（机械设计及理论专业论文）基于网络的工程机械可视化定制系统的研究.pdf

摘要 摘要： 基于网络的工程机械可视化定制系统的研究 机械设计及理论专业 研究生：张殉指导教师：干静副教授 随着信息技术和自动化技术的发展和全球化市场的形成，产品的个性化趋 势越来越明显。面临全球化市场竞争的制造企业，迫切地将大批量生产转向了 个性化的产品设计和加工方式，以满足日益多样化的客户需求。 工程机械作为国民基础设施建设的重要大型机电产品，需求量与日俱增。 面临国外同行业竞争，国内工程机械企业如何提高产品优势，提供多样化的产 品和服务，是决定其发展态势的关键问题。而采用个性化定制设计的手段，是 解决工程机械生产研发中诸多难题，和提高市场竞争力的重要途径。 在分析国内外个性化定制系统现状基础上，本文研究了个性化的不同实现 途径，明确了发展趋势，提出了现有系统有待解决的问题。同时，针对工程机 械设备大型化、复杂化等特点，提出产品功能和外观的综合定制要求，和保证 定制直观的系统可视化需求；针对客户地域分布广泛，为减少产品设计与销售 维护的成本，提出了系统的网络化需求，以增进企业之间、企业客户之间的异 地合作与沟通，缩短产品设计周期，增强市场竞争力。 第三章明确了工程机械定制系统设计的基本要求，选定客户选择需求作为 基本定制机制，同时以产品模块划分的形式，实现从产品功能、外型到装饰的 综合模块选配定制，相应提出功能定制、外型定制到装饰定制的定制流程，确 保定制的完整性和有序性。以预测定制作为实施基础，实行各模块可行范围内 的方案设计，满足多样化的客户需求。为确保定制需求的准确转化，研究了系 统可视化的实现途径，和建立三维虚拟场景、实现产品实时展示的途径，并提 出了系统的网络化架构。最后，基于总体设计原则，提出了工程机械可视化定 四川大学硕士学位论文 制系统的主体框架。 第四章，基于视觉效果和网络传输的要求，通过对常见网络虚拟现实技术 的比较，选定虚拟现实软件q u e s t 3 d 作为实施工具，研究了系统平台技术的实 施方法： ( 1 ) 以软件提供的逻辑切换模块为核心，编写辅助脚本语言建立模块模型 的调用和切换机制，实现选配定制； ( 2 ) 基于逻辑判断模块，建立色彩值和图片对象值的传递实现装饰定制； ( 3 ) 基于有限状态切换器实现可视化定制界面的切换和触发机制； ( 4 ) 通过导入产品模块模型，实现q u e s t 3 d 中的三维可视浏览和场景展示； ( 5 ) 建立存放模型、图片和色彩等数据的a c c e s s 数据库，基于0 d b c 在 q u e s t 3 d 中实现数据连接和管理。 最后，以路面冷铣刨机为对象，建立了可视化定制系统典型实例，建立系 统总体架构，并叙述了由客户登录开始，以铣刨机初级定制和高级定制为内容， 包含功能、外型到装饰模块的详细定制流程，验证了可视化定制系统的可实现 性，分析了针对常见工程机械设备功能、外型与装饰的综合定制模式的可扩展 性。 关键词：个性化定制工程机械可视化综合选配q u e s t 3 d u a b s 仃a c t l k s e a r c ho f v i s u a lc u s t o m i z a t i o ns y s t e mb a s e do nw 曲f o r c o n s t m c t i o nm a c h i e r y m e c h a n i c a ld e s i 9 1 1a 1 1 dt h e o 巧 p 惦t g 髓d 的t e ： z h a n gx u n s u p e r y i s o r ： g a n j i n g a b s 咖c t ： w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n f o 锄a t i o na n d a u t o m a t i o nt e c l l i l o l o g i e sa 1 1 dt 1 1 e 删n g 0 fa g l o b a lm a r k e t ，t h e 州o fp r o d u c tc u s t 伽a i 础o n i sb e c o m i n gn 1 0 r e 锄d m o r eo b v i o u s b ef a c e dw i t hc o m p e t i t i o l l s 丘o mt h eg l o b a lm a r k e t ，m a l l u f a c t u 曲n g c o m p a i l i e sa r en o w2 u c t i v e l ys 1 1 i r i n gt h e i rp r o c e s sp a t t e mo fm a s sm a r m f 配t l l r i n g t 0 c u s t o m i z a t i o n i 1 1o r d e rt 0m e e tt h ev 撕o u sn e e d so fd i 髓r e n tc u s t o m e r s a so n eo ft h em o s ti i l l p o 咖tm e c h a m c a l &e l e