（机械电子工程专业论文）基于mc的产品定制设计平台构建体系研究.pdf

塑垩三、业查兰堡主兰垡堡苎 苎墨 基于m c 的产品定制设计平台构建体系研究 摘要 产品定制设计平台是大规模定制m c 关键技术之一。本论文以大规模定制生 产模式下产品定制设计平台构建方法为研究对象，分析产品定制设计平台与用户 定制需求、企业大规模生产之间的关系；研究产品定制设计平台的结构、组成、 基本功能以及实现方法；提出以产品定制资源仓库为核心的产品定制设计平台构 建体系：在研究定制资源仓库技术基础上，建立用户理解的产品定制模型，应用 自组织理论实现用户定制产品的分类管理；并对若干关键技术进行探索，最终开 发了一个定时器产品的定制设计平台。 ， 全文分为八章。具体内容如下： f 、第一章、从顾客( c u s t o m e r ) 、市场( m a r k e t ) 、竞争( c o m p e t i t i o n ) 出发， 描述了大规模定制生产( m a s sc u s t o m i z a t i o n ，m c ) 模式出现的相关背景，并对 国内外学者关于大规模定制生产模式的理论研究进展进行了综述。在此基础上， 提出了本论文的研究思路和主要内容。 第二章、介绍大规模定制设计的基本概念和设计流程的变化，讨论大规模定 制设计的基本方法和实施情况，并探讨了目前大规模定制设计研究热点以及定制 设计平台与大规模定制设计的关系。 第三章、以产品定制设计平台为研究对象，对产品定制设计平台在大规模定 制生产m c 的地位与功能进行了深入系统的研究。提出了以产品定制资源仓库为 核心的产品定制设计平台构建理论体系，探讨了构建定制设计平台需要涉及到的 若干关键技术。 第四章、研究资源仓库在定制设计平台中的作用、组成和体系结构，探讨定 制资源仓库的设计与管理方法。 第五章、以用户需求到产品功能需求转换规律为基础，分析仓库资源组织与 用户个性化需求之间的关系，探索产品功能转换为用户理解的产品定制模型的内 在规律，提出了定制元素优化评价的数学模型。 第六章、应用自组织理论，分析用户定制产品多样化与资源仓库有限资源的 关系，研究用户驱动的大规模定制生产计划的自组织方法，实现用户定制产品的 生产计划自组织管理。 第七章、对“定时器产品定制设计平台”和“定制产品通用管理工具”的结 构组成以及功能实现作了详细说明，为论文前面章节的许多思想或方法提供了实 践依据。 第八章、对全文进行了总结，并在总结的基础上，归纳出论文的创新崩。同 时，对产品定制设计平台的进一步研究提出了初步设想和展望。、 ， 关键字：大规模定制生产，大规模定制设计，产品定制设计平台，产品定制模型 定制产品 塑婆三些奎兰堡主堂焦丝壅一皇堕 t h er e s e a r c h o fa r c h i t e c t u r e a b o u td e s i g np l a t f o r m f o r m a s sc u s t o m i z a t i o n b a s e do nm c a b s t r a c t t h ed e s i g n p l a t f o r m f o rm a s sc u s t o m i z a t i o n ( d p m c ) ，w h i c hi s i nf a v o rf o r p r o d u c t i o ni nm a s sa sw e l la ss a t i s f i e sc u s t o m e r s i n d i v i d u a t i o n ，i so n e o ft h em a i n t e c h n i q u e sf o re n t e r p r i s e ss u c c e s s f u l l yi m p l e m e n t i n g t h em a s sc u s t o m i z a t i o n t h em a i n o b j e c t i v eo f t h i sr e s e a r c hi st os t u d yt h es t r u c t u r e ，f u n c t i o no ft h ed p m c b a s e do na l l a n a l y s i so ft h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nd p m c a n dm a s sc u s t o m i z a t i o n c o n s t r u c t i o no f t h ed p m c s y s t e m w i t ht h ew a r e h o u s eo f c u s t o m i z a t i o nr e s o u r c e ( w c r ) i sd e v e l o p e d m a du s e dt ob u i l dc u s t o m