（机械制造及其自动化专业论文）基于兴趣取向模型的自行车个性化定制研究与实践.pdf

中文摘要 随着网络的普及，个性化定制己成为满足客户个性化需求的有效途径之一， 而应用于定制系统的产品配置模型结构决定着定制系统性能。目前基于产品结构 树、功能树的配置模型存在着需求模型不能准确获取用户需求、缺乏辅助决策和 知识支持功能，需求模型到配置结果模型转换缺乏有效的评价机制等问题。 为了使定制产品更加贴近客户真实的个性需求，并使系统具备对产品配置进 行评估、辅助决策的功能，本文以“自行车产品创新设计平台”项目为背景，完 成了以下几方面工作。 ( 1 ) 建立了以用户对产品性能的兴趣取向为输入的配置模型。引入了零件 性能指数、产品性能矩阵对性能进行量化。使用层次分析法和矩阵理论设计了求 解与兴趣需求对应的工程配置集合的方法。并以不同兴趣需求下两种自行车产品 性能优劣对比分析为例，通过综合性能指数的计算验证了模型的合理性。 ( 2 ) 将遗传算法引入模型，提高了配置求解的计算速度和计算精度。针对 兴趣取向配置模型的求解特点确定了遗传算法的表示方案、算法描述以及初始方 案，结合实例描述了各种算子的定义，并用实例验证了算法有效性。 ( 3 ) 在己构建的自行车创新设计数据管理集成平台系统框架下，开发了基 于兴趣取向配置模型的自行车个性化定制系统。 关键词：个性化定制；兴趣取向；产品配置建模；综合性能指数 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 nh a sb e c o m ea l le f f e c t i v ea p p r o a c ht os a t i s f y i n gt h e i n d i v i d u a lr e q u i r e m e n t sw i t ht h ed e v e l o p m e n to f t h ei n t o m e t a n dt h ep 枷o r m a n c oo f i 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 md e p e n d s0 1 1t h es t r u e t u r eo fp r o d u c tc o n f i g u r a t i o n m o d e l t h e r ea r es o m ed i s a d v a n t a g e si nt h ec u s t o m i z a t i o nm o d e l sb a s e do np r o d u c t s t r u c t u r ea n df u n c t i o n s u c ha st h em o d e l sc a n to b t a i nt h e c u s t o m e r sr e a l r e q u i r e m e n t sa n dt h ef u n c t i o n so f i n t e l l e e t i v es u p p o r ta n dr e c o m m e n d a t i o na r es c a r c o i nt h e s em o d e l s i no r d e rt om a k et h ec u s t o m i z e dp r o d u c tm a t c ht h e c u s t o m e r sr e a l i n d i v i d u a l i z a t i o nb e t t e ra n dp r o v i d et h es y s t e mw i t ht h ef u n c t i o n so fe v a l u a t i o na n d r e c o m m e n d a t i o n , t h i sp a p e rf o c u s e do nt h ef o l l o w i n gt h r e es t u d i e su n d e rt h e b a c k g r o u n do f t h ep r o j e c t b i c y c l ei n n o v a t i o n & d e s i g np l a t f o r m ( 1 ) am o d e lw i t l lt h ei n p u tb a s e do nt h ei n t e r e s to r i e n t a t i o nw a sp r o p o s e d a c c o r d i n gt o t h ei m p o r t e dc o n c e p t so ff i r i n g sa t t r i b u t ei n d e xa n dp r o d u c t p e r f o r m a n c em a t r i x ，p r o d u c tp e r f o r m a n c ew a sq u a n t i f i e d