（机械设计及理论专业论文）面向用户的产品快速设计技术及其在灯具产品中的应用.pdf

浙江大学硕士学位论文面向用户的产品垫速设计技术垦茎垄堑墨兰曼塑皇里 摘 面y z 6 s 5 27 要 j j 竞争的全球化，用户需求的个性化，使得制造企业越来越意识到面向市场、 面向用户进行快速产品设计的重要性。本文在总结国内外学者相关领域研究成果 的基础上，提出了面向用户的快速产品设计所需解决的问题，结合台灯实例对其 中关键问题进行了初步和有益的探索。 憎先，针对目前面向用户的快速设计技术的发展趋势，重点研究了用户在现 代信息技术条件下参与产品开发的策略和途径，以灯具产品为例建立了基于 i n t e m e t i n t r a n e t 的用户需求获取和评价模型。研究了利用质量功能配置法将用户 的要求转化成设计要求，从而保证用户要求在产品设计中得以充分体现的策略。 同时还讨论了降低新产品开发风险的评价与决策问题。 其次，在合理化工程的基础上，探讨了计算机辅助快速设计的某些策略和方 法。在台灯设计实例中提出了通过连结结构目录加快新产品的模块化设计进程的 策略，同时也探讨了利用快速模块组合与变形设计来对用户的个性化需求做快速 响应设计的技术和方法。 最后，为了支持面向用户的快速响应体系，建立了面向设计人员的零部件库 及面向用户的网上虚拟产品库，并在p r o e 平台上构造了台灯虚拟样机自动装配 环境，以支持用户虚拟样机的快速生成。借助v r m l 技术实现用户在线三维浏 览，为网上用户参与设计提供了良好的交互工具 ，一 关键词：q f d ：合理化工程，结构目录，零件j # v r m l ，模块化，规模定制 快速设计f 变型设计- 堑垩奎兰堡主堂焦堡塞 耍塑旦生塑主曼堡望堡生垫查墨茎垄堑星主曼! 塑壁旦 a b s t r a c t w i t l lt 1 1 eg l o b a l i z a t i o no f c o m p e t i t i o na n dt h en e e d s o fi n d i v i d u a lc u s t o m e r , i ti s m o r ea n dm o r ei m p o r t a n tf o re n t e r p r i s e st od e s i g np r o d u c t sa c c o r d i n gt ot h en e e do f m a r k e ta n dc u s t o m e r s o nt h eb a s eo fs u m m a r i z a t i o no fr e l a t i v er e s e a r c hr e s u l t so f d o m e s t i ca n do v e r s e ae x p e r t s ，t h ep r o b l e m sf o rf a s tc u s t o m e r - o r i e n t e dd e s i g n ，i sp u t f o r w a r di n t h i s t h e s i s a m o n g t h e mt h e p r i m a r y a n du s e f u l s t u d y o ft h e s i x t y f o u r - d o l l a rq u e s t i o n i sc a r r i e d t h r o u g hi n t e g r a t i n g t h ei n s t a n c e so fr e a d i n g l a m p s f i r s t ，t h es t r a t e g ya n da p p r o a c h t ou s e r sp a r t i c i p a t i o ni np r o d u c t sd e v e l o p m e n ti s p a r t i c u l a r l ys t u d i e do n t h ec o n d i t i o no fm o d e mi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , a i m i n ga tt h e d e v e l o p i n gt r e n do fc u r r e n t l yf a s tc u s t o m e r - o r i e n t e dd e s i g n m o r e o v e r , a ni n t e r a c t a n di n t r a n e t - b a s e dm o d e li sb u i l tt oo b t a i na n de v a l u a t eu s e r sr e q u i r e m e n t sw h i l e r e a d i n gl a m p si s f u r t h e rs t u d i e da sa ne x a m p l e t h r o u g ht h eu s eo fq f d ，u s e r s r e q u i r e m