（机械制造及其自动化专业论文）基于web的大规模定制设计需求信息获取方法研究.pdf

西北t业人学顶 学位论文摘 贾 摘 诬石 3七 大规模定制是企业在瞬息万变的市场环境下的首选生产模式， 准确并及时地 获取客) 、 ， 的定制需求信息、 预测市场变化是企业在严峻的市场竞争中获胜的关键 因素。 基于网络的需求信息获取方法以其在时间、 空间_上的优势，完个可以取代 传统需求信息获取方法。 在消费者行为学、 人机交互理论的基础上， 结合网络数据库、网络虚拟现实 等技术， 研究了大规模定制生产模式下产品设计需求信息的获取理论和方法， 提 出了基于网络的大规模定制设计需求信息获取方法， 并开发出了一套相应的原7 7 系统。 主要研究内容包括以下儿个方面。 1 .根据客户决策过程关注内容的主次，确定了定制需求信息获取的次序， 提出获取客户对产品功能、 形态、 色彩三方面定制需求信息的需求信息获取策略。 2 . 在功能定制需求信息获取研究中， 针对客户专业知识水平不一致的现状， 提出基于模板的功能定制信息获取方法。 3 、 结合网络虚拟现实技术研究了产品形态、 色彩定制需求信息的获取方法， 实时 一 反映客户定制需求，辅助其完成需求信息获取，提高获取地效率及准确性。 通过实例应用， 验证了论文提出的方法和原型系统的可用性。 为将来的进 - 步研发- i 一 作奠定了基础。 关键词: 大 规 模定 制 客 户 需 求人机 交互计 算 机 辅助 工 业设 计 c u lt 3 d a北i 业人学倾 ! 学位论文ab s t r a c t ab s t r a c t ma s s c u s t o mi z a t i o n , t h e n e w m a n u f a c t u r e m o d e , i s c h o o s e d f i r s t b y e n t e r p r i s e s n o w a d a y s i n t h e f a s t c h a n g i n g m a r k e t . c o l l e c t i n g t h e r e q u i r e m e n t i n f o r m a t i o n o f m a s s c u s t o m i z a t i o n e x a c t l y a n d i n t i m e t o f o r e a s t i n g t h e c h a n g i n g o f m a r k e t i s t h e c r u c i a l f a c t o r t o w i n i n m a r k e t c o m p e t it i o n .b e c a u s e o f i t s s u p e r io r it y i n t im e a n d s p a c e , n e t - b a s e d m a s s c u s t o m i z e r e q u i r e m e n t i n f o r m a t i o n c o l l e c t m e t h o d c a n c h a l l e n g e a n d t a k e p l a c e t h e t r a d i t i o n a l c u s t o m e r r e q u i r e m e n t c o l l e c t i n g m e t h o d s . o n t h e b a s i s o f c o n s u m e r s b e h a v i o u r i s t i e s , h u m a n - c o m p u t e r i n t e r a c t i o n t h e o ry , b y t h e t e c h n o l o g y o f w e b d a t a b a s e a n d w e b 3 d , t h e t h e o ry a n d m e t h o d s o f t h e c o l l e t i n g o f c u s t o m e r r e q u i r e m e n t o f m a s s c u s t o m i z a t i o n p r o d u c t d e s i g n a r e s t u d i e d . a n e t - b a s e d m a s s c u s t o m i z a t i o n c u s t o m e r r e q u i r e m e n t c o l l e c t i n g m e t h o d i s i n t r o d u c e d , a n d a p r o t o t y p e s y s t e m i s d e v e l o p e d . t h e m a i n w o r k i n t h i s t h e s i s i n c l u d e s t h e f o l l o