t h es o l u t i o nt oe n g i n e e r i n g c o n f i g u r a t i o nc o r r e s p o n d i n gt o i n t e r e s tr e q u i r e m e n tw a sf o u n dw i t l lt h ea n a l y t i c h i e r a r c h yp r o c e s sa n dm a t r i xt h e o r y a ne x a m p l eo fc o m p a r i n gb e t w e e nt w ob i c y c l e s w a sg i v e n w i t l lc h a n g i n gt h ei n t e r e s to r i e n t a t i o nr e q u i r e m e n tt h eb i c y c l e 、“t l lb e t t e r p e r f o r m a n c ec h a n g e db e t w e e nt h a tt w o ，w h i c hp r o v e dt h em o d e le f f e c t i v e ( 2 ) g e n e t i ca l g o r i t h m sw e r eu s e d i nt h em o d e lt oi m p r o v ep r e c i s i o na n d e f f i c i e n c yo ft h ec a l c u l a t i o n a c c o r d i n gt o t h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h em o d e l ，t h e r e p r e s e n t a t i o na n dt h ei n i t i a ls c h e m eo fa l g o r i t h mw e r ee s t a b l i s h e d a n de v e r y a r i t h m e t i co p e r a t o ro fg e n e t i ca l g o r i t h m sw a sd e f i n e da s s o c i a t i n gs o m ec a s e s n u m e r i c a le x p e r i m e n t a t i o n sp r o v e dt h es u p e r i o r i t yo f a l g o r i t h m ( 3 ) u n d e rt h es y s t e m a t i cs t r u c t u r eo f t h eb i c y c l ei n n o v a t i o n & d e s i g np l a t f o r m , a b 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 mb a s e do ni n t e r e s to r i e n t a t i o nm o d e lw a s d e v e l o p e d k e yw o r i d s ：i n d i v i d u a lc u s t o m i z a t i o n , i n t e r e s to r i e n t a t i o n , c o n f i g u r a t i o n m o d e l i n g ，g e n e r a lp e r f o r m a n c ei n d e x 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，也不包含为获得墨鲞盘茎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：舌十五 签字日期：弘归多年月“e t 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茎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权叁洼盘茎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：i 乙k - 导师签名： 缈圾 p 签字日期：沙口易年2 - 月彤e l签字日期：彤年 2 - 月2 泊 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 当前信息技术的飞速发展和全球经济一体化进程的深入，正在日盏改变企业 之间竞争的方式，传统模式以产品为竞争基础，企业更多的是关心企业内部运作 效率的提高，并以此增强企业的竞争力。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，此时，以客户为中心，倾听客户呼声和需求，对不 断变化的客户期望迅速做出反应的能力成为了企业成功的关键。