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浙江工业大学硕士学位论文 摘要 面向客户的产品定制设计平台研究及实践 摘要 论文以大规模定制背景下的客户定制设计平台为研究对象，分析了平台与 客户需求、企业大规模定制生产组织的关系；研究了定制平台的体系结构、功 能组成及其实现的若干关键技术：初步探讨了大规模定制生成模式下生产计划 的生成及有效组织方法。并利用v r m l 虚拟技术，实现了定时器产品的客户定制 设计平台的原型系统。 全文的主要内容如下： 第一章，论述了大规模定制生产的相关背景，介绍了大规模定制设计的理 论与应用研究现状，在此基础上，提出了本论文的研究思路和内容。 第二章，在论述典型产品设计方法的基础上，综述了面向客户的产品设计 方法及其特征。 。 第三章，以定制设计平台为研究对象，分析了定制产品需求特点以及面向 客户参与设计流程的特征，提出了一种四层体系结构的平台构建框架，对平台 的运行模式与功能模块组成进行了介绍。 第四章，以个性化客户为研究对象，分析了个性化客户的管理特点与意义， 提出了一种基于动态分类的客户管理模型。 第五章，在研究v i g i l 技术基i i i _ l ，提出了一种基于v r m l 技术的产品定制 模型的构建方法，并对其关键技术进行了研究。基于上述定制模型，开发了定 时器产品定制设计子系统。 第六章，基于自组织原理，提出了种定制产品的自组织模型。 第七章，分析了面向婀生产计划的特点，对个性化定制产品的大规模生 产转换机制进行了探索，提出了基于定制产品库的生产计划组织模型，开发了 一个简单的定时器生产计划生成子系统。 第八章，i i i i t - i y i ! i i i i 产i i ! i i i 平i i i i l ! b 1 i i ：i ：i i i i 。 第九章，对全文的研究工作进行了总结，并对今后的研究工作进行了展望。 浙江工业大学硕一l 学位论文 摘要 计划 关键词：大规模定制自组织面向客户定制设计平台定制产品生产 i i 浙江工业大学硕士学位论文 摘要 r e s e a r c ha n dp r a c t i c eo fc u s t o m e r 0 r i e n t e dp l a t f o r m a b o u tp r o d u c tc u s t o m i z a t i o nd e s i g n a b s t r a c t t h ep a p e ri s m a i n l yt os t u d yt h ec u s t o m e r - o r i e n t e dp l a t f o r ma b o u tp r o d u c t c u s t o m i z a t i o nd e s i g nf o rm c t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ep l a t f o r m s ；c u s t o m e r s r e q u i r e m e n ta n dm a s sc u s t o m i z a t i o ni sa n a l y z e d a n dt h es t r u c t u r ea n dt h em a i n f u n c t i o no ft h e p l a t f o r m a r er e s e a r c h e d p r o d u c t i o ns c h e d u l ef o rm ca r e a l s o p r e p a r a t o r yd i s c u s s e d a tt h es a n l et i m eap r o t o t y p e ds y s t e mf o rt h et i m e rd e s i g n p l a t f o r mb a s e do nv r m l a r c d 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 cs u m m a r i z e d a sf o l l o w s ： c h a p t e ro n ei si n t r o d u c t i o n t h eb a c k g r o u n do fm ci sd e s c r i b e da n dc u r r e n t r e s e a r c hs t a t u so fm a s sp r o d u c td e s i g ni s i n t r o d u c e d o nt h eb a s i so ft h i s ，t h e r e s e a r c hc o n t e n t sa r ee x p a n d e d i nt h ec h a p t e rt w ot h et y p i c a lp r o d u c td e s i g nm e t h o d sa r ei n t r o d u c e d ，o nt h e b a