w i n g s e v e r a l a s p e c t s l . b a s e d o n t h e d i ff e r e n t s i g n i f i c a n c e o f t h e i t e m s t h a t c u s t o m e r s p a y a t t e n t i o n t o d u r i n g t h e c u s t o m e r s d e c i s i o n - m a k i n g p r o c e s s , a s e q u e n c e o f r e q u i r e m e n t c o l l e c t in g i s m a d e w h i c h i s c o l l e c t i n g t h e p r o d u c t f u n c t i o n , f o r m a n d c o l o r i n o r d e r 2 . i n t h e r e s e a r c h o f f u n c t i o n r e q u i r e m e n t c o l l e c t i n g t h e o r y , t o k e e p a l l t h e c u s t o m e r s f e e l a t h o m e i n t h e c o l l e c t i n g p r o c e s s , n o m a t t e r h o w m u c h p r o f e s s i o n a l k n o w l e d g e h e h a v e , a c a s e - b a s e d f u n c t i o n r e q u i r e m e n t i n f o r m a t i o n c o l le c t i n g m e t h o d i s p u t f o r w a r d . 3 . b a s e d o n w e b v i rt u a l r e a l i t y t e c h n o l o g i e s , t h e c o l l e c t i n g m e t h o d o f t h e r e q u i r e m e n t o f p r o d u c t f o r m a n d c o l o r i s r e s e a r c h e d . i n t h e e n d , b y p e r f o r m i n g t h e c o l l e c t i o n o f n e t - b a s e d m a s s c u s t o m i z a t io n d e s i g n r e q u i r e m e n t w i t h t h e e x a m p l e o f c e l l p h o n e , t h e c o r r e c t n e s s o f t h e t h e o ry a n d t h e f e a s i b i l i t y o f t h e p r o t o t y p e s y s t e m a r e v a l i d a t e d . k e y w o r d s : ma s s c u s t o m i z a t i o n , c u s t o m e r - r e q u i r e m e n t , i n d u s t r i a l d e s ig n , h u m a n - c o m p u t e r i n t e r a c t i o n , c u l t 3 d 西北工业大学硕 卜 学位论文第一章 绪 论 第一章 绪 论 1 . 1 大规模定制一种新的生产模式 1 . 1 . 1 大规模定制 现代工业行业各企业都面对降低成本竞争的压力， 必须对日益增多的个性化 需求做出及时地反应。 经济形势要求制造业企业必须采取既能快速反应客户需求 又能节省成本的生产策略口 这种现状在一定程度上催生了大规模定制这种生产模 式， 使个性化定制的产品生产成为的可能， 保证了与大规模生产不相上下的效率 从托夫勒 ( a l v i n t o f fl e r )于1 9 7 0 年在 未来的冲击( f u t u r e s h o c k )一书 中 提到大规模定制生 产， 到1 9 9 3 年派恩 ( b j o s e p h p i n e i i ) 在 大规模定制 一 一企业竞争的新前沿( ma s s c u s t o m i z a t i o n : t h e n e w f r o n t i e r i n b u s s i n e s s c o m p e t i t i o n ) 一书中 大规模 定制的 首次正式 提出， 大规模定制在短短的时间内 有 了长足的发展。 