以产品为竞争基 础的传统模式正逐渐被以客户为中心的新兴模式所取代【l 】。传统企业在运作过程 中，面对的是一个群体市场，大部分企业基于企业自身利益的本位主义交易观念， 只是简单地根据市场上的大众需求，来经营自己的产品。企业一旦发现产品滞销， 首先考虑的是如何用促销手段，而忽略了从消费者的个性需求中寻找突破。但资 料表明，越来越多的消费者在选择商品时，将能否满足个性需求当作首要前提， 那种仅仅适应大众人群的产品销路不佳 2 1 。全球经济一体化使商品能够在全世界 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，“个性 化”和“多元化”的价值观念及消费需求，促使消费者在选择商品时将个性化需 求提到了前所未有的高度。 综上所述，当前市场坏境的变化体现了两个重要的管理趋势的转变：首先是 企业从以产品为中心的模式向以客户为中心的模式的转变。其次是企业生产管理 的视角从“内视型”向“外视型”转换。此时，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。而传统的建立 于批量生产、价格竞争、精细分工的基础之上的，以区域性经济环境为主导、以 面向产品为特征的大规模制造的生产模式己越来越不适应市场的需求。企业迫切 需要建立一种市场需求驱动的、具有快速响应机制的基于网络的生产制造模式。 而利用先进的互联网技术和信息技术，通过i n t e r n c t 进行客户化定制的生产模式， 能以较高的生产效率，快速的向客户提供个性化的产品，很好地迎合了客户化的 市场需求，因此取得了迅猛的发展，正从技术前沿演变为一种必然的趋势。 第一章绪论 1 2 个性化定制概述 1 2 1 个性化定制的产生 制造业的生产组织形式往往受科技发展情况和历史条件的制约，并随着社会 的进步不断地发生变化，这种变化也是从低级到高级的一个进化过程。随着当前 科技水平的不断进步，社会财富的不断积累，多品种、小批量、个性化的产品需 求是全球市场发展的一个趋势。 图i - 1 反映了不同的社会发展时期内的产品制造方式【3 1 。 懈 椒 羽 器 咯 l 图1 - 1 产品制造方式的演变 自从2 0 世纪初h e n r yf o r d 创建了以流水线为标志的大批量产品制造生产模 式，大规模生产模式在过去的几十年一直是制造业的主导生产模式。这种生产模 式由于实现了规模生产使得相似产品的成本大幅度降低，使得产品迅速普及，但 其也不可避免的存在一定的甚至是大量的成品库存【4 1 。大规模生产模式的特点 是：新产品在大规模生产方式下制造，形成成本低、质量一致、面向统一大市场 和稳定需求的标准产品，产品生命周期长，新产品开发周期也较长等。 随着信息技术的发展，大规模的传统生产模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 断地细分市场，从而使得大规模生产的赖以生存的稳定市场受到破坏。过去的买 方市场变为如今的卖方市场，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。客户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。面向客户的个性化定$ i j ( c u s t o m i z a t i o n ) 模式就是在这样的背景下 产生的。2 0 世纪9 0 年代，人们提出了个性化定制的思想。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 需要的产品。 2 第一章绪论 1 2 2 个性化定制的特点 个性化定制一方面方便了客户，成了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【5 】。 ( 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 3 个性化定制的发展状况 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统1 6 1 。信息技 术与网络技术广泛应用为传统制造业的转型奠定了坚实的信息技术基础，运用现 代信息技术、管理技术以及成组技术改造传统制造业，构建个性化的产品定制系 统，成为实现制造业跨越式发展的重要途径。i n t e m e t 作为信息传递和共享的主 要载体，打破了传统的地域及空间限制，是企业联系客户、了解客户的最有效的 途径。i n t e m e t 及其技术的日益成熟和完善为客户化定制及其应用系统的发展提 供了强有力的信息技术支持。 基于i n t e r n e t 的企业应用系统的发展大体可被分为三个阶段【”。第一阶段： 企业建立自己的网站，主要是将公司的各种公开信息通过i n t e m e t 发布，比如产 品广告和企业宣传等。第二阶段：企业将i n t e r a c t 与企业内部信息系统连接起来， 使客户能够在网上订货，并跟踪发货过程，实现相关的商务功能。