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浙江工业大学硕士学位论文 基于客户需求的整体橱柜产品配置设计系统研究 摘要 随着全球经济一体化的不断深入，市场更加多变，竞争日益加剧。大规模定制已经成 为现代企业参与激烈市场竞争的有效方法。产品配置设计作为大规模定制的核心技术，是 实现产品快速定制的重要方法和关键。本文以整体橱柜产品为研究对象，围绕产品配置设 计的主要业务活动展开分析，结合当前企业现有的总体资源和生产条件、客户的个性化需 求，对产品配置设计理论和关键技术进行研究。主要研究内容及成果有以下几个方面： 1 通过研究分析产品配置设计的基本理论和关键技术，结合橱柜产品的自身特点，确 定橱柜产品配置设计的总体思路，分析橱柜的产品配置总体设计的目的和流程。 2 通过分析客户需求的特点，分析了客户需求的原则和获取的方式，研究了系统的产 品实例库搜索匹配方法和基于约束规则的自动配置；研究了客户需求权重计算模型，确定 了橱柜产品配置的三个主要需求因素评判性能指标，并利用层次分析法进行权重分析。 3 通过分析功能一原理一结构模型和g b o m 的产品配置建模方法，提出了一种面向 橱柜产品的基于g b o m 的功能一结构模块化产品配置模型。该模型根据橱柜产品中客户 的具体需求，以整体橱柜的功能模块来划分产品族结构模块，建立了基于g b o m 的橱柜 产品族总体结构模型和基于产品族的橱柜产品信息编码体系。 4 研究面向客户需求的橱柜产品配置设计技术及其推理求解方法。根据客户的定制需 求计算匹配度，进行产品相似实例的提取，在上述的基础之上基于产品约束的配置，得到 满足客户需求的产品配置方案集；最后利用模糊综合评价方法进行评价，从而确定最能满 足客户需求的橱柜产品配置方案。 5 在上述研究的基础上，通过对橱柜产品配置理论和橱柜产品配置系统的简单应用， 初步实现了橱柜产品的计算机辅助配置设计。 关键词：橱柜，客户需求，产品配置模型，配置推理，模糊综合评价 浙江工业大学硕士学位论文 p r o d u c tc o n f i g u r a t i o nd e s i g ns y s t e mo f t c h e nc a b i n e tb a s e do nc u s t o m e r d e m a n d s a b s t r a c t w i t ht h ee c o n o m i cg l o b a l i z a t i o n ，t h em a r k e tb e c o m e sm o r ec h a n g e f u la n dt h ec o m p e t i t i o n b e c o m e sm o r ei n t e n s i v e m a s sc u s t o m i z a t i o nh a sb e e na l le f f i c i e n tw a yf o rt h ee n t e r p r i s e st ot a k e p a r ti nt h em a r k e tc o m p e t i t i o n p r o d u c tc o n f i g u r a t i o nd e s i g ni su s e da st h ek e yt e c h n o l o g yf o r p r o d u c tf a s tc u s t o m i z a t i o n t h ei n t e g r a lk i t c h e nc a b i n e tw a ss t u d i e db a s e do nt h eo v e r a l l r e s o u r c e so ft h ee n t e r p r i s e sa n dc u s t o m e rd e m a n d s ，t h r o u g ha n a l y z i n gt h em a i np r o c e s s e so f p r o d u c tc o n f i g u r a t i o nd e s i g na n dt h ek e yt e c h n o l o g i e so fp r o d u c tc o n f i g u r a t i o nd e s i g nt h e o r i e s m a i nr e s e a r c he f f o r t sa r ea sf o l l o w s ： 1 t h eo v e r a l lo u t l i n e s ，p u r p o s e sa n dp r o c e s s e si nd e s i g n i n gk i t c h e nc a b i n e tc o n f i g u r a t i o n a r ea n a l y z e db a s e do nt h et h e o r i e sa n dk e yt e c h n o l o g i e so fp r o d u c tc o n f i g u r a t i o nd e s i g na n dt h e f e a t u r e so ft h ep r o d u c t s 2 。