根据派恩的定义， 大规模定制 ( m a s s c u s t o m i z a t i o n , mc ) 是指， 以 大规模生产的成本和速度， 提供定制的个性化产品和服务2 1 。 个性化的产品意 味着产品的多样化， 大规模定制产品的多样化不同 于大规模生产的产品多样化: 后者的多样化实现于生产出产品， 再等待需要它们的客户出现; 而大规模定制的 多样化是应客户的特定要求而产生的多样化; 大规模生产的多样化只是给客户提 供更多的选择空间， 而大规模定制的多样化则将生产的末端交给消费者， 消费者 与生产者共同参与产品生产。表1 - 1 是大规模定制与大规模生产特点的对比。 表1 - 1大规模定制与大规模生产的区别 大规模生产 大规模定制 管理导向以生产为中心 以客户需求为中心 生产驱动模式 根据市场预测安排生产 的推动式 根据客户需求和定单安 排生产的拉动式 战略 成本领先 通过压低成本，提高生产 效率获取竞争优势 差异化战略 通过快速反应、提供个性 化的产品获得竞争优势 主要特征 产品单一 产品开发周期长 产品生命周期长 机器设备专用，调整费用 高 产品随客户需求而变 产品开发周期短 产品生命周期短 柔性的机器设备，调整费 用低 使用范围 需求稳定 统一市场需 ) r 动态变化 鸟 散市场 西北工业大学硕 卜 学位论文第一章 绪 论 第一章 绪 论 1 . 1 大规模定制一种新的生产模式 1 . 1 . 1 大规模定制 现代工业行业各企业都面对降低成本竞争的压力， 必须对日益增多的个性化 需求做出及时地反应。 经济形势要求制造业企业必须采取既能快速反应客户需求 又能节省成本的生产策略口 这种现状在一定程度上催生了大规模定制这种生产模 式， 使个性化定制的产品生产成为的可能， 保证了与大规模生产不相上下的效率 从托夫勒 ( a l v i n t o f fl e r )于1 9 7 0 年在 未来的冲击( f u t u r e s h o c k )一书 中 提到大规模定制生 产， 到1 9 9 3 年派恩 ( b j o s e p h p i n e i i ) 在 大规模定制 一 一企业竞争的新前沿( ma s s c u s t o m i z a t i o n : t h e n e w f r o n t i e r i n b u s s i n e s s c o m p e t i t i o n ) 一书中 大规模 定制的 首次正式 提出， 大规模定制在短短的时间内 有 了长足的发展。 根据派恩的定义， 大规模定制 ( m a s s c u s t o m i z a t i o n , mc ) 是指， 以 大规模生产的成本和速度， 提供定制的个性化产品和服务2 1 。 个性化的产品意 味着产品的多样化， 大规模定制产品的多样化不同 于大规模生产的产品多样化: 后者的多样化实现于生产出产品， 再等待需要它们的客户出现; 而大规模定制的 多样化是应客户的特定要求而产生的多样化; 大规模生产的多样化只是给客户提 供更多的选择空间， 而大规模定制的多样化则将生产的末端交给消费者， 消费者 与生产者共同参与产品生产。表1 - 1 是大规模定制与大规模生产特点的对比。 表1 - 1大规模定制与大规模生产的区别 大规模生产 大规模定制 管理导向以生产为中心 以客户需求为中心 生产驱动模式 根据市场预测安排生产 的推动式 根据客户需求和定单安 排生产的拉动式 战略 成本领先 通过压低成本，提高生产 效率获取竞争优势 差异化战略 通过快速反应、提供个性 化的产品获得竞争优势 主要特征 产品单一 产品开发周期长 产品生命周期长 机器设备专用，调整费用 高 产品随客户需求而变 产品开发周期短 产品生命周期短 柔性的机器设备，调整费 用低 使用范围 需求稳定 统一市场需 ) r 动态变化 鸟 散市场 西北下业大学硕 1: 学位论义 4 -章 绪 论 支持它的技术， 使得大规模定制策略真正 应用于制造业中。 尤其是当被视作新的 主要应用技术的网络技术出现后，大规模定制越来越多的渗入消费市场。 多品种、小批量生产是日前制造业发展的趋势， 其最终结果是实现大批量定 制j 。而要实现这个目 标， 制造业!1o i1 的最大挑战是速度和成本l, - . : ，产品设计 的成本在整个产品成本中占8 0 % q . n n , 其时间 在整个产品生命周期中也占 有很大比 重 任何生产方式的成功都离不开与其相适应的设计方法， 大批量定制也不例外。 1 9 9 6 年由m i l c h e 1 1 m 提出的 ， 大批量定制设计概念是: 采用并行流程围绕产品族 进行设计， 以有效地满足客户需求。这种方法的目 标是在产品设计的早期阶段进 行整体概念设计的同时， 考虑范围经济性和批量经济性; 其重点是建立合理的产 品族结构， 同时完成一组产品的设计， 而不只是一个产品; 为了有效的实现大批量 定制， 设计就要捕捉并定义个体客户对产品的需求， 设计过程必须从传统的设计 制造集成扩展到销售、服务等部门。 对于大规模定制可以从以下几方面理解。首先， 它是一种指导企业参与市场 竞争的哲理， 要求企业时刻从长远利益角度考虑与客户的关系， 以客户满意作为 最高的追求目标之一，从而吸引并 “ 永久的留住客户” ;其次.