i z a t i o nm o d e l ( c m ) ，w h i c hi se a s i l yc a u g h to nb yc u s t o m e r s ad p m co ft i m e rh a v eb e e n d e v e l o p e d ，w h i c h i su s e dt od e t e r m i n et h ea p p l i c a b i l i t yo f d p m cf o rd i f f e r e n tc o m m o n p r o b l e m s t h e c o n t e n t so f t h ed i s s e r t a t i o na r es u m m a r i z e d a sf o l l o w s ： c h a p t e r o n ei si n t r o d u c t i o n t h e b a c k g r o u n d o fm o d e m m a n u f a c t u r i n g d e v e l o p m e n ti sd e s c r i b e db y t h et h r e ef a c e t s ，w h i c hi n c l u d ec u s t o m e r , c o m p e t i t i o na n d c h a n g e ar e v i e wo fe x i s t i n gl i t e r a t u r e s o ft h em a s sc u s t o m i z a t i o ni ss u m m a r i z e d b a s e do n t h e s e ，t h er e s e a r c hm e t h o d sa n d i t sm a i nc o n t e n t sa r ep r e s e n t e d c h a p t e rt w op r e s e n t st h ec o n c e p to ft h ed e s i g nf o rm a s sc u s t o m i z a t i o n ，a n db a s e d e s i g nm e t h o d sa n di m p l e m e n t a t i o nf o rd f m c a r es t u d i e d t h em a s sc u s t o m i z a t i o nc a n b ee f f e c t i v e l ya c h i e v e d t h r o u g h d f m c c h a p t e rt h r e es t u d i e st h es t r u c t u r e ；f u n c t i o no f t h ed p m cb a s e do na na n a l y s i so f t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nd p m ca n dm c c o n s t r u c t i o no ft h ed p m c s y s t e mw i t ht h e w a r e h o u s eo f c u s t o m i z a t i o n r e s o u r c e ( w c r ) i s r e s e a r c h e d t h ef o r m u l a t i o no f d p m c e n a b l e st o p r o v i d ec u s t o m e rs a t i s f a c t i o nw i t hi n c r e a s i n gv a r i e t ya n dc u s t o m i z a t i o n w i t h o u ta c o r r e s p o n d i n g i n c r e a s ei nc o s ta n dl e a d - t i m e i i i 塑堡三些查兰堡主兰焦堡兰! ! 墨 c h a p t e r f o u rf o c u so nt h ea r c h i t e c t u r eo f t h ew a r e h o u s eo f c u s t o m i z a t i o n r e s o u r c e t h ew c r p r o v i d e sab a s i st od p m c i no r d e rt of u l f i l lt h ei n d i v i d u a lr e q u i r e m e n to f c u s t o m e r s b u i l d i n gm a du s i n g t h ew a r e h o