t h ep r i n c i p l eo ft h ec u s t o m e rd e m a n d sa n dt h ew a yt om e e tt h ed e m a n d sa r ea n a l y z e db y m e a n so ft h ec h a r a c t e r i s t i c sa n a l y s i so ft h ec u s t o m e rd e m a n d s t h es e a r c h i n gm a t c h i n gm e t h o d o ft h ep r o d u c t ss a m p l ed a t aa n dt h ea u t o m a t i cc o n f i g u r a t i o nb a s e do nt h ec o n s t r a i n tr u l e sa r e s t u d i e d t h ec u s t o m e rd e m a n d sw e i g h tc a l c u l a t i o nm o d e li se s t a b l i s h e d ，t h r e ek e yf a c t o r so n k i t c h e nc a b i n e tp r o d u c tc o n f i g u r a t i o na r ed e t e r m i n e da n dt h e nt h ea n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s si s a p p l i e dt od e t e r m i n et h ew e i g h to fc u s t o m e rd e m a n d s 3 b ya n a l y z i n gt h ef u n c t i o n b e h a v e - s t r u c t u r ep r i n c i p l ea n dt h em e t h o do fg e n e r i cb i l lo f m a t e r i a l ( g b o m ) p r o d u c tc o n f i g u r a t i o nm o d e l i n gm e t h o d ，am o d u l a r i z e dp r o d u c tc o n f i g u r a t i o n m o d e lb a s e do ng b o mf o rk i t c h e nc a b i n e tp r o d u c t si sp u tf o r w a r d a c c o r d i n gt ot h ec u s t o m e r d e m a n d s ，k i t c h e nc a b i n e tp r o d u c tf u n c t i o ni sd i v i d e dw i t ht h ep r o d u c tf a m i l ys t r u c t u r em o d u l e t h e n ，t h es t r u c t u r em o d e lo fk i t c h e nc a b i n e tp r o d u c tf a m i l yb a s e do nt h eg b o m ，a sw e l la st h e c o d i n gs y s t e mo fk i t c h e nc a b i n e tp r o d u c ta r ee s t a b l i s h e d 4 t h ek i t c h e nc a b i n e tp r o d u c tf a s tc o n f i g u r a t i o nt e c h n o l o g i e sa n dr u l e sr e a s o n i n go r i e n t e d t oc u s t o m e rd e m a n d sa r es t u d i e d t h es i m i l a r i t yi sc a l c u l a t e db a s e do nc u s t o m e rd e m a n d s ，a n d t h es i m i l a rs a m p l e si np r o d u c td a t a b a s ea r es e a r c h e d t h e nt h ep r o d u c tc o n f i g u r a t i o ns c h e m e s i i 浙江工业大学硕士学位论文 m e e t i n gt h ec u s t o m e rd e m a n d sa r eo b t a i n e db a s e do i lt h ec o n s