e n t sc a nb et r a n s l a t e di n t od e s i g nr e q u i r e m e n t s ，w h i c he n s u r e st h a t u s e r s r e q u i r e m e n t sc a nb ee m b o d i e d i nt h ep r o d u c td e s i g n a tt h es a m et i m e ，t h ee v a l u a t i o n a n d d e c i s i o n m a k i n gm e t h o d i sd i s c u s s e d ，w h i c hd e a l sw i t hd e c r e a s i n gt h ev e n t u r eo f r & d s e c o n d ，s o m ef a s tc o m p u t e r - a i d e dd e s i g ns t r a t e g i e sa n dm e t h o d sa r ed i s c u s s e do n t h eb a s i so fr a t i o n a le n g i n e e r i n g b yt h eu s eo f l i r 止一s 仃1 l c n l r e c a t a l o g u e t h es t r a t e g y o fa c c e l e r a t i n gt h e p r o c e s so fm o d u l a rd e s i g ni sp o s e dh e r e ，w h e nt h ed e s i g no f r e a d i n gl a m pi ss t u d i e da sa ne x a m p l e a tt h es a m et i m e ，t h et e c h n o l o g ya n dm e t h o d ， u t i l i z i n gf a s tm o d u l a ra s s e m b l ya n d v a r i a n td e s i g nt or e s p o n dt oi n d i v i d u a lc u s t o m e r s n e e d sr a p i d l y , i sa l s od i s c u s s e d i nt h ee n d ，ad e s i g n e r - o r i e n t e du n i ts t o r ea n dav i r t u a lc u s t o m e r - o r i e n t e dp r o d u c t s t o r eb a s e do nw e ba r ee s t a b l i s h e di no r d e rt os u p p o r tt h ef r a m e w o r kr e s p o n d i n gt o f a s tc u s t o m e r o r i e n t e dd e s i g n f u r t h e r m o r e ，f o rf a s t i n gt h eg e n e r a t i o no fc u s t o m e r v i r t u a lp r o t o t y p e s ，a na u t o a s s e m b l ye n v i r o n m e n to f r e a d i n gl a m p sb a s e do nv i r t u a l p r o t o t y p e s i se s t a b l i s h e do nt h e p l a t f o r m o fp r o e n g i n e e rt o s u p p o r t t h ef a s t g e n e r a t i o no f u s e r sv i r t u a lp r o t o t y p e u n d e rt h eh e l po f v r m lt e c h n o l o g y , u s e r sc a r l e x p l o r e3 dv i r t u a lp r o t o t y p e so nl i n e w h i c hs u p p l i e sn e tu s e r s 、i t l lg o o di n t e r f a c e t o o lt op a r t i c i p a t ei nd e s i g n k e yw o r d s ：q f d ，r a t i oe n g i n e e r i n g ，s t r u c t u r ec a t a l o g u e ，u n i ts t o r e ，v r m l ， m o d u l a r i z a t i o n ，m a s sc u s t o m i z a t i o n ，f a s td e s i g n ，v a r i a n td e s i g n 、 塑垩查鲎婴圭兰垡笙塞 堕堕里宝塑主曼堡婆堡盐垫查墨茎垄堑墨兰鱼! 