第三阶段：即 面向个性化定制服务的i n t e r n e t 应用系统，在个性化定制模式下，客户将深入产 品设计与生产的各个过程，定制真正满足自己需要的产品。个性化定制系统将企 3 第一章绪论 业内部生产过程与客户、市场更紧密地连接在一起，使企业能够真正了解客户的 需求，为客户量身定做，按需生产，充分满足客户个性化、多样化的需求。 在欧美发达国家，企业的i n t e m 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，其中计算机制造商戴尔( d e l l ) 是 最为典型的。戴尔通过建立自己的面向个性化定制模式的i n t e r n e ( 系统 ( w w w d e l l e o m ) ，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、经济的、个性化的定制服务。同时，通过i n t e r n e t 戴尔也进一步强化了与供应商之间联系，从而保证了整个供应链的柔性和快速反 馈，极大地提高了整个商务与生产活动运行效率。经过十几年的发展，戴尔己经 成为世界最具有影响力的个人电脑制造商和销售商。个性化定制思想己不只是r r 业的专利，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。如图1 2 所示，为通用公司l u c e r n e 汽 车的定制界面。其可选替模块包括，发动机( 汽油柴油动力，2 o o 5 l 排气量) 、 后排安全气囊、轮胎型号、内饰( 革真皮座椅，实木金属内装璜) 、天窗、可选 容积车载冰箱、车载d v d 娱乐系统、车载通讯系统以及车体颜色。图1 3 为n i k e 公司的运动鞋定制页面，此系统提供定制结果的实时六视图显示、鞋表五部分的 颜色选择、尼龙外束带位置选择、鞋底避震结构选择以及个性l o g o 图腾。 图1 - 2 通用汽车定制系统图1 - 3n i k e 运动鞋定制系统 目前我国企业的i n t e r n e t 系统的建设还基本处于第一发展阶段。企业i n t e m e t 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，比如海尔的b 2 b 个性化定制服务等，但主要还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。关于个性化定制系统的研究在国内虽然起步较晚， 但也取得了一定的成果，比如北航海尔软件有限公司和富得巴精模( 深圳) 有限公 司合作完成的“注塑模架万维网在线定购系统”就是一个较为成功的案例。 4 第一章绪论 因此，对于基于i n t e r n e t 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。从r r 到汽车工业再到日用消费品，国外企业都己经有了较为成功 的实现案例，而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 2 4 实现个性化定制的障碍 实现个性化定制要以相应的管理思想和定制化生产技术为基础，要循序渐 进，逐步实现。其主要障碍有以下四个方面。 ( 1 ) 现有产品模块化程度不高：为了对客户的需求进行快速响应，过程必 须有足够的模块性，这样在需要的时候，就可以将它们很快地拼装在一起，实现 模块化可以有多种方式，有可组合模块化和总线模块化等方式。 ( 2 ) 在商业过程中给员工授权的困难：一个商业过程必须包含适当的员工 的责任和义务，这样才能让有能力的员工处理不可预测的情况，以确保该过程的 动态稳定性。但在实际过程中对员工的授权有很大的困难i s 。 ( 3 ) 服务能力的困难：特别是如何获得、保留和开发人力资源和技术资源 是实现个性化定制过程中的较大的障碍。 ( 4 ) 数据管理困难：由于个性化定制模式的个性化和定制化的原因导致生 产企业中的产品数据急剧膨胀，而且变得越来越复杂，运用传统的手工产品数据 管理方法很难实现对这些数据的管理 9 1 。 1 3 产品配置研究现状 1 3 1 产品配置的定义 产品配置的定义有多种形式，可以直接结合企业的情况给出一种简单的定 义。在企业中，使用形式单一的材料明细表和简单的版本管理已经不能完全满足 企业复杂产品信息管理的要求，b o m 作为企业进行设计、生产、管理的核心， 不同的部门要求有所不同。比如在生产部门中，他们只需要知道要求自己生产的 零部件的制造b o m 表；采购部门则需要包括原材料及标准件、外购件信息的采 购b o m 表；财务部门更关心的是反映零部件成本核算情况的财务b o m 表；设 计部门作为提供b o m 表的部门应提供涵盖以上各方面信息的、最为全面的设计 b o m 表。设计b o m 表信息与其他b o m 表信息的关系相当于集合概念中的全集 与子集的关系【i o j 。此外，针对产品设计中的同一产品的不同批次及同一批次中的 不同阶段( 如设计、制造与组装等) 需要有不同的b o m 描述。