t r a i n tr u l e s f i n a l l y ，a ne f f e c t i v e m e t h o do ff u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o ni sp r o p o s e dt od e t e r m i n et h eo p t i m a lk i t c h e nc a b i n e t p r o d u c tc o n f i g u r a t i o ns o l u t i o n s 5 b a s e do nt h er e s e a r c he f f o r t sa b o v e - m e n t i o n e d ，t h ec o m p u t e ra i d e dk i t c h e nc a b i n e t p r o d u c tc o n f i g u r a t i o ns y s t e mi sd e v e l o p e dt h r o u g h t h ea p p l i c a t i o no ft h er e l a t i n gt h e o r i e s k e yw o r d s ： k i t c h e nc a b i n e t ，c u s t o m e rd e m a n d s ，p r o d u c t i o nc o n f i g u r a t i o nm o d e l ， c o n f i g u r a t i o ns o l v i n g ，f u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a 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。对本文的研究作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：吾聿破日期：卅年s 月达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 1 保密口，在年解密后适用本授权书。 2 不保密嘎 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名： 导师签名： 辑煎日期：2 d e 7 年奎月落日 醐：弋叩伽 浙江工业大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1引言 经济全球化和工业信息化已经使制造业的竞争环境、发展模式和活动空间等发生了深 刻的变化，原来卖方市场变为买方市场，客户需求多样化和个性化，产品生命周期缩短， 市场上产品日趋丰富，消费者的选择余地日益扩大，所以对产品就提出越来越高的要求， 这迫使企业以用户为中心，经受买方市场的挑战。如何使企业的产品满足客户的不同需求， 快速适应市场的多变性，以低成本、高质量来占有市场是每个企业都应考虑的关键问题。 面对这些问题，大规模定制【1 1 ( m a s sc u s t o m i z a t i o n ，m c ) 生产模式作为2 l 世纪制造业最 为重要的生产模式正逐渐发展起来。其核心是以较少的内部多样性实现较多的外部多样 性。其本质是以接近大批量生产的成本和效率来提供满足客户个性化需求的定制产品的过 程和服务，从而提高企业的竞争力。它是一种集企业、客户、供应商和市场环境为一体， 在系统思想的指导下，用整体优化的观点，充分利用企业已有的各种资源，在标准化技术、 现代设计方法学、信息技术和先进制造技术等的支持下，根据客户的个性化需求，以大批 量生产的低成本、高质量和高效率地提供定制产品和服务。 产品配置设计( p r o d u c tc o n f i g u r a t i o nd e s i g n ，p c d ) 是以配置模型和需求模型为输入，最 终产品的配置结果为输出的一类产品设计活动。它是大规模定制的核心技术，是实现产品 快速定制的重要手段【2 。5 1 。企业在产品模块化、标准化、规范化、数字化的基础上，以客户 需求为输入，以配置规则为约束，以产品数据库为平台，对产品零部件进行选择、匹配或 变形设计，从预先定义好的零部件集合中选择并确定相互之间的连接，最后形成满足客户 需求的具体产品。 产品配置设计充分整合企业现有的资源，使定制产品最大程度满足客户需求，缩短开 发周期，降低成本，提高产品质量。基于产品配置设计的定制生产方式兼有单件生产方式 和批量生产方式的优点，解决了低成本、高质量与产品个性化的问题。 1 2 课题的提出 1 2 1 市场环境的新特征 经济和技术的共同发展使世界市场发生了重大变化，稳定、统一的市场逐渐向多变、 多元化的市场转变，市场的全球化、经济的区域化、经营的跨地区化日趋明显。从卖方市 1 浙江工业大学硕士学位论文 场到买方市场、客户需求多样化和个性化、产品生命周期缩短、大合作和大竞争已成为当 今市场的主要特征 6 - 9 】。 ( 1 ) 从卖方市场到买方市场。我国在上世纪由于生产力水平低下，大多数工业品处于短 缺状态。