u s eo f c u s t o m i z a t i o nr e s o u r c ea r es t u d i e d c h a p t e r f i v ei sr e l a t e dt ot h ec u s t o m i z a t i o nm o d e l t h ec u s t o m i z a t i o nm o d e li st h e d e s i g n i n t e r f a c eb yc u s t o m e r s ，w h i c hc a l ln a v i g a t ec u s t o m e r st o d e s i g nt h e i r o w n p r o d u c t s a n e v a l u a t i o nm a t h e m a t i c sm o d e la b o u tc u s t o m i z a t i o ne l e m e n t si sd e v e l o p e d w h i c hi sb a s e do ns t u d i e sr u l e so ft r a n s f o r mf r o mp r o d u c t sf u n c t i o nt oc u s t o m i z a t i o n m o d e l t h e c h a p t e r s i xi sa b o u tt h e m a n a g e m e n t o fc u s t o m i z a t i o np r o d u c t a sa d e v e l o p i n gb r a n c ho fs y s t e m ss c i e n c e ，s e l f - o r g a n i z a t i o nc a l lb ea p p l i e dt ot h e o r e t i c a l a n a l y s e so nt h em a n a g e m e n to fc u s t o m i z a t i o np r o d u c t b a s e do nt h ea n a l y s e so nt h e c h a r a c t e r i s t i c sa n df o r m i n gc o n d i t i o n s ，t h es y s t e mo ft h em a n a g e m e n to fc pc a nr e a c h s e l f - o r g a n i z a t i o n t h es e l f - o r g a n i z a t i o no fm a n a g e m e n to fc p p r o v i d e st h ep r o d u c t i o n p r o j c o tw i t ht h em o d e so f m a s s p r o d u c t i o n c h a p t e rs e v e ni s a b o u tt h e a p p l i c a t i o no fd p m c ad e s i g np l a t f o r mb a s e do n i n t e m e ta n dc o n u n o np l a t f o r mo fm a n a g e m e n to fc p a r ed e v e l o p e da st h ee x a m p l e s a b o u tt h ep r e v i o u s c h a p t e r s t h el a s tc h a p t e ri sc o n t u s i o na n d o 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 na r e s u m m a r i z e d ，a n dt h ei n n o v a t i o n sa r ep o i n t e d t h ef u t u r ew o r k s a r e p u tf o r w a r d k e yw o r d s ：m a s s c u s t o m i z a t i o n ，d e s i g nf o rm a s sc u s t o m i z a t i o n ，d e s i g np l a t f o r mf o r m a s s c u s t o m i z a t i o n ，c u s t o m i z a t i o nm o d e l ，c u s t o m i z a t i o n p r o d u c t i v 塑垩三、业盔兰堡圭堂垡笙塞：二垂! ! ! 