s i st h i s ，c u s t o m e r - o r i e n t e dp r o d u c t d e s i g nm e t h o d s a r es u m m a r i z e d i nt h ec h a p t e rt h r e e ，t h e d e s i g np l a t f o r ma r er e s e a r c h e d ，t h ec h a r a c t e r i s t i co f c u s t o m i z e d p r o d u c tr e q u i r e m e n ta n dt h ec u t o m i z a t i o nf l o wo fc u s t o m e ra r ea n a l y z e d a n daf o u r l a y e ra r c h i t e c t u r ei sp u tf o r w a r d t h er u nm o d eo ft h ep l a t f o r ma n d t 1 1 e f u n c t i o nm o d u l ea r ei n t r o d u c e d i nt h e c h a p t e rf o u r , i n d i v i d u a lc u s t o m e ri s s t u d i e d ；t h ec h a r a c t e r i s t i co f m a n a g e m e n tf o rc u m s t o m e ri sa n a l y z e d t h e nac u s t o m e r m a n a g e m e n tm o d e lb a s e d o nd y n a m i cc l a s s i f i c a t i o ni sp u tf o r w a r d - i nt h ec h a p t e rf i v e ，o nt h eb a s i so f r e s e a r c hf o rv r m l ，ac o n s t r u c t i o nm e t h o d o f p r o d u c tc u s t o m i z a t i o nm o d e la r ep r e s e n t ，f u r t h e rm o r e ，t h ek e y t e c h n o l o g i e sa r e l u b r i c a t e d - a tl a s tap r o t o t y p e ds y s t e mo f p r o d u c tc u s t o m i z a t i o nd e s i g np l a t f o r mf o r i i i 浙江丁业大学硕士学位论文摘要 t i m e rb a s e do nt h ef o r m e rm o d e li sd e v e l o p e d i nt h ec h a p t e rs i x ，ac u s t o m i z e d - p r o d u c t ( c p ) s e l f - o r g a n a i z e d ( s o ) m o d e lb a s e d o ns o t h e o r yi sp r e s e n t ， i nt h ec h a p t e rs e v e n ，t h ec h a r a c t e r i s t i co fm c - o r i e n t e d p r o d u c t i o ns c h e d u l ei s a n a l y z e d t h e c o n v e r s i o n p r i n c i p l e o fi n d i v i d u a lc pf o rm a s sc u s t a 。m z a t l o n i s l u b r i c a t e d ，a n d t h e na s e l f - o r g a n i z a t i o np r o d u c t i o n - p l a n n i n g m o d e lb a s e do n c u s t o m i z e dp r o d u c tw a r e h o u s ei sp r e s e n t f i n a l l yas i m p l ep r o t o t y p e d s u b s y s t e m f o rp r o d u c t i o np l a n n i n gi sd e v e l o p e d i nt h e c h a p t e re i g h t i s p r a c t i c e ap r o t o t y p e d s y s t e m f o r t h et i m e r c u s t o m e r - o r i e n t e dp l a t f o r ma b o u