为了满足上述的 5 第一章绪论 要求，须将产品结构中的零部件按照一定的条件进行重新编排，得到该条件下特 定的产品结构，称为配置，其中的条件是配置条件。用各种不同的配置条件形成 产品结构的不同配置，称为产品结构的配置管理【1 1 】。 上面是对产品配置管理的一个简单而形象的定义，在研究领域仅靠这样的定 义是不够的；由于研究领域的侧重点不同，很多研究者给出了不同的定义。 比如m i t t a l 和f r a y m a n 在他们的文章【1 2 】中，对c o n f i g u r e f o r - o r d e r ( 面向定 购的配置) 给出了一种描述性定义，根据定购的特性，他们把产品配置任务描述 为一个输入输出系统，其输入为： ( 1 ) 一个固定的、预定义的构件集合，每个构件由一个属性集、该部件与 其它部件进行联结的端n ( p o r t ) 集、端口上的约束集及其它结构约束集来描述； ( 2 ) 配置的需求定义集； ( 3 ) 一些进行优化选择的规则集。 产品配置任务的输出为： ( 1 ) 一个或多个配置结果，其中每个配置结果由一个构件集合及该集合中 元素的相互连接关系描述组成； ( 2 ) 配置结果满足需求定义； ( 3 ) 配置结果满足优化选择的规则。 该定义还指出了一个配置设计活动的三个重要方面： ( 1 ) 配置过程中不能够生成新的组件； ( 2 ) 组件间的连接关系都是固定的、预知的； ( 3 ) 配置结果不但包含组件集，而且还包括组件之间的关系描述。 该定义把产品配置任务描述成为构件集根据构件端口集在优化的规则下，满 足需求定义的一个过程。然而这个定义是有局限性的，定义中的端口、连接等概 念实际上是衍生于个人计算机的组件关系，但是产品零部件之间的组合方式未必 是通过端口进行的连接。同样上述定义柔性不足，比如在定义中要求配置过程不 能够生成新的组件，产品配置中的产品和零部件与它们的实际存在与否是没有直 接关联的，在产品配置器中的完全可以是原来所没有的产品，这其实也是一个产 品创新的过程0 3 1 4 。同样，如果组件间的连接关系是固定和预知的，也不利于商 业配置器的发展，组件之间的连接关系应该是可定义的。 对产品配置的定义还有很多，如b r o w n 1 3 】从任务分解的角度来表述产品配 置；s t e f i k 1 5 1 把配置定义为一项问题求解活动；s t u m p t n e r 1 6 】和m a i l h a r r o t l 7 1 等把产 品配置描述为一个c s p ( c o n s t r a i n ts a t i s f a c a t i o np r o b l e m ) f 司题的变形，并进行求 解；m a r c u s 坤】贝q 把产品配置问题看成一个规划问题，并通过规划的生成和执行来 求解配置问题。这些定义都是从不同的侧面定义，而且它们都有一个倾向，就是 6 第一章绪论 主要为销售s a l e 服务，把产品配置看作是扩展销信能力的技术使能器和工具。 另外的也有一些定义是面向工程的，即c o n f i g u r e - f o r - e n g i n e e r i n g ( 面向工程 的配置1 。f e l f e m i 9 1 9 】等认为产品配置是一个知识获取和配置相互交织的过程，其 中不但有新的变形产生，而且还要对配置模型进行修改和扩充。t i i h o n e n 【“, 2 0 l 在 其定义中认为，对于部件集应该考虑到变量设计、参数化部件等因素，以使得配 置过程和结果具有更大的伸缩性。 因为本文描述的这一个性化配置系统是以自行车产品为基础，以网络为载 体，面向大众消费者，所以本文在配置定义方面比较倾向于m a r c u s 的理论。 产品配置指的是以配置模型和需求摸型为输入，以最终产品的配置结果为输 出的一类设计活动。其中，配置摸型描述可能出现在配置结果中的组件及其相互 关系；需求模型描述配置完毕的最终产品应该满足的特定约束；配置结果则描述 最终产品的组件构成及相互关系。如果配置结果与需求模型一致，则认为该配置 结果是合适的。而检验配置结果是否合适需要使用评价模型来完成。 因此，产品配置可以表述为四个模型；配置模型，需求模型，评价模型和配 置结果模型。配置的目标就是所得即是所需。配置模型为配置过程提供条件，评 价模型是检验配置结果的标准。 1 3 2 产品配置研究现状 目前与产品配置设计相关的需求使能技术研究主要集中在需求表达、获取、 交互及需求转换等方面。从顾客的初始需求开始，到定制产品的可制造模型的获 得，该技术存在于用户与设计者之间的频繁交互过程之中，表现为顾客领域与设 计者领域之间的相互沟通与理解。 其中，需求信息的准确获取和表达是产品配置需求建模的首要环节，是需求 分析、需求驱动和需求实现等其他环节的基础，也是影响产品设计、产品质量和 客户满意度的关键因素。目前，基于文档格式的用户调查表仍然是客户需求获取 的常用方法，需求信息的载体大多是各种格式的文档或数据库的实体关系模型， 缺少规范化的描述方法和使用的系统工具。从近些年来相关研究热点来看，目前 的研究主要集中在需求建模和需求获取方面。 