它是企业组织和 管理生产的一种方式， 要求企业立足于现有资源， 通过资源的合理配置以及作业 过程的优化等，获得时间 ( t ) 、质量 ( q ) 、成本 ( c )与客户的个性化之间的平 衡: 第三， 它是一 种指导设计人员进行个性化产品设计的准则， 要求设计人员在 设计过程中充分考虑如何在产品的整个研制过程中尽可能的延迟客户定制点， 以 降低订单生产的成本， 例如尽量选用 “ 通用的零部件” 、 利用现有的各种工艺等; 最后， 它是一种营造优秀企业文化的依据， 要求企业能够成功地发挥所有员工的 积极性、 创造f和合作互助精神使企业能够获得在无法预测的持续、 快速变化的 竞争环境中生存、发展并扩大竞争优势。 佗 .1 . 2大规模定制设计的特点 大规模定制经济具有以r 特点伙 ( 约以客户需求为导向。 在传统的大规模生产方式中， 先生产，后销售，因 而大规模生产是一种推动型的生产模式; 而在大规模定制中， 企业以客户提出的 个性化需求为起点， 为 客户提供个性化的产品和服务， 因而大规模定制是一 种需 求拉动型的生产模式; ( z ) 以现代信l4 技术和柔性制造技术为支持。 大规模定制经济必须对客户的 需求做出 快速反应， 这要求有现代信息技术作为 保障。i n t e r n e t网 络技术和电 子商务的迅速发 展， 使企业能够快速地获取客户的订单; c a d 系统能够根据在线 订单快速设计出符合客户需求的产品; 柔性制造系统保证迅速生产出高质量的定 制产品: ( 3 ) 以模块化设计、 零部件标准化为基础。通过模块化设计、 零部件标准化， 可以 批量生产模块和零部件， 减少定制产品中的定制部分， 从而大大缩短产品的 交货期和减少产定制的成本: 西北下业大学硕 1: 学位论义 4 -章 绪 论 支持它的技术， 使得大规模定制策略真正 应用于制造业中。 尤其是当被视作新的 主要应用技术的网络技术出现后，大规模定制越来越多的渗入消费市场。 多品种、小批量生产是日前制造业发展的趋势， 其最终结果是实现大批量定 制j 。而要实现这个目 标， 制造业!1o i1 的最大挑战是速度和成本l, - . : ，产品设计 的成本在整个产品成本中占8 0 % q . n n , 其时间 在整个产品生命周期中也占 有很大比 重 任何生产方式的成功都离不开与其相适应的设计方法， 大批量定制也不例外。 1 9 9 6 年由m i l c h e 1 1 m 提出的 ， 大批量定制设计概念是: 采用并行流程围绕产品族 进行设计， 以有效地满足客户需求。这种方法的目 标是在产品设计的早期阶段进 行整体概念设计的同时， 考虑范围经济性和批量经济性; 其重点是建立合理的产 品族结构， 同时完成一组产品的设计， 而不只是一个产品; 为了有效的实现大批量 定制， 设计就要捕捉并定义个体客户对产品的需求， 设计过程必须从传统的设计 制造集成扩展到销售、服务等部门。 对于大规模定制可以从以下几方面理解。首先， 它是一种指导企业参与市场 竞争的哲理， 要求企业时刻从长远利益角度考虑与客户的关系， 以客户满意作为 最高的追求目标之一，从而吸引并 “ 永久的留住客户” ;其次.它是企业组织和 管理生产的一种方式， 要求企业立足于现有资源， 通过资源的合理配置以及作业 过程的优化等，获得时间 ( t ) 、质量 ( q ) 、成本 ( c )与客户的个性化之间的平 衡: 第三， 它是一 种指导设计人员进行个性化产品设计的准则， 要求设计人员在 设计过程中充分考虑如何在产品的整个研制过程中尽可能的延迟客户定制点， 以 降低订单生产的成本， 例如尽量选用 “ 通用的零部件” 、 利用现有的各种工艺等; 最后， 它是一种营造优秀企业文化的依据， 要求企业能够成功地发挥所有员工的 积极性、 创造f和合作互助精神使企业能够获得在无法预测的持续、 快速变化的 竞争环境中生存、发展并扩大竞争优势。 佗 .1 . 2大规模定制设计的特点 大规模定制经济具有以r 特点伙 ( 约以客户需求为导向。 在传统的大规模生产方式中， 先生产，后销售，因 而大规模生产是一种推动型的生产模式; 而在大规模定制中， 企业以客户提出的 个性化需求为起点， 为 客户提供个性化的产品和服务， 因而大规模定制是一 种需 求拉动型的生产模式; ( z ) 以现代信l4 技术和柔性制造技术为支持。 大规模定制经济必须对客户的 需求做出 快速反应， 这要求有现代信息技术作为 保障。i n t e r n e t网 络技术和电 子商务的迅速发 展， 使企业能够快速地获取客户的订单; c a d 系统能够根据在线 订单快速设计出符合客户需求的产品; 柔性制造系统保证迅速生产出高质量的定 制产品: ( 3 ) 以模块化设计、 零部件标准化为基础。通过模块化设计、 零部件标准化， 可以 批量生产模块和零部件， 减少定制产品中的定制部分， 从而大大缩短产品的 交货期和减少产定制的成本: 西北下业大学硕士学位论文 第一章 绪 论 ( 4 ) 以敏捷为标志。在传统的大批量生产方式中，企业和消费者是一对多的 关系， 企业以不变应万变。 而在大规模定制经济中， 企业与消费者是一对一的关 系， 企业面临的是千变万化的需求， 大规模定制企业必须快速满足不同客户的需 求。 