t p r o d u c tc u s t o m i z a t i o nd e s i g ni si n t r o d u c e 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 f t h ed i s s e r t a t i o n a r es 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 e p 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 e y w o r d s ：m c ，s e l f - o r g a n i z a t i o n , c u s t o m e r - o r i e n t e d ，c u s t o m i z a t i o nd e s i g n p l a t f o r m ，c u s t o m i z a t i o np r o d u c t ，p r o d u c t i o ns c h e d u l e 浙江工业大学硕士学位论文 词汇表 词汇表 b u s i n e s sp r o c e s sr e e n g i n e e r i n g ( b p r ) ，业务过程重组 c l i e n t s e r v e r ( c s ) ，客户机j r 务器 c o m m o np r o d u c tp l a t f o r m ( c p p ) ，通用构造快 c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ( c e ) ，并行工程 c o n t i n u o u sp r o c e s si m p r o v e m e n t ( c p i ) ，持续的过程改进 c u s t o m i z a t i o nm o d e l ( c m ) ，定制模型 c u s t o m i z a t i o np r o d u c t ( c p ) ，定制产品 d e s i g nb yc u s t o m e r ( d b c ) ，定制设计 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 ) ，大规模定制的设计方法 d e s i g n p l a t f o r mf o rm a s s c u s t o m i z a t i o n ( d p m c ) ，产品定制设计平台 e c o n o m yo f s c a l e ，规模经济 e c o n o m yo f s c o p e ，品种经济 m a s sp r o d u c t i o n ( m p ) ，大规模生产 m a s sc u s t o m i z a t i o n ( m c ) ，大规模定制生产 b i l lo f m a t e r i a l s ( b o m ) ，物料清单 m a t e r i a l s r e q u i r e m e n tp l a n n i n g ( m r p ) ，物料需求计划 m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e sp l a n n i n g ( m r p i i ) ，制造资源计划 e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a r m i n g ( e r e ) ，企业资源计划 p r o d u c t i o ns c h e d u l e ( p s ) ，生产计划 m a i np r o d u c t i o ns c h e d u l e ( m p s ) ，生产计划 o r i e n t e d o b j e c t ( o o ) ，面向对象的方法 p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ( p d m ) ，产品数据管理 p r o d u c t m o d e l ( p m ) ，产品模型 q u a l i t yf u n c t i o nd e p l o y m e n t ( q f d ) ，质量功能部署 t i m et om a r k e t 、q u a l i t y 、c o s t 、s e r v i c e ( t q c s ) ，上市时间、质量、成本、服 务 v i s u a lr e a l i t ym o d e l i n g l a n g u a g e ( v r m l ) ，虚拟现实模型语言 浙江工业大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 摘要】本章首先论述了大规模定制生产方式产生的榍关背景，然后介绍了丈规模定锘寸 设计以及面向客户产品定制设计的研究现状，并指出现有系统存在的问题。在此基础上， 提出了本论文的研究思路和内容。