（机械设计及理论专业论文）基于特征映射的产品模块重构与成本估算关键技术.pdf

浙江大学硕士学位论文摘要 摘要 随着市场竞争的全球化，快速响应市场需求与缩短产品交货期已经成为企业产品竞 争的重要要素。本文研究基于特征映射的产品模块重构与成本估算关键技术，构建从产 品需求特征到结构特征的动态映射机制，提出基于结构移植的产品模块重构技术，实现 产品模块成本的多层次估算，开发电梯产品模块重构与成本估算系统，并在电梯产品开 发中进行应用。 全文主要内容包括： 第一章介绍了快速响应技术相关理论的研究现状，分析了相关技术所存在的问题， 阐述了本文的研究背景，给出了本文的研究内容与组织结构。 第二章将产品需求进行结构化处理，建立了产品需求结构化模型，构建了产品模块 半结构化模型。通过需求多元判定，利用动态需求转化空间和复合映射函数来关联产品 需求结构化模型与产品模块半结构化模型。在此基础上，提出了产品需求特征到结构特 征的动态映射机制，有助于提高产品需求模块与结构模块的重用效率。 第三章详细阐述了产品模块的结构移植与变形重构的问题，通过对模块进行多层次 解析，引入了模块结构体的概念，阐述了模块结构体移植的规则与流程，并利用半结构 化模型操作指令模板对模块结构体进行了约束重建。通过p 耐网模型重建结构体移植 变异后模块内部零部件之间的约束关系，从而改变了它们之间的组合关系，提高了模块 的可重构能力。 第四章提出了模块成本的多层次估算方法，首先根据客户需求特征到结构特征的动 态映射机制，对产品模块成本的估算层次进行动态的调整。根据需求特征，对产品进行 相似检索得到客户需求的产品模块；然后进行产品原材料成本和工艺成本的估算，合成 这两种成本从而得到估箅成本。成本估算的多层次性体现在相似检索的过程中，根据多 级相似匹配检索到的模块与客户需求模块之间的相似度来动态调整成本估算的层次，从 而提高了成本估算的速度与精度。 第五章根据本文所提出的理论与方法，开发了电梯产品模块重构与成本估算系统。 该系统在电梯产品中得到了成功应用，验证了本文所提出的理论与方法的可行性。 第六章在总结全文主要研究内容和研究成果的基础上，对课题下一步的研究方向进 行了展望。 关键词：特征映射；模块结构体；结构移植；模块重构；成本估算；工艺派生 n t 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t w i m 也e 仃e n do fm e 酉o b a l i z a t i o no ft h em 冰e tc o m p e t i t i o 玛r a p i dr e 跚n s et om 破e t n e e d sa i l dp r o d u c tl e a d t i i l l er e d u c t i o nh a v eb e c o m em ek e yf a c t o r si nm ep r o d u c t c o m p e t i t i o no fe m e 印r i s e s i nt l l i s d i s s e r t a t i o 玛k e yt e c l l l l o l o g i e s o fp r o d u c tm o d u l e r e c o n s t m c t i o na i l dc o s te s t i m a t i o nb a s e do nf e a t u r em a p p i l l ga r ei n v e s t i g a t e d ，i i l c l u d i r 培t l l e c o n s t m c t i o no ft l l ed y n 锄i cm a p p i n gm e c l l a 面s m 矗。o mr e q u i r e m e m sf e a t u r et 0m es 们l c t u r eo f t 1 1 e p r o d u c t ，t h ep r o p o s a lo fn l et e c h n o l o g yo fp r o d u c tm o d u l er e c o i l s 仇j c t i o nb a s e d o n s t m c t u r e 缸鲫印l 删o na n di n l p l e m e n t a t i o no fm u n i - l e v e lc o s te s t i m a t i o no fm ep r o d u c t m o d u l e o nt l l eb a s i so fm em e o r e t i c a lr e s e a r c l l ，as y s t e mo fp r o d u c tm o d u l er e c o n s t r i l c t i o n a i l dc o s te s t i m a t i o ni sd e v e l o p e da 1 1 d 印p l i e di i lt h ed e v e l o p m e n to fe l e v a t o r s t h em a i nc o n