因此， 大规模定制企业是一种敏捷组织， 这种敏捷不仅体现在柔性的生产设 备、多技能的人员，而且还表现为组织结构的扁平化和精练: ( 5 ) 以竞争合作的供应链管理为手段。 在未来市场经济中，竞争不是企业与 企业之间的竞争， 而是企业供应链与供应链之间的竞争。 大规模定制企业通过与 其供应商建立起既竞争又合作的关系，共同满足客户的需要。 1 . 1 . 3大规模定制设计的客户需求信息 与严峻的市场环境相呼应的是市场竞争的特点也在不断变化。 随着经济的发 展， 影响企业在市场上获得竞争优势的主要因素也发生着变化。 现代制造企业竞 争的环境具有如下特点。 1 . 产品生命周期越来越短 随着消费者需求的多样化发展，企业的产品开发能力也在不断提高口目前， 国外新产品的研制周期大大缩短。例如，a t 惠普公司新打印机的开发时间从过去的4 . 5 年缩短为2 2 个月， 而 且这一趋势还在不断加强， 如图1 - 1 所示。 与此相应的是产品的生命周期大大缩 短了， 企业在产品开发和上市时间的活动余地也越来越小， 给企业造成巨大压力。 根据统计，电子产品平均市场寿命己 经从 1 9 7 8 年的8 年左右缩短到 1 9 9 4年的 2 . 3 年， 特别是个人计算机产品，几乎是一上市就己经过时了，致使消费者都有 些应接不暇。 如何解决好产品生命周期缩短与开发周期缩短之间的矛盾成为企业 生死效关的问题。 时间/ 勺 j 户 ， ，于 策 l 气1 行业 图1 - i 产品 生命周期不断缩短o z l 西北下业大学硕士学位论文 第一章 绪 论 ( 4 ) 以敏捷为标志。在传统的大批量生产方式中，企业和消费者是一对多的 关系， 企业以不变应万变。 而在大规模定制经济中， 企业与消费者是一对一的关 系， 企业面临的是千变万化的需求， 大规模定制企业必须快速满足不同客户的需 求。 因此， 大规模定制企业是一种敏捷组织， 这种敏捷不仅体现在柔性的生产设 备、多技能的人员，而且还表现为组织结构的扁平化和精练: ( 5 ) 以竞争合作的供应链管理为手段。 在未来市场经济中，竞争不是企业与 企业之间的竞争， 而是企业供应链与供应链之间的竞争。 大规模定制企业通过与 其供应商建立起既竞争又合作的关系，共同满足客户的需要。 1 . 1 . 3大规模定制设计的客户需求信息 与严峻的市场环境相呼应的是市场竞争的特点也在不断变化。 随着经济的发 展， 影响企业在市场上获得竞争优势的主要因素也发生着变化。 现代制造企业竞 争的环境具有如下特点。 1 . 产品生命周期越来越短 随着消费者需求的多样化发展，企业的产品开发能力也在不断提高口目前， 国外新产品的研制周期大大缩短。例如，a t 惠普公司新打印机的开发时间从过去的4 . 5 年缩短为2 2 个月， 而 且这一趋势还在不断加强， 如图1 - 1 所示。 与此相应的是产品的生命周期大大缩 短了， 企业在产品开发和上市时间的活动余地也越来越小， 给企业造成巨大压力。 根据统计，电子产品平均市场寿命己 经从 1 9 7 8 年的8 年左右缩短到 1 9 9 4年的 2 . 3 年， 特别是个人计算机产品，几乎是一上市就己经过时了，致使消费者都有 些应接不暇。 如何解决好产品生命周期缩短与开发周期缩短之间的矛盾成为企业 生死效关的问题。 时间/ 勺 j 户 ， ，于 策 l 气1 行业 图1 - i 产品 生命周期不断缩短o z l 西北 r 业人学倾 _ 学位论文第一章 绪 论 因消费者需求的多样化越来越突出， 厂家为了更好地满足其要求， 便不断推 出新的品种， 从而引起了一轮又一轮的产品开发竞争， 结果是产品的品种数成倍 增长。以日用百货为例，据有关资料统计，从 1 9 7 5年到 1 9 9 1年，品种数己从 2 0 0 0 种左右增加到2 0 0 0 0 种左右，如图1 - 2 所示。尽管产品数已非常丰富， 但 消费者在购买商品时仍然感到难以称心如意。 为了吸引用户， 许多厂家便不断增 加产品的品种。 但是， 按照传统的管理模式， 每一种产品都生产一批以备用户选 择， 这给企业和销售商造成了大量的库存和资金的积压， 严重影响了企业的竞争 力。 短1 0 0 0 0 汐 刀 0 1 9 7 5 19 8 0 19 8 5 19 9 0 19 9 1 年 图1 - 2产品品 种数增加情况t 12 1 3 . 客户需求个性化和多样化 客户不再满足于选择企业提供的千篇一律的产品， 他们希望得到能满足个性 化需求的多样化产品。 在产品中融入客户个性化需求已经逐渐成为世界潮流 如 i b m ， 通用汽车、 福特汽车等等世界知名大公司纷纷推出了 个性化的产品， 这一潮 流对企业造成了新的压力。 4 . 多品种小批量生产比例增大 由于用户本身的多元化与用户需求的多样化以 及市场竞争的国际化， 越来愈 多的企业发现仅仅依靠一、 两种产品是难以在激烈的市场竞争中立足。 在这种形 势下，多品种小批量在生产中的比例越来越大。 5 .市场动态多变 世界市场的动态多变已 成为企业生存环境的主要特征。 今天畅销的产品由 于 市场环境的变化， 明天可能会成为滞销的产品。 