c t r i c a le q u i p m e n t f o r 缸l d 锄e n t a lc o n s 臼m c t i o n s ，m ed e m a i l do fc o n s t m c t i o nm a c l l i n 耐e si sr a d i c a l l y i n c r e a s i n g f a c i n gt 1 1 ec h a l l e n g e s 丘o mf o r e i g nr i v a l s ，i ti si m p o r t a l l t f o rd o m e s t i c c o m p a l l i e so fc o n s t m c t i o nm a c k n e r ) ，t 0e n l l 锄c ep r o d u c t s s t r o n g p o i n t ，a i l do 虢r p e r s o n a l i z e dp r o d u c t i o n sa l l ds e n r i c e s m e m o do fc u s t o m i z a t i o nc a i lh a l l d l es e v e r a j p r o b l e m s i nd e v e l o p m e n ta 1 1 dm 删f a c 砌n go fc o n s t m c t i o nm a c h i n e r y ， a n d d o m i n a t et h ec o m p e t i t i o n b a s e do nt h ea i l a l y s i sf o rc u l l f e n tc u s t o m i z a t i o ns y s t e m sd o m e s t i ca n da ：b r o a d ， t h i sp a p e rd i s c u s s e ds e v e r a li n l p l e m e n t a lw a y so fc u s t o m i z i n g ，p o i n t e do u tt h e 骶n d a n dd r a 、b a c k t h e n ，a c c o r d i n g t 0i t s b i g s i z ea 1 1 d c o m p l i c a t e ds t n l c t u r e ，a c o m p r e h e n s i v ec u s t o m i z a t i o ni n 鼬1 c t i o na 1 1 ds h 印ef o rc o n s n u c t i o nm a c h i n e 巧i s n e c e s s a a l s oav i s u a l l i z e dc u s t o m i z i i l gt 0k e e pm ec l 撕够d u et 0l a r g e s c a l e c u s t o m e r s ，i i lo r d e rt oc u tc o s ti nd e s i 黟血l g ，m a r k e t i n ga n dm a i n t a i l l i n g ，n e t 、v o r k c o 衄e c t i o ni sa l s on e e d e d w i 廿lt h j sw ec a ni n t e n s i 匆c o i 砌u i l i c a t i o n sb e 似e e ne a c h c o m p a n ya 1 1 dc u s t o m e r s ，锄de 腩c t i v e l ya c c e l e r a t ed e s i g l l i n g t h et m r dc h a p t e re s t a b l i s h e dp r i n c i p l e sf o rs y s t e md e s i g n i n gi i lt h ef i r s tp l a c e ， t 1 1 e nc h o s ec u s t o m e rs e l e c t i o na st h ef h n d 锄e n t a lc u s t o m i z i n gm e t h o d b a l s e do n i 四川大学硕士学位论文 p r o d u c tm o d u l a rd i v i s i o l l w ec a l lc 锄yo m o n es u c hl 【i n do fc 伽1 p r e l l e i l s i v es e l e c t i v e c u s t o m i z a t i o n 丘o m 如n c t i o n ，s h a p et o 印p e 彻l c e c o r r e s p o n d i n g l y ，an o w 丘d m m c t i o nc u s t o m i z 洫g ，s h a p ec u s t o m i