堕 表格列表 表1 一l 大规模定制与大规模生产的区别 表5 - 1p m 、c m 之间的区别 6 5 6 表5 2 模块化数据模型与参数化数据模型之间的比较 5 8 表5 - 34 ，与4 的5 种相对关系 6 0 表5 4 关于成本的各个候选定制选项的相对关系 表6 1 产品设计数据 表6 2 产品制造数据 表6 3 实体p 的数据 表6 - 4 实体q 的数据 表6 5 实体r 的数据 6 1 7 0 7 1 8 3 8 4 表6 - 6 实体链接后的执行结果 8 4 表7 1 烤箱定时器的定制参数表 x 8 7 塑望三些查兰堡主兰垡堡苎堕! ! ! 堕 图形列表 图1 1 产品生命周期不断缩短 3 图卜2 产品品种数增加情况 图卜3 通用公司l i n c o l n 汽车的定制界面 图卜4d e l l 公司的销售增长图 图1 5 计算机公司生产模式转变图 图卜6n i k e 公司运动鞋的定制界面 图卜7 海尔公司冰箱的定制界面 图卜8 论文的结构图1 7 图2 - 1 设计流程领域扩展 图2 - 2 大规模定制设计的效果 图2 - 3 并行设计模式 图2 - 4 产品通用模块的抽象 图2 - 5 设计问题中的转换系统 图2 - 6 产品族设计流程 图3 - 1 产品定制设计平台i d e f 0 图 3 6 图3 2 以定制资源仓库为核心的定制设计平台结构 图3 - 3m c 、d f m c 、d p m c 之间的关系 3 6 3 7 图3 - 4 定制模型的映射模式 i 3 8 图3 - 5d p m c 的四层体系结构 3 9 图4 - 1 资源仓库结构 4 6 图4 - 2 简单堆积数据 4 7 图4 - 3 定制资源仓库资源组成 图4 4 用户购买产品概念模型e - r 图 图4 5 用关系表达多维概念的示例图一星型模式 4 8 4 9 5 1 图4 - 6 数据多维分析 5 2 图4 7 产品材料清单的多维数据 图5 - 1 定制模型的信息流程 x l 5 3 5 6 ， b m 坫 侈 勉 拍 凹 如 塑兰三、业查兰堡圭兰堡堡苎 ：里墨：! 竖 图5 - 2 a h p 层次 图5 - 3 定制模型建模的i d e f 3 过程建模 图5 4 会议定时器 图5 - 5 定时器产品定制元素分类 图6 - 1 定制产品与资源仓库的关系 图6 - 2 把对象抽象成类 图6 3 定制产品的结构图 图6 - 4 定制产品1 、2 制造结构视图 图6 - 5 客户订购定制产品i d e f l x 图 图6 - 6 客户驱动的规模化生产实现计划模式 图6 7 定制产品“三棵树”的实现模式 图6 8 树 图6 - 9 沿指针遍历树的二叉链表 图6 1 0 沿层遍历二叉树的二叉链表结构 图6 - 1 1 实体p 、q 、r 的功能视图 图7 - 1 烤箱定时器 8 3 图7-2浏览器服务器结构88 图7 - 3a s p 网络访问结构图 89 图7 4 用户定制设计主页 图7 - 5 烤箱定时器界面 8 9 9 0 图7 - 6 提交定制参数 9 0 图7 7 定制产品加入购物车 图7 8 确定用户身份 图7 - 9 用户订单 图7 一1 3 用户定制信息 图7 1 4 平台的设计界面 图7 1 5 填写产品零部件详细信息 x l i 9 1 9 1 9 l 9 3 9 4 9 5 以 矾 卯 醯 记 鸺 弛 四 趴 窨 s ! 吩 一表瓶n 删陆界产登表购员列订理户户管用用 加 u 他 卜 卜 卜 图图图 塑垩三些查兰堡主堂垡堡壅堡堕! ! 堕 图7 1 6 设计树的功能操作 图7 1 7 用户基本信息管理 图7 一1 8 用户可供组织的属性 图7 一1 9 按客户所属国家属性组织的结果 图7 2 0 定制产品配置设计界面 图7 2 1 定制产品制造信息界面 够 卯 卯 塑垩三些查堂堡主兰焦丝苎! ! ! 堕 词汇表 a g i l em a n u f a c t u r i n g ( a m ) ，敏捷制造 a n a l y t i ch i e r a r c hp r o c e s s ( a h p ) ，层次分析过程 b u s i n e s sp r o c e s se n g i n e e r i n g ( b p e ) ，业务过程工程 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, i l l 务器 c o m m o np r o d u c tp l a t f 0 1 t 1 1 ( 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 np l a t f o r mf o rm a s sc 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 y o fs c a l e ，规模经济 e c o n o m y o f s c o p e ，品种经济 e n t e r p r i s ep r o c e s s ，经营过程 g r