市场的动态多变对企业生存压力 的重大影响己 成为越来越多人的共识。p . j o s e p h p i n e 1 1 通过广泛的市场调 查， 给出了 汽车、电 信、国防等企业的市场扰动图( m a r k e t t u r b u l e n c e m a p ) ， 说明 现代企业所处市 场动态多 变的状况z : 现代企业在面对这些新的情况时， 都会将眼光转向 大规模定制生产， 而客户 个性化需求的获取就成为有效指导大规模定制生产模式下产品设计、 生产的“ 法 宝; u n所谓顾客需求的个性化是指顾客根据自 己的个性需求对产品提出 要求 因此， 顾客需求个性化有需求的多样性和需求的多变性两个主要特征。 需求的多 样性要求产品种类多、 批量小， 甚至是单件生产; 需求的多 变性要求产品 更新换 代频繁， 从而使机械产品的市场寿命缩短。 某轻工机械厂从9 0 年代初到9 0 年代 西北工业大学硕士学位论文第一章 绪 论 末，产品种类由 1 2 种增加到 5 2 种，每种产品年平均批量由 1 6台减少到 6台， 产品市场寿命由5 - 8 年降低到 2 - 5 年。所以，机械制造企业应重视并建立与未 来市场需求相适应的产品开发、制造体系。 产品大规模定制设计需求获取的内涵是明确产品定制设计的个性化需求、 理 解设计问题、规划设计过程。从系统集成角度看， 设计过程是一种信息处理的过 程， 设计需求对应于该设计活动的输入信息。 由于产品定制设计包含多个方面， 定制设计需求信息的获取也必须涉及这些 方面，这样才能得到完整的定制需求，应用于产品的具体设计中。 从设计的角度来看， 需要的基本信息为客户对形态的要求， 包含对形态风格 的喜好 ( 例如硬朗风格或柔美风格) ;对色彩的要求，由于每个客户对色彩的感 受都有差异， 故设计师需要充分了解客户对色彩的具体需求; 对功能的要求， 每 个客户所处的环境不同， 所需要的产品功能也不可能一致， 这就需要提前了解其 特定需求，以更好的配置产品功能。 综上所述， 大规模定制设计需求信息主要包括功能定制需求信息、 形态定制 需求信息、色彩定制需求信息等。 1 . 2大规模定制时代的工业产品设计 工业设计是人类社会发展和科学技术进步的产物。 从英国莫里斯的“ 工艺美 术运动” ，到德国的包豪斯设计革命，到美国设计的传播推广，工业设计经历了 酝酿、探索、 形成、发展的百年历史。而工业设计过程是生产有用、易用和乐用 的工业产品的过程。 它以 工程技术、美学艺术、 人机工程、 系统设计、 优化设计 及计算机技术等为基础，以 产品的造型设计为核心， 将科学技术、 美学艺术以及 社会经济融为一体， 并以人的生理、 心理需求为出发点，合理而有效地进行具有 全新质量和市场竞争能力的 现代工业产品设计， 以满足人们不断增长的物质和精 神的双重需求，美化人类的生活环境 川 。 随着技术的迅猛发展， 面对巨大的竞争压力， 现代工业设计的发展方向也与 产品设计制造的整体发展趋势保持一致。 一方面， 设计与制造间的界限逐渐淡化、 消失。 例如快速原型/ 零件制造的产生， 可以自 动而迅速地将设计思想物化为具 有一定功能和结构的原型或直接制造零件， 淡化了设计、 制造的界限。 制造不再 是设计方案的后续与执行， 而真正与设计融合成为一个整体: 另一方面， 虚拟现 实技术在制造业中获得越来越多的应用。 利用此项技术， 可以 将设计思想在计算 机环境下生成产品模型用以 代替传统的试制品进行试验， 从而对其性能和可制造 性进行预测和评价。 这样可以缩短产品的设计与制造周期， 降低产品的开发成本， 提高系统快速响应市场变化的能力。 在这种大的背景下，计算机辅助1业设计 ( c o m p u t e r a i d e d i n d u s t r i a l d e s i g n , c a i d ) 应运而生口 它是工业设计与计算机辅助设计技 术的 有机结合匕 a 7 与传统的工业设计相比， c a i d因其快捷、高效、准确和便于储存、交流和修改， 被广泛应用于工业设计的各个领域， 在设计方法、 设计过程、设计质量和效率等 西北工业大学硕士学位论文第一章 绪 论 末，产品种类由 1 2 种增加到 5 2 种，每种产品年平均批量由 1 6台减少到 6台， 产品市场寿命由5 - 8 年降低到 2 - 5 年。所以，机械制造企业应重视并建立与未 来市场需求相适应的产品开发、制造体系。 产品大规模定制设计需求获取的内涵是明确产品定制设计的个性化需求、 理 解设计问题、规划设计过程。从系统集成角度看， 设计过程是一种信息处理的过 程， 设计需求对应于该设计活动的输入信息。 由于产品定制设计包含多个方面， 定制设计需求信息的获取也必须涉及这些 方面，这样才能得到完整的定制需求，应用于产品的具体设计中。 从设计的角度来看， 需要的基本信息为客户对形态的要求， 包含对形态风格 的喜好 ( 例如硬朗风格或柔美风格) ;对色彩的要求，由于每个客户对色彩的感 受都有差异， 故设计师需要充分了解客户对色彩的具体需求; 对功能的要求， 每 个客户所处的环境不同， 所需要的产品功能也不可能一致， 这就需要提前了解其 特定需求，以更好的配置产品功能。 