t e n t so ft h ed i s s e n a t i o na r ea sf 0 1 l o w s ： i i lt l l ef l r s tc h a 讲e r ，l ed i s s e r t ；a t i o nr e v i e w sm ec u r r e n ts 觚o ft l l er e l a t e dm e o r yo f r a f i dr e s p o i l s e ，a 1 1 a l y z e s t h ep r o b l e m so fr a l t e d t e c l l i l o l o 西e s ，e x p a t i a t e s t l l er e s e a r c h b a c k 黟o u i l d ，p r o p o s ec o n t e ma n df r 锄e w o r ko ft h er e s e a r c h i nt h es e c o n dc h 印t e r ，t h ed i s s e r t a t i o nb u i l d sp r o d l l c tr e q u i r e m e m 蛐：t u r a lm o d e lt 0 p r o c e s sp r o d u c tr e q i r e m e n t 鼬n j c t u r e dh a n d l m ga n d c o r l s l 旺1 1 c tp 1 o d u c tm o d u l es 喇一s t u c t u i 融 m o d e l t h r o u 曲m u l t i p l eo fr e q u i r e i n e n _ t sj u d g m e n t ，p r o d u c tr e q u i r e m e ms 仃i l c t u 】mm o d e l 锄d p r o d u c tm o d u l e s e r n i s t u c t u r a lm o d e la r ec o m i e c t e db a s e do nd 肿i cr e q u h m e n _ t s 仃a 1 1 s i t i o n s p a c ea i l dc o i n p o s i t em a p p i n g 劬c t i o n 加1 do nt h j sb 商s ，d ) ，i l 枷cm a p p i n gm e c h 越s m 疗o m r e q u i r e m e n t s 诧a t u r et o t l l es t l l l c t u r eo fn l ep r o d u c t ，w 1 1 i c hh e l p st o i i i l p r o v em er e u s e e m c i e n c yo fm ep r o d u c t r e q u i r e m e mm o d u l ea 1 1 ds n m c t u r a lm o d u l e ，i sp u tf o 确捌r d i nm em i r dc h 印t e r ，t h ed i s s e r t a t i o np r o p o s e sm ep r o b l e mo ft h es t i u c t u r e 仃i m s p l a n t a t i o n a l l dr e c o 枷t i o no ft h ep r o d u c tm o d u l e n u 曲t h e 训- a n a l y s i so ft l l ep r o d u c tm o d m e ， m o d l l l es 勃r i l c t u r ee l e m e mi sp r e s e n t e d a n dt 1 1 e nc o n s 缸n so fm em o d u l es 仇j c t u r em 证【u l e e l e m e n ta r er e c o n s 仃u c t e du s i n go p e r a t i n gi n s t n j c t i o n st e m p l a t eo fs e i i l i - 蛐m c t u r a lm o d e la r e r b u i l d i n gt h em l e sa i l dp r o c e s s e so ft h e 仃a n s p l a n t a t i o no fm o d u l es t r u c t u r ee l e m e m t l l r o u 曲 p e t r in e tm o d e l ，t l l ec o l l s n - a i l l so fm o d u l ei n t e m a lc o m p o n e n _ t sa r er e c o n s 仇l c t e d 世e r l e 仃a n s p l 删i o no fm em o m l l es t m