z i i 毽t o 印p e a r a n c ec u s t o m i z i l l gw 勰i i i 仃0 d 1 1 c e d ， w h i c he 1 1 s u r e st h ei n t e 鲥t y 锄ds e q u e n c eo fw h 0 1 ec u s t o m i z a t i o n b a s e d0 n c u s t o m i z i n gp r e d i c t i o n ，b yp r o v i d i n gf e a s i b l ep a n e m sf o re v e 巧p r o d u c tm o d u l ec a n m e e tt l l ev a r i o l l sn e e d so fc u s t o m e r s t ba c l l i e v ee x a c t 觚1 s i t i o no fc u s t o m i z i n g n e e d s ，i m p l 锄e n t a t i o no fs y s t e mv i s u 村i z a t i o nw a sd i s c u s s e d s o ，e i e 础d so f 3 d - v i m l a l 一s c e n e s 趾dr e a l t i m e p r o d u c to b s e r v i n g ，锄d 砷d u c e di t s n e 咖r k s t r u c t u r e f i n a l l y a c c o r d i n g t 0m a j n p r i n c i p l e s ，t l l e f r a m e w o r ko fv i s u a l c u s t o m i z a t i o ns y s t e m sf o rc o n s 劬c t i o nm a c h i n e 巧w 嬲i r i 昀d u c e d i nn l ef o u n hc h a p t e r ，b yc o m p a r i n gr e g u l a rw e bv rt e c h n o l o g i e s ，as o m a r e q u e s t 3 dw 雏c h o s e na sb a s i ct 0 0 1 h i l p l e m e n t a t i o nm e t l l o do fs y s t e mp l a t f 0 珊 t e c h n 0 1 0 9 i e sb e l o ww a si n v e s t i g a t e d ： ( 1 ) b yu t i l i z i n gs w i t c hl o g i ci nq u e s t 3 d ，l o a d i l l ga 1 1 ds 、析t c m n gm e c h a m s m f o r m o d u l e sw e r ce 虹b l i s h e d ，a l s oa i d e db ya l l x i l i a 巧s c r i p t s ot h em a i l ls e l e c t i o n m e c h a n i s mw a sb u i l t ( 2 ) b yc o m b i n a t i o n so fd e c i d i n gl o g i c ，印p e a r a i l c ec u s t o m i z a t i o nw a sb u i l t t h r o u 曲d e l i v e 血gk e yv a l u e so fo b j e c t s ( 3 ) b yu s i n gf i l l i t es t a t em a c l l i n e m c t i o n ，s 埘t c l l i n ga i l dt r i g g e r i n gm e c h a i l i s m s f o rv i s u a li n t e r f h c ew e r eb u i l t ( 4 ) a f t e ri m p o n i n gp r o d u c tm o d u l a rm o d e l s ，v i s u a l i z e d3 d - d i s p l a y i n ga r l d s c e n e si i lq u e s t 3 dc a i lb ec a r r i e do u t ( 5 ) a na c c e s sd a t a b a s et os t o r i n gm o d e lf i l e s ，i i i l a g ef i l e s 趾dc o l o rv a l u e sw a s b u i l t t 1 1 e nd a t am a l l a g e m e n ta n dc o i l l l e c t i o nb a s e d0 no d b c 、v a sa c m e v e di i l