o u pt e c h n o l o g y ( g t ) ，成组技术 i n t e g r a t i o nd e f i n i t i o nm e t h o d ( i d e f ) ，集成定义方法 i d e f o ，功能模型 i d e f 3 ，过程描述获取 i d e f l x ，数据模型 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 m a r k e tt u r b u l e n c e m 印( m t m ) ，市场扰动图 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 m e t a d a t a ，元数据 o r i e n t e do b j e c t ( o 一0 ) ，面向对象的方法 x 塑垩三些查兰堡圭兰壁笙奎 ： 一j ! 竖墨 p r e f e r e n c ev e c t o r ，优先级矢量 p r i n c i p a le i g e n v a l u e ，主特征值 p r i n c i p a le i g e n v e c t o r ，主特征矢量 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 f a m i l y a r c h i t e c t u r e ( p f a ) ，产品族体系 p r o d u c tm 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 r a n d o mw a l k ，无规则游走 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 r t u a l r e a l i t ym o d e l i n gl a n g u a g e ( v r m l ) ，虚拟现实模型语言 w a r e h o u s eo f c u s t o m i z a t i o nr e s o u r c e ( w c r ) ，定制资源仓库 塑坚三些茎兰堕主兰壁堡塞量= 皇! 坠 第一章绪论 摘要 本章从顾客( c l l s t o m e r ) 、市场( m a r k e t ) 、竞争( c o m p e t i t i o n ) 出发，描述了大 规模定制生产( m a s sc u s t o m i z a t i o n ，m c ) 模式出现的相关背景，并对国内外学者关于大规 模定制生产模式的理论研究进展进行了综述。在此基础上，提出了本论文的研究思路和研究 的主要内容。最后，给出了论文的选题背景和主要章节的结构，并总结了论文的创新内容。 关键词：背景研究大规模定制综述论文结构 1 1 引言 随着现代科学技术的迅猛发展，产品生命周期大大缩短，使产品尽早上市已 成为企业竞争的首要目标。同时由于用户需求的多样化，用户与企业的信息交流 变得越来越方便，新技术、新产品不断涌现和柔性生产技术的发展等原因，使得 福特提出的大规模生产( m a s sp r o d u c t i o n ，m p ) 模式已经无法适应快速多变的市 场的需要。当前市场竞争环境变得迅速而又不可预测，传统的通过经济规模而提 高竞争力的方法不再有效；用户需要低价格的个性化的产品；产品生命周期缩短， 竞争者只要花费很少的成本( 或作很少的变动) 就能快速生产最新的产品；大批 量生产中的，刚性的、高度自动化生产线不能适应用户对产品的多样化需求。在 新的市场环境中，企业需要一种新的生产模式：能够以大规模生产的效益( 包括 低成本和短交货期) 进行定制产品的生产。大规模定制生产( m a s sc u s t o m i z a t i o n ， m c ) 正是这样一种新的生产模式，它根据每个用户的特殊需求，用大规模生产的 效益完成定制产品的生产，从而实现用户的个性化和大规模生产的有机结合”3 。由 于它能够以过去不可思议的模式来满足当今动态多变市场的要求，所以正在逐步 成为信息时代企业的重要生产模式之一。”3 本章1 2 节对现代制造业管理模式发展的背景进行分析，阐述大规模定制生 产模式出现的必然性，1 3 节对大规模定制生产模式下的相关理论进行了介绍，1 4 节对国内外关于大规模定制生产的理论研究进行了综述，1 5 节介绍了本论文的研 究特色和主要工作内容并给出论文的选题背景和结构，1 6 节是本章总结。 1 2 现代制造企业生产模式背景研究 塑坚三、业盔堂堡主兰堡垒苎 兰二望! 丝 1 2 1 现代制造企业面临的环境和挑战 进入2 0 世纪9 0 年代以来，由于科学技术不断进步和经济的不断发展、全球 化信息网络和全球化市场形成及技术变革的加速，围绕产品的市场竞争也日趋激 烈。技术进步和需求多样化使得产品寿命周期不断缩短，企业面临着缩短交货期、 提高产品质量、降低成本和改进服务的压力。