c t u r ee l e m e n t ，a n da tt h es a m et i l n e 也er e l a t i o n so ft l l e m o d u l ei 1 1 t e m a lc o r n p o n e n t sa r ea l s oc h a n g e d i nt 1 1 ep r o c e s so fm em o d u l er e c o n s t r l l c t i o n ， c o n s t r a i l l sa r er e s u s e d ，a n d “sa l s oh e l p st 0i i i l p r o v et 1 1 ea b i l i t ) ro fr e c o n s 仃u c t i o no fp r o d u c t m o d u l e s i nt l l ef o u r t l lc h a p t e r ，t h ed i s s e n a t i o np r e s e n t st h em u l t i - l e v e lc o s te s t i m a t i o no f 也e v 浙江大学硕士学位论文 p r o d u c tm o d u l e ，w i l i c hd y n a i i l i c a l l y 砌u s t sm el e v e lo fm ec o s to ft l l ep r o d u c tm o d u l e a c c o r d i n gt ot 1 1 ed y n a m i cm 印p i n gm e c t l a 面s mf r o mr e q u i r e m e m sf e a _ c u r et o 吐l es 毗t u r eo f t i l ep r o d u c t t h ee s t i i l l a t i o nc o s ti sc o m p o s e db yt l l ec o s tt l l ep r o d u c tm a t e r i a lc o s ta n d l e p r o c e s sc o s t ，w 1 1 i c ha r eo b t 撕n e db ym er e q u i r e dm o d u l eg o tb ys i i i l i l 撕t ) rr e t r i e v a lb a s e do n r e q u i r e m e n tf e a t u r e t h el e v e lo f 廿l ec o s te s t i m a t i o ni sd e t e r m i n e db yt l l es i r l l i l a r i 锣o ft h e r e t r i e v a lm o d u l ea i l dr e q u i r e m e n tm o d u l ei i lt h ep r o c e s so ft h es m l a r i t ) ，r e t r i e v a l a n d 衄s i i n p o v e sm es p e e d a 1 1 dv e r a c i t yo fc o s te s t i m a t i o n 1 1 1t h ef i 氐hc h a p t e r ，as y s t e mo fp r o d u c tm o d u l er e c o n s t n j c t i o na n dc o s te s t i m a t i o ni s d e v e l o p e da n da l s 0s u c c e s s m l l y 印p l i e di nt l l ee l e v a t o rp r o d u c to n 吐l eb a s i so f t l l et l l e o ua n d m e t i l o dd i s c u s s e da b o v e a n dt k s ，a tt l l es 锄et i i l l e ，p r o v e dt l l ef e a s i b i l i 够锄dp r a c t i c a b i l i 够o f t 1 1 et h e o r ya n dm e m o d si n 也ed i s s e r t a t i o n i nm es i x t l lc h a p t e r ，t l l em n h e rr e s e a r c hi sp u tf o r 眦衄抵rs u i 】 1 1 撕z i n ga 1 1m e a c h i e v e m e l l t so ft h ed j s s e l t a t j o n k e yw o r d s ：f e a n 鹏m 印p i n g ；m o d u l e 啦u c n j r ee l e m e n t ；s n u c t u r e 咖s p l a n t a t i o n ；m o d u l e r e c o n s 缸u c t i o n ；c o s te s t i m a t i o n ；p r o c e s sg e n e r a t i o n v i 浙江大学硕士学位论文致谢 致谢 本文是在导师张树有老师的悉心指导下完成的，在此我要郑重地感谢张老师在我硕 士近三年生活、学习和科研项目上的指导与帮助。