩短产品的交货期。 产品配置就是利用产品模块化的这一特点，实现了快速配置出客户所需要的产品 的目的。 ( 2 ) 提高产品质量，增加企业对市场的快速应变能力。因为，每个模块均 为一个独立单元，可以将己经进行过实验的新技术设计成模块，并对其做先行性 实验研究，当结构可靠、性能稳定之后，再加到产品中代替旧的结构。这样，既 能保证产品的先进性和竞争性，又确保了产品的性能的稳定和可靠。同时还可以 加速产品的更新换代。同时，模块化可以更容易地诊断和隔离生产中的质量等问 题，这样可以确保由模块配置出来的产品的质量可靠性。 第二章个性化定制的相关概念和设计方法 ( 3 ) 能够满足客户的多样化需求。通过产品配置，有限的模块可以组合出 无限的产品。 ( 4 ) 企业可以将在各个产品中都用得上的标准化部件的数目最大化。在组 装过程的早期阶段将这些标准化部件先组装好，而将使产品个性化的附加部件一 直推迟到制造过程的最后阶段来加工组装，这样可以减少库存。 2 1 1 模块化的标准化和规范化 标准化与规范化技术是进行个性化定制的前期步骤和必要条件。产品个性化 定制的核心思想就是合理利用和管理现有资源，通过对现有资源的快速重组满足 多样化的客户需求。因此，企业资源管理对于个性化定制企业而言尤为重要。因 此，企业资源和知识的管理成为一个重要课题。合理的企业资源和知识管理，有 助于提高企业资源和知识的重用率，加快产品开发周期，降低产品成本【1 6 1 。对于 企业资源的管理关键是对现有资源进行标准化规范化，建立合理的分类编码体 系。 产品的标准化是指产品构成内容的标准定义以及产品构成相关资源的标准 定义【1 7 】。我们通常所说的标准件一般分为国标件、部标件、厂标件等。产品中大 量零部件的使用有利于成本的降低，因此实现个性化定制的企业应该将对产品成 本影响较大的零部件进行标准化。 规范化是指对零件进行分析，将企业中相似零件进行合并、分解，提高零件 的使用频率，减少企业内部的零件数，从而降低零件管理费用的方法。 通过对零部件的标准化和规范化，企业内部的零部件数量和零部件的品种数 量减少，零件分布日趋合理。在定制产品中如果提高标准件的比例，零部件的重 用性就会得到提高，从而相应的定制效率也会得到提高。所以在实施个性化定制 生产之前，企业必须对其产品的零部件以及与产品相关的资源进行标准定义，才 能有效的控制所设计产品构成的多样性，从而为个性化定制生产的开展奠定基 础。 模块化与各种标准化形式有以下的关系。 1 通用化是模块化的基本特征 通用化以互换性为前提，是指在不同时间、不同地点制造出来的部件或零件， 在装配维修时不必经过修整，就能任意替换使用。而这正是对模块化的基本要求， 或者说模块化具有通用化的特征。 在模块化的产品系列中，产品是由一些通用模块( 加少量专用零部件) 组成， 这些通用模块，有的是具有功能互换性的功能模块，有的是具有尺寸互换性的结 构模块。事实上，模块本身就是部件级的通用件，正是部件级的通用互换才体现 1 0 第二章个性化定制的相关概念和设计方法 出模块化的优越性，或者说模块化的产品具有最大的通用化系数，因而具有最大 的经济效益。产品越复杂，其优越性就体现得越充分。 2 系列化是形成模块化系统的必要条件 系列化是将产品的主要参数、形式、尺寸、基本结构等做出合理的安排与规 划，以协调同类产品和配套产品的关系。因而可以说，系列化是能使某一产品系 统的结构优化、功能最佳的标准化形式。在模块化产品系统中，模块应用的范围 越广或者说它可应用的产品的面越宽，其生命力就越强，效益也越好，所以系列 化的水平是衡量一个模块化系统优劣、评价一个模块化系统水平的一个重要标 志。 但是，模块化系统中的系列化问题远较产品系列化要复杂，模块的系列化不 仅是面向同一类产品，而且是面向各类产品中同类的功能。例如各个系列的自行 车产品，它的脚踏系统、制动系统等基本上都是一样的，即由于它有很强的互换 性，要求模块的外形尺寸、接口尺寸等应符合一定的尺寸系列；在各个模块组装 成系统时，模块的布局应符合一定的规律，应与相关装置相协调。 3 模块化与组合化的关系 组合是一种应用面非常广的概念，在自然界和社会中普遍存在着组合现象。 从力的合成；原子化合成分子，细胞组成器官，器官组合成人体。到处都能 看到组合的现象。