郭伟、王凤歧等 2 1 - 2 3 】系统地研究了面向并行工程的产品需求建模理论方法， 提出了基于需求拓扑结构和信息模板的需求获取方法，基于模糊数学的需求信息 分析方法，以质量功能展开矩阵为纲领的需求信息映射方法。在文献【2 4 1 中又重点 分析了基于拓扑结构的被动性需求获取方法的局限性，提出了主动性需求获取和 拓展方法。 郑华林等【2 5 】采用了需求拓扑结构树面向产品生命周期范围进行需求信息的 7 第一章绪论 获取和拓展，通过映射现有产品的历史数据，利用领域专家的知识建立了产品需 求模板，通过对以往产品设计的变异来实现产品需求分析，提高了需求获取的系 统化和效率。 凌劲如、邓家提等t 2 6 通过对产品的使用过程进行分析，提出了用户需求可以 表示为用户、环境及操作的函数，并且指出全面地获取用户需求的关键在于从用 户、环境、操作三个维度扩展需求空间。 王爱民、肖田元等【2 7 1 提出了基于产品族的配置设计过程及其方法。通过分析 由零件族和装配体族构成的配置模型，建立了基于事物特性表的产品族组织方 法；剖析了客户驱动的定制过程，形成了包含需求和工程两个处理环节的配置设 计过程以及环节之间的映射方法；通过建立需求和工程配置模型，应用基于图表 示的配置推理方法，实现了产品的定制配置。 林森、但斌掣2 8 】提出了面向大规模定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。 以上研究在不同层次上解决了现有需求表达与获取中存在的问题。通过对研 究现状分析可知需求建模的研究主要集中在新产品开发阶段，而在大规模定制生 产中，产品的设计过程分为产品开发和快速设计两个阶段。在产品开发阶段，设 计人员对企业的客户群进行定位，通过分析己有的客户需求，并对未来需求进行 预测，建立相应的产品配置模型，形成完善的变型机制。在快速设计阶段，设计 人员则是在产品开发阶段的基础上，在与客户进行需求交互的过程中，以产品配 置模型为主要工具，结合事物特性表，通过改变事物特性单元的特征值而得到变 型产品，从而满足随时到来的客户需求。因此，上述提出的方法对大规模定制生 产并不完全适用。至今面向m c 的需求建模研究还不够深入，尚未形成系统化的 理论体系。这也是本文的需求建模和需求交互部分主要解决的问题。 1 4 课题的背景及其主要研究内容 1 4 1 课题背景 当前，世界自行车制造业多集中在亚洲、欧洲及北美，涉及6 0 个国家和地 区，年均市场保有量约l 亿辆，整个行业呈以下发展趋势： 8 第章绪论 ( 1 ) 客户化定制生产 自行车己由简单的代步工具向休闲、娱乐和时装化方向发展，个性化和客户 化产品的种类和更新换代速度不断加快。 ( 2 ) 先进制造技术不断渗透 新车型、新材料、新工艺层出不穷，通常以研发高端产品引领消费潮流，继 而将其中关键技术移植到中低端产品，实现规模定制生产，并通过降低制造成本 获取利润。 自上世纪9 0 年代末，随着我国企业体制改革的不断深入以及世界制造业向 亚洲特别是中国的转移，我国自行车制造业呈现出前所未有的良好发展势头。天 津自行车产业在民营企业为主体的庞大产业集群基础上，形成了国内规模最大的 生产能力。据2 0 0 2 年中国自行车协会统计，中国大陆地区自行车年产量己逾6 8 7 5 万辆，一跃成为世界自行车产销第一大国。另据我国海关统计，2 0 0 2 2 0 0 3 年大 陆地区累计整车出口达4 5 5 6 + 5 6 1 4 万辆，整车和零配件出口创汇超过1 8 + 2 4 4 亿 美元。但应该看到，由于欧美、台湾等工业发达国家和地区仍将研发中心保留在 本土，加之我国自行车制造业原本就缺乏自主开发能力，我国自行车制造业几乎 没有自己的知识产权、品牌和设计能力，加之制造工艺技术和装备水平低下，因 此仅能生产中低端产品，所生产的产品大多也仅能以o e m 形式出口。由于产品 的技术附加值低，目前自行车行业中普遍存在以降低劳动力和原材料成本为手段 的低层次价格竞争。特别应该指出的是，作为中国三大自行车生产基地之一，虽 然天津的自行车产量已占全国的1 3 ，但出口量仅为全国的1 8 ，且产品大多处于 中低档水平，出口单价逐年下降。上述状况严重地制约了天津市自行车制造业的 技术进步和市场竞争能力。 综上所述，尽管天津市的自行车产品在产量和产值方面已经取得可喜的成 果，但要保持这种良好势头必须提高企业的核心技术竞争力，进而通过技术进步 带动整个行业和相关产业链的可持续发展。鉴于目前绝大多数民营企业尚不具备 自主创新能力，因此需要凝聚高校的智力资源、行业协会的信息资源和企业的人 力和物力资源，以提高行业整体竞争能力。为此，本研究室在产业链中所起的作 用是：提供一个集设计、关键技术研究和相关技术成果转化于一体的自行车产品 创新平台，进而为提升天津市自行车行业的整体核心竞争力提供必要的技术基 础。 本文正是立足于这个平台，以个性化定制为切入点，基于网络，建立了一套 以客户兴趣取向为输入的定制系统，旨在提高天津自行车行业市场反应速度，最 大化的利用现有生产能力，提高客户对产品的满意程度。 