所有这些都要求企业能对不断变化 的市场做出快速反应，源源不断的开发出满足用户需求的、定制的个性化产品去 占领市场以赢得市场，市场竞争也主要围绕为客户提供更具个性化产品的竞争而 展开。综合而言，企业面临的环境有如下几个方面： ( 1 ) 高新技术的使用范围越来越广。全球高速信息网络使所有的信息都极易 获得，用户与企业的交流变得越来越便利。以计算机及其它高技术为基础的新生 产技术在企业中的应用是2 0 世纪的主要特色之一。例如，计算机辅助设计、计算 机辅助制造、柔性制造系统等，在世界各国尤其是工业发达国家的生产和服务中 得到广泛应用； ( 2 ) 用户的要求越来越苛刻。随着时代的发展，大众知识水平的提高和激烈 竞争带给市场的产品越来越多、越来越好，用户的要求和期望越来越高，消费者 的价值观发生了显著变化，需求结构普遍向高层次发展。一是对产品的品种规格、 花色品种、需求数量呈现多样化、个性化需求，而且这种多样化需求具有很高的 不确定性；二是对产品的功能、质量和可靠性的要求日益提高，而且这种要求提 高的标准又是以不同用户的满意程度为尺度的，产生了判别标准的不确定性；三 是要求在满足个性化需求的同时，产品的价格也要低廉。“用户的苛求便是我们的 追求”已经成为不少企业服务的宗旨； ( 3 ) 全球性技术支持和售后服务。赢得用户信赖是企业保持长盛不衰的竞争 力的重要因素之一。赢得用户不仅要靠具有吸引力的产品质量，而且还有靠销售 后的技术支持和服务； ( 4 ) 经济全球化已经和正在给各国经济发展带来深刻的影响，企业既面临着 发展机遇也面临着严峻的挑战。全球化竞争的结果是推动了全球经济的一体化。 1 2 2 市场竞争的主要特点 与严峻的市场环境相呼应的是市场竞争的特点也在不断变化。随着经济的发 展，影响企业在市场上获得竞争优势的主要因素也发生着变化。现代制造企业竟 2 塑望三些盔堂堡圭兰垡丝兰翌二皇! 丝 争的环境具有如下特点。 1 产品生命圈期越来越短 随着消费者需求的多样化发展，企业的产品开发能力也在不断提高。目前， 国外新产品的研制周期大大缩短。例如，a t t 公司新电话的开发时间从过去2 年 缩短为1 年；惠普公司新打印机的开发时间从过去的4 5 年缩短为2 2 个月，而且 这一趋势还在不断加强，如图卜1 所示。与此相应的是产品的生命周期大大缩短 了，企业在产品开发和上市时间的活动余地也越来越小，给企业造成巨大压力。 根据统计，电子产品平均市场寿命已经从1 9 7 8 年的8 年左右缩短到1 9 9 4 年的2 3 年，特别是个人计算机产品，几乎是一上市就已经过时了，就连消费者都有些应 接不暇。如何解决好产品生命周期缩短与开发周期缩短之间的矛盾成为企业生死 攸关的问题。 行业 化妆品 玩具 机床 食品 药品 j u l t - f 现在 i l i i 时盥 d5l f 1 52 f2 s 图i - i 产品生命周期不断缩短。 口 一 2 产品数量急速澎胀 因消费者需求的多样化越来越突出，厂家为了更好地满足其要求，便不断推 出新的品种，从而引起了轮又一轮的产品开发竞争，结果是产品的品种数成倍 增长。以日用百货为例，据有关资料统计，从1 9 7 5 年到1 9 9 1 年，品种数已从20 0 0 种左右增加到2 00 0 0 种左右，如图卜2 所示。尽管产品数已非常丰富，但消费者 在购买商品时仍然感到难以称心如意。为了吸引用户，许多厂家便不断增加产品 的品种。但是，按照传统的管理模式，每一种产品都生产一批以备用户选择，这 给企业和销售商造成了大量的库存和资金的积压，严重影响了企业的竞争力。 塑垩三些查兰堡主堂垡堡壅丝二里! ! 堡 籁 口墨 札 图i - 2 产品品种数增加情况” 37 客户需求多样化和个性化 客户不再满足于选择企业提供的干篇一律的产品，他们希望得到能满足个性 化需求的多样化产品。在产品中融入客户个性化需求已经逐渐成为世界潮流，如 i b m 、通用汽车、福特汽车等等世界知名大公司纷纷推出了个性化的产品，这一潮 流对企业造成了新的压力。 4 对交货期的要求越来趣高 随着市场竞争加剧，经济活动的节奏越来越快。其结果是每个企业都感到用 户对时间方面的要求也越来越高。2 0 世纪8 0 年代以后，企业之间的竞争已经从原 来成本、质量的竞争转变为时间因素的竞争。这里所说的时间要素主要是指交货 期和响应周期。用户不但要求厂家要按期交货，而且要求的交货期越来越短。能 否更快、更好、以更低的成本制造出新的产品上市，将是制造企业生存发展的关 键。因此，缩短产品的开发、生产周期，在尽可能短的时间内满足用户要求，已 成为企业相互竞争的关键因素。 5 多品种小批量生产眈钠增大 由于用户本身的多元化与用户需求的多样化以及市场竞争的国际化，越来愈 多的企业发现仅仅依靠一、两种产品是难以在激烈的市场竞争中立足。在这种形 式下，多品种小批量在生产中的比例越来越大。 6 市场动态多变 世界市场的动态多变己成为企业生存环境的主要特征。今天畅销的产品由于 市场环境的变化，明天可能会成为滞销的产品。市场的动态多变对企业生存压力 的重大影响已成为越来越多人的共识。