张老师为人处事严谨，对学生关怀无 微不至，这三年来张老师给予我的谆谆教诲和悉悉关怀我将铭记在心，再次向张老师致 以崇高的敬意与衷心的感激! 衷心感图学所的谭建荣老师、陆国栋老师、施岳定老师、刘振宇老师、冯毅雄老师、 伊国栋老师，董进老师以及裘乐淼老师等对我学业、科研项目和生活上的悉心关怀和热 情帮助。 感谢课题组的刘晓健博士后、张秀芬博士、赵振博士生、林晓华博士生、徐剑硕士、 陆佳园硕士、顾复硕士、张庆硕士生、涂振印硕士生等，和他们一起攻克了科研项目的 上的难题，他们对论文的完成至关重要! 感谢同学叶友本硕士生张庆硕士生、吴媛媛硕士生、郭传龙硕士生、赵鑫硕士生、 刘继轩硕士生、鞠永兵硕士生、金易笔硕士生、周虹硕士生、郏维强博士生、彭翔博士 生等对我生活和课程上的帮助。 感谢实验室的邹纯稳博士、萨日娜博士生，冀晶晶博士生、施剑博士生、韩海荣硕 士、王彦超硕士，毛锋硕士、徐剑硕士、光耀硕士、顾复硕士、胡星星硕士生等，以及 徐敬华博士后、任彬博士后、林小夏博士生、赵振博士生、刘景程博士生等，还有我的 室友许少锋博士生、杨文伟硕士生、林铭润硕士生，和你们一起度过愉快而充实研究生 生活，将是我一生难忘的回忆。 感谢我的父亲、母亲，他们用无限的大爱在我从小到大的成长过程中给予我无微不 至的关心，教我为人处事的道理，寄予我无限的希望，帮助我顺利完成了我二十多年的 学生生涯。感谢我的哥哥、姐姐对我生活、学习等各个方面的关怀，你们对我的付出给 了我莫大的鼓励和帮助，祝愿你们工作、生活如意! 衷心感谢所有帮助和关心我的人们，祝愿你们一切顺利! 豆瑞发谨致 二零一二年二月于浙大求是园 浙江大学硕士学位论文l 绪论 l 绪论 【本章摘要1 分析了制造业当今所处的市场环境，介绍了快速响应技术相关理 论的发展、研究现状及应用，给出了本文的研究背景、内容和组织关系。 1 1 引言 随着经济全球化、一体化进程的加快，社会生产力水平和科学技术的进步不断改变， 尤其是信息技术的飞速发展，越来越多的经济体以各种形式融入到全球的经济圈内托h 岬 2 1 1 。这就意味着全球经济圈内产品数量在增加，需求的多样化和个性化在增长，市场的 不确定性和动态性在加剧。这种经济形势促使产品生命周期不断缩短，产品更新换代的 速度日益加快，多品种小批量的生产模式取代大批量定制生产模式，并在企业中已经逐 渐作为主要的生产模式阻抽1 6 】。在这样的竞争环境下客户需求的快速响应技术应运而生。 在企业不断提高自身竞争力，满足客户个性化和多样化需求的同时，一方面企业内 部产品规格越来越多，随着时间的推移和需求的改变必然会造成产品规格数据的冗余和 产品信息存储效益的降低。所以很多企业在满足个性化需求的同时逐渐丧失了自身产品 的竞争力，使得企业以往积累的设计知识和经验随着客户需求的迁移而流失；另一方面 在企业产品的生产模式逐渐由大批量生产模式转变为多品种小批量模式的同时，产品的 成本逐渐增加，但为了赢得全球市场的份额，企业不得不打价格战，尽量缩减企业产品 的利润。这两方面的因素使得企业在当前日益膨胀的经济体内竞争越来越吃力。那么如 何在满足客户日益增长的个性化和不确定性需求的同时，高效地重用以往的设计知识和 经验，降低产品自身成本，增强企业自身的竞争力，就必须以不变应万变，尽量减少企 业内部的产品规格，通过产品模块重构增强外部市场产品的多样性来快速响应客户的个 性化需求喳弘2 2 1 ，这样才可以在不断变化的市场竞争中赢得市场。 1 2 客户需求快速响应技术 1 2 1 需求建模技术 客户需求作为企业制定产品战略的基本依据和信息源头，直接影响到产品设计质量 l 浙江大学硕士学位论文l 绪论 的优劣和产品设计的效率，也最终决定企业设计产品的市场占有率。客户需求往往是多 方面的、不确定的，需要深入地研究并应用需求建模理论和方法来分析和引导客户需求， 将客户心里对产品的模糊认识以精确的方式描述并展示出来，然后去指导和定位企业产 品的设计方向，缩短企业研发产品与市场需求产品的距离，提高产品的市场竞争力和占 有率。 需求建模是把客户对产品功能与非功能等方面的要求进行快速地捕捉和分析决策， 将需求信息转换为产品设计特征，并应于产品的全生命周期设计中来提高产品设计质量 和客户满意度。为此国内外学者在需求建模方面进行了大量研究。 l i n 等阻h 1 ”叫把本体理论和方法引入工程设计管理领域来表达需求，建立了需求本体 模型，并将零部件特征、需求约束集成在需求本体模型中，强调本体的完整性、连续性 和可追溯性等，同时把需求建模中涉及到的知识进行分类、关联与规范处理，提高了需 求建模中知识的重用和共享能力。 c 0 0 p e r 等”孵1 9 9 引通过对美国一些企业进行调研，发现只有少数企业可以成功地在早 期市场与产品定位中对客户需求做出正确分析，大量的企业在产品全生命周期内由于需 求分析与获取的错误结论，严重损失了产品成本。