堕垦! 旦 第一章绪论 【内容提要】阐述了国内外在面向用户的快速产品开发方面的研究和应用，其中将快速产 品开发分成了快速产品设计和快速产品制造两个方面来阐述，并对其作了总 结；进而阐述了面向用户的产品设计研究现状。晟后分析了尚存在一些问题， 指出了本文研究内容和目标。 1 1 课题的提出 随着市场竞争的加剧，产品更新换代的加速，同时在现代的科技技术推动下， 使得制造业企业处于不断的变革之中。二战后美国制造业的战略重点变迁过程可 以归纳为如图1 1 所示，由5 0 、6 0 年代的生产规模的扩张一赢到9 0 年代的对 市场的响应速度。同时相关的产品属性也随时间的变迁有了许多的变化，如图 1 2 所示，随着时间的推移，产品的多样性和复杂性有不断上升的趋势，而产品 的寿命却不断的缩短。对于图1 2 所示的各种变化中，产品品种的多样性是由 用户个性化需求的驱使而产生的，而产品的复杂性是随着科技的进步，以及人们 所处的环境和所面对的问题的复杂性所导致得；对于产品的寿命周期的缩短，其 主要的原因是用户要求的提高和使用条件的改变所致，从而使得产品的更新换代 的速度加快，而这又导致了产品供货的紧迫性。以上是由于技术和要求的提高迫 使企业要更快地向用户提供更新、更好的产品，同时由于市场竞争的加剧，各企 业对用户市场的争夺，企业为保持一定的市场份额也要响应市场和客户的需求， 所以随着时间的推移，无论在客观还是在主观上都要求企业不断的创新、时时的 跟踪用户的需求变化并满足用户的需求。正是在这种形势下迫使企业提高设计能 力，缩短新产品的开发周期，从而有了快速设计的研究内容和方向。 产品生命周期 图1 - i ：美国制造业的战略变迁过程图i - 2 ：产品属性的变化 同时随着人们生活水平的提高，根据泰勒的人的满足层次化结构理论，人们 姐k 浙江大学硕士学位论文面向用户的产品快速 殳计技术及其在灯具产品中的应用 将从对物质生活的追求转向对精神生活生活的追求，故而人们对自己使用的物品 追求个性化的效果。所以企业要想开发适销对路的产品，首要的一点就是要了解 和掌握用户的需求及变化，从而设计开发出符合市场和用户的产品。也正是基于 此有了面向市场、面向用户产品设计的研究。 一方面是用户和市场要求企业要以他们为产品的开发中心，另一方面是企业 的竞争迫使企业对市场作快速的响应。这两方面的共同作用使得现代的制造业要 解决面向用户的快速产品开发问题。 1 2 面向用户的快速产品开发研究现状 面对日益激烈的市场竞争，并且随着全球统一的市场圈的形成，各制造企业 的命运越来越和用户与市场联系在一起。在现代市场竞争的条件下产品成功的评 价指标是t q c s 的综合，即分别为交货期( t i m e ) 、质量( q u a l i t y ) 、价格( c o s t ) 和服务( s e r v i c e ) 。q c t s 是制造业的一个永恒的主题，在不同的情况下，侧重 点有所不同。在现代复杂的需求阶段下，交货期可能的关键因素，有时是质量， 有时是价格，有时可能是它们中的几个因素的综合指标。对每一个产品而言，企 业都有一个竞争目标的合理定位，因此，企业进行的产品开发都是围绕这个目标 开展，对如何提高质量、降低产品的成本及缩短交货期都进行了不懈的努力。同 时有资料表明1 2 11 0 0 项新产品构想，有1 5 项通过表面审查，6 项进入样品原型 设计，3 项通过市场调用，只有2 项以商品化的形式进入市场。所以有必要规范 和加快产品开发的开发进程，提高产品开发的成功率。为此广大的工程设计人员 进行了不懈的努力。从设计到制造，根据现代的生产条件和客户要求都提出了理 论和思想并进行了相应的实践。 1 2 1 为缩短产品设计周期所作的努力和研究 一个产品从想法到设计样品的完成，这其中主要经过三个过程1 3 1 , “1 ，分别 是：功能设计、概念设计、和详细结构设计。而从样品转化成商品还有许多的工 作要做，包括工艺规划、生产制造、运输和销售，直到产品经使用后报废回收， 从而构成了一个产品的生命周期。波音公司根据对一般产品生命周期费用 ( l i f e c y c l ec o s t ：l c c ) 分布情况的统计，得出如图1 3 所示的相关结果。它 表明产品开发的早期概念阶段( c o n c e p t & a d v a n c e dd e v e l o p m e n t ) 将决定l c c 的 绝大部分成本( 大约为7 5 8 5 ) ，但该阶段所占l c c 的实际费用却最低( 只有 7 ) 。 这也就是说，产品的早期设计将对产品的各项性能起决定性的作用，而在这 个阶段所做的修改所冒的风险也最小。因此对缩短产品的开发周期的研究就集中 2 浙江大学硕士学位论文面向用户魍产品快速设计技术壁基垄堑墨兰曼史堕鏖旦 在如何在产品开发过程中尽早的考虑后续生命阶段的所有因素( 如工艺性、可制 造性、可装配性等等) ，以避免到了后期由于修改方案而造成资金大量浪费和产 品开发周期的延长。针对这个问题工业界就提出了并行工程的概念。 