综上所述， 大规模定制设计需求信息主要包括功能定制需求信息、 形态定制 需求信息、色彩定制需求信息等。 1 . 2大规模定制时代的工业产品设计 工业设计是人类社会发展和科学技术进步的产物。 从英国莫里斯的“ 工艺美 术运动” ，到德国的包豪斯设计革命，到美国设计的传播推广，工业设计经历了 酝酿、探索、 形成、发展的百年历史。而工业设计过程是生产有用、易用和乐用 的工业产品的过程。 它以 工程技术、美学艺术、 人机工程、 系统设计、 优化设计 及计算机技术等为基础，以 产品的造型设计为核心， 将科学技术、 美学艺术以及 社会经济融为一体， 并以人的生理、 心理需求为出发点，合理而有效地进行具有 全新质量和市场竞争能力的 现代工业产品设计， 以满足人们不断增长的物质和精 神的双重需求，美化人类的生活环境 川 。 随着技术的迅猛发展， 面对巨大的竞争压力， 现代工业设计的发展方向也与 产品设计制造的整体发展趋势保持一致。 一方面， 设计与制造间的界限逐渐淡化、 消失。 例如快速原型/ 零件制造的产生， 可以自 动而迅速地将设计思想物化为具 有一定功能和结构的原型或直接制造零件， 淡化了设计、 制造的界限。 制造不再 是设计方案的后续与执行， 而真正与设计融合成为一个整体: 另一方面， 虚拟现 实技术在制造业中获得越来越多的应用。 利用此项技术， 可以 将设计思想在计算 机环境下生成产品模型用以 代替传统的试制品进行试验， 从而对其性能和可制造 性进行预测和评价。 这样可以缩短产品的设计与制造周期， 降低产品的开发成本， 提高系统快速响应市场变化的能力。 在这种大的背景下，计算机辅助1业设计 ( c o m p u t e r a i d e d i n d u s t r i a l d e s i g n , c a i d ) 应运而生口 它是工业设计与计算机辅助设计技 术的 有机结合匕 a 7 与传统的工业设计相比， c a i d因其快捷、高效、准确和便于储存、交流和修改， 被广泛应用于工业设计的各个领域， 在设计方法、 设计过程、设计质量和效率等 西北工业大学倾 i s 学位论 文第-令 绪 论 方面都发生了质的变化。 这不仅体现在用计算机绘制各种设计图， 用快速的原型 技术替代油泥模型， 或者用虚拟现实进行产品的仿真及虚拟设计等方面: 更重要 的是建立起一种并行的、协同的设计系统， 将设计、工程分析、制造三位一体， 优化集成于一个系统， 使不同专业的人员能及时地沟通信息. 从而缩短开发周期， 保证设计 一 、 制造的高质量。 这些变化要求设计师具有更高的全局意识、 更多的工 程技术知识、 社会人文知识和艺术表达技能， 而不是仅仅局限于掌握视觉化的表 达技法。 当前， 国内外关于c a i d 的研究主要集中在计算机辅助造型技术、 智能技术、 协同技术等方面。而将虚拟现实、人工智能等新兴技术引入 c a i d 领域，结合传 统的 优化设计进行现代设计的研究将是的c a 工 。 发展趋势之一 ，日 。 1 . 3 论文的研究背景 本论文的课题来源于国家高技术研究发展计划( 8 6 3 计划) a 类项目 “ 面 向信息家电的三维数字化定制设计关键技术研究” 和国家自 然科学基金项目 “ 产品的多感知因素设计过程研究” 。 事实上，最初的定制设计雏形源于 1 8 世纪的手工作坊式生产，虽然它具有 产品的定制程度高的优点，但效率低、成本昂贵的劣势使它在 2 0 世纪初被大工 业生产所取代。 针对大工业生产方式， 它缩短了生产周期、 提高了生产效率、降 低了成本、 保证了质量， 但生产的产品却千篇一律， 仅仅满足了用户对使用功能 的需求“ 71 ， 而对于用户个性化需求根本无从谈 起。 随 着人们物质生活水平的提高， 用户的多样化与需求的个性化使市场更加细化、 市场竞争日益激烈， 产品生命周 期也随之缩短。因此，传统的大工业生产方式己不能适应当前市场的变化。 在这样的背景下， 大规模定制生产随之出现。 它是以大工业生产的高效率和 低成本来为用户提供个性化服务的现代企业组织生产模式， 被认为是 2 1世纪最 重要的生产模式之一们 。 从技术角度讲， 一方面， 各行业均已 认识到大规模定制 生产的优越性， 纷纷更新设备， 转变管理模式， 实现生产和管理的数字化。 企业 的设计、 制造、 销售等全部信息的集成度提高， 形成信息管理的统一框架， 为大 批量定制设计提供有力的支持， 从而逐步具备大规模定制的基本条件; 另一方面， 实现大规模定制所需的设计方法大批量定制设计( d e s i g n f o r m a s s c u s t o m i z a t i o n , d f m c ) 亦日 趋完善，它包括产品零部件的标准化和模块化设计、 面向产品族设计、 模块化设计、 后延设计、 产品配置等等。虚拟现实、 人工智能 等技术的突飞猛进也为大规模定制生产奠定了技术基础。 除此之外， 电子商务也 是大规模定制普及的重要一环。 随着电子商务的迅速发展， 大规模定制经济的市 场条 件正 在迅速成熟， 这预示着大规模定制时 代即将来临仁1 ， 。 大规模定制生产模式的关键问题是客户与企业之间的沟通问题。 