在此调研基础上，提出了从信息收集、 信息转化和需求生成三个阶段对需求进行获取，并在i t 技术行业和汽车行业建立了需求 模型流程。 p 破等妒m ” 1 采用a h p 层次分析法和多属性决策方法来评估设计需求的重要度，利 用回转方法评估客户需求和产品设计需求之间的关联权重，改进了传统质量屋方法存在 的问题，建立了统一的决策模型，优化了产品设计需求集合，为质量屋在解决需求建模 问题上做出了改进。 z e n g 等旺眦1 引采用集合论的方法和框架来描述动态设计过程中的设计对象，从结构 需求和性能需求两个方面，在不同层次的复杂度和抽象度下提出用形式化方法来表达产 品设计需求。最后以相应的数学表达模型描述了这种形式化方法。 h a r d i l l g 等伸”毗叫2 圳通过构建市场驱动设计系统来支持产品设计团队进行协同设计， 通过模糊推理方法来解决由于需求模糊性带来的不便，并将模糊需求转化为定量的需求 信息，通过q f d 将客户的功能需求、非功能需求以及产品的设计分析信息进行设计重 用和共享处理，有效地重用了需求和产品设计的信息，同时也构建了客户需求与产品设 计特征的信息模型。 浙江大学硕士学位论文l 绪论 m c k a y 等呲h 们1 1 在产品概念设计阶段采用规范格式的e x p r e s s g 图建立了产品需求 规格说明书到产品结构元素或形状元素的关联，实现了基于c a d 模型的仿真体系来管 理需求和自动识别产品功能结构需求，并将需求映射关联到产品的设计意图，构建了产 品概念设计需求模型，使得需求管理为计算机辅助设计提供了有效支持。 c h e n 等m “2 删采用混合技术推理的方法生成客户需求模板，并用来获取客户需求， 将a r t 2 、神经网络技术和l a d d e r i n g 技术进行结合，从客户需求属性不同层次启发客户 的潜在需求。在此基础上，利用a r t 2 神经网络技术对后续的客户和市场进行了分析评 价。 s u n g 等临”“仰5 1 建立了基于w r e b 的客户需求系统来获取客户需求，有效地帮助决策者 和领导者在获取更准确的客户需求基础上为产品设计做出正确的决定。该系统通过利用 传统的统计信息方法和数据挖掘技术来分析客户需求模式，并在一家人寿保险公司得到 了应用验证。 s k e h 等阽m 曲2 删在产品概念设计阶段，从产品需求获取和产品需求评估两个阶段， 利用图形分析法，对需求进行了分析建模。通过将图形化的信息及相关的技术术语集成 到需求模板上，自动分析和识别产品的需求，使得一些模糊不确定的客户需求的表达更 加准确和容易。最后在手机新产品的设计上得到了应用验证。 。 金芝渣芝2 们0 1 通过研究企业信息系统，以企业本体和领域本体为基本线索，引导领域 用户全面描述现实系统。通过领域需求模型的重用，构造了一种基于本体的需求获取方 法。该方法使用领域用户可以理解的语言与他们交互，在本体模型的指导下完成需求的 获取，保证了需求获取的完整性和一致性。 楼健人等嶝健人2 删建立了基于w 曲的客户需求交互平台，采用面向对象的模糊知识 来表达客户的需求，利用模糊框架推理与基于规则的配置推理方法，有效地提高了客户 模糊需求的表达与处理能力。该方法快速响应了客户需求，并在电梯产品大批量定制设 计中得到了应用验证。 谭建荣等博建荣2 洲在大规模定制生产模式的特点下，阐述了需求信息建模的策略，通 过需求信息和本体论的结合提出了适合广义需求信息描述的需求信息元方法。该方法引 入了需求本体的概念，提高了需求信息表达的规范性和可重用性，并在w 曲体系下实现 了需求信息元技术。 阎树田等溷树田20 1 们建立了基于物元理论与可拓集合理论的客户需求物元模型，利用经 浙江大学硕士学位论文l 绪论 典域和节域，通过距的计算，确定关联函数值和隶属程度值，最后迸行隶属判断该模型 减少了人为因素，提高了需求获取的科学性，并且易于编制程序，适合计算机读取，满足 了大规模定制生产的需要。 综上所述，需求建模技术对用户需求行为和企业内部产品设计进行重点分析，将用 户需求活动与企业产品建立了有效的关联，从不同的层面获取转换和传达了用户的需 求，减少了需求获取中的差距与不一致，降低了响应用户需求更改的工作量，指导了企 业产品设计的方向。 1 2 2 个性化产品定制技术 随着信息技术、自动化技术，计算机技术等技术的更新加快和应用普及，社会生产 力高度发展，全球市场中产品的数量和种类越来越丰富，总供给大于总需求，全球化买 方市场形成，用户需求驱动下产品竞争日益激烈，人们的消费观念也不断地发生变化， 同时在产品个性化方面提出了更多的要求。所以企业要在自身经营理念、服务体系和企 业文化的基础上，一切从用户需求出发，坚持自身产品的独特性，从产品外观和质量等 方面坚持个性化，开展差异化服务，提高企业的核心竞争力。 个性化产品是以满足客户个性化需求为目的的定制产品。从产品功能特性上讲，产 品的个性化定制是在保证产品共性功能的基础上，使其具有其他产品没有的功能与特 性，从而更好地满足客户个性化需求；从产品全生命周期上讲，产品的个性化定制不仅 包括产品样式、功能、品质、包装等方面的定制，还涉及产品个性化销售和服务等“客 户至上”的现代营销理念，是在满足客户共性需求的基础上，为每一位客户建立数据库， 提供独特的产品差异化服务。