最后，给出了论文的主要章节的结构总结了本课题研 究的意义。 关键词：大规模定制相关背景客户定制设计平台研究现状 1 1 弓l 言 2 l 世纪以来，科学技术的迅猛发展，各种新技术的广泛应用，使市场竞争日趋 剧烈，也使消费者的观念不断变化追求产品的多样化、个性化已逐渐成为消 费的主流，并使产品的生产与服务之间失去界限。市场的动态多变以及剧烈的竞 争迫使企业改变经营策略，传统的大规模生产方式已不再适应当今的日益多变的 市场环境，而大规模定制作为一种全新的企业生产经营模式，它结合了完全定制 和大规模生产两种方式的优势厩满足客户个性化需求，又使企业保持较低的生产 成本和较短的交货期。近年来，国外许多企业已通过实旋大规模定制而获得了巨 大的竞争优势，更有许多企业正在朝着实掩大规模定制的方向努力。据乔治华 盛顿大学新兴技术预测委员会的预测，到2 0 1 1 年，汽车、电器等3 0 以上的产品将 广泛实施大规模定制【1 】。目前，大规模定制的独特优势已引起了我国企业理论界的 重视。有专家预言，大规模定制模式将逐步替代统治了制造业近个世纪的大规 模生产方式，成为2 l 世纪的主流生产模式。而面向客户的产品定制设计平台作为 企业与客户沟通的平台，它不仅有利于企业生产的大规模组织，而且又能体现客 户定制产品的个性化需求，是企业成功实施大规模定制生产的关键技术之一【2 l 。 本章l ，2 节将介绍大规模定制生产模式产生的背景，1 3 节阐述大规模定制 设计的研究现状，i 4 节对面向客户的定制设计发展现状进行了论述，1 5 节分析 目前系统中存在的问题，16 节给出本论文研究的主要内容和章节安排，1 ，7 节是 本章总结。 浙江工业大学硕士学位论文 第一章绪论 1 2 大规模定制生产模式 1 2 。1 大规模定制生产背景 自本世纪初以来，制造业为了降低产品成本，获取更大的经济利益，都把大规 模生产方式作为主导生产方式，通过产品的规模化降低生产成本，其主要特点是零 部件可高度互换、产品可选范围小、功能固定、生产规模大、成本和价格较低等。 半个世纪以前，世界上大部分企业都是按照泰勒原理组织的这一生产方式进行生 产，典型的如汽车业、机床业等。 随着科学技术的不断进步，产品的供应市场日益国际化。国际化的市场和因 特网向客户提供了时间、成本、质量和服务等方面更大的选择范围，人们不再满 足根据企业已有的产品进行选择，在产品的设计与制造中不断融入客户的个性化 需求，已成为现代制造业区别于传统制造业的重要特征。这种生产方式称为定制 生产，如化工装备等大型装置的制造。定制生产满足了客户的个性化需要，但由于 必须根据客户的特殊需求组织生产，这样势必带来产品开发设计周期长、成本高 和质量不稳定等问题。在这种背景下出现了大规模定制( m a s sc u s t o m i z a t i o n m c ) 方式。 1 9 7 0 年，a l v i nt o f f i e r 在其未来的冲击( f u t u r es h o c k ) 一书中提出了一种 以接近于标准化或大规模生产的成本和时间，提供满足客户特定需求产品和服务 的生产方式的设想。1 9 8 7 年，s t a r td a v i s 在未来的理想生产方式( f u t u r e p e r f e c t ) 一书中将这种生产方式称为大规模定制或大规模定制。这种既能满足客户个性化 需求，而又不牺牲企业效益的新的生产方式。目前，在国外得到了较快的发展，并作 为一种有效的竞争手段逐渐被企业所采纳。1 9 9 7 年底，美国乔治华盛顿大学的 一个专门小组对新兴技术发展作了预测，提出了2 0 0 1 2 0 3 0 年的8 5 项重要技术， 其中包括大规模定制技术。【3 l 1 2 2 大规模定制概念 早在1 9 7 0 年，语言家a l f i n t o f f i e r 在其( f u t u r es h o c k ) ) 一书中提出了一种 以类似于标准化或规模生产的成本和时间，提供满足顾客特定需求的产品和服务 的生产模式的设想f 4 j 。1 9 8 7 年，s t a r td a v i s 在f u t u r ep e r l e c t 中首次将这种生 浙江工业大学硕士学位论文 第一章绪论 产模式称为m c 。1 9 9 3 年j o s e p h p i n e i i 对大规模定制的内容进行了完整描述h j 。 大规模定制是根据每个客户的特殊需求以大规模生产的效率提供定制产品 的一种生产模式，它把大规模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， 大规模定制就是个性化定制产品和服务的大规模生产，是企业适应当今曰益动荡 的市场环境，提高企业竞争力的必然趋势吼 1 2 3 大规模定制本质特征 国内外企管专家研究认为【7 1 ：大规模生产模式下的所谓规模经济( 见图。1 - l 巴 即产品竞争主要是价格竞争，通过产品标准化和制造自动化，不断降低成本、增加 市场份额，再扩大生产规模，形成良性循环的经济形式) 已经无法满足现代市场竞 争的需要。新的生产模式的诞生与发展已经成为社会和工业发展的必然，规模经 济已逐步向范畴经济( 见图1 - 2 c 8 1 ) $ q 变。 