在这种严重供不应求的市场状况下，各产业的发展模式基本上都是粗放型的生产， 在较短的时间内形成了相当可观的生产能力。随着生产力发展水平的不断提高，国内企业 迅速发展，制造能力发展迅速，社会产品得到极大丰富，大多数工业产品、消费品陆续出 现了供过于求的情况，买方市场的格局得到了巩固，市场相对饱和。 ( 2 ) 客户需求多样化和个性化。客户希望得到满足其个性化需求的多样化产品。客户需 求的多样化导致产品种类的剧增，同时还导致了市场的细化和产品的多样化，客户对商品 的选购向个性化方向发展。企业的经营活动由以市场为中心转向了以满足客户的个性化需 求为中心，客户的个性化需求驱动企业的生产活动。 ( 3 ) 产品生命周期缩短。现代科技以日新月异的速度发展，新产品层出不穷，产品的生 命周期己大大缩短。客户需求在不断提高和变化，原产品很快就不能满足客户新的需求， 需要不断地有新的产品来替代。产品生命周期的缩短势必要求企业要准确把握市场动态， 掌握客户需求，提高新产品的开发能力。 ( 4 ) 全球性的合作和激烈竞争。随着全球化市场的逐渐形成，全球性的合作已成为一种 必然趋势。一方面给企业带来了机遇，同时也给企业提出了严峻的挑战。要想在激烈的竞 争中求得生存，企业必须比竞争者更多地为目标客户提供价值，能够迅速、持续和有效地 创造出新的、变革性的产品，提高企业的技术创新、产品创新和市场运作的竞争能力。 ( 5 ) 信息化发展带来的新的市场环境。信息化是当今世界经济和社会发展的大趋势，也 是我国产业优化升级和实现工业化、现代化的关键环节。因此，按客户的特殊需求发展个 性化产品已成为市场产品的主流，按个性化生产而导致的定制生产比例将不断扩大，传统 制造业的生产和管理方式与新的市场环境越来越不适应的情况会更加突出。 由此可见，在新的市场环境条件下，市场环境和竞争形式发生了根本的变化。如图1 1 ， 在传统定制模式下，企业生产成本高、效率低、周期长、产品对客户需求有限；大规模生 产模式的出现，企业生产在一定程度上解决了市场需求，但由于产品单一、个性化特点不 明显，客户处于被动地位；随着先进制造技术、计算机技术、网络技术等许多新技术的出 现和发展，逐渐打破了大批量生产赖以生存的市场环境。为了生存和发展，更好地满足客 户的个性化需求，同时保持批量生产带来的低成本和高效率，面对一个竞争更为激烈、制 造技术日新月异的新环境的挑战，企业必须改变传统的生存方式，采取大规模定制生产模 式。 浙江工业大学硕士学位论文 传统定制 垂萎蠢：y - 二三二三b 瘴 个性化特点不明显l 。么 效率高 l 一一大规模生产 成本低 t 一 客户处被动地位fli 成本高 效率低 周期长 面向的客户有限 大规模定制 l 一 飞专j 之l 产品品种多样 、个性化特点明显 i 效率较高 i 成本较低 l 客户处于主动地位 图1 1满足市场需求的生产模式的发展 1 2 2 橱柜行业的发展情况 橱柜行业属于建筑装饰业，我国建筑装饰行业总产值每年平均以2 0 左右的速度递增， 而全国家装行业总产值的增长幅度超过3 0 。随着社会经济的飞速发展，在以上二者高速 发展的同时，厨房家具市场作为家庭装饰中极为重要的一部分，其发展速度更快。自上个 世纪9 0 年代后期，国内橱柜业几乎以成倍的速度增长。目前，在我国城市居民家庭中， 整体橱柜家具拥有率仅有6 8 ，这个数字远远低于欧美发达国家3 5 的平均水平。相当一 部分特别是年轻消费者，已经在家居装饰过程中，把橱柜的使用功能和附加值当成一个综 合体来考虑和设计，并将其认为是一种生活品位。每个家庭都会对风格基调、布置格局、 各种装饰材料的选择等做出详细考虑。厨房家具市场在今后几年内仍将继续快速发展。 随着消费者观念的更新，生活节奏的变化，装修的风格呈现出多元化个性化的趋势， 时尚周期日益缩短。不同时期、不同经济背景的人对装修风格选择是不同的，这一方面反 映了人们文化生活水平的变化，另一方面也反映了人们对生活质量、生活情趣、生活态度 的不同取向。而为了满足客户的个性化需求，需要根据客户的特殊需求组织生产，由此导 致企业生产周期长、产品成本高和质量不稳定等一系列问题。 而橱柜生产是传统的劳动密集型产业，如何利用计算机信息技术实现产业优化升级， 如何以低成本、高效率地实现规模定制的生产模式从而满足顾客的个性化需求是橱柜行业 所面临的主要问题。同时，橱柜越来越成为家庭的时尚之物，甚至有提出“生活在厨房 的生活理念，因而追求风格、款式、颜色等产品设计方面的变化，一般的橱柜制造商设计 3 浙江工业大学硕士学位论文 和生产的款式就已经很多，零配件的数量更是不计其数，如何利用企业己有的资源和客户 的需求情况快速地选择或设计出符合个性化的产品是企业赢得市场的最有效的方法。在企 业生产方面，一个区域品牌的生产企业投入一定资金进行工厂建设，购置生产设备成为橱 柜生产厂家，因而就使得整个行业和市场混乱，竞争激烈。如何才能在低成本和快速响应 市场的条件下保证产品的个性化和多样化，这是每个家具生产企业面临的一个很现实的问 题。但专有的定制模式存在生产效率低、成本较高、j h t 周期长、服务面窄等弱点，因而 不能满足社会发展对消费品数量增长的需求。而在大规模生产的基础上整合资源进行橱柜 的产品配置设计，并以之指导生产，就能克服这些缺点，为设计与制造带来低成本、高效 率、定制化。