q u e s t 3 d i nm ef i n a lc h a p t e lb y c h o o s i n gc o l d m i l l 协g m a c l l i i l e 硒t a r g e to b j e c t ，a n e x a 1 p l eo f 咖i c a lv i s u a lc u s t o m i z a t i o ns y s t e mw 嬲b u i n m a i n 仔锄e w o r kw 硒 e s t a b l i s h e d 锄d 如1 lc u s t o m i z i n gn o ww a si 肿d u c e di i ld e t a i l t h ec o m p l e t ef l o w s t a n s 丘d mc u s t o m e rl o g i n ，i n c l u d i l l g 似oc h o i c e so fe l e m e i l 切r ya i l da d v a i l c e d c u s t o m i z a t i o n s t h ep r o c e s si s 丘。o mm n c t i o n ，s h a p et o 印p e a r 锄c ec u s t o m i z i n g ， i v a b s t r a c t w h i c h p r a c t i c a l l yp r 0 v e dt h ef e a s i b i l i t ) ro fv i s u a l c u s t o m i z a t i o n f i l l a l l y ，t h e e x p a n s i b i l i t yo ft h i sc o r n p r e h e n s i v ec u s t o m i z a t i o np a t t e mf o rm ef u n c t i o n ，s h a p ea n d a p p e 娥m c eo fr e g u l a rc o n s t m c t i o nm a c l l i n e 拶a n de q l l i p m e n t 、v a sd i s c u s s e d k e yw o r d s ： c u s t o m i z a t i o n ， c o n s t n l c t i o n m a c l l i n e s u a l ， c o m p r e h e n s i v e s e l e c t i o n ，q u e s t 3 d v 四川大学硕士学位论文 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及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得四川大学或其他教育机 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谢意。 本学位论文成果是本人在四川大学读书期间在导师指导下取得的，论文成 果归四川大学所有，特此声明。 研究生签名：牧影锣 日期：馥叼，s 参汐 导师签名： 6 7 日期： 第l 章绪论 第1 章绪论 进入二十一世纪后，制造企业之间的竞争日益激烈。信息技术，自动化技 术和数控技术的发展使得企业生产能力大幅提高，人民生活与生产的物质需求 得到极大满足，导致产品生命周期缩短，和成本大幅度降低。伴随加工制造信 息化和远程化，企业之间已经展开了一场更为激烈的全球化竞争。 同时，产品的设计与制造方式已经面临一场全新的变革，起因在于消费者 对个性化产品和服务的需求，企业也迫切需要为消费者量身打造这种个性化定 制的产品和服务。为了赢得市场，和满足客户对产品款式、品种和性能的新需 求，企业必须改变原有的设计和生产方式，进一步缩短新产品开发周期，提高 质量，降低成本，加强售后服务，围绕这四个因素展开竞争。传统大规模生产 模式已经不能适应市场的要求，企业目前希望的是一条便利的，能够高质量满 足客户多样化需求的产品设计开发途径。 现在，部分工业发达国家的企业己经逐步从大规模生产方式转向了个性化 定制的新的生产方式。该生产方式的核心是采用先进的信息技术和虚拟现实技 术，通过较为先进的定制设计系统，来满足消费者的个性化和多样化的需求。 与此同时，网络化环境和电子商务也在深刻地改变着传统商务业务，形成了对 传统营销策略和市场理念的巨大冲击和挑选。个性化定制生产是当代制造企业 竞争的前沿，也是在国际化竞争中立于不败的一条出路。 1 1 产品个性化定制综述 1 1 1 产品个性化定制的由来 个性化产品定制的概念由来已久，体现最为显著的是在手工业时代的服装、 鞋帽等。客户首先把手工艺人请回家，为他们量体裁衣，客户再对服装或者是 鞋帽提出颜色、材料、款式等方面的要求，然后交付定金。数日后，手工艺人 再把为客户定做的衣服或者是鞋帽送到客户手中。这就是最原始的个性化定制 方式。当然，在手工艺人与客户交流的过程当中，手工艺人既要考虑满足客户 四川大学硕士学位论文 的要求，又要考虑自己是否可以做出这样的衣 物，是否可以买到客户要求的布匹、钮扣、装 饰花边等。