（机械制造及其自动化专业论文）面向大规模定制生产模式的产品族配置管理.pdf

哐庆人学硕士学1 立论文 中文摘要 摘要 随着经济的全球化和市场的不断细分，大规模定制正在悄然兴起，并正在逐 渐改变2 1 世纪的制造业。大规模定制下庞大的产品品种增加了产品营销管理、产 品开发、生产管理和供应管理的复杂性。产品族配置管理作为一种产品数据组织 与管理的形式，将各种不同产品构成的最终产品物料清单及工艺流程数量减至最 少。通过消除火规模定制中的数据冗余，提高了销售、产品歼发及生产管理的效 率。本论文主要研究面向大规模定制的产品族配置管理的方法和技术。 在第二章中，研究了产品族配置管理模式。首先，分析了大规模定制生产模 式下，企业所面临的挑战。然后，研究了为应对这些挑战，企业应该采取的策略， 包括：产品开发策略，产品生产策略。在开发生产策略的基础上，研究了定制产 品开发生产的模式。将大规模定制模式下的产品开发流程分为两个阶段：产品族 和产品平台的开发，面向客户的产品族配置设计。将定制产品的生产流程分为了 两个阶段：通用零部件的大规模生产，定制零部件的成组定制生产。具体分析了 这种开发生产模式的特点，和该模式赖以实现的基础产品族配置管理。在此基 础上提出了产品族配置管理框架，研究了产品族配置管理的业务流程。 在第三章中，研究了产品族建模技术。首先，分析了现存的产品族模型存在 的问题，在此基础上提出研究了产品族模型应该达到的要求。研究了产品族的体 系结构，以及对应的产品族模型的三视图。建立了基于g b o m 的产品族结构模型， 研究了模型的计算机表达方法，最后应用一个建模案例验证了方法的可行性。 在第四章中，研究了产品族配置技术。首先，分析了现存的产品配簧方法。 结合产品族模型研究了销售配置、设计配置和生产配置的技术和方法。其中，销 售配置采用基于特征的配置技术，设计配鼍采用基于约束和实例的配置技术，生 产配置采用生产流程分析法。研究了这些方法技术在不同配置阶段的具体应用。 关键字：大规模定制，产品配置，产品族，类物料清单 重庆大学硕士学位论文 英文摘坚 a b s t r a c t w i t ht h ei n c r e a s i n gc o m p e t i t i o ni nt h eg l o b a lm a r k e t ，m a s sc u s t o m i z a t i o nh a s r e c e n t l yr e c e i v e dm u c h a t t e n t i o na n dp o p u l a r i t yf r o mb o t hi n d u s t r ya n da c a d e m i aa l i k e i th a sb e e nc o n s i d e r e da san e wb a t t l e f i e l df o rm a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e s i ti sc h a n g i n g t h ee n g i n e e rm e t h o d s ，m a n u f a c t u r em e t h o d sa n ds a l em e t h o d s t h eh i g hp r o d u c tv a r i e t y i n c r e a s e st h e c o m p l e x i t y o f e l l g i n e e r ，m a n u f a c t u r e ，a n dl o 茸s t i cm a n a g e m e n t c o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n to fp r o d u c tf a m i l yr e d u c e st h ea m o u n to f b o ma n dp r o c e s s f l o wa s a n a p p r o a c h o fd a t a m a n a g e m e n t w i t ht h e d a t ar e d u n d a n c yr e d u c e d ，t h e e f f i c i e n c yo fs a l e ，e n g i n e e ra n dm a n u f a c t u r i n gi si m p r o v e d t h e m e t h o da n dt e c h n o l o g y o f c o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n to f p r o d u c tf a m i l y i sr e s e a r c h e di nd e t a i l 血c h a p t e rt w o t h e m o d eo fc o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n to fp r o d u c t f a m i l y i s r e s e a r c h e di nd e t a i l a tf i r s t ，t h ec h a l l e n g ew h i c hm a s sc u s t o m i z a t i o ne n t e r p r i s e sa r e c o n f r o n t e dw i t hi ss u m m a r i z e d t om e e tt h ec h a l l e n g e ，c o r r e s p o n d i n gs t r a t e g i e sa r e r e s e a r c h e d t h e s e s t r a t e g i e s i n c l u d e s t r a t e g i e s o f p r o d u c td e v e l o p m e n t a n d m a n u f a c t u r i n gs t r a t e g i e s o n t h eb a s i so ft h e s e s t r a t e g i e s ，t h e m o d eo fp r o d u c t d e v e l o p m e n t a n d m a n u f a c t u r i n g f o rm a s sc u s t o m i z a t i o ni sr e s e a r c h e d 1 1 1m a s s c u s t o m i z a t i o ne n t e r p r i s e st h ep r o d u c td e v e l o p m e n tp r o c e s si sd i v i d e di n t ot w oc h i l d p r o c e s s e s ：d e v e i o p m e n to f p r o d u c tf a m i l ya n dp r o d u c tp l a t f o r m ，c o n f i g u r a t i o nd e s i g no f p r o d u c tf a m i l y t h em a n u f a c t u r i n gp r o c e s so fc u s