所以，根据橱柜产品的功能结构特点和当前市场的现状，具有很好的可操作 性和重大的现实意义。 本课题主要研究大规模定制的产品配置条件下，以厨房家具中的橱柜产品为研究对 象，根据企业的当前资源和生产状况，对其产品配置进行深入研究。 1 2 3 研究的目的和意义 研究的目的：通过定制生产方式下产品配置设计理论和技术的研究，针对橱柜产品的 特点，探讨橱柜产品配置设计的具体方案步骤和关键技术，以市场客户需求为驱动，在企 业当前的生产能力和生产条件下，提出合理的配置设计方法，实现橱柜产品的快速计算机 辅助配置设计。 研究的意义：充分利用企业已有的各种资源，提高橱柜产品的配置设计效率和客户对 橱柜产品的满意度，缩短产品设计时间和交货期，从而降低橱柜企业生产成本，增强其竞 争力。 1 3 国内外研究现状。 随着定制生产范围和规模的不断扩大，已有很多领域产品采用产品配置设计技术来适 应这种定制生产的需求。如机械行业中的汽车、叉车、摩托车、电梯，家电行业中的冰箱、 洗衣机、微波炉等都被作为产品配置设计的对象进行了研究【n 1 6 1 。 在产品配置设计的理论和方法研究上，w i e l i n g a 等人【1 7 1 翻给出了面向m c 的产品配置 设计定义：在预先定义的通用化组件基础上，通过搜寻组件的装配组合以满足一组需求并 遵循一定约束的过程。 在产品配置建模方面，根据模型表达方法的不同，可以分为以下几类： ( 1 ) 基于规则的方法：最早用于计算机产品配置的系统采用基于规则的配置建模方法 浙江工业大学硕士学位论文 1 1 9 ；t i m os o i n i n e n 针对产品配置过程提出了种基于规则的配置知识描述语言，该语言通 过一种描述性语义对产品配置的主要概念例如配置模型、需求以及合法配置进行形式化定 义，但配置方案的计算求解仍然是一个n p 难题旺0 j 。该方法随着规则的不断增加，产品内 部之间的关系变复杂，规则维护困难。 ( 2 ) 基于约束的方法：r a f a e lm 等人【2 1 】提出了结构化约束建模和基本配置单元的推理方 法。该方法在解决特定产品专家系统中的复杂深处参数求解问题有一定优势，但变量之间 的各种关系构建复杂，通用性也受限制。 ( 3 ) 基于模型的方法：曾福胜、金烨采用基于模型的产品配置，将产品模型中的所有 节点抽象为构件，在构件超变量和不相关原则的基础上构造了产品模型；刘晓冰、董建华、 孙伟等人【2 3 1 用基于功能一原理一结构的多视图方法描述产品配置模型；祁国宁、顾新建等 人【2 4 】提出了一种统一模型的产品建模方法。该方法的模型可维护性较好，但不同模型之间 有较大差异，使得共享性较差。 ( 4 ) 基于本体的方法：s o i n i n e n 提出基于本体的配置知识表示方法【2 5 】；a l e x a n d e r f e l f e m i g 等人【2 6 】在构建配置知识库时也提出采用本体来建立产品配置模型，并将配置本体 进一步细化；张劲松、王启富等人【2 7 】也提出了基于本体的配置建模方法，定义了构件、功 能、资源、关系、端口以及约束等配置本体的基本概念，给出了基于本体的电脑配置模型 的应用实例。该方法对模型的共享性较好，但在表达模型内部的层次结构方面存在不足。 ( 5 ) 基于g b o m 的方法：王世伟、谭建荣等人【2 8 】以g b o m 作为产品族的知识表示方法， 提出了基于g b o m 的产品配置模型g p c m ( g b o m b a s e dp r o d u c tc o n f i g u r a t i o nm o d e l ) 。该 方法在传统的b o m 建模理论的基础上，充分体现了模型的可配置性，有利于实现配置产 品的多样化，但在表达内部层次结构方面存在不足。 ( 6 ) 基于相关矩阵的方法：肖刚、王昌建等人【2 9 】建立了一种基于配置相关矩阵的产品配 置模型。该方法规则设计简单，适用于配置关系简单的产品，对于结构和关系复杂的产品， 用该方法将使配置模型构建复杂，工作量大。 在配置推理求解方面，主要有以下几种方法： ( 1 ) 基于规则的推理：这种方法起源于人工智能领域中的专家系统，d i g i t a l 公司的v a x 系统最早采用基于规则推理的配置专家系统。该方法能实现较复杂的产品配置，但随着复 杂度提高和规则的增加，推理效率降低，维护管理困难。 ( 2 ) 基于模型的推理：基于模型推理可分为基于逻辑、基于资源和基于约束三种方法。 阴向阳等【3 0 】给出了配置设计中的约束知识，认为配置设计的功能推理、结构推理都具有约 束满足问题的特点，可以采用约束求解方法进行配置推理。姚向华、施仁【3 l 】研究了约束满 气 浙江工业大学硕士学位论文 足问题在产品配置器中的应用。李伟、刘光复等人( 3 2 3 3 1 采用约束满足问题c s p 来表示和求 解产品配置问题，并以d c s p 为基础提出了一种基于交互式约束满足问题( i n t e r a c t i v ec s p , i c s p ) 的配置方法，认为i c s p 是由交互操作所定义的一系列动态约束满足问题d c s p 的不 同状态所组成的一个方法框架。