这是在手工业时代，手工艺人赖以 为生的方式，也是个性化定制的原始形态乜1 ， 如图1 1 所示。 随后的大机器工业时代，生产的方式转换 为泰勒式的大规模批量生产，企业商家从大规 模的生产中得到了稳定而丰厚的利润。然而， 随着现代市场目标的细化，客户的需求日益多 样化，大规模的生产组织方式己不再能够满足 市场的需求。客户定制产品又回到了人们的生 活空间，人们可定制的物件也不仅仅限于衣 物，涉及到彩电、冰箱、汽车等多种类工业用 品。人们也没有必要把设计者请回家里，只需 通过互联网，操纵鼠标和键盘，就可以将自己 的个性化需求转化为量身打造的独特产品。 1 1 2 个性化产品定制的概念和特点 客户想做衣服 找到手工艺人 手工艺人量体裁衣 客户选择衣物材 质、色彩、款式等 手工艺人价格估算 客户下定金 手工艺人设计、购 买原材料、制衣 客户萋将橐嚣并i ) 支付余额 i广 图1 1 个性化定制原始形态 个性化产品是在满足相同基本功能的前提下，同时满足使用者某些特殊要 求，能体现使用者个性的产品。 产品的个性化定制就是能够满足客户定制的生产企业根据客户的个性化需 求，让客户通过定制设计系统，定制出满足其个性化需要的产品的方式口1 。 美国未来预言家阿尔温托夫勒于1 9 7 0 年对大规模定制的生产模式作出了 预告h 1 ，1 9 8 7 年该生产模式被正式命名为“m a s sc u s t o m i z a t i o n ”( 大规模定制， m c ) 璐们。大规模定制的基本思想是：通过产品结构和制造过程的重组，运用 现代信息、新材料、柔性制造等一系列高新技术，把产品的定制生产问题全部 或部分转化为批量生产，以大规模生产的成本和速度，为单个客户或小批量多 品种市场定制任意数量的产品口儿阳。 作为一种全新的生产模式，个性化定制主要是通过灵活性及快速响应来实 2 围困圈 、_一厂j、一，一、r-_j 第1 章绪论 现产品的多样化和定制化。在其实施过程中，具体表现出如下的一些显著特点哺1 ： 首先，产品面对的对象是客户，而不是市场。企业生产的依据是单个客户 的个性化需求所引发的定单，而按照这份订单生产的产品可能只适合某个用户 或某个用户群体，而不再是整个市场； 第二，个性化定制强调客户的参与，包括产品的设计、制造以及服务等。 注重客户与企业之间的信息交流与沟通，以充分满足客户的个性化需要。 第三，产品开发周期短。从客户下发订单到收到产品这段周期的长短是衡 量一个企业定制能力的重要标志。因此，企业需要关注产品的结构优化设计， 加快响应客户需求的速度。 第四，大规模定制需要强大的计算机技术以及网络技术的支撑。在定制过 程中，为了实现对客户需求的一对一响应，企业在产品的设计、制造、配送和 服务的过程中必然要借助计算机自动化系统以及网络技术来整合企业内外的资 源，以快速地响应客户的需求。 1 2 个性化定制在国内外的应用现状 1 2 1 个性化定制在国外的发展现状 戴尔公司首先看到了市场对产 品个性化的需求，率先采用了产品 网络定制的生产模式并一举获得 成功。1 9 9 7 年戴尔公司开始通过互 联网直接让顾客定制电脑1 ，省去 了中间商附加给产品的成本，降低 了产品的价格，大大提高了产品的 吸引力。从此，利用互联网的产品 定制与销售得到了许多企业的重 聋捧纛蜣配件 _ 氍搿誉 高i i “ = = = 二- - m 憎悄- t ；嘲 i 函鼍薰霉” 2 r 一_ “- 图1 2 戴尔电脑网上定制界面 视，并使网上的产品定制和电子商务得到大力的发展与应用。网上电脑定制的 采用也是戴尔在与康柏电脑竞争中立于不败的关键因素n0 】，该模式以电脑内部 配件的选配为定制核心，一直沿用至今，如图1 2 所示为定制戴尔笔记本电脑的 四川大学硕士学位论文 网页界面。 福特汽车公司推出的个性化购车集中平台网上汽车定制定购系统n 1 】， 也是网络化定制系统的典型代表。该系统是在现有系列化轿车的基础上对己有 产品部件进行个性化的配置。其定制过程包括：定购指南一各部件及车内附件 选择( 车身色彩、轮胎、内饰、车内音响等) 一最近购车点推荐一驾车回家的 行车路线等几大部分。 著名儿童家居公司芙莱莎( f l e x a ) 针对儿童卧室环境的定制系统 f l e x a 3 d 是个性化定制与计算机三维 图形技术相结合的典型。该定制系统以 软件形式提供给用户免费下载，安装到 客户的本地计算机中。客户可以通过如 图1 3 所示的软件界面，在定制系统创建 的全三维的房间内部，自由选择不同样 式、尺寸和色彩的儿童专用床、桌子、 图1 3f l e x a 3 d 儿童卧室定制软件 坐椅等家具，摆放到任意位置，直至构造出满意的儿童个性化空间，最终将定 制结果通过网络反馈至厂家。 1 2 2 个性化定制在国内的发展现状 在国内，大型家电企业海尔集团是最早引入个性化定制的企业之一。在海 尔网上商店，用户可以根据对冰箱款式、容量等要求选择合适的产品，相应生 成的订单将传回厂方，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定制的产品。海尔采用的面向大规模定制生 产的个性化定制模式在国内和国际家电领域中都引起了强烈的凡响，走在了国 内定制生产的前列。 