产品的个性化是以客户个性化需求为驱动，是在常规产品 基础上的一种横向延伸，是现代市场细分的充分体现。国内外学者在个性化产品定制技 术方面进行了大量研究。 r o s s 曲1 。7 1 ”引依据产品定制发生位置，将产品定制分为核心式定制，多样化定制、分 销式定制、大规模销售式定制和白定式定制，并从这五个方面阐述了产品的定制过程， 从而达到了产品个性化的目的。 l 锄p e l 等珏 叫”1 从完全标准化、细分标准化、定制标准化、特制定制化和完全定 制化五个层次水平建立了产品定制和产品标准之间存在的战略连续集合，提高了个性化 产品的定制能力。 浙江大学硕士学位论文 l 绪论 f e i t z i n g e r 等m n m 9 7 1 从产品模块化设计、模块程序化设计和供应网络敏捷化三个 方面就惠普打印机产品阐述了个性化产品的定制过程。 s i l v 甜a 等眵”“强调了产品模块化设计模式和多用途设计模式对产品定制的重要 性，从产品定制的层次性，从设计知识共享、产品可定制性、制造技术柔性和供应链能 力四个方面分析了个性化产品定制成功的要素，并给出了产品定制的策略和流程。 f i t c h 等伊n 曲2 5 1 结合生命评估方法与概率设计方法，用更少的结构设计需求信息来 预测产品最终的设计。通过创成设计方案矩阵，预测设计方案中缺少的设计信息，确定 设计范围，集成评估不同产品的结构特征属性，提高了个性化产品定制设计的速度。 x i e 等m “旬在强调快速响应技术对个性化定制产品的重要性的基础上，提出了新一 代个性化产品快速响应技术系统所需的相关技术支持。最后给出了全球化生产环境下个 性化产品快速响应系统。 赵息等隧患2 剐对产品个性化定制模型进行了研究，建立了个性化产品定制的空间模 型，并运用该模型，就双头垄断市场中的企业实际情况进行了应用验证。 王海军等【王海军2 卅首先对支持个性化产品定制的变型配置设计方法进行了研究，在可 变型的模块化产品族基础上，应用模糊理论构造了线性配置优化数学模型，综合分析了 客户需求与定制产品性能的关联度；然后提出了基于最小二乘法的产品变型配置设计方 法，保证了产品性能与成本之间的平衡；最后以迷你型单冷藏冰箱产品族为案例进行了 应用验证。 曹弦等憎”帅”研究了面向个性定制的产品配置技术，分析了从细分客户需求到产品 族的映射过程，建立了定制产品族模型的通结构，并利用产品配置技术现实了定制产品 的快速开发。最后通过配置实例说明了配置过程，提高了企业的创新能力满足了产品个 性化的要求。 赵凯等隧靓20 0 9 1 对基于个性产品定制的参数化技术进行研究，建立了三维参数化设计 系统，从个性化定制技术、知识库技术和个产品配置技术三个方面阐述了系统的关键技 术。最后以某大型压缩机为应用对象开发了系统原型，为企业实现快速协同设计开辟了 一条新途径。 彭军强等【曹叭圳对个性化产品定制系统的组成和结构等关键问题进行了研究，构建 了用户需求与产品结构之间的层次关系模型，建立了产品模块之间的配置关系库。最后 以工程机械产品平地机为例开发了基于i n t e m e t 的机械产品定制系统，根据企业实时订 浙江大学硕士学位论文l 绪论 单，实现了产品的快速配置，建立了功能机械产品网上定制系统，为客户的个性化需求 问题提供了解决方案。 归纳起来，个性化产品定制技术涉及到了客户需求、产品结构管理、产品模块设计， 产品配置设计，智能设计、协同管理等多方面的技术和方法，并在多个产品领域如电子、 工程机械等行业进行了应用，可以帮助企业最大限度地满足客户的个性化需求，刺激消 费，扩展产品市场，降低企业成本，提高客户满意度。 1 3 产品模块构建技术 模块化的概念起源于2 0 世纪初，它是将一个复杂问题自顶向下逐层地划分成若干 模块的过程。产品模块构建是依据产品的详细设计规范和准则，将产品划分成基本的组 成模块的过程，是产品模块后续设计和优化的基础长期以来，学术界对此问题进行了 大量而丰富地研究。 g u 等k 9 9 7 1 阐述了模块的全生命周期发展方向和目标，即具有绿色特征的可回收性， 具有可持续特性的重用性，具有高效特性的可升级性，具有简易特性的可重构性等，提 出了一种面向产品生命周期的多目标集成模块化设计技术。该技术首先确定多目标因 子，然后通过交互分析将这些目标因子映射到产品设计零部件，最后利用遗传算法将这 些零件部进行聚合，最终形成具有多性能的模块。 s a l b i e h 等阽“m 曲” 1 首先指出模块化设计的目标是得到独立的、标准的单元，并且可 以用这些单元去生成不同的产品；其次提出了一种结构化的方法去划分并得到同一级别 的部件；再次根据功能和几何特征将产品进行分解，并且用相似因子去度量这些基本零 部件之间的关系；最后用模糊理论的设计方法根据不同零部件之间的相似因子，将这些 零部件进行集成来构建设计模块。 d a h m u s 等山”2 仰 建立了一种动态的产品族模型，使得不同产品之间可以重用和共 享一些可扩展模块。