而模块化是指将各个“标准 单元模块组合成事或物的过 程。模块化产品是以模块的组合为基础而成的，而模块则是构成产品( 系统) 的 具有特定功能和接口结构的典型的通用独立单元。如若把产品模块看作是狭义的 模块化，则组合便可认为是广义的模块化。 因上可知组合是泛指自然界中由个体( 单元) 组合成整体的过程，而模块化 则是指由一些经过专家确认的通用单元组合成事或物的过程，其中“组合一是它 们的共同特征，区别在于模块化中的构成单元是经典型化、优化、并具有通用意 义的“标准单元模块。 综上所述，模块化是标准化原理在应用上的发展，它是特征尺寸模数化、结 构典型化、部件通用化、参数系列化、组装积木化的综合体，它是多种标准化形 式在产品总体标准化上的综合运用【l 引。标准件、通用件是在零件级进行通用互换， 而模块则是在部件级甚至子系统级进行通用互换，模块可以直接构成整机以至大 的系统，从而在更高层次上实现了简化。它大大提高了模块的重复利用率，并以 灵活多样的组装方式大大缩短了设计和生产的周期、提高了效率和质量、增强了 对市场的适应能力，以全新而高效的方式实现了标准化的宗旨。因而可以说，模 块化是标准化的高级形式。 第二章个性化定制的相关概念和设计方法 2 1 2 模块化的分类方法 模块化有多种分类方法，一般将其分为共享型、替换型、量体裁衣型、组合 型、总线型和混合型等6 种类型【1 9 1 ，如图2 1 所示。 困圉曰dd d 目目目 共享墨 警换盈量体蓑衣基 骘= 鸯净孕口l 芒兰当四n 总线盈 拼接型 图2 - 1 模块化的6 种分类方法 ( i ) 共享型模块化，即通用模块被用于许多不同的产品，通常所说的提高 产品中所用零部件通用性的思想，实际上就是鼓励使用元件的模块化； ( 2 ) 替换型模块化，可以通过元件的各种不同选择实现一个产品的定制， 这些元件可以被“换进或“换出，典型的代表如计算机的硬盘； ( 3 ) 量体裁衣型模块化，主要是针对不同的客户需求，在组合其他模块之 前首先改变基本模块的尺寸； ( 4 ) 组合型模块化，能够提供最大程度的多样化和定制化，只要构件之间 存在标准接口，可就以通过模块的适当组合构成整个产品或系统，最简单的例子 是儿童的玩具； ( 5 ) 总线型模块化，可以把带有标准接口的元件插入标准结构中，例如， 计算机的主板就可以安插多种不同的元器件； ( 6 ) 拼接型模块化，主要通过元件的拼接实现不同的组合，主要用于空间 布局。 2 2 产品配置理论 产品配置设计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( b i l l o f m a t e r i a l ，b o m ) 为核心，实现产品数据的组织、控制和管理，并在一定目标 或规则约束下向客户或应用系统提供产品结构的不同视图和描述 2 0 l 。产品配置是 第二章个性化定制的相关概念和设计方法 对产品结构管理的扩展，能够很好的满足对产品的系列化和柔性化的多样性要 求。它很好的体现了这样一种设计的方法学：对一个产品的设计首先是进行功能 的分解，然后决定实现这些功能的部件，最后对各个部件进行具体的设计。产品 配置的目的是为了提供这样一种能力：根据用户给出的配置需求，基于单一、通 用的产品结构( 或产品族结构) ，选配出完全或部分满足需要的零部件及其产品 结构。产品配置能够使企业的各个部门在产品的整个生命周期内共享统一的配 置。产品配置在p d m 的概念中讨论的比较多，也比较有吸引力，企业对此也表现 出强烈的需求。而在p d m 系统中，产品结构与产品配置管理是实现产品数据管理 的主要功能模块。 p d m 系统以产品结构为组织核心建立一个产品模型，通过该模型把与产品生 命周期中所有相关数据按一定规则有序地组织起来，实现对产品数据的有效管 理。 2 2 1 产品结构 产品结构是工厂或企业进行产品设计、生产组织的重要依据与标准，一般意 义上的产品结构是指由产品一系列图纸上的零部件明细表组成的一种树状结构。 这种树状结构是立体的，它反映了企业的活动主线，通过产品结构这种直观的表 现形式，可以实现企业的各个部门( 如计划、设计、生产、材料、采购、质量和 销售等) 在同样数据基础上从不同的视角和空间看待产品1 2 l j 。 产品结构用来反映一个产品由哪些零部件构成以及这些零部件之间的构成 关系。