同为国内家电企业的科龙集团也采用了个性化定制对其空调、冰箱等产品 进行定制和销售，以图1 4 中网页表单选择的形式让客户选择需要的型号、色彩 和控制方式，通过客户填写的其他定制要求匹配适当的产品n2 】。 4 第l 章绪论 夏铭晒! 耋 盎窿爵摧蔓曲枯 酾攒墅露璧黧簸 ：。嘲鞠嘲审窖霉g 锅藩 圃啊 一 一 ，1 阿翟顾q ii 。 r 一嵌砘话 f _ 一 广一 肖黝孵 r 一 一一一一+ 一 一 一一芏一一 一 严躯捌内霉 鹰丽j：撩嗽；网 谨亘逦f 一一 图1 4 科龙空调网上定制页面 个性化定制在国内的 应用和研究相对落后于国 外。国内对于大规模定制生 产的研究始于二十世纪9 0 年代中后期，主要集中在规 模定制生产的有关理论和 关键技术的研究上，相关生 产理论和应用研究为我国 制造业实施规模定制生产 起到了非常重要的促进作 用，但个性化定制在国内的 应用范围以及自由度等方面还存在相当的局限，有待进一步的研究和开发。 1 3 个性化定制系统的分类 在产品定制中，客户要了解企业的产品，要表达自己的期望，并定制个性 化的产品，因此，企业必须要把自己的产品展现给客户；同时，企业要按照客 户的需求设计出真正令客户满意的产品。这需要一种能够清晰的表达产品功能 和结构的产品组成模型，同时以适当的基于组成模型的产品设计方法完成个性 化定制，正确合理的设计途径和定制方法可以有效的减少由于大规模定制造成 的产品种类数目庞大和产品复杂性指数增加等带来的困难，并且满足单个或多 种类产品的个性化定制需求n 3 1 。 1 3 1 按照个性化实现方式的分类 个性化实现的方式即为定制的具体实施机制，基于这种实施模式的不同可 将定制系统划分为三类n 3 h 1 6 3 ：匹配客户需求的产品定制，客户选择需求的产品 定制，和客户驱动的产品定制。 ( 1 ) 匹配客户需求的思路是以w 曲为媒介，客户在网络浏览器界面上输入 对产品的要求，企业根据客户提出的产品抽象描述或具体特性数据，通过一定 决策机制对其需求进行匹配，从产品数据库中选择最合适的产品作为定制产品 四川大学硕士学位论文 模型，客户在该模型的基础上，进行一系列的定制以满足个性化需要。 该类型个性化实现的方式，可以简要描述为客户描述，企业匹配的过程， 也是在某种典型产品基础对产品部分特性进行配置的个性化思路。国内家电企 业科龙集团的冰箱定制就部分采用的匹配客户需求实施方式。 ( 2 ) 客户选择需求的定制实施模式，企业将其产品划分为不同的功能模块， 客户根据自己的需要，从展示界面中选取不同的产品功能模块，组成个性化产 品。当前大多数定制系统均为该类型，包括戴尔的网上电脑定制系统和海尔的 冰箱定制系统。 该类型的个性化实现形式，实质为企业划分，客户选择的过程，强调产品 不同模块的组合与搭配，是可行性和可操作性非常高的定制方式，因此在现有 定制系统中得到广泛应用。 ( 3 ) 客户驱动模式是指客户通过企业提供的基于网络的定制窗口，对产品 的参数指标产生直接的影响。企业对产品进行基于特征的抽象，客户通过控制 这些特征的参数完成对产品的定制。该定制类型还原客户需求最准确，但技术 要求较高，是个性化定制实施中难度最大的一种。 1 3 2 按照定制市场需求的分类 针对不同的定制市场需求，以定制面向角度和内容的不同，企业可以采取 协同定制、调整定制、装饰定制和预测定制等四种不同的定制方式，也可以采 用这四种形式的组合定制模式n 刀n 羽。 ( 1 ) 协同定制，通过企业与客户的协作共同确定定制的产品和服务。协同 定制有助于减少中间环节，缩短生产制造前的研发时间，对于必须进行大量选 择才能确定功能和性能的产品定制，协同定制是一种正确的选择。 协同定制对网络数据传输和响应的速度要求较高，因此实际应用非常有限， 但在网络条件充分满足的情况下，协同定制是保证客户个性化需求向企业准确 传递的最有利的定制途径。 ( 2 ) 调整定制，也称适应定制，是企业提供一种可调节的标准定制产品， 用户根据需求进行适应性修改和重新配置。调整定制的实现通常需要嵌入式技 术的支持，使得多种变化集成于一个产品之中。 调整定制的典型应用为戴尔网上电脑定制系统。用户根据对电脑性能的需 6 第l 章绪论 求，选择内部硬件，调整电脑的整体性能。调整定制容易实现，成本不高，是 大部分企业普遍采用的定制方式之一。 ( 3 ) 装饰定制是在一种能够满足客户共同需求的标准产品基础上，根据不 同需求，改变包装和表面装饰的定制，如私家车外壳美容、个人图案t 恤杉、 手机个性化彩壳等。装饰定制集中于从工业设计角度对产品外部的视觉元素进 行定制，在工业设计地位日益重要的当代制造业中有着广泛的研究价值和应用 空间。 ( 4 ) 预测定制也称透明定制，是在深入研究客户需求的基础上，根据预测 为客户分别提供所需的个性化产品，而客户并不参与定制策略的拟订过程，如 为左撇子的个人电脑用户配备左撇子鼠标，网站为不同兴趣和爱好的用户提供 个性化界面等。 预测定制需要对客户需求有深入的分析，明确产品特殊属性与客户之间的 联系。预测定制是基于客户需求分析的有针对的产品个性化，预先划定了可定 制范围，通常适用于具有某些突出属性的产品。 