首先建立并组合各种产品的功能关系图，按照功能特征将产品功能 结构分成两类：一类是可以共享的功能模块，一类是具有产品自身独特功能的模块；然 后将分类规则嵌入到产品功能关系图中；最后利用产品功能结构矩阵，依照功能关系图 中的规则去划分产品模块，最终得到了基于功能结构矩阵和产品功能关系图的模块化产 品体系 c h 炯a n y 等忙h h ”坤2 0 0 阐述了由于企业供应链成员存在的动态性和可变性，以及 6 浙江大学硕士学位论文l 绪论 给产品生产企业带来的模块化设计不确定性等因素。基于此背景，建立了以企业利润最 大化和产品多元化为平衡目标的数学优化模型来处理模块组合构建的问题。 j i 趾g 等h 雄2 仰如描述了产品族设计及集成装配仿真的关键技术，提出了基于约束满 足的模块化设计流程和动态产品装配仿真技术。在满足设计、配置规则和生产能力等约 束的同时，实现产品功能域到结构域的映射。 潘双夏等皤鼠夏2 帅 利用信息熵理论和模糊聚类技术，结合客户个性化需求、产品装配、 成本与维修等因素，给出了构建的量化评价方法以及对应的数学模型，最终合理有效地 进行了模块构建。 唐涛等哮涛2 引将绿色设计、模块化设计，和层次分析法a h p 进行结合，利用零件合 并准则对零件进行合并，采用功能准则和绿色准则对模块进行划分。提出了绿色模块化 产品族构建方法，同时保证了产品的功能属性和绿色属性，最后该方法在分体空调器室 外机组中得到了应用验证 王海军等旺海军2 删阐述了将大规模定制与产品模块化设计进行结合的可能性，应用 模糊聚类算法，并考虑零件交互关系和模块形成的其它因素，将模块的形成过程进行有 序聚类，并在实例中得到了应用验证。 侯亮等喉亮2 州首先从模块化的概念，模块化的本质以及模块化在工业中的应用等方 面对模块化构建设计做了详细地总结与回顾；然后从模块化构建关键方法、模块识别关 键方法，模块化的接口和组合、模块化的编码到模块化最终的优化和评价做了详细的阐 述；最后对当前产品模块化构建设计研究热点与发展趋势进行了分析与展望，包括模块 知识管理域集成设计模块化产品的网络协同与模块化设计对先进制造技术和制造系统 的影响，为模块化构建设计的发展提供了方向。 高飞等哺飞20 0 7 1 在深入分析产品模块化构建的内外因素基础上，从功能和需求两个方 面提出了功能模块划分的准则。通过建立广义有向图和改进的质量屋，利用模块聚类原 理给出了模块划分的步骤，构建了产品模块。 综上所述，产品模块构建是一个多目标的聚类划分优化的过程旺明2 圳。国内外学者 从模块构建的速度、质量和效率等方面提出了丰富的理论和方法，推动了产品模块构建 的研究和发展。通过构建产品模块，提高了企业产品设计资源共享能力，降低了产品设 计复杂度，缩短了产品开发周期，增强了企业产品在市场中的竞争力。 浙江大学硕士学位论文 1 绪论 1 4 本文的研究背景、内容和意义 1 4 1 本文的研究背景 随着社会生产力的发展水平和科学技术的不断进步，市场竞争的焦点也不断地变 化。从二十世纪末开始，快速响应已经成为市场竞争的焦点晰”企业要通过实施快 速响应工程来提高自身的综合竞争力。快速响应工程泔筵謦1 9 9 1 包括快速捕捉市场需求信 息、快速产品设计，快速产品试制定型和快速响应制造系统等四个环节。其中，快速产 品设计是快速工程在产品设计领域的应用和体现，是针对快速发展变化的用户需求，及 时准确地设计对应产品或实现产品快速更新，满足用户的最新需求快速设计的源头和 基础是市场的需求信息，如何快速、准确地获取市场需求，同时进行快速响应设计，对 企业提高自身市场占有率非常关键。 国内外学者对于快速响应技术的基本概念，关键技术和方法进行了一系列研究，为 快速响应技术的发展和完善做出了很大的贡献，但仍然存在着一些问题在客户需求获 取方面，当前研究主要集中需求的模糊性和完整性上，缺乏在客户需求动态性和重用性 方面的研究，致使客户在表达需求过程中不能动态来进行反馈和调整客户需求视图信 息，同时由于需求的重用度低，使得需求获取的效率降低；在模块重构快速响应设计中， 模块重构的粒度在模块级别，即重构时改变某一个或者若干个子模块的结构来获取新的 产品模块。这种重构技术相对简单，粒度较大，在一定程度上满足了快速响应设计的需 求，但在模块重构灵活性和多样性方面还有一定的欠缺；在快速响应询价需求方面，成 本估算技术是其关键。目前的研究主要集中在基于相似理论的成本估算，而且相似粒度 相对较大，精度不高，同时对工艺等制造方面的成本研究不够充分，这使得成本估算误 差较大，对询价的响应准确度不高。 在上述研究背景下，本文依托国家自然科学基金( 项目编号：5 0 9 0 5 1 5 9 ) 和省部级 项目( 项目编号：b m 2 0 1 0 5 1 9 ) ，对基于特征映射的产品模块重构与成本估算关键技术 进行了深入地研究，并开发了电梯产品模块重构与成本估算系统。该系统已经在国内某 电梯集团得到了实际应用。 1 4 2 本文的研究内容和意义 本文对产品模块重构与成本估算关键技术进行了研究，主要包括产品需求特征到结 8 浙江大学硕士学位论文l 绪论 构特征的动态映射机制、产品模块的结构移植重构技术，产品模块成本的多层次估算技 术等方面的研究工作，主要研究内容如下： ( 1 ) 产品需求特征到结构特征的动态映射机制的研究 为了弥补传统需求特征到结构特征映射机制的不足，提高产品需求的重用效率与动 态映射的能力，构建了产品需求特征到结构特征的动态映射机制。在分析产品需求w e b 获取过程、产品模块动态参数化过程的基础上，建立产品需求结构化模型和产品模块半 结构化模型。