该方法将知识和知识的使用进行分离，提高了系统的健壮 性、可维护性和重用性。 ( 3 ) 基于实例的推理：基于实例的方法经常与规则推理结合使用，楼健人等【3 川对面向 d f m c ( d e s i g nf o rm a s sc u s t o m i z a t i o n ) 的产品配置设计技术进行了研究，在客户需求相似性 判别基础上，基于产品配置规则与约束，提出了基于历史信息的产品配置方法，实现了配 置资源与结果的重用。该方法以历史信息为基础，能很快推出在新环境中的解决方法，实 现了资源的重用，但该方法需要人工的大量参与实例的构建和调整，使得系统智能性不足。 ( 4 ) 基于特征的推理：董建华 9 】提出了基于约束和事物特性表的推理求解方法。该方法 配置简单，实现容易，但只适用于少数离散选项的情况下。 ( 5 ) 基于模板的推理：浙江大学的谭建荣教授3 5 1 针对大批量定制生产的特点，提出了基 于产品功能结构单元的产品配置模板和求解策略，实现了对客户配置需求的快速响应；李 涛【2 0 】提出了基于客户需求映射和层次分析法的产品族配置模板的配置求解策略，实现基于 产品配置模板的配置设计过程。该方法实现相对简单，但难以解决复杂结构的产品配置问 题，模板的构建和维护也比较困难。 ( 6 ) 基于知识的推理：i n g ok r e u z 3 6 】在基于知识的配置中，提出了相关知识优先( r e l e v a n t k n o w l e d g ef i r s t ，r k f ) 的方法，通过计算知识的年龄、知识的有用性来判断信息的相关性， 为新任务提供最恰当的配置知识。该方法多用于一些大型的配置问题，对知识的获取和维 护要求较高。 1 4 论文的主要研究内容 如何使橱柜企业在现有的产品资源和生产条件下实现快速、有效的产品配置设计，生 产出满足客户需求的定制产品，是当前橱柜企业迫切需要解决的问题。本文以橱柜产品为 产品配置设计的研究对象，以最大程度满足客户需求为目标，对产品配置设计的基本理论、 产品配置设计的关键技术和产品配置设计系统进行了研究。本课题研究的主要内容如下： ( 1 ) 研究产品配置设计的基本理论，包括产品配置设计的基本概念、基本理论、过程和 关键技术。结合橱柜产品的特征和客户需求，确定橱柜产品配置设计的总体思路。 ( 2 ) 研究客户需求特点，对客户需求进行正确充分的描述，将其转换成配置设计的技术 要求。通过客户需求分析，采用有效的方法在客户提出定制要求时进行引导，得到正确的 6 浙江工业大学硕士学位论文 客户需求，并经过从客户需求到设计要求的映射，将客户需求转换成配置设计技术要求。 ( 3 ) 研究产品配置建模的方法，建立面向客户需求的产品配置设计的产品配置模型，在 产品配置的产品族开发设计阶段，建立完整的描述产品族配置信息的配置模型，用产品配 置模型表达产品族组成的相互关系。 ( 4 ) 研究产品配置推理求解的技术和配置方案的评价方法。在分析客户需求和产品配置 模型的基础上，实现从产品配置模型到目标实例化产品转变的过程，得到满足客户需求的 产品配置的多个实例。并以最大程度满足客户需求为目标，用科学的评价方法优化配置方 案，并从中得出最优配置方案，以指导组织后续的工艺制造和装配。 ( 5 ) 根据上述产品配置理论和配置技术，针对橱柜产品配置设计特点，对橱柜产品配置 设计系统进行研究，初步实现计算机辅助橱柜产品配置设计。 1 5论文结构 本文的结构以产品配置设计的流程进行组织。如图1 - 2 所示。 第一章绪论 上 第二章产品配置设计基本理论研究及 橱柜产品客户需求分析 上 第三章基于g b o m 的功能一结构模块化橱柜产品 。配置建模 上 第四章基于实例和约束的橱柜产品配置推理 。和模糊综合评价 上 第五章橱柜产品配置设计原型系统的开发 上 第六章总结与展望 图1 2 论文主要结构 1 6 小结 本章分析了市场环境的新情况，介绍了大规模定制模式和产品配置设计在当前橱柜产 浙江工业大学硕士学位论文 品市场条件下的重要作用，提出本课题研究的目的和意义，分析了产品配置设计技术的国 内外研究现状，简要阐述了本文的主要研究内容和论文的主要结构。 8 浙江工业大学硕士学位论文 第2 章产品配置设计基本理论研究 及橱柜产品客户需求分析 2 1引言 产品配置设计的思想由f r e e m a n 和n e w e l l 在上世纪7 0 年代提出 3 7 】。到8 0 年代末， m i t t a l 和f r a y m a n d 提出产品配置设计的概念 3 8 ，真正开始对产品配置设计理论进行进一步 的探索和研究。b r o w n 从任务分解的角度来表述产品配置【3 9 】。 f e l f e r r t i g 等则认为以上定 义偏重面向订单的配置描述，并给出了与之相对应的工程配置( c o n f i g u r e f o r - e n g i n e e r i n g ) 定义【删。楼健人h 1 1 提出产品配置设计是根据客户功能需求，在预先定义并建立的各零部件 集合与相互约束关系的配置模型基础上，通过合理的匹配与组合，生成产品设计物料清单， 实现满足客户功能需求的产品设计过程。近年来，产品配置设计的理论和应用日益被重视， 其研究工作也取得了明显的进步和发展。 