1 4 现有个性化定制系统有待解决的问题 1 4 1 定制模式单一，系统结构有待丰富 现有多数定制系统结构组成较为简单，仅能提供单一的选配功能，客户的 定制只是从产品库中选择最接近客户需求的产品，可选择对象也普遍局限于产 品的个别部件或性能参数，无法实现对产品综合方面属性特点的个性化定制， 如对外部形态、色彩和装饰等视觉元素的定制的应用领域较窄，可定制的范围 和程度有限。 系统架构的单一限制了可实现的定制方式，也就无法实现更全面的个性化 定制，改善和丰富现有系统的架构，提供更为多样化的定制模式和定制对象， 是解决更多更复杂产品定制的必然途径。 1 4 2 系统可视程度有限 客户不能在下订单前浏览自己定制的产品。系统在定制过程中给出的只是 7 四川大学硕士学位论文 典型产品的模型图片，而不能看到定制的结果，客户除了对产品的功能和形状 有所认识外，没法对自己所定制的产品的最终效果有感性认识。 受现有图形图象技术的限制，即使是采用三维图形化手段的定制系统，如 芙莱莎的f l e x a 3 d 儿童卧室定制软件，在表现室内家具物体色彩感和质感方 面效果仍然非常有限，无法给用户较为真实的室内环境感官体验。 同时，图象的真实程度受限也是从传输文件大小考虑，以牺牲视觉效果换 取流畅的网络浏览速度，因此更为优化的可视图形技术在定制系统未来的应用 是必不可少的。 1 5 个性化定制系统的发展趋势 至今，虽然个性化产品定制系统在国内外已有许多成功应用的事例，但在 某些方面仍不理想，有待进一步完善。单一的定制模式使当前的定制局限于配 件和性能参数的选择，已经无法满足日益丰富的个性化需求。针对现有系统的 不足，个性化定制有两大发展趋势： ( 1 ) 适合多种类产品的定制，和适合同一产品多种属性的综合式定制模式， 是个性化定制一个重要发展方向。通过对现有定制方式的有机组合与扩展，促 进系统的结构和功能完善，使之能灵活适应于不同企业不同类型的产品定制， 同时针对同类产品提供更全面、更充分的定制角度，使客户个性化需求得到充 分满足。 ( 2 ) 只能看见产品二维图片，无法直观预览产品外形，或仅能看到三维模 型的固定图片，可视效果有限是现有系统需改进的另一大问题。利用日趋成熟 的计算机图形技术和虚拟现实技术，实现定制过程中虚拟产品的三维交互式浏 览，是定制系统必不可少的一个发展方向。定制的可视化，也是客户明确定制 结果，检验个性化需求的转化是否准确的重要途径。虽然已经有企业在定制系 统的可视化方向作出了尝试，但视觉的真实程度以及清晰程度还有很大欠缺， 有待进一步的完善和发展。 8 第l 章绪论 1 6 课题来源、意义和主要研究内容 本课题来源于成都市科技局计划项目基于用户定制的工程机械工业设 计平台的建立( 合同号0 5 h j d z 3 1 5 ) 。 大型工程机械作为国民基础设施建设和维护的主要设备，是我国数十年中 路面修筑，桥梁搭建，建筑维护等基础设施建设必不可少的设备。随着我国综 合国力的增强，乡镇城市化、中小城市大型化、大中城市花园化日趋明显，多 样化的道路、桥梁等基础设施的施工对工程机械提出了更大的市场需求。 工程机械不同于普通工业产品，有许多显著不同的属性特点，在设计和生 产过程中面临更多问题和困难，如设备内部构造复杂，功能繁多，客户地域分 布广泛，设计研发成本高，周期较长等等，因此实现定制设计需要相应解决非 常多的难题。 针对工程机械的定制系统的课题研究意义在于： 探索适合工程机械产品的定制形式和实施途径，确立定制大型机电产品 的模式； 丰富工程机械产品的研发方案和结果，通过定制设计出适合不同企业特 点和风格的产品，提高企业的市场竞争力； 实现工程机械的网络化定制设计，解决客户地理位置广泛的问题，缩减 研发周期和成本，满足日益增加的市场需求。 大型机电产品的定制设计研究尚处于较初级的阶段，而工程机械设备的定 制化可以解决研发过程中的诸多问题，因此面向工程机械的定制系统将会有着 广阔的应用前景。 本文对现有定制系统加以完善和丰富，结合工程机械设备的特点，分析面 向工程机械的定制系统功能需求，探讨系统总体设计方法，研究其体系结构和 工作流程，以及实现的关键技术和方法： ( 1 ) 分析工程机械定制系统的功能需求 在了解国内工程机械行业的发展态势基础上，分析工程机械设备特点，分 析制造企业和各类客户的特点，探讨适合工程机械的定制形式需求，和系统功 能架构、表现形式的需求； ( 2 ) 研究工程机械可视化定制的系统设计方法 9 四川大学硕士学位论文 明确工程机械定制系统的设计基本要求，制定设计过程；明确系统定制实 施机制设计的基本原理，探讨系统采用的定制总体形式，和制定产品参与该定 制的具体形式；总结工程机械定制系统的主体架构和层次框架；探讨实现系统 可视化的程度和实现途径； ( 3 ) 研究工程机械可视化定制系统的平台技术 针对系统需求分析，选择合适的虚拟现实技术作为系统设计开发平台，研 究在此平台下实现系统可视化技术，和系统定制机制、实施形式和界面表现的 技术方法；研究在该平台技术支持下，系统网络连接功能和数据管理功能的实 现方法； ( 4 ) 铣刨机可视化定制系统的建立 以定制路面冷铣刨机为目的，建立针对铣刨机的可视化定制系统的体系结 构，介绍系统功能划分，介绍完整定制铣刨机的流程，验证定制模式的可行性， 并分析工程机械可视化定制系统的扩展性。 