b j o s e p hp i n ei i 通过广泛的市场调查，给 出了汽车、电信、国防等企业的市场扰动图( m a r k e tt u r b u l e n c em a p ) ，说明现代 4 堑垩三些盔兰堡主堂堡堡壅兰! ! ! 坠 企业所处市场动态多变的状况。”3 1 2 3 新的竞争环境对企业生产模式的影响 2 0 世纪9 0 年代以来，由于科学技术飞速进步和生产力的发展，顾客 ( c u s t o m c r ) 消费水平不断提高，企业之间竞争( c o m p e t i t i o n ) 加剧，加上政治、 经济、社会环境的巨大变化( c h a n g e ) ，使得需求的不确定性大大加强，导致需求 日益多样化。“3 c ”既是多样性与市场需求不确定性的根源，也是促进企业不断提 高自身竞争能力的外在压力。在全球市场的激烈竞争中，企业面对一个变化迅速 且无法预测的买方市场，传统的生产和经营模式对市场剧变的响应越来越迟缓和 被动。为了摆脱困境，企业采取了许多先进的单项制造技术和管理方法，如计算 机辅助设计、柔性制造系统、准时生产、制造资源计划( m r p i i ) 等，虽然这些方 法取得了一定的成效，但在经营的灵活性、快速满足顾客需求方面并没有实质性 改观。人们终于意识到问题不在于具体的制造技术和管理方法本身，而是在于他 们仍囿于传统生产经营模式的框框之内。”1 制造业的生产组织形式往往受当时的科技发展和历史条件制约，并随着社会 进步不断发生变化。2 0 世纪前的制造业还是一种基于手工作坊式个体劳动。由于 技术水平的限制，产品没有互换性，不能进行大规模生产。到了2 0 世纪2 0 年代， h e n r yf o r d 开创了机械自动化流水线生产，提出了标准化的概念。加上t a y l o r 引 入的科学管理思想，出现了“少品种、大批量”的生产方式。大批量的生产方式 带来了成本的降低，质量也更容易得到保证。这种生产模式通过产品的批量降低 生产成本，其特点是零部件可以高度互换、产品可选范围小、功能固定、生产批 量大、成本和价格较低，这种生产模式下的经济被称为规模经济( e c o n o m yo f s c a l e ) ，在以后的相当长时间内，这种生产方式得到了空前的成功，典型应用如汽 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，客户 今天的购买环境和选择范围与以往相比已经有了根本不同。国际化的市场向客户 提供了更广范围内时间、成本、质量和服务等方面的选择，人们不再满足于根据 企业已有的产品进行选择，在产品的设计与生产中不断融入客户的个性化需求已 经成为当前制造业区别传统制造业的主要标志。这种多品种、小批量的产品类型 决定了企业只能按照客户具体的需求组织生产，这样的生产模式称为定制生产( 又 成为订单生产) ，与此相对应的经济称为品种经济( e c o n o m yo f s c o p e ) 。定制生产 塑兰三、业查堂堡主兰些笙壅箜二里! 丝 满足了客户的个性化需求，但由于需要根据客户的特殊要求组织生产，由此而带 来的问题是产品开发周期长、成本高、质量不稳定等不利因素。在这种形式下， 大规模定制生产模式应运而生，它是为了解决传统定制生产面临的诸多问题，利 用大批量生产的效率生产出满足客户需求的定制产品的一种生产模式。”“”“ 1 3 大规模定制生产概念、特征及相关技术 1 3 1 大规模定制的概念 早在1 9 7 0 年，预言家a l v i nt o f f l e r 就在其 f u t u r es h o c k ) ) 一书中对大规 模定制生产模式做出了预告。1 9 9 3 年，b j o s e p h p i n ei i 对大规模定制的内容进行 了完整的描述。 大规模定制能够以几乎每个人都能付的起价格提供差异化的产品，它是一种 崭新的生产模式，通过把大规模生产和定制生产这两者生产模式的优势有机地结 合起来，在不牺牲企业经济效益的前提下，满足客户个性化的需要。大规模定制 的基本思想在于：通过产品结构和制造过程的重组，运用现代信息技术、新材料 技术、柔性制造技术等一系列高新技术，把产品的定制生产问题全部或者部分转 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。大规模定制与大规模生产的区别如表卜1 所示。 表1 - 1 大规模定制与大规模生产的区别” 大规模生产大规模定制 管理导向以产品生产为中心以顾客需求为中心 生产驱动根据市场预测安排生产推动式的生产方式根据客户和订单安排生产拉动式生产方 模式式 成本领先战略差异化战略 战略通过家底成本、提高生产效率获取竞争优通过快速反应、提供个性化的产品获得 势竞争优势 产品单一产品随客户需求而变 产品开发周期长产品开发周期短 主要特征产品生命周期长产品生命周期短 机器设备专用，设备调整时间长、调整费柔性的机器设备，设备调整时间短、调 用高整费用低 需求稳定需求动态变化 适用范围 统一市场离散市场 6 塑堑三些盔堂堡主堂垡丝兰 一蔓二! ! ! 