9 第一章绪论 1 4 2 本课题研究的内容及意义 针对产品配置管理中存在的一些常规及传统问题，许多的专家和学者经过多 年的研究和实践，已经提出了很多的方法和理论来克服这些不足。如今，随着世 界经济的不断发展，以及个性化定制方式的推行，针对产品配置管理的研究又出 现了一些新的问题。目前实施个性化定制的生产企业中在产品配置管理方面急需 要解决以下三个问题。 ( 1 ) 产品配置管理未能结合基于w e b 的个性化产品定制建立起一个完善的 系统体系结构，这方面需要进行相应的理论研究和应用探讨。 ( 2 ) 传统的产品配置管理主要是直接面向产品结构，但在个性化定制中用 户更为关心的是产品的功能而不是复杂产品的结构，这就需要同时解决产品配置 管理中的功能需求和产品结构需求的问题。 ( 3 ) 目前产品配置的研究对成本因素、时间因素相对考虑较少，这与大规 模定制生产的主导思想( 即以大批量生产的时间和成本来实现客户的个性化产品 及服务) 不一致。 为解决上面三个问题，本文将展开以下几个方面的研究工作： ( 1 ) 把基于w e b 个性化定制的产品配置管理理论应用于自行车产品； ( 2 ) 建立一种以客户对产品的兴趣偏好为输入的需求模型； ( 3 ) 建立将产品的各功能模块制造成本、制造时间以及形成完整产品所需 的装配成本、装配时间考虑在内的工程配置结构； ( 4 ) 基于模糊数学理论、层次分析法建立一套由兴趣取向需求输入求解工 程配置的需求转化算法，并以自行车产品为例验证模型、算法的有效性； ( 5 ) 利用遗传算法提高模型求解精度、效率，完善模型； ( 6 ) 基于w e b 的自行车个性化定制系统概念设计。 1 5 论文的总体结构 论文结构如图l 一4 所示。 l o 第一章绪论 l 第一章绪论 i 以自行车产品为土 l 例介绍相关理论 i 第二：章基于w t h 的产品配置理论及在自行车上的应用l 弓 传统定制模型 第三章基j兴趣取向的配制模型研究 存在的口j 愿 l 建立新的模型确 定算法解决问题 第四章遗传算法在兴趣 取向模型求解中的应用 l 1 l i 基于新模型的系 7弋 l统开发与设计 第五章基于兴趣取向的白行车定制系统设计l jl 第六章总结与展望 图1 - 4 论文结构图 天津大学硕士学位论文第二章基于w e b 的产品配置理论及在自行车上的应用 第二章基于w e b 的产品配置理论及在自行车上的应用 当前随着计算机网络和通信技术的飞速进步，人们之间相互沟通的方式发生 了重大变化，人们获取必要的信息变得更加容易，消费者越来越希望得到完全个 性化的产品和服务，而商家则“被迫”提供这种个性化定制的产品或服务。 产品配置管理是影响网络化的个性定制系统运行效果的关键技术。有效地获 取和理解客户需求，并在产品配置设计过程中准确地表达用户的产品需求信息， 是企业在当今激烈竞争的全球化市场环境中获得成功的必要前提。它不仅能缩短 产品的上市时间，而且对以顾客满意为衡量标准的产品设计质量有着重大影响。 需求信息建模是指用户需求信息被采集、分析、结构化，并转换为设计规范的过 程，该过程是市场调研与设计之间的桥梁，是决定企业能否快速响应顾客多样化 需求和提高市场竞争能力的关键。因此，合理的需求信息建模是大规模定制生产 模式的基础和必要前提。 2 1 基于w e b 的个性化产品定制的理论背景 2 1 1 基于w e b 的个性化产品定制的实现与发展现状 2 1 1 1 基于w e b 的个性化产品定制的产生 传统的个性化定制由于缺乏现代信息技术的支持，因此有关的信息与商务处 理主要还是采用传统的手工方式。由于客户与生产厂商间信息沟通渠道不畅，造 成客户与厂商之间的信息扭曲失真，产品定制不仅费用高而且定制周期长，严重 阻碍了客户化定制的发展。随着信息技术不断地融入传统的制造工业以及制造 企业信息化建设水平的提高，使得利用i n t e r a c t 和w w w 技术实现个性化产品的 定制成为可能。 基于w e b 的个性化产品定制就是在此基础上提出来的，它意味着客户可按照 个性化的需求，使用产品配置工具，主动地对产品进行选配、下订单，这个产品 配置工具可以安装在售货员的便携机里或公司的网站上。用户可以浏览产品信 息，遵照所给参数，从定形产品中选配，也可以自定义产品的结构和参数，在配 置规则的约束下对产品模型进行约束求解，得到的个性化产品。当顾客使产品配 置最优化并同意发送订单时，订货信息就会通过i n t e m e t 被传送到工厂，在那里 天津大学硕士学位论文第二章基于w e b 的产品配置理论及在自行车上的应用 进行详细设计和生产，最终交付给顾客的是他们自己设计的产品。 基于w e b 的个性化产品定制的提出，主要有以下几个方面的原因： ( 1 ) 消费者对个性化产品的需要； ( 2 ) 制造企业市场竞争的需要； ( 3 ) 信息技术的发展和企业信息化水平的提高。 基于w e b 的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，基于互联网的产品设计系统，它是个性化定制实现的信息技术基础和 关键。通过该系统用户可以选择不同的产品类型，选择或设计其中的不同零部件， 系统自动产生产品设计方案，包括产品实体结构、工程图纸、性能仿真曲线、产 品报价、生产进度、交货期、定单合同等信息，同时将有关信息传送到企业内部 或合作伙伴，以便安排、组织生产。