童1 0 0 量7 5 旺 冀5 0 匪 簧2 5 臣 k 图l 一3 ：一般产品生命周期费用( l c c ) 分布情况 并行工程川( c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ：c e ) 是在1 9 8 6 年夏天，美国国防部 防御分析研究所( t h ei n s t i t u t ef o rd e f e n s ea n a l y s e s ：i d a ) 发表了非常著名的r 一3 3 8 报告，并首次提出了如下定义： “并行工程是集成地、并行地设计产品及相关的各种过程( 包括制造过程和 支持过程) 的系统方法。这种方法要求产品开发人员从设计一开始就考虑产品整 个生命周期中从概念形成到产品报废处理的所有因素，包括质量、成本、进度计 划和用户的要求。” ( b ) 图1 4 ：并行工程中多学科跨部门小组的组织方式 根据这一定义，并行工程是一种团队工作方法，通过组织跨部门、多学科的 开发小组，小组成员在一起并行协同工作，对产品设计、工艺、制造等上下游各 方面进行同时考虑和并行交叉设计，及时地交流信息，使各种问题尽早的暴露， 并共同的加以解决。从而使得产品的开发时间大大缩短，同时质量和成本都得到 改善。如图l 一4 所示，( a ) 图中是并行工程中多学科小组的组织方式，而图伯) 则 浙江大学硕士学位论文面向用户的产品快速设计技杰垦基垄堑星主曼! 堕壁旦 说明了并行工程缩短产品开发周期的原因，在传统的产品开发进程中，后序工序 只有在前序工序已经完成后才开始，而在并行设计的环境下，后续工序提前开始， 假如出现问题则返回前工序，从而在局部的小循环中，解决产品设计中可能出现 的问题，而不像传统设计一样在设计的大循环中发现问题并解决此类问题。 在并行工程这种理念的引导和作用下，工程设计和研究人员开发了相应的工 具和方法来实行并行设计。d f x ( d e s i g nf o r x ) 就是最为关键的工具，同时d f x 的设计理论也是面向型产品设计”1 的主要方法，它要在产品的设计阶段，全面、 有效和清晰地表达产品生命周期内各阶段、各领域对产品设计的要求；在设计过 程中，除了满足产品对功能的最基本要求，还应在满足上述多种需求中取得折衷， 求得产品在生命周期内最优化的设计方案，从而使产品在其设计阶段就具有良好 的可制造性、可装配性、可维护性和可回收再利用等方面的能力。其中x 就代 表着产品设计中除了功能要求外的其它要求，如制造性、装配性、维护性等。 d f x 涉及产品生命周期内的多个领域，因此各领域对设计提出的要求，即领域 知识的表达，和对设计知识的决策是实现d f x 的核心。除了目前研究较为深入 的d f m ( d e s i g n f o rm a n u f a c t u r i n g ) 和d f a ( d e s i g nf o ra s s e m b l y ) ”1 之外，还 有d f d ( d e s i g n f o r d i s a s s e m b l y ) “1 ，d f r ( d e s i g n f o r r e c y c l e a b i l i t y ) ，d f s ( d e s i g n f o rs e r v i c e a b i l i t y ) ，和d f e ( d e s i g nf o r e n v i r o n m e n t ) 等。 除了d f x 技术之外，在并行工程中另外一种非常重要的支持工具则是c a x 技术。c a x 技术主要指一系列的计算机辅助技术，包括计算机辅助设计 ( c o m p u t e r a i d e d d e s i g n ：c a d ) 、计算机辅助制造( c o m p u t e ra i d e d m a n u f a c t u r i n g ：c a m ) 、计算机辅助工艺规划编程( c o m p u t e ra i d e dp r o c e s s p l a n n i n g ：c a p p ) 、计算机辅助工程( c o m p u t e ra i d e de n g i n e e r i n g ：c a e ) 等。 这些技术最初并不是专门为并行工程而开发，但是，随着技术的发展逐渐地溶 入到了并行工程中( 虽然它们仍然可能独立的发挥作用) ，并成为并行工程的有 利工具。作为c a x 的基础的c a d 技术，使得现代制造企业可以完全的抛弃图 板。现代计算机技术的发展使得设计人员可以从繁重的体力劳动中解脱出来，无 论在产品设计的直观性、形象性还是在减少修改工作量上，现代的c a d 技术的 作用都是不言而喻的。从以a u t o c a d 为代表的二位绘图软件到以p r o e 、u g 、 i d e a 、c a t i a 为代表三维作图软件的应用都为减少设计时间，加快产品的开发进程 打下了坚实的基础。随着计算机技术的发展，现代的c a d 系统已不仅仅是建立 几何模型的功能，同时还有哺1 工程分析、动态模拟、自动绘图等功能。所以在 现代计算机技术的支持下一个完整的c a d 系统，是由科学计算、图形系统和工 程数据库等组成的，而这也将进一步的促进快速设计的发展。 