帮产 产品开发 周期长 丰 产品生命 r 周期长 稳定的需求 。 统一的市场 大规模生 产过程 上 低成本、质量稳定 的标准产品 图i - i 大批量生产模式下的规模经济 企业市场不仅由卖方市场完全转变为买方市场，即供过于求，同时由基于价格 的竞争转变为基于品种、交货期、成本、质量和服务等多项指标的竞争。因此， 企业必须以需求为导向，以系统观念和工业工程为指导，以信息技术为依托，精心 组织、合理管理，以达到t q c f s e ( 其中t 表示时间，o 表示质量，c 表示成本，f 表示 柔性，s 表示服务，e 表示环境) 等目标综合的、系统集成的整体优化【9 1 。为了 浙江工业大学硕士学位论文 第一章绪论 产品技术，可新产 吣 产品开发 周期短 产矗生命 r 周期短 十 需求裂变 多元化细分 过程技术 客户通过填写定制定购指南由系统匹配出典型产品模型： 典型产品模型是定制的基础： 8 浙江工业大学硕士学位论文 第一壹绪论 定制的是通过改变典型产品模型中的一些组成部件来实现的； 系统能够在定制过程中对产品进行报价。 ( 2 ) 客户选择需求模式【3 。】 这类体系主要是企业将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网上定制定购系统 ( h t t p ：w w e h a i e r c o m ) 和戴尔( d e l l ) 电脑( h t t p ：删d e l l c o m ) 的网上定 制定购系统。如图l 一4 所示的是海尔冰箱客户定制平台界面： 图l - 4 海尔冰箱定制界面 这一种类型的定制系统，它们将产品的功能和结构结合起来，认为定制是对 产品功能和结构的定制，它们的组成和上一种类型大同小异，它们重点突出以下 一些特点： 客户根据自己的功能需求选择一个进行定制的典型产品； 系统将可定制的产品按功能划分块； 客户在定制过程中突出功能的定制。 ( 3 ) 客户驱动的定制模式【3 0 j 客户驱动的定制，顾名思义，是指客户在一定程度上对产品的参数指标有直 接影响的定制。目前这种定制一般是企业对可定制产品进行特征抽象，然后将这 些特征以参数的形式允许客户进行定制，客户通过改变这些参数而影响产品的参 数和属性，从而满足其个性化的需要。两种不同方式的区别在于这些定制的参数 是否对产品的组成结构有影响。目前国内外关于这种模式研究尚不成熟，开发的 9 浙江工业大学硕士学位论文 第一章绪论 大多数是原型系统。 客户驱动的定制具有以下一些特点： 客户的定制直接影响产品部件的参数： 定制参数的选择直接影响制约了客户可定制的程度 在定制过程中兼顾了产品功能和产品属性的定制： 定制参数的选择直接影响到产品生产成本。 1 5 问题的提出 现有的定制系统，从满足客户个性化的角度和企业内部生产的组织形式来 看，它存在着以下的特点： 客户没有真正参与产品的设计f 3 0 】 上面提到前两种定制模式其共同点都是通过典型产品，客户选择不同的功能 和产品配置，最终来看，客户的定制只是系统从产品库中匹配出最接近客户需求 的产品，客户并没有真正的参与设计。 客户不能在下订单前，浏览自己定制的产品【3 0 1 以上所论述的系统在定制过程中给出的只是典型产品的模型图，而不能看到 定制结果，客户除了对产品的功能和形状有一个理性上的认识外，没法对自己所 定制的产品的最终形状产生感性认识，这些可能会对客户下订单造成一定的障 碍。 、 企业内部的生产并没有按照大规模定制的思想来组织 现有的定制平台，从生产的组织形式来看，仍是传统的生产方式，并没有按 照大规模定制的思想来安排组织生产，其结果往往是产品的成本较高，而且不能 保证客户规定的交货期，这显然这不符合客户对定制产品的要求，同时也不利于 企业的长远发展。 目前的定制平台存在的这些问题也是本论文工作的出发点。 1 0 浙江工业大学硕士学位论文 第一章绪论 1 6 本论文研究内容及意义 1 6 1 研究内容 基于上面对现有定制系统特点的论述，本文将从技术实现的角度对定制平台 中存在的问题进行分析并提供解决思路，并重点研究大规模定制背景下企业内部 生产组织形式的变化，研究的主要内容如下： ( 1 ) 面向客户的产品定制设计方法 通过常用的产品定制设计方法和面向客户的产品定制设计方法的介绍，研究 面向客户的产品设计方法的特点，为构建真正能够体现客户需求的产品定制模型 提供方法。 ( 2 ) 面向客户的产品定制设计平台的架构 通过对面向客户的产品定制设计平台进行需求分析的基础上，构架平台，并 总结平台的特点，并分析平台的主要功能模块。 ( 3 ) 基于动态分类的客户管理模型 以客户为研究对象，分析客户管理的作用，提出基于动态分类的客户管理模 型。 ( 4 ) 基于v r m l 的客户定制设计系统实现 研究了基于v r m l 技术来进行产品虚拟模型构建的方法，分析现实场景与 虚拟场景交互的关键技术，并最终探索客户定制系统的功能具体实现。 ( 5 ) 定制产品管理模型研究 本章以定制产品为研究对象，探讨了定制产品管理自组织方法，提出了一种 基于自组织的定制产品管理模型。 ( 6 ) 面向m c 的生产计划组织模式研究 对个性化定制产品的大规模组织模式进行初步探索，研究面向m c 的生产计 划特点，提出基于定制产品库的生产计划模型，募最终开发一个简单的定时器产 品生产计划系统。 ( 7 ) 定时器产品客户定制设计平台研发 以杭州晨岳时控科技有限公司的烤箱定时器为实簏对象，对面向客户的产品 定制设计平台进行实践。 浙江工业大学硕士学位论文 第一章绪论 论文结构如图1 5 所示。 图 - 5 论文结构 问 题 一 提 出 规 划 方 法 实 践 结 论 1 6 2 研究熏义 面向客户的产品定制设计平台是企业和客户沟通的平台，它不仅有利于企业 生产的大规模组织，而且又能体现客户定制产品的个性化需求，是企业成功实施 大规模定制生产的关键技术之一。面向客户定制设计平台是制造业传统生产方式 的重大变革，其影响是深远的，其意义表现在以下几个方面： ( 1 ) 企业要在未来市场的激烈竞争取胜，很大程度上依赖于快速响应客户的 需求、迅速地设计出满足客户需求的产品。面向客户的产品定制设计平台能够迅 速地实现这一目的，为企业赢得订单。 浙江工业大学硕士学位论文第一章绪论 ( 2 ) 能够充分展示企业形象、产品，以及企业的实力，有利于企业的市场拓展。 ( 3 ) 能够理顺、重组企业的业务流程，提高企业的劳动生产率和企业快速响应 市场变化的能力。 ( 4 ) 能够推动企业的信息化建设，推动企业技术进步与技术创新，提升企业的 综合竞争力。 ( 5 ) 有利于企业对定制产品生产的大规模组织，实现定制产品的低成本。 ( 6 ) 有利于客户和企业的沟通。客户通过定制平台参与产品的定制设计，并 在此过程中获得参与感与成就感。企业可以通过平台了解顾客需求，从而促进了 客户和企业的沟通。 1 7 本章总结 本章介绍了大规模定制生产模式的背景，阐述了大规模定制的相关概念及特 征，同时对大规模定制设计和面向客户的定制设计研究现状进行了综述，并指出 了目前定制系统中存在的问题，由此给出了本论文研究的主要工作和结构安排。 浙江工业大学硕士学位论文 第二章西向客户的产品定制设计方法研究 第二章、面向客户的产品定制设计方法研究 摘要 本章在对常用的产品设计方法研究的基础上，分析了面向客户的产品定制设计 方浩以及特征。 关键词：定制设计方法面向客户 2 1 引言 面对竞争同益激烈和需求不断变化的国际市场，制造企业的模式和策略在不 断发展，从7 d 年代的c i m s 哲理、8 0 年代的c e 理论，到9 0 年代的智能制造、 虚拟制造，直到现在的敏捷制造和全球制造叫【3 2 】( j 4 j 【。虽然它们所采取的 手段和方式各不相同，但它们都有一个麸同的目的，即生产出最令客户满意的产 品。而作为产品的灵魂一产品设计，它在其中起着关键性的作用，它直接决定着 产品的结构、质量、成本、交货时间、可制造性等因素的优劣，是标志这个企 业竞争力大小的重要指标。产品设计方法及其相关技术是2 1 世纪制造业赢得市 场竞争、获得最大经济效益的核心技术。1 3 6 j 同时随着物质产品的丰富、科技的发展，客户的个性化要求越来越高，企业 为了赢得客户、赢得竞争，都纷纷推出了自己的客户定制系统，以满足客户的个 性化需求，企业在产品的设计过程中，也更多地关注了客户的个性化因素。可以 说客户个性化要求的不断提高给传统的产品设计提出了新的挑战：即设计出来的 产品不仅是高质量的，而且必须能满足客户的个性化需求。因此，研究面向客户 的产品设计方法以建立真正地符合客户需求的产品定卷0 模型，对构建产品定制平 台有非常重要的意义。 本章2 2 节介绍了常用的产品设计方法，2 3 节论述了几种面向客户的产品设 计方法，在此过程着重体现了面向客户这特点，对本章全部内容_ 白匀研究，旨在 为面向客户产品定制平台更好的构建提供方法。 2 2 常用的产品设计方法 在m c 的背景下，常用的产品设计方法可以归纳为以下几种方法：【3 7 】 1 4 浙江工业大学硕士学位论文 第二章面向客户的产品定制设计方法研究 2 2 1 基于产品配置的设计方法 大批量定制在设计过程中需要充分利用已有的标准模块和已生产过的产品 信息，使得产品设计变得快速而有效，并需采用参数化c a d 系统进行快速变型设 计和自动编程，采用c n c 进行柔性制造。同时，也使开发设计人员在变型设计时， 能对企业的整个生产过程有一个清晰和全面的了解。这就需要有一套支持全新产 品开发和定制产品设计的集成信息系统。在大批量定制的过程中，由于有产品模 块库的支持，企业与客户的对话，包括价格、数量和交货日期等信息交互能在几分 钟内完成。可以生产的信息产品被很好地定义在配置器中，并能快速提供给销售 商、批发商或客户。通过标准的算法可以很快地决定产品价格和交货日期。适配 器是d f m c 中产品配置设计方法的关键。对于选择范围不大或定制类型简单的 产品，可以把必要的信息说明列在表上，或存放在计算机电子数据表以及数据库 上。 随着客户要求定制产品的交货期越来越短，而激烈的市场竞争使产品的价格 越来越低，采用产品配置器进行产品快速变型设计的方法，尽可能利用现有资源， 才能满足客户的需求。如何对庞大的产品设计信息资源库进行快速有效的搜索， 这是产品配置与快速变型设计技术中的关键问题。美国d e i l 公司在网上耍现了 由顾客自己进行产品配置设计，从而减少了销售环节，降低了产品成本，取得了巨 大的成功。 