客户可以在他所定制产品生产出来之前，就 能观看未来产品各个方面的属性，如产品整体结构、某一个零件的结构，产品性 能，甚至可以观看产品的装配过程、产品的工作过程、产品的性能曲线等信息。 合理的基于w e b 的个性化产品定制系统，不仅仅是在现有的产品中对客户的 功能、形状的需求进行匹配，也不仅仅是对现有产品构件的组合，而是让客户真 正的参与到产品的设计过程中去，充分体现客户在产品设计中的作用，达到企业 最终向客户提供的产品是真正满足客户的个性化需要。同时，系统应能提供客户 定制产品效果的显示、产品报价、产品数据管理以及和企业e r p 系统的接口等。 这就要求这种系统必须实现产品定制过程中信息、功能和过程的集成，当然其中 某些地方也需要人的参与，达到人、组织、管理和技术的协同工作；同时也要支 持生产经营活动和生产资源的分布式特性。它应提供一个开放性强的技术框架， 并能理顺各模块之间的关联机理。该体系应具有层次化的控制方法和对企业的现 有的e r p 和m r p i i 系统提供接口的开放式结构，由于是基于w e b 的，它能支持 异地分布环境下的客户动态并行产品个性化定制 2 9 - 3 t 1 。 基于w e b 的个性化产品定制系统充分地利用了i n t e m e t 与w w w 的前沿技 术，智能化的产品设计技术和灵活的监控机制，使得客户驱动的产品定制得以实 现。通过对w e b 系统的应用，可以快速地建立起企业与客户市场之间的沟通渠 道，缩短产品的生产周期，减少库存，降低销售成本，增加客户的满意度，最大 地提高产品的附加值。客户可以较快地了解到产品较详尽的、可行的设计方案， 自己参与了产品的设计，最终可以获得自己定制的产品，同时也使企业在激烈竞 争的市场中赢得一席之地 3 2 , 3 3 。 2 1 1 2 基于w e b 的个性化产品定制的发展现状 综合现有的基于w e b 的个性化产品定制的发展与应用，它可以归纳为以下两 天津大学硕士学位论文第二章基于e b 的产品配置理论及在自行车上的应用 种模式髀朝。 ( 1 ) 产品结构需求模式 这类系统的需求模型一般是基于产品b o m ，把联系较紧密的零件或部件组 成结构模块，供用户选择替换。使用这种系统时，用户首先选择产品基础主结构 模型，然后在这个主结构基础上进行结构的模块化修改增减，以满足客户的个性 化需求。 对于这种类型的系统，它们将定制理解为一种在某种典型产品基础上已有产 品部件结构配置的个性化，定制系统由定制定购指南( s h o p p i n gg u i d e ) 、网上定 制( b m l d i to n l i n e ) 、产品数据管理( p r o d u e td a t am a n a g e ) 和财务( f i n a n c e ) 等几部分 组成。系统特性如下： 1 ) 客户通过填写定制定购指南由系统匹配出典型产品模型； 2 ) 典型产品模型是定制的基础； 3 ) 客户定制界面较为丰富，选项较多，给客户的参与感较好； 4 ) 系统能够在定制过程中对产品零部件的更换及时进行报价。 ( 2 ) 产品功能需求模式 这类系统主要是企业将其产品划分为不同的功能模块，并将产品的组成模块 和功能描述在w e b 上展示出来，客户根据自己的需要，选取不同的产品功能模 块，组成满足客户需要的个性化产品。其典型代表是海尔集团的e h a i 盯网上定制 定购系统( h t t p ：w w w e h a i e r e o m ) 和戴尔电脑( h t t p ：w w w d e l l e o m ) 的网上定制定 购系统。 这种类型的定制系统，将产品的功能和结构结合起来，进行功能与结构的定 制组合。这种方式的定制与“产品分步选择模式”只是界面表示的不同。这类系 统的特性是： 1 ) 客户根据自己的功能需求选择一个进行定制的典型产品； 2 ) 定制界面简单，定制内容较表面化，定制组合价格透明； 3 ) 客户在定制过程中突出功能的定制。 2 1 2 基于w e b 的个性化定制的实施 基于w e b 的个性化产品定制的实施同计算机技术、信息技术以及网络技术的 发展紧密相连。网络技术对实现产品的异地设计以及基于w e b 的产品配置等具 有重要的意义。只有将企业的设计、制造、销售等全部信息进行集成，形成信息 管理的统一框架，实现定制资源的统一管理，建立统一的产品数据模型，为系统 的实施提供有力的支持，才能真正地实现客户的个性化定制。 天津大学硕士学位论文第二章基于h b 的产品配置理论及在自行车上的应用 2 1 2 1 基于w e b 的个性化定制的实施条件 ( i ) 产品的数字化模型 定制设计要求产品的数字化模型能够反映产品的共同特性，并能够通过变量 条件的选择形成不同的产品，提供产品的“客户视图”和“技术视图”。客户视 图指反映顾客需求的产品外观和报价等；技术视图指形成可加工的确定产品或提 供进一步设计所需的产品实例。 ( 2 ) 业务流程管理 实现客户化定制的两大挑战是成本和速度。为此，企业要对产品