随着时代的发展，技术的更新推动了设计技术和设计思想的进步，但同时也 出现了新的情况，并行工程思想的研究和应用中就出现了要解决相关设计信息的 交换、检索、共享以及异地设计的相关问题，从而研究人员又提出了计算机支持 4 浙江大学硕士学位论文面向用户的产品快连堡计堕查毽基垄堑星主曼竺生里 的协同工作( c o m p u t e rs u p p o r t e dc o l l a b o r a t i v ew o r k ：c s c w ) 坤1 以及集成式的 产品设计与开发( i n t e g r a t e d p r o d u c td e s i g na n dd e v e l o p m e n t ：i p d d ) ”1 ，并也开 展了相关的产品和设计过程表达的研究1 。 对于快速产品设计而言，还有一些技术和研究取得了成效或显示出强大的生 命力，诸如计算机辅助产品的概念设计。产品的设计是要解决其作为一个产品的 三个方面的问题1 3 1 ：f u n c t i o n 、b e h a v i o r 、s t r u c t u r e ，而这又对应了三个相对独立 的设计阶段：产品定义、概念设计、详细设计。随着c a d 技术在详细设计阶段 的成功应用，研究人员正把研究的重点转向产品设计的前两个阶段，而作为重点 的概念设计的研究电正如火如荼的丌展。作为概念设计，其目的就是要根据功能 来找出作用原理，浙江大学机械设计研究所在这方面的研究走在国内研究的前 列，其中的分离功能目录整理和应用1 使得以目录的形式来处理概念设计的问 题成为可能。 对现代的产品开发而言，有许多是在现有产品的基础上做局部的修改而推出 的新产品，对于此类仿形产品设计j ：发来说，快速逆向工程技术( r a p i dr e v e r s e e n g i n e e r i n g ：r r e ) “拍将会特别的有用。r r e 是通过对现有产品的快速仿形测 量( 利用坐标测量机、层析法、光学测量、超声波测量、电磁测量等方式) ，利 用计算机技术进行曲面重构，从而完成产品的快速设计，所以r r e 技术在具有 复杂曲面的设计的环境下有很多的应用，如：航天、汽车等。 为了加快产品的开发进程，各界工程技术和研究人员不仅丌发出上述各种工 具，而且还提出了标准化、系列化、通用化、组合化、模块化理论、t 1 4 1 , 系列 化、通用化和标准化的出发点都是要合理地解决用较少种类的产品、部件和零件 来最大限度，且经济、合理地满足市场对产品品种和规格的需求。而模块化设计 则侧重于对产品的功能分析与集成，以划分基本模块，通用模块或专用模块，并 以模块为基础进行设计，通过更换或加、减相应模块以构成不同的产品，最大限 度地满足市场对产品品种的需求。同时成组技术1 5 1 ( g r o u pt e c h n o l o g y ：g t ) 的应用可以更好的保证这些理论的实施，成组技术是一门生产技术科学，研究如 何识别和发掘生产活动中有关事物的相似性，并充分的利用它，即把相似的问题 归类成组，寻求解决这一组问题相对统一的最优方案，以取得所期望的经济效益。 用成组技术指导产品的设计代替传统的设讨方法，可以使设计合理化，扩大和深 化设计标准化工作。在深刻认识零件结构和功能的基础上，根据拟订的设计相似 性标准可将设计零件分类成组形成设计族，针对设计族可以制定不同程度的标准 化的设计规范，以备设计检索，这样有关的设计信息可以最大程度的重复使用， 这就节约了时间，加快了设计速度。根据统计，当设计一种新产品产品时，往往 有3 4 以上的零件可参考借鉴或直接引用原有设计，这不仅可以减少设计人员的 重复性劳动，也可以减少工艺准备工作和降低制造成本。 5 浙江大学硕士学位论文面向用户的产品快速设计技术及其在垣墨兰曼生塑堕旦 1 2 2 为加快产品制造而做的努力 针对快速产品设计技术，制造界也做了许多的工作以加快产品的制造过程和 保证产品的制造质量，从而完成一个产品的快速开发进程。同时随着科学技术的 发展，也出现了许多新的制造技术和思想。现代的制造技术正向着系统化、智能 化、集成化、全球化的方向发展。敏捷制造( a g i l em a n u f a c t u r i n g ：a m ) “”的 提出就是响应快速制造的一个很好的例子，a m 是以竞争力和信誉度为基础，选 择合作者组成虚拟公司( 动态企业联盟) ，充分的利用各自的优势，分工合作以 增强整体竞争能力，为同一目标共同努力，快速地满足用户的制造需要。精良工 程( l e a n p r o d u c t i o n ：l p ) 7 1 却是针对生产过程而提出的，它要求简化生产过程， 减少信息量，消除过分臃肿的生产组织，使产品及其生产过程尽可能地简化和标 准化，与此同时也可保证快速制造的实现。 现代的产品生产往往是根据定单来组织的，所以在用户下定单之前，为了让 用户能直观地了解一个产品的性能，快速成型制造( r a p i dp r o t o t y p e m a n u f a c t u r i n g ：r p m ) 扪被开始研究并取得极大的发展。r p m 是8 0 年代后期起 源于美国，它是基于离散堆积成形原理的新型制造方法，利用它可以快速地生 成产品的实物模型，从而可以让用户尽快地了解产品，同时可以利用此样机进行 必要的工程等相关分析。