丝 1 3 2 大规模定制的特征 大规模定制经济具有以下特点：”】 ( 1 ) 以客户需求为导向。在传统的大规模生产方式中，先生产，后销售， 因而大规模生产是一种推动型的生产模式；而在大规模定制中，企业以客户提出 的个性化需求为起点，为客户提供个性化的产品和服务，因而大规模定制是一种 需求拉动型的生产模式； ( 2 )以现代信息技术和柔性制造技术为支持。大规模定制经济必须对客户 的需求做出快速反应，这要求有现代信息技术作为保障。i n t e m e t 网络技术和电子 商务的迅速发展，使企业能够快速地获取客户的订单；c a d 系统能够根据在线订 单快速设计出符合客户需求的产品；柔性制造系统保证迅速生产出高质量的定制 产品； ( 3 )以模块化设计、零部件标准化为基础。通过模块化设计、零部件标准 化，可以批量生产模块和零部件，减少定制产品中的定制部分，从而大大缩短产 品的交货期和减少产定制的成本； ( 4 )以敏捷为标志。在传统的大批量生产方式中，企业和消费者是一对多 的关系，企业以不变应万变。而在大规模定制经济中，企业与消费者是一对一的 关系，企业面临的是千变万化的需求，大规模定制企业必须快速满足不同客户的 需求。因此，大规模定制企业是一种敏捷组织，这种敏捷不仅体现在柔性的生产 设备、多技能的人员，而且还表现为组织结构的扁平化和精练； ( 5 )以竞争合作的供应链管理为手段。在未来市场经济中，竞争不是企业 与企业之间的竞争，而是企业供应链与供应链之间的竞争。大规模定制企业通过 与其供应商建立起既竞争又合作的关系，共同满足客户的需要。 1 3 3 大规模定制的相关技术 i 并行i 程 并行工程( c o n c u r r e n t e n g i n e e r i n g ，c e ) 是一种以加速产品开发过程为目的， 集成和并行地设计产品及其相关地各种过程的系统方法，这种方法要求产品开发 人员在设计一开始就考虑产品整个生命周期，即从概念形成到产品报废处理的所 有因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求。1 并行工程首先是一种制造哲理，这种哲理把人们对制造系统集成从信息上升 塑翌三、业查兰堡主兰垡堡壅j 兰! ! 丝 到过程，从而使传统的产品串行开发方式发生了根本变化。并行工程同时也是一 种企业制造战略，这种战略把c a d c a m c a e 的集成化和可制造性设计结合起来， 其组成部分有：( 1 ) 确认当前制造过程的能力和限制，产生生产过程的结构化分 析和数据流向图；( 2 ) 对装配关系进行可制造性、可装配性、可测试性和可维护 性的论证与检查；( 3 ) 开发计算机集成网络支撑系统，使c a e c a d 设计的加工信 息直接传送给制造过程，实现c a d c a m c a e 集成；( 4 ) 尽可能开发并利用创新 技术，实现产品原型的制作，并将原型制作中的信息及时反馈给设计人员。企业 按照上述战略开发产品，能有效地缩短产品开发周期并降低成本。”1 为快速响应客户需求，缩短定制时间，需要在大规模定制生产中引入并行工 程的概念。并行工程是为了基于时间的竞争情况下提出的缩短产品设计时间的一 种方法，它通过将产品设计、制造等领域的并行来缩短产品开发的时间，采用并 行工程的设计方法成为并行设计。大规模定制设计仍然需要并行进行，并且是实 现大规模定制设计在流程安排上的重要一环，它能提高设计完成的速度。而大规 模定制设计并行考虑的范围却进一步扩展到产品的销售和服务等领域，成为产品 全生命周期的并行。 2 敏捷镑造 敏捷制造( a g i l em a n u f a c t u r i n g ，a m ) 是美国为加强其在2 l 世纪经济霸主地 位，在总结日本、德国经验的基础上在“2 1 世纪制造业战略发展报告”中首次提 出的一种新的制造模式，是美国先进制造技术研究的重要里程碑。敏捷性是一种 战略竞争能力，是一种在无法预测的持续、快速变化的竞争环境中生存、发展并 扩大其竞争优势的能力。 敏捷制造和大规模定制生产联系在一起表示的是适应性和快速反应。在未来 竞争环境下，企业面临的最大的挑战来自满足不同客户的不同需要，因此，产品 的敏捷性应体现在以最快的速度对产品进行变型设计和适应设计，以满足用户的 需求。而变型设计和适应设计基于可重用、可重组的产品模型基础之上，因此敏 捷产品和敏捷生产过程应该是可重用、可重组、可三化( 系列化、标准化、通用 化) 产品的生产过程；在敏捷设计过程中，应尽可能应用现有成熟的零部件，以 缩短开发周期，提高质量，降低成本；工程图纸及零件标准化、产品定义数据模 型标准化、商务报告标准化、合作运行方法标准化、知识产权共享标准以及虚拟 生产协议等信息交换标准化是敏捷制造的关键技术：提高组织的柔性，“插件兼容 塑兰王些查兰堡主兰堡堡苎兰童! ! 堕 式”成为敏捷组织的主要特征。 3 成组技术 成组技术( g r o u pt e