2 2 产品配置设计基本理论研究 2 2 1 产品配置设计的基本原理 产品配置作为大规模定制的关键使能技术，其最大的优势在于设计者可以按顾客的需 求在已有方案的基础上作适当改变即可快速生成新方案，减少了产品开发链各个环节( 设 计、制造、销售) 的时间，从而缩短了产品上市周期。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，而且配置模型也需要不断修改和扩充。产品配置 设计的基本原理是以客户需求为输入，在配置模型基础上根据配置规则通过一定推理机 制，对配置模型的节点进行选择和实例化，经过评价优选，以最终产品的最优配置结果为 输出的设计活动【4 2 1 ，如图2 1 。配置模型描述产品结构中组件及其接口关系，配置规则联 系客户需求与配置模型。配置模型与配置规则能随配置活动自动扩充。 产品配置设计具有两个关键特征 8 】： ( 1 ) 被配置的产品由完备定义的元件类的既定集合的实例装配而成。 ( 2 ) 元件以预定的方式相互作用。 产品配置设计的主要优点是： ( 1 ) 覆盖广泛的客户需求能力。 浙江工业大学硕士学位论文 ( 2 ) 缩短发货期及减少库存。 ( 3 ) 生产控制得到增强，如可以使用较少的单元生产大量不同的产品。 图2 1产品配置设计基本原理图 大规模定制下的产品配置设计是指在一个涉及产品类中所有型号和规格的动态产品 族模型库的基础上，根据客户定制产品的需求，对产品模型进行功能、性能、结构以及零 部件的选配，快速设计出满足客户需求的一种设计活动。这种通过合理组织已有的设计成 果，根据客户需求选择零部件迅速组成新产品，已经成为实现大规模定制生产的主要方法。 它的应用，能有效地综合利用已有资源，快速给出实例，提高了企业对客户订单的快速反 应和处理能力。 2 2 2 产品配置设计的过程和步骤 产品配置设计之所以能够快速、高效、低成本地为客户提供他们所需要定制的产品， 其中一个关键的因素是产品配置设计将产品的设计过程分为两个相对独立的过程：产品族 的开发设计过程和面向客户需求的快速配置设计实现过程【8 】。 在产品的实现过程中，定制生产模式下的产品配置的目标由单个的产品变为整个产品 族。因此，设计方案是一个通用的产品族结构，代表基本功能相似的、不同的产品结构的 集合。为了获得用户要求的多样性，企业以通用框架为基础，加入各种实现不同功能的零 部件来构建产品配置模型，产品组成构件的元件级的标准接口允许元件之间合理地组合， 以覆盖所有可能的产品功能需求范围。因此，设计一个产品配置模型是在一个产品数据模 1 0 浙江工业大学硕士学位论文 型中捕捉和建立各种产品变型的过程。产品配置设计的过程如图2 2 。 配置过程的输入是用户需求，输出是一个可用于制造和装配的配置方案。用户需求是 表达定制产品所具有的功能和特性，产品配置的最终目标就是能找出满足配置约束和用户 需求的可行方案。配置设计过程是一个基于配置模型和规则的推理求解过程，配置推理最 后得到的可行解为一解或者多解。配置设计过程的数学模型描述如下： s o l u t i o n s = f ( c o n f i g m o d e l ，r e q u i r e m e n t s ，c o n s t r a i n s ) 其中，s o l u t i o n s ：表示一个或多个满足需求的配置方案：f ：表示推理求解过程 c o n f i g r n o d e l ：表示产品配置模型；r e q u i r e m e n t s ：表示客户需求；c o n s t r a i n s ：表示配置规 则。 面向客户需求的产品快速配置设计，要求准确理解客户的需求，生产满足客户需求的 产品变型的完整描述，这是对产品进行配置的过程，即根据给定的一组客户需求和产品描 述，在通用的产品框架描述的可替换产品中找到一个有效的、可完全定制的具体产品结构。 配置模型和配置规则 入 上么朱n 客户i 客户需求和转换l1 配置推理求解l， ；变形设计i 丫y 、 r ll i 满足客户需求的产品7 i 可行方案 l jl 1r jl 工艺设计、制造、装配最优方案 方案评价优选 图2 - 2 产品配置设计的过程 产品配置设计全过程【4 2 j 的实现步骤如下： ( 1 ) 产品配置模型。配置设计需要企业已有产品的支持，面向企业已有利用企业已有产 品设计成果，利用产品配置模型表达产品配置模型。采用配置模型，能很好地表达产品配 置所需的产品知识，如产品族的层次结构、通用零部件信息、产品装配信息。 ( 2 ) 配置知识库。在分析产品族大量客户需求的基础上的提取配置约束规则、方法建立 设计知识库。规范客户需求，建立产品工程特征目标值与模型之间的关系，使得根据特定 浙江工业大学硕士学位论文 客户需求配置求解成为可能。知识库的设计好坏直接导致设计实例获取阶段的成功率与效 率。 ( 3 ) 配置引擎。配置推理求解的关键。对于随时到来的客户定货要求，首先应对其进行 规范化描述，并将其定位在合适的客户群之内。接着从相应配置模型和配置知识库中读取 内容，通过各种推理方法确定产品族通用结构上各节点的状态集，最终得到符合或尽可能 符合需求的设计实例。