因此r p m 技术迅速在航空航天、汽车、机械、电子、 电器、医学、玩具、建筑和艺术品等许多的领域获得了广泛地应用。 a m 的思想是集成各企业的优势资源，而对于单个企业来说计算机集成制造 系统( c o m p u t e r i n t e g r a t e d m a n u f a c t u r i n gs y s t e m s ：c i m s ) “”有着类似的功能。 c i m s 是利用信息技术( 包括计算机技术、自动化技术、通信技术等) 和现代管 理技术，加强企业的制造技术，改造传统制造业，支持新兴制造业，提高企业市 场竞争力的一种高技术。c i m s 是将一个企业的技术、管理和人进行协调，从企 业的全局出发，对企业的资源进行统筹安排，从而加快企业对市场的响应能力。 同时随着计算机技术的发展，制造企业将仿真技术引入制造过程，从而产生 虚拟制造( v i r t u a lm a n u f a c t u r i n g ：v m ) 2 0 技术。v m 是利用信息技术、仿真技 术、计算机技术对现实制造活动中的人、物、信息及制造过程进行全面的仿真， 以发现制造中可能出现的问题，在产品实际生产前就采取预防措施，从而达到产 品一次制造成功，以实现降低生产成本、缩短产品制造周期，并最终增强产品竞 争力的目的。 在全面吸收精益生产、敏捷制造和柔性生产的基础上研究人员进一步提出了 “灵快一精简一柔性”( f l e x i b l e - - l e a n - - a g i l e ：l a f ) 2 ”生产系统。它以“对市 场的快速灵活反应”和“制造资源的有效集成”作为指导思想，从而使企业能实 现快速、低成本的产品制造。 6 1 2 3 快速产品开发的总结和发展趋势 根据快速设计和快速制造的相关技术，研究人员提出了虚拟产品开发( v i r t u a l p r o d u c td e v e l o p m e n t ：v p d ) 体系框架，如图1 5 所示。利用虚拟产品设计的 方法来加快产品的开发进程是快速产品开发的一个大集成。虚拟产品设计的主要 方法是利用数字样机来仿真，在正式的样机或产品被生产出来之前，取得尽可能 多的相关参数或指标，了解和掌握产品的属性，同时从数字样机的仿真中来发现 问题，以便尽早的加以解决，从而缩短产品的开发时间和节约开发成本。 正向设计 ，j 工业设计 k 逆向设计 i 。 详细设计，r 概念设计支持l。l 逆向设计支持工具 ( 结合键合图)l 7l 零件造型l l 产品建模l 、 l ( 数据处理技术) 、l 数字样机 运动学性能ii 运动学模型卜一产- t 结构优化模型h 机构优化i 口 口口 动力学性能ll 运动力学模型卜_ 一 核 一产品装配模型h 装配性能l心 模 外观装饰设计ll 工业设计模型卜一 型 一热力学模型h 热力学性能l l 虚拟加工虚拟装配 虚拟测试 刀位轨迹检验装配建模 虚拟仪器 n c 代码检验装配工艺规划 测量过程仿真 碰撞干涉检验装配过程仿真 实验数据管理 表面质量评价公差分析与综合 图l 一5 ：v p d 核心内容框架 随着技术的发展，现代设计与传统设计相比有了很大的变化，在现代的科学 和技术条件下，现代设计有如下的趋势和特点1 2 2 1 ： ( 1 ) 、现代设计是面向市场、面向用户的设计，企业设计并制造的产品要面 7 浙江大学硕士学位论文面向用户的产品快速设计技术及其在灯点茎兰曼中堕堕旦 向激烈竞争的市场以及有着个性化要求的用户。在这竞争中关键因素就是用户的 满意度，在全球市场统一化的进程中，用户满意的标准经常受到各种因素的左右， 但最终还是体现在产品的性能( 含质量) 和价格( 含与效益有关的其它诸因素) 两个方面。 ( 2 ) 、在争取用户满意的设计同时，现代设计要求对产品进行全生命周期的 设计。在设计和规划的过程中，应该考虑到产品生命的不同阶段，不同的接触者 的不同要求，如设计、制造、运输、安装调试、运行、维修( 含产品的升级) 、 报废( 废品处理和部分再循环使用) 各个过程中用户的不同要求。这就是说现代 产品设计要考虑产品随时间的推移可能出现的各种情况，故而全寿命周期设计为 设计带来了一个崭新的理念：设计对象是个时变系统。所以对设计者来说，要知 道设计对象的时变规律，同时也要让用户知道产品在使用当前的状况，所以在 些大型的机电产品中就出现了故障诊断和状态监测等子功能。 ( 3 ) 、由( 1 ) 和( 2 ) 的特点决定了现代的产品设计是个时变系统的同时， 现代设计还要面对越来越复杂的设计问题，现代产品要能更加智能化的解决某些 问题，所以现代产品越来越依靠机、电，软件、硬件的集成。 ( 4 ) 、现代设计的设计对象不断的进入过去从未到达的领域。如：真空、高 辐射、长寿命、微观世界等。现代用户对产品性能的要求越来越高，同时产品性 能的递增速度也从来没有向今天这样快。 ( 5 ) 、现代设计技术需要多层次，多方面的支持和巨大的投入。同传统的设 计相比，现代设计对知识( 人) 和资金的要求是无法想象的。 1 2 4 面向用户的研究与工作 由于用户个性化需求的出现和发展，现如今的产品生产是面向市场、面向用 户的，所以企业产品研发的一个重点是如何跟踪和获取用户的需求，并保证用户 需求能得到满足。