产品结构可以分为完整产品结构和具体产品结构。完整产品结构包括一个 产品的所有可能的零部件其中包括这些零部件的不同版本。具体产品结构包括构 成一个具体产品所有可能的零部 产品结构树有一个根结点，从根节点分支若干节点，节点上还可以继续分支 出若干结点。如果一个节点不再有分支节点，则称之为叶节点。基于模块化的产 品结构如图2 2 所示，它反映了一个产品由模块组成的结构。 图2 2 产品结构及其基本属性 第二章个性化定制的相关概念和设计方法 产品结构树的建立要根据企业的管理模式来决定。有的企业把一个系列的产 品用一棵树表示，也有的企业一个产品就用一棵树表示。产品结构树的层次也要 根据企业的产品复杂程度决定，多的7 8 层，少的也要2 3 层。 2 2 2 产品配置 虽然产品结构树可以把数据组织起来，但这却是远远不够的。因为在产品的 设计过程中，产品结构和相关文档是动态变化的。随着产品设计流程从概念设计、 功能设计到工艺设计的进行，都会形成产品的概念设计结构、功能模块组成结构 和机械组成结构，相对应的产品信息及其有关文档也随之变化。这就形成了不同 阶段的产品结构视图，再加上产品、部零件、文档存在版本问题，增加了版本信 息后，产品结构也变得更加复杂。 为了满足上述要求，必须将产品结构中的零部件按照一定的条件进行重新组 织，得到该条件下的特定的产品结构。因此，产品配置管理是以产品结构管理为 基础，同时在产品结构中增加了配置项、结构选项、互换件、替换件等信息。并 通过提供一系列的管理，描述更为复杂的产品的配置过程。 产品结构定义和配置是产品设计过程中的一系列彼此相关的产品功能结构、 实体结构的搭建过程，此过程将输入的功能需求转换为符合要求的具体产品结 构。产品结构定义是产品构筑的第一步，是产品配置的初始信息来源和基础框架， 得到的结果是企业产品设计的知识库。产品配置在产品基本结构框架的基础上， 可以通过选装件配置得到具体的变型产品结构，以实现产品多样化和用户个性化 要求。产品结构定义和配置管理包括两方面涵义：一方面，为产品结构定义和配 置过程提供管理手段。另一方面，对产品及相关业务的信息进行管理，并对其内 部信息流的质量进行控制。 具体来说，产品配置管理的主要功能如下。 ( 1 ) 产品结构多视图管理提供满足不同部门和产品不同阶段所需要的产 品信息和产品结构视图，并生成相应的不同形式的产品结构树。从任何一个视图 都能访问到需要的产品数据，而且保证不同产品结构视图的一致性。 ( 2 ) 基于规则的配置管理通过建立配置规则实现对产品结构变化的控制 和管理。根据定义好的配置规则可以确定最终产品采用哪些版本、可选件、替换 件，最后得到一个单一、确定的产品结构。可提供基于版本或数量有效性的配置 管理，结构可选件的配置管理以及产品结构中互换件、替换件的管理。 下面就这两个具体功能做以下详细分析 1 产品结构多视图管理 ( 1 ) 产品功能视图 1 4 第二章个性化定制的相关概念和设计方法 对有些产品，用户往往比较熟悉其功能要求，并且从用户的角度来讲，他们 最关心产品功能，而不是产品的结构。因此，用户经常需要按产品功能树进行产 品配置设计。 将产品的功能进行分解可以得到产品功能树，树根节点的功能单元为产品的 总功能。每个功能单元可以进一步分解为下一级子功能单元结构，直至最终实现 每个功能单元的结构为已知的形状特征或部件单元为止。在功能层次树中上一级 的功能单元节点是对下一级功能的抽象，下一级节点是实现其父功能的目的、手 段的具体化。每一级功能单元节点将继承其父功能单元的功能特征，即父节点间 的功能特征将由子节点中的一个继承。以自行车为例，其产品功能树如图2 3 所 示。 图2 - 3 自行车的产品功能树 通过选择所需要的产品的部分或所有的功能节点后，实际上是将这些功能转 换为对应的一种或多种产品结构树。从而，可以进一步选取对应的一种或多种产 品。 ( 2 ) 产品结构视图 用户可以直接按结构选择所需要产品的子模块，通过浏览每个模块的有关属 性，然后选中所需要的产品模块。 通常是使用一棵结构树来描述产品的结构，产品结构树是按照产品的装配关 系将组成产品的有关的零部件按照父子关系的形式来排列并实现的树状结构。例 如，机械类产品一般都可分解成装配件、组件、零件和原材料等不同层次的结构， 每一层又可分解成