2 2 2 基于产品变形的设计方法 许多产品往往在相同的基本功能和结构的基础上作一些适当的变型以满足 各种客户的不同的需要，其基型就称为典型产品。典型产品往往由企业内部或行 业的标准化手册采用母图的形式予以描述。通过一些参数的修改或确定，由母图 可以迅速得到新的产品图。在机器的部件和组件的结构形状已定的情况下，仅仅 使尺寸作或大、或小变动的设计称为变型设计。在进行这种设计之前，一般先要 通过调查研究，作好这类产品对象的系列设计。设计时，设计人员根据已知的条件 选择结构形式，将产品转化为部件，再把复杂部件转化为简单零件，并完成尺寸计 算，然后在系列中选择相应的零件尺寸。在这类设计中，只需要系统地改变尺寸，而 零件和组件仍能重复使用。在设计过程中，不仅对零件采用变型设计方法，而且对 浙江工业大学硕士学位论文 第二章面向客户的产品定制设计方法研究 部件这一级引入变型设计方法也是完全必要的。它的优点是能重复使用结构合理 经过实践检验的部件，减少部件的类别和便于信息处理，使设计自动化。另外，在设 计过程中，要对各种设计方案进行比较。使用这种变型设计方法，能提高计算机辅 助设计的效率，减少设计人员的重复设计工作，满足客户的多样化需求，而且进一 步为以后的加工合理化提供方便。图2 i 描述了产品变型设计过程。 性能和选项 +千 扫幸幸嘻 士0 i报价项目il订单预算l 图2 - 1 产品变形设计过程 下面介绍国内某制造企业采用d f m c 变型设计方法的应用情况。工业汽轮 机是该企业的主要产品。工业汽轮机作为驱动发电机、离心泵、离心压缩机、离 心鼓风机等旋转机械的动力机械，被广泛应用于石油、造纸、化工、冶金、纺织、 食品、酿造等部门。但是，正因为它具有广泛的应用对象，要求它必须具备多品种、 多规格的诸多具体形式才能满足市场的要求，使得生产厂家很难利用传统设计、 制造方式来应付供货周期和造价上存在的困难。针对上述问题，为了能够按照客 户的要求设计和制造各种类型的工业汽轮机，需要采用d f m c 进行工业汽轮机的 设计。 工业汽轮机的d f m c 设计原理是，采用较少的基本积木块可设计出适用范围 较广的多种类型工业汽轮机。汽缸和转子是工业汽轮机中最复杂、生产周期最长 和成本最高的定制件。为了缩短周期和降低成本，该企业采用如下设计方法：将汽 缸和转子的结构分为若干个结构区段，并对各结构区段分别进行标准化和模块 化。根据顾客定单中的技术条件，通过热力计算和强度验算，将所需的不同规格的 区段组合起来，再配上各相应的标准部套，即组合成顾客需求的汽轮机装置。通过 1 6 浙江工业大学硕士学位论文 第二章面向客户的产品定制设计方法研究 这种方法，实现了定制点的后移，原先的定制生产转变为大批量定制生产。如汽缸 坯体模型由若干个标准区段组合，这些区段都有相应的木模。根据定单设计的汽 缸可由现成的木模模块迅速组合成汽缸木模，通过造型浇铸，得到汽缸铸件。然后 由各标准区段的已编制好的数控程序组合起来，得到该汽缸的完整的数控程序。 虽然在设计、浇铸和加工时面对的零件是定制的，但大量的设计( 详细设计) 和制 造( 木模制作和数控编程) 工作是面对大批量生产的零件，并且这些工作已经完成， 在新产品的设计和制造时，可以利用这些已有的资源。这样，就能显著节省成本和 缩短生产周期。 2 2 3 基于产品组合的设计方法 产品组合设计又称产品模块化设计。 组合设计的前期工作 ( 1 ) 产品的规划根据市场和技术的发展趋势，对企业的产品发展战略进行 规划。 ( 2 ) 对产品族进行分析统计不同产品的零部件的出现频谱，并从产品的设 计、制造、装配、销售以及售后服务等全过程考虑，确定需要进行模块化的零部 件。 ( 3 ) 产品模块化产品组合设计主要是选择和设计标准模块和通用模块，这 些模块又可称为“模块元”。 ( 4 ) 产品信息编码正确的产品信息编码可以帮助企业设计入员快速找到 所要的模块。因此产品信息编码在组合设计中起到了设计引导的作用。 ( 5 ) 组合设计方法的评价应用有关评价方法对设计方案的技术经济效果 进行定性或定量的评价和决策。 模块的组合与再设计 模块选择后进行组合是模块化产品设计的“瓶颈”问题。一方面要考虑到功 能的要求，主要精力是投入到模块的结构连接上。虽然可以通过创建中间模块解 决整体上少变化的要求，但是作为模块自身及组合后如何满足产品的动态性能要 求仍要经过设计、试制、检测等必要步骤。另一方面，当组合后，发现原有的模块 不能满足要求，就必须进行重新设计。重新设计可通过模块的构形元素、构形参 浙江| t 业大学硕士学位论文第二章面向客户的产品定制设计方法研究 数的变化来完成，其中包括尺寸的变化、功能面的形状变化、改变构成零件、部 件和机器的功能面零部件的数量或改变两个零件或部件的相对位置、改变系统的 功能面、零部件的顺序及连接顺序等。 ， 在模块的创建时模块划分系统与编码系统按照分级描述、分级编码。并一层 层查寻已有模块设计，最后经协商将新模块纳入模块库。在整个系统中，模块的选 择是关键，模块的组合是实越目标的核心。在进行产品再设计时，首先多方案选择 应采用什么形式的模块，再考虑模块组合的形式，最后考虑产品的造型。 模块的管理 经过优化的模块可编制成产品模块图册，作为产品设计选用和企业制造的依 据。