但是针对不同的产品，用户的要求是有很大的差异且可能时刻 在变化，y m h u a n g 旺”就总结出2 0 个大方向上的用户要求，要想能准确把握这 些用户要求，其本身存在一定的困难。同时现代企业也注意到引导用户需求的意 义，企业通过一系列的努力引导用户的消费行为，从而能达到面向用户、市场设 计的更高层次。s u l l i v a n ( 1 9 8 6 ) 对比了日本的设计方法和美国的设计方法：在 日本，是用户的需要( v o i c eo f c u s t o m e r ：v o c ) 驱动产品设计，而在美国则是 企业执行官( c 1 1 i e f e x e c u t i v e0 珩c e r ：c e o ) 或工程师驱动产品设计，所以日本 的许多产品都成功的打入美国的市场。面向用户的产品设计最直接的方法是让用 户参与产品的设计，但是缺乏用户的参与( 1 a c k o f c u s t o m e r i n v o l v e m e n t ) 也一 直是企业产品开发一个障碍，这涉及到许多的原因，有企业本身的、也有用户方 面的。 0 浙江大学硕士学位论文面向用户的产品快速设计技术及基垄堑墨兰曼主盟生星 一直以来，企业都是将产品的质量作为赢得竞争的主要手段，所以为了保证 和满足用户的需求，企业都是通过控制和保证产品的质量来实现得。但企业对产 品质量的理解也是有一个不断深入的过程的，最初认为产品质量是通过检测出来 的，到w 猷t e rs c h e w h a r t 使用基于统计的控制图来监测生产制造过程，人们开始 使用统计过程控制( s t a t i s t i c a lp r o c e s sc o n t r o l ：s p c ) 技术来控制生产过程，从 而就有了质量是生产出来的观念，随着认识的深入人们最终意识到质量首先是被 设计出来的，所以就有了面向质量的设计( d e s i g nf o rq u a l i t y ：d f d ) “4 1 的研究。 同时基于质量驱动产品开发的各种方法也相应得到了研究1 2 5 1 。对于用户的个性 化要求而言，企业为了能以低成本的实现方式来满足用户需求，提出了大规模定 制的设计方法( d e s i g n f o r m a s s c u s t o m i z a t i o n ：d f m c ) “”t 2 7 1 0 从某种意义上来说，用户定制型的产品开发是直接面向单一用户的，但同时 企业根据细分的目标市场来进行产品开发时就要考虑整体用户的要求，所以在进 行产品开发前，企业或多或少的要进行市场调查，去了解市场和用户的需求，而 且要将用户的要求落实到产品中去。正是基于这样的要求，研究人员开始了用户 需求的分析 2 8 1v 探讨市场需求和商品化产品设计之间的关系呓9 。1 3 0 1 ，也提出了 相应的评价方法日3 2 1 以保证面向市场的产品设计的开展。为了保证设计人员 能正确地认识用户的要求并能将其转化成产品的设计要求，研究人员开始研究和 利用质量功能配置。略”( 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 ) 。q f d 主要是利 用用户和产品的特性矩阵所构成质量屋( h o q ：h o u s eo f q u a l i t y ) ，将“软”而 “模糊”的顾客需求转化成可以测量的目标，从而保证正确的产品或服务迅速地 进入市场。研究人员也在q f d 的基础上进行了以用户驱动为主的产品设计工作 研究3 4 l 、3 钉。 1 3 面向用户的产品快速设计需要解决的问题 产品的快速设计是近几年出现的一种新的哲理”，与计算机集成制造 ( c i m ) ，精良工程( l p ) ，并行工程( c e ) 和敏捷制造( a m ) 相比，快速产品 设计主要目的是缩短产品的设计开发周期，提高产品的设计质量，以及提高企业 对市场的快速响应能力。现有的快速产品开发的技术和方法都强调面向产品的全 生命周期，而面向用户的快速设计关注的仅是用户和产品的设计周期，即如何快 速设计以响应用户的需求。虽然如此，并不是说产品设计不要面向全寿命周期， 而是面向用户的快速设计是作为面向全寿命周期设计的一个组成部分而存在的。 所以在特定的环境下，它存在着以下特定的问题需要研究： ( 1 ) 、企业在现代的竞争条件下，新产品的创意活动如何进行，如何通过合 适的新产品的定义活动来达到为用户设计产品的目的。 9 浙江大学硕士学位论文面向用户的产品快速设计技术及其在灯具产品中的应用 ( 2 ) 、为了实现正确的定义一个产品，就需要得到用户对一个产品的要求的 表述，即要解决用户要求的获取问题，而如何和用户保持“零距离”的接触将会 是问题的关键。与次同时，为了体现用户的需求，最直接的方法是让用户参与产 品设计，但是，用户以何种方式来参与产品开发小组，且用户在参与产品设计时 又将负什么职能也将成为问题。 ( 3 ) 、取得用户的要求后只有将用户要求正确转化成设计要求，并在设计中 加以保证且实现，才能真正的实现面向用户的设计，实施这个过程的方法和技术 需要研究。 ( 4 ) 、由于用户需求的个性化趋势，使得面向用户的设计要面向少数的用户 甚至是单个用户，这就势必导致产品的小批量生产，而企业追求的却是大规模生 产，所以在现代的产品开发的环境下，就出现了用户的个性化需求和企业批量化 生产之间的矛盾。 ( 5 ) 、如何在企业现有产品的基础上帮助用户进行产品的定制工作，以及在 用户向企业或是经销商提出定制意见后，用户如何能尽快的看到定制的结果也是 要解决的问题。文献。”中提出了用虚拟样品帮助用户来选择产品或按照虚拟样 品来定制修改方法可以借鉴。 l - 4 本文的工作安排及意义 根据面向用户的产品快速设计研究的相关综述，以及现存在的需解决问题 本论文确定了相应的研究重点和目标。 1 4 1 本文的研究重点 ( 1 ) 在现代的条件下，如何有效地获得用户的需求。这其中包含了许多的 关键问题： 该向哪些用户获取要求用户样本空间的确定； 如何在节约资源的情况下完成需求的获取要寻找一条有效的途径： ( 2 ) 在获得一定的用户需求情况后，如何将用户的要求体现到企业的产品 中去。即要求建立一个保证机制，使得用户的要求能够在产品设计时得以实施和 满足。 ( 3 ) 在产品设计的两个关键阶段的决策标准的建立。 在获取到一个产品的想法后，且经过了一定的市场调查后，对下一阶段工作 的决策，是放弃还是继续； 将用户的需求转化成技术要求后，对于产品的技术方案的评价与决策，是进 行产品原理方案修改还是进入详细设计阶段。 i o 浙江大学硕士学位论文面向用户的产品快速设计技术及其在灯具产品中的应用 ( 4 ) 如何根据用户的个性化的需求，快速地做出响应。企业的产品研发部 门可以按照用户的需求，尽快地提供产品的虚拟样机( v i r t u a lp r o t o t y p i n g ：v p ) ， 让用户根据提供的样机来提出修改意见。所以企业内部应该事先作好产品的结构 重组工作，而如何进行产品的结构重组是首先应该解决的问题。 ( 5 ) 如何给处于世界各地的用户和企业设计人员提供一个交互的平台也是 非常重要的。 1 4 2 研究内容和目标 根据产品快速开发技术的研究现状和发展趋势，结合浙江阳光集团的横向课 题，本文拟展开下列的研究内容： 产品想法的获取，企业如何有组织的去寻求新的产品创意： 与产品开发相关的市场调查的内容和方式，如何有效地充分发挥用户的参与 积极性； 利用q f d 方式将用户对产品的要求转化成相关的设计参变量； 产品模块的划分及结构的重组，以及模块结构详细设计中相关特征属性的确 定： 在合理化工作的基础上，用变型设计来响应用户个性化需求； 针对特定产品的产品模块实现虚拟样机的半自动装配，从而可以让用户根据 自己的喜好来挑选模块进行个性化的产品组装。 通过本文的研究工作，希望达到以下目的： 说明在市场中可以有组织的进行新产品的创意； 让用户通过i n t e r n e t 这一工具和企业设计人员保持经常的接触，让用户来参 与新产品开发的一部分进程； 讨论用q f d 来保证用户要求的实现，从而满足面向用户的设计思想的实现： 利用模块化思想来指导产品结构的重组，以及新部件的设计，从而可以对用 户的需求作快速的响应： 以灯具产品为例，建立一个用户和企业设计人员互动的快速响应体系，以说 明在现代科技条件下，面向用户的快速响应设计的可实现性。 浙江大学硕士学位论文面向用户的产品快速设计技术及燧堑基_ 兰曼! 塑堕旦 第二章面向用户的快速设计响应体系框架 【内容摘要】在阐述了企业快速响应体系内容的基础上，提出了面向用户的快速设计体系 框架，并对此体系框架的相关问题进行简单的分析，从而阐明本论文的章节 内容安排。 2 1 企业快速响应体系的建立 美国联合研究公司( u n i t e d r e s e a r c hc o ) 1 9 9 5 年调查表明”：6 0 的制造 企业将更短的产品开发周期作为公司竞争最主要的手段，7 0 的产品项目经理希 望在二年内将产品开发周期缩短1 0 2 0 。在当前逐渐形成全球买方市场的环境 下，市场竞争的焦点从规模、成本、质量转移到快速交货，从而对一个企业来说， 应该有一个针对市场和用户的快速响应机制。对于实施快速响应机制而言，应该 包括捕捉产品信息到及时投放市场的全面快速响应能力，包含以下几个主要模块 t 3 9 1 ( 1 ) 建立快速捕捉市场动态需求信息的决策机制： ( 2 ) 实现产品的快速设计； ( 3 ) 追求新产品的快速试制定型； ( 4 ) 推行快速响应制造的生产体系； 为了使快速响应能力有作用对象，企业首先应该能迅速捕捉复杂多变的市场 动态信息，市场信息主要包括：需求信息、经济信息、和技术信息。除了市场信 息外，有时还要关注其他信息，如政治信息等。对于市场信息进一步的细化，则 其中包括企业产品的用户信息、竞争对手的产品和营销信息、原材料的供销和更 新换代信息、企业本身的营销信息、当前与企业产品相关的新技术和新的专利等。 企业之所以要时刻关注市场，主要的目的有两个：一是让用户接受本企业的产品 和服务；二是在市场中寻找本企业新的增长点新的目标市场和新的产品创 意。市场信息不仅是企业进行日常生产、营销决策的主要依据，同时也是企业新 产品的功能特征和上市时间的决策基础，所以企业要时刻把握市场的信息，更为 重要的是要依据这些市场信息进行正确的预测和决策。 明确了市场的