通过需求多元判定，利用动态需求转化空间和复合映射函数将产品需求结 构化模型和产品模块半结构化模型进行动态关联，有助于提高需求模块与结构模块的动 态映射能力与重用效率。 ( 2 ) 产品模块的结构移植重构技术的研究 对产品模块进行多层次解析，提出模块结构体的概念。基于模块结构体移植的规则 与流程，利用半结构化模型对模块结构体移植变异后的约束进行重建。在此基础上利用 p e t r i 网模型来重建结构体移植变异后模块内部零部件之间的约束关系，从而改变模块 内部零部件之间的组合关系，有助于提高模块的可重构能力。 ( 3 ) 产品模块成本的多层次估算技术的研究 根据客户需求特征到结构特征的动态映射，对产品模块成本估算的层次性进行动态 调整。首先依据客户需求特征对产品进行相似检索得到客户需求的产品模块；然后进行 产品原材料成本和工艺成本估算，合成这两种成本从而得到估算成本。成本估算的多层 次性体现在相似检索的过程中，根据多级相似匹配检索到的模块与客户需求模块之间的 相似度来调整成本估算的层次，从而提高成本估算的速度。运用包含度理论，快速准确 地检索到移植结构体，并进行工艺派生。更小粒度结构体地重用和互换提高了成本估算 的准确性，同时也可以为产品设计提供有益的参考。 ( 4 ) 电梯产品模块重构与成本估算系统的开发与应用 在上述技术理论与方法的基础上，结合国家与省部级科研项目，开发了电梯产品模 块重构与成本估算系统，并在电梯产品中进行实施和应用，同时也验证了作者提出的产 品需求特征到结构特征的动态映射机制、模块结构移植重构和模块多层次成本估算理论 和方法的可行性。 本文共分6 章，第一章介绍了快速响应技术相关理论的发展、研究现状及应用，第 二章构建了产品需求特征到结构特征的动态映射机制，第三章着重解决了产品模块的结 浙江大学硕士学位论文l 绪论 构移植与变形重构的问题，第四章在上两章的基础上，提出了产品模块成本的多层次估 算方法，第五章根据本文所提出的理论与方法，开发了电梯产品模块重构与成本估算系 统，第六章对全文的研究内容和研究成果进行了总结，并对课题今后的研究工作做了进 一步的展望。本文的组织关系如图1 1 所示。 1 5 本章小结 本章介绍了制造企业当前面临的全球市场环境和应对机制，阐述了需求建模技术、 个性化产品定制技术和产品模块构建技术等相关理论和关键技术的研究现状，分析了快 速响应领域现有研究存在的不足，最后给出了本文的研究背景、内容以及组织思路。 图1 1 论文各章组织关系图 1 0 浙江大学硕士学位论文2 产品需求特征到结构特征的动态映射 2 产品需求特征到结构特征的动态映射 【本章摘要】为了快速响应客户需求，提高产品需求重用效率与动态映射能力， 本章提出了产品需求特征到结构特征的动态映射机制。对产品需求进行结构化 处理，构建了产品需求结构化模型。利用半结构化数据类型x m l 建立了产品 模块半结构化模型，并构建了半结构化模型的动态参数化模板。从多元判定下 的需求信息动态加载技术，复合映射函数与动态需求转换空间等方面阐述了多 层次的动态映射机制，并结合产品需求结构化模型与产品模块半结构化模型， 阐述了从需求层经过需求转换层映射到产品层的多层次动态映射过程。 2 1 引言 当前企业处于全球化的激烈竞争市场中，客户需求日益表现出多样化，个性化的特 征，制造企业以产品为中心到市场为中心，并逐渐转向以客户为中心。所以快速且准确 地响应客户需求，已经成为企业竞争十分重要的因素。产品需求特征到结构特征的转换 和映射是快速响应客户的关键，但由于客户需求的模糊性、动态性和不确定性，使得产 品需求的获取和转换的准确度、效率以及需求的重用度不高。 针对上述问题，本章提出了从产品需求特征到结构特征的动态映射机制。通过动态 需求转化空间和复合映射函数建立了产品需求结构化模型和产品模块半结构化模型之 间的关联，实现了从产品需求特征到结构特征的动态映射，提高了响应客户需求的速度 与准确度；通过建立产品模块需求重用空间与产品模块结构重用空间，实现了产品需求 与产品设计知识和经验的重用，有效地缩短了产品开发周期，降低了产品设计成本。 2 2 产品需求结构化模型 2 2 1 产品需求结构化模型定义 随着w 曲技术的逐渐成熟和广泛应用，大量的非结构化客户需求信息在w 曲平台 上越来越多得以体现。在产品订单规划初期，为达到快速响应客户需求的目的，需要建 立合理有效的产品需求模型。w 曲平台上的产品需求模型是产品结构的客户w | e b 视图， l l 浙江大学硕士学位论文 2 产品需求特征到结构特征的动态映射 是产品数据的结构化组织方式，可以被计算机快速获取和处理，并且可以有效地为后续 的产品设计活动提供需求支持。 w 曲平台上客户需求信息表现出非结构化特性，利用轻量级的数据交换格式j s o n ( j a v a s 耐p to b j e c tn o 诅t i o n ) 对此问题进行处理。j s o n 是基于j a v a s c r i p t ( s t a i l d a r d e c 凇2 6 23 r de d “i o n d e c e m b e r1 9 9 9 ) 的一个子集，采用完全独立于语言的文本格式， 易于人阅读和编