1 7 本章小结 本章介绍了产品个性化定制的概念和特点，在分析国内外定制系统的应用 和发展状况基础上，分别从个性化实现的角度和市场需求角度对现有定制系统 进行了分类，总结出现有个性化定制中定制模式和系统结构单一的不足，明确 了系统发展的必然趋势。最后介绍了本课题来源、意义和主要研究内容。 1 0 第2 章工程机械可视化定制系统的功能需求分析 第2 章工程机械可视化定制系统的功能需求分析 为满足国内对工程机械产品日益增加的市场需求，和有利于工程机械设备 的生产研发，应首先进行工程机械可视化定制系统的功能需求分析，完成以工 程机械设备本身、制造企业和最终客户为对象的分析工作，探寻一套适合于工 程机械定制的，合理而完善的定制模式。 2 1 国内工程机械行业的发展态势 经过4 0 多年的发展，我国工程机械行业已形成了具有相当规模和较强生产 能力的完整体系。目前业内有近2 0 0 0 家企业，职工3 8 万人，涉及挖掘机、铲 土运输机械、工程起重机械、机动工业车辆、混凝土机械、路面机械和桩工机 械等1 8 大类，近5 0 0 0 种规格型号的产品，行业规模已经相当庞大。工程机械 产品作为重要的施工生产装备，在国民经济发展和国防建设中己具有一定地位 1 9 o 目前，我国工程机械行业的产量，在国际上仅次于美、日居第三位，中国 已成为世界工程机械生产大国和主要市场之一。近几年国内工程机械产销量的 高速增长，国内市场上工程机械保有量也迅速增加，但我国工程机械目前仍没 有满足我国建设事业的需求。 虽然面临潜力巨大的国内市场，但我国工程机械企业也面临日趋激烈的国 际市场竞争。与发达国家同行业相比，我国工程机械的品种、产量、规模、生 产设备、技术性能水平等综合水平差距还很大，产品大多停留在中、低端的技 术层面上，依靠产品创新、性能等差异化竞争来赢得市场的态度并不明显。 为提高企业的技术水平和市场竞争能力，适应全球范围的激烈竞争，各企 业间的竞争已演变成为适应联合企业群之间的竞争，因此，工程机械行业企业 急需开拓新的设计研发和制造生产途径，对信息化、定制化的要求日益迫切 2 0 】 2 l 】 四川大学硕士学位论文 2 2 工程机械设备的特点分析 工程机械设备不同于普通工业产品，其本身显著不同的特点集中为如下几 个方面：设备类型多样化，体积较为庞大；功能和结构复杂，内部构件繁多； 外部形态受功能和内部组件限制多，与施工环境联系较紧密瞳刳。 2 2 1 工程机械设备的种类多样化 工程机械按照功能和用途一般可分为挖掘机械、装载机、推土机、铲运机、 平地机、汽车吊、叉车及工业车辆、桩工机械、路面机械、压实机械、凿岩机 械及气动工具等多种类别，涉及土方工程、石方工程、运载起重、桥梁搭建、 公路施工、路面养护等多种不同类型和方式的基础设施建设，如图2 1 所示，其 繁多的种类是普通工业产品系列无法相比的，只要是涉及到工程施工的相关机 械机电设备，都可以统称为工程机械。 0 ：遵j 一 避 图2 1 种类繁多的工程机械设备 2 2 2 工程机械设备的大型化特点 工程机械设备相对普通工业产品通常都拥有巨大的体型，和较广范围的尺 寸变化空间，以满足各种不同面积范围、空间高度和环境组成的施工。 以路面冷铣刨机为例，大型机型在正常施工过程中，其空间尺寸普遍达到 5 8 米长，和5 米高，和2 3 米宽，中小机型占用空间范围仍能达到大型机的一 第2 章工程机械可视化定制系统的功能需求分析 半以上。摊铺机在路面摊铺作业 中，大型熨平装置能达到近2 0 米 的横向宽度，如图2 2 所示。 工程机械设备大型化的特点， 决定了其设计研发难度大，生产加 工限制多。因此，为工程机械设备 引入定制设计和生产，无法以常规 定制思路实施，需要从更为整体和 宏观的角度考量。 图2 2 安装不同宽度熨平板的路面摊铺机 2 2 3 工程机械设备的复杂化特点 工程机械种类繁多，各类设备针对不同施工目的、环境和运作方式，外型 和尺寸千差万别，即使在同种设备的不同型号、类别之间，都存在整体或局部 的形态差异。 就单个的工程机械设备来说，复杂化特点集中体现在内部构件多，结构和 功能繁杂，另外，产品主体形态具有相当多不规则特征，整机轮廓和线条较复 杂，外部覆盖件形状多样化等等。 工程机械内外 均由多组部件构 成，包含动力系统、 行走转向装置、控 制系统等多部分功 能元件，外部为容 纳和承载内部装置 图2 3 路面铣刨机的工作装置和行走转向机构 的若干非功能构件，如机架、覆盖件和连接件等，并且往往具有不规则形态。 如图2 3 所示为路面铣刨机的铣刨装置和履带式行走转向机构。不同内部装置的 连接和固定，以及内外部构件之间的匹配，和普通产品相比也具有更特殊的限 制和要求。 盈 纛一 四川大学硕士学位论文 2 2 4 工程机械设备的环境化特点 工程机械同工作环境的联系密切，环境对设备的影响明显，同时，为适应 多个施工环境的不同需求，设备组件具有比普通机械产品更独特的特征。环境 化特点集中表现为以下两点： 设备外部整洁度差。多数工程机械设备施工过程中，受灰尘、油污和烟 尘污染严重，机器表面的视觉整洁度 低，甚至造成机器故障，加重维护工 作。 注重环境安全性。部分工程机 械设备，如路面的修筑和养护机械， 机器自身具备或应具备安全警示要 素，对过往车辆保证可见度