例如，判断模型中各个节点的有效性及数量，通过基于事物特征表 的推理，选择节点实例，并记录配置的当前属性和状态。 ( 4 ) 设计评价与优化。对获得的设计实例进行评价，以选出最优设计实例。在这一阶段， 同时对设计进行优化，得到符合客户需求的产品设计。如果有新设计产生，则更新产品族 模型。 ( 5 ) 配置结果。需要参数化软件的支持。参数化软件利用其产品零部件的参数化模型对 配置结果进行预装配验证，并向配置用户展示配置结果。 ( 6 ) 变型设计与模块更新。图中虚线部分是在产品族模型不能通过配置满足客户需求的 情况下，进行的变形设计。变形设计基于配置设计结果，用来解决产品配置无法解决的客 户需求。对频繁出现的无法满足的客户需求，在需要考虑进行调整产品族配置模型与配置 知识库。 ( 7 ) 组织生产。产品配置后的结果是一个客户化的b o m ，包含了零部件具体的三维图 纸、工艺文档等资料。针对设计后续部门，进行视图映射，以供利用成组技术快速的组织 生产，以最短时间提供给用户所需要的产品。 为完成以上配置过程，需要一个配置设计工具，即产品配置器。产品配置器可定义为 与用户进行交互并帮助或支持用户配置产品的智能软件系统。以达到对所有具有和不具有 事务特性表的零件和部件进行管理，对产品相关文档进行处理，对产品变型进行管理，对 产品的配置进行控制，是企业和客户之间的具体的中介平台。 2 2 3 产品配置设计的基础 产品配置设计是要对产品族内部进行优化，对各组成构件实现有效利用。在提供大量 外部多样性同时最大程度地降低内部多样性，从而保证对现有设计的充分再利用，并以最 快的速度和最低的成本来满足客户的个性化需求。能顺利进行产品配置设计，配置产品的 标准化、规范化、参数化和模块化是基础。 ( 1 ) 标准化和规范化 标准化【4 3 1 的目的是为了获得解的统一和确定。标准零部件的使用有利于降低成本，而 1 2 浙江工业大学硕士学位论文 原材料和加工代码的标准化则有利于柔性加工的进行。规范化是指对零部件进行分析，将 企业中相似的零部件进行合并、分类，从而提高零部件使用频率，减少企业内部零件数， 有利于设计与制造。 ( 2 ) 参数化和模块化 参数化般是指设计对象的结构、形状已经定型，用一组参数来定义尺寸、功能和特 性等关系，由参数驱动得出设计结果。实现配置设计的参数化必须建立参数化的零部件模 型。模块化 4 4 1 是对一定范围内的不同功能或者相同功能不同性能、不同规格的产品进行功 能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过选择和组合不同功能模块，构成不 同的产品以满足不同的客户需求。模块化是零部件标准化、规范化、参数化思想在产品部 件级的应用，它既是一种思维方式，也是一种产品开发设计方法。随着市场需求的变化和 先进制造技术的发展，模块化设计方法以其能构缩短产品开发周期，快速响应市场变化， 有利于产品的升级和再利用，方便企业进行产品重组，相对延长了产品生命周期，促进设 计重用，节省设计成本等优点【4 习已经成为配置设计的重要基础。 2 2 4 产品配置设计的关键技术 从产品配置设计的原理和整个过程来看，实现产品配置设计需要解决的关键问题【4 6 1 主要有：产品配置知识的描述、客户需求的映射与转化、产品配置推理求解方法的确定、 对满足客户需求的配置方案的评价与优化。 ( 1 ) 建立产品配置模型。产品配置模型是对产品族所有信息的完整描述，它从产品配置 设计的角度来描述产品族内部包含的构件，各构件的层次关系和特征属性，如何将构件组 合成有效产品的约束或规则，即对产品族内部的组成构件以及构件之间的相互关系等所有 产品配置信息进行组织与表达，是一种面向产品配置设计的产品族模型【4 7 1 。建立产品配置 模型必须提高可配置性和配置效率、降低配置复杂度及模型维护的方便性为原则。 ( 2 ) 客户需求的映射转化。把客户需求通过描述转换成配置设计技术要求，分成需求描 述和需求转换【4 8 】。需求描述是完整、清晰描述客户需求；需求转换是将客户需求映射成配 置设计技术要求。 ( 3 ) 产品配置推理求解方法。在客户需求的驱动下，将产品配置模型实例化，得出具体 产品实例的过程，要根据具体产品的特征和配置模型所采用的配置求解方法【4 9 】。 ( 4 ) 配置方案的优化选择。通过推理求解，得到一个或多个满足需求的可行方案，需要 对其进行正确有效的评价才能从中选取最优方案组织生产。用科学合理的评价优化方法对 配置方案进行有效评价，是提高配置产品客户满意度的重要保证。 1 3 浙江工业大学硕士学位论文 2 3 橱柜的产品配置设计 2 3 1 橱柜产品的基本概念 整体橱柜是将厨房用具及厨房的墙面、地面、顶面等系统搭配成一个整体，即整体配 置、设计和装修。橱柜是其中的主体部分，属于柜类家具，相对于其它类型的家具，它的 功能性更强，要求更高。 ( 1 ) 橱柜的基本介绍 橱柜是普通家庭日常生活的必备产品。随着厨房概念和人们生活方式的延伸，现代厨 房已经由原先的生存型转为舒适型，开始提倡生活在厨房的理念。其基本功能包括：烹饪、 备餐、清洁洗涤、储藏，并且还逐渐承担一些人际交流与合作的功能。 通过对厨房的操作过程的分析，厨房中有三个主要区域：以洗涤为中心的准备与清洗 中心；以冰箱为中心的储藏和调配中心；以炉灶为中心的