具有尺寸上、功能上互换，而重复使用系数高、重复采用次数多、范围广的 通用模块，经结构优化可以逐步提升成为标准模块。模块管理不同于以往的设计 与生产管理。针对模块采用分类编号，就将借用件变为通用件、变产品管理为模 块管理、经生产预测将单件生产变为批量生产。编制技术文件是一项繁琐的工作， 所以在模块的基础上，技术文件细分为可通用的基本单元和针对特殊要求附加额 外的说明部分。 2 。2 。4 基于产品创籀的设计方法 主要有基于技术平台的衍生性创新与基于技术轨道的顺轨性创新两种类型。 基于技术平台的衍生性创新集群是指企业在特定的技术平台上以满足市场的差 异化需求为目的雨开展创新活动所形成的创新集群。例如，索尼公司在w a l k i n a n 产品的创新中，根据不同客户的偏好和消费习惯，有针对性她推出不同风格和类型 的w a l k m a n 。8 0 年代初到9 0 年代初，索尼公司仅在美国市场上就推出了3 7 2 种 w a l k r n a n 产品，形成一个庞大的w a l k m a n 创新产品集群。索尼公司之所以能在短 时期内推出这么多种w a l k m a n 产品，是因为索尼公司对w a l k m a n 产品的仓u 新属于 基于技术平台的衍生性创新，即在不改变主要生产技术和产品元件的条件下，通过 局部变动产品设计改变产品的一些辅助功能。在进行这些局部变动时，产品的一 些主要结构和元器件，尤其是利用企业关键技术生产的元器件，如微型电机、超薄 机身，“1 7 ：i 香糖型”充电电池等都是不变部分的生产技术( 称为平台性技术) ，一组 平台性技术的集合称为一个技术平台。根据客户的不同需要，以这个技术平台为 浙江工业大学硕士学位论文 第二章面向客户的产品定制设计方法研究 基础进行局部创新就可以生产出不同型号的w a u a i l 产品，形成一个创新产品集 群，见图2 2 。 适合客户 不同需求 的部分 最终产品 平台部分 固回回圃回回 儿童用运动中用海滩上用戴在手臂上自行车上用小汽车上用 已粤已刍 璺 儿童使用型运动中使用型沙滩上使用型 璺四 刍 - t - 隹i 上使用型自行车上使用型小汽车上使用型 图2 - 2 索尼公司、v a 越产品群 从w a l k m a n 产品创新集群的形成可以看出，技术平台是指在某一产品领域内 设计、生产和制造一系列产品所共有的技术，它包括技术原理、设计方法、生产 工艺及关键设备等。构成技术平台的技术可能是一组技术，企业的核心技术往往 是构成技术平台的主要技术。技术平台是企业技术发展或技术积累的阶段性成果 的体现，代表企业核心技术在某一时间上的水平。技术平台的建立既是企业已往 技术积累的结果，也是企业对平台性技术进行集中投资的结果。企业为建立技术 平台而进行集中投资一般是企业着眼于未来创新与发展的一种投资行为。通过集 中投资支持企业的自主创新或引进外部技术，可以使企业形成阶段性的技术积 累。 企业基于技术平台的衍生性创新与基于技术轨道的顺轨性创新不同的是，顺 轨性创新一般会伴随企业核心技术的明显变化，形成技术水平更高的新一代产品 而衍生性创新则主要是在产品的核心技术基本不变的情况下，通过对产品作局部 变革，形成能满足不同的客户需求的差别化系列产品，这些系列产品属于同一代 产品。衍生性创新集群的形成主要是通过两种方式实现，一是增加或改进产品的 辅助功能，推出新的产品：二是改进产品的外型或结构，如汽车生产企业可以在核 心设计与主要构件( 发动机、底盘等) 不变的前提下对汽车外形及局部结构加以改 进，推出系列不同型号的汽车。将核心设计和基本产品要素相同的创新产品称 1 9 浙江工业大学硕士学位论文第二章面向客户的产品定制设计方法研究 为一个创新产品族( i n n o v a t i o np r o d u c t sf a m i l y ，i p f ) 。在一个i p f 中，总有一 个或几个产品最早采用某种核心设计，这些产品称之为该i p f 的“核心产品”。其 它产品都是由核心产品演变而来的，可称之为“衍生产品”，衍生产品是企业根据 市场上不同客户群的差别化需要，对核心产品的规格和外型进行调整、改进得来 的，它们实际上是核心产品经渐进性创新的产物。因此企业在创新中并不能就单 一的产品进行资源配置，而必须考虑系列化的产品安排。将具有某些共同特征的 创新产品放在一起，进行系统的综合分析，进而做出创新产品的选择将更为有利。 以上所研究的四种产品的设计方法，主要着眼于降低产品设计成本、缩短产 品开发周期和提高产品的质量，并且从产品设计的角度为解决大规模定制背景下 产品的大规模生产和定制生产之间的矛盾提供方法。 2 3 面向客户的产品定制设计方法 构建面向客户的产品定制设计平台的最终目的是为了更好地满足客户的个 性化需求，让客户参与产品的设计，因此研究如何利用面向客户的产品定制设计 j 方法为客户提供易于理解的产品定制模型是个非常有意义的课题。在本节中介绍 了几种面向客户的产品设计方法： 2 3 1 面向客户产品设计的基本概念及特点 面向客户的定制产品设计是在设计人员( 或定制软件) 控制下客户参与的一 种产品定制设计方法，因此，客户不需要介入产品的详细设计，通常以产品的参 数、款式、材质等选择为主，详细的设计工作由设计人