但用户数量 的庞大以及用户在地理、 时间、 文化上的巨大差异， 导致双方沟通的可操作性几 乎为零。 为此， 有必要建造一种新的沟通方式， 使其符合大规模产品定制设计的 西北工业大学倾 i s 学位论 文第-令 绪 论 方面都发生了质的变化。 这不仅体现在用计算机绘制各种设计图， 用快速的原型 技术替代油泥模型， 或者用虚拟现实进行产品的仿真及虚拟设计等方面: 更重要 的是建立起一种并行的、协同的设计系统， 将设计、工程分析、制造三位一体， 优化集成于一个系统， 使不同专业的人员能及时地沟通信息. 从而缩短开发周期， 保证设计 一 、 制造的高质量。 这些变化要求设计师具有更高的全局意识、 更多的工 程技术知识、 社会人文知识和艺术表达技能， 而不是仅仅局限于掌握视觉化的表 达技法。 当前， 国内外关于c a i d 的研究主要集中在计算机辅助造型技术、 智能技术、 协同技术等方面。而将虚拟现实、人工智能等新兴技术引入 c a i d 领域，结合传 统的 优化设计进行现代设计的研究将是的c a 工 。 发展趋势之一 ，日 。 1 . 3 论文的研究背景 本论文的课题来源于国家高技术研究发展计划( 8 6 3 计划) a 类项目 “ 面 向信息家电的三维数字化定制设计关键技术研究” 和国家自 然科学基金项目 “ 产品的多感知因素设计过程研究” 。 事实上，最初的定制设计雏形源于 1 8 世纪的手工作坊式生产，虽然它具有 产品的定制程度高的优点，但效率低、成本昂贵的劣势使它在 2 0 世纪初被大工 业生产所取代。 针对大工业生产方式， 它缩短了生产周期、 提高了生产效率、降 低了成本、 保证了质量， 但生产的产品却千篇一律， 仅仅满足了用户对使用功能 的需求“ 71 ， 而对于用户个性化需求根本无从谈 起。 随 着人们物质生活水平的提高， 用户的多样化与需求的个性化使市场更加细化、 市场竞争日益激烈， 产品生命周 期也随之缩短。因此，传统的大工业生产方式己不能适应当前市场的变化。 在这样的背景下， 大规模定制生产随之出现。 它是以大工业生产的高效率和 低成本来为用户提供个性化服务的现代企业组织生产模式， 被认为是 2 1世纪最 重要的生产模式之一们 。 从技术角度讲， 一方面， 各行业均已 认识到大规模定制 生产的优越性， 纷纷更新设备， 转变管理模式， 实现生产和管理的数字化。 企业 的设计、 制造、 销售等全部信息的集成度提高， 形成信息管理的统一框架， 为大 批量定制设计提供有力的支持， 从而逐步具备大规模定制的基本条件; 另一方面， 实现大规模定制所需的设计方法大批量定制设计( d e s i g n f o r m a s s c u s t o m i z a t i o n , d f m c ) 亦日 趋完善，它包括产品零部件的标准化和模块化设计、 面向产品族设计、 模块化设计、 后延设计、 产品配置等等。虚拟现实、 人工智能 等技术的突飞猛进也为大规模定制生产奠定了技术基础。 除此之外， 电子商务也 是大规模定制普及的重要一环。 随着电子商务的迅速发展， 大规模定制经济的市 场条 件正 在迅速成熟， 这预示着大规模定制时 代即将来临仁1 ， 。 大规模定制生产模式的关键问题是客户与企业之间的沟通问题。 但用户数量 的庞大以及用户在地理、 时间、 文化上的巨大差异， 导致双方沟通的可操作性几 乎为零。 为此， 有必要建造一种新的沟通方式， 使其符合大规模产品定制设计的 西北工业大学硕士学位论文第一章 绪 论 特点。 通过这种方式， 可快速、高效、精确的获取用户需求，改变客户被动接受 的处境。 同时， 设计师也可便捷的向客户传达设计思路， 并及时的得到用户回馈， 从而降低设计风险， 减少设计费用， 提高设计的成功率。 总而言之， 针对大规模 产品定制设计的特点， 解决企业及设计师与客户群之间基于产品设计的多向交流 问题迫在眉睫。 1 .4 论文的主要研究内容 论文在以下方面进行了研究: 在获取需求信息时， 首先把顾客对产品的模糊 描述转化为具体的功能描述， 即完成从顾客域到功能域的映射， 随后提供合适的 需求模板， 提供给顾客随时察看定制状态， 实时编辑; 形态定制需求信息获取以 及色彩定制需求信息获取采用网络虚拟现实技术，提供给客户可视化的操作环 境， 更准取的获取其对形态及色彩的定制需求信息; 可根据最终需求信息生成需 求文档，供企业下一步使用。这一方式将会使定制过程更加便捷。 具体的研究内容如下: 1 .顾客域到功能域的映射方法， 即如何将顾客的模糊描述转换为功能描述; 2 .建立基于 w e b的需求模板数据库，运用面向对象的分析方法 ( 或结构化 分析方法) ， 进行分析与建模以及数据库内容的结构设计应用网络环境下 的模板技术及数据库技术，实现模板的动态加载与在线编辑; 3 .网络交互技术; 4 .需求文档的数据传输技术。 图1 - 3为论文结构图。 1 . 5 本章小结 本章首先论述了现代制造企业面临的环境和挑战，正是由于市场环境的变 化， 使得传统的大规模生产的模式不能很好的适应现代企业的发展需求; 接着论 述了大规模定制生产模式的出现是制造业发展的必然趋势;对大规模定制的概 念、 特征以及相关技术进行了综述: 在介绍目 前国内外关