t o m i z e dp r o d u c ti sd i v i d e di n t ot w o p r o c e s s e s ：m a s sp r o d u c t i o no fc o m m o np a r t s ，g r o u pp r o d u c t i o no fc u s t o m i z e dp a r t s c o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n to fp r o d u c tf a m i l yw h i c h i st h eb a s i so ft h em o d e si s a n a l y z e d t h e f r a m e w o r ko fc o n f i g u r a t i o n m a n a g e m e n ti sp r o p o s e d t h e w h o l e o p e r a t i o np r o c e s s i sr e s e a r c h e du n d e rt h ef r a m e w o r k i nc h a p t e rt h r e e ，t h et e c h n o l o g yo f p r o d u c t f a m i l ym o d e l i n g i sr e s e a r c h e di nd e t a i l a tf i r s t ，t h r o u g ha n a l y z i n ge x i s t i n gp r o d u c tf a m i l ym o d e l s ，t h et a r g e ta n dp r i n c i p l e s w h i c hag o o dp r o d u c tf a m i l ym o d e ls h o u l ds a t i s f ya r ep r o p o s e d t h e np r o d u c tf a m i l y a r c h i t e c t u r ea n dt h em u l t i v i e wo f p r o d u c tf a m i l ym o d e lj sr e s e a r c h e d t h es t r u c t u r e m o d e lo fp r o d u c tf a m i l yb a s e do ng b o ma n dt h e k n o w l e d g er e p r e s e n t a t i o no ft h e m o d e li sr e s e a r c h e d i nt h ee n da m o t o r c y c l ep r o d u c tf a m i l ym o d e l i n gc a s ei sg i v e nt o p r o v e t h em e t h o df e a s i b i l i t y i nc h a p t e r f o u r ，t h ep r o d u c tf a m i l yc o n f i g u r a t i o nt e c h n o l o g yi sr e s e a r c h e d a tf i r s t ， e x i s t i n gm e t h o d s o f p r o d u c tc o n f i g u r a t i o na r es u m m a r i z e d b a s e do nt h ep r o d u c tf a m i l y i i 重丛叁兰堕主堂丝堡苎 一兰翌：i | 堕 m o d e l p r o p o s e d o na b o v e c h a p t e r s a l e c o n f i g u r a t i o n m e t h o d s 。“g l n 。n “g c o n n 郫r a t i o nm e t h o d sa n dm a n u f a c t u r i n gc o n f i g u r a t i o nm e t h 6 d sa r er e s e a r c h e d i h e r e a s o n i n m e t h o db a s e do nf e a t u r e i s a p p l i e d t os a l ec o n f i g u r a t i o n t h er e a s o n i n g m e m o db a s e do nc o n s t r a i n sa n d c a s ei sa p p l i e dt oe n g i n e e r i n gc o n f i g u r a t i o n p r o d a c t i o n f l o w a n a l y s i sp l a y s a n i m p o r t a n t r o l eo nt h em a n u f a c t u r i n gc o n f i g u r a t i o n t h e a 口d l i c a t i o no fa b o v et e c h n o l o g yi n d i f f e r e n tp h a s eo fc o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n to f p r o d u c tf a m i l y i sr e s e a r c h e di nd e t m l k e y w o r d s ：m a s sc u s t o m i z a t i o n ，p r o d u c tc o n f i g u r m i o n ，p r o d u c tf a m i l y , g b o m i n 重庆大学硕士学付论文绪论 l绪论 1 1 本课题的研究意义来源背景 1 1 1 本课题的研究意义 近年束，越来越丰富的商品供应带来了越来越激烈的市场竞争，同时也促进 了客，- 需求的多样化。客户不再满足于被动地选择已经存在的商品，而是需要表 达其意愿的产品。为满足客户需求和赢得市场竞争，制造商不得不生产定制和个 性化的产品同时又耍满足上市快、低成本和高质量的要求。大规模定制( m a s s c u s t o m i z a t i o n ) 为制造商提供了满足这些需求的一条生产途径。许多产品，如传呼 机、仪器仪表、陶瓷、汽车、计算机、手表、自行车、服装、鞋、玩具等都曾被 成功地定制5 1 。在美国，含定制的产品或服务的订单已经占到了3 6 1 6 】。有人甚 至预测，大规模定制将改变2 l 世纪的制造业，正如大量生产改变2 0 世纪的制造 业一样 g j o 】。 从产品配置的观点看，所有的产品品种都可以看成是有限零部件的组合，而 配置规则限制了零部件的组合方式。产品配置就是根据用户需求和配置规则在所 有可能的产品品种中配置出满足用户需求的产品。大规模定制的产品多样性给产 品配置的管理提出了新的需求。大规模定制的有效产品种类往往非常庞大，例如， 摩托罗拉( m o t o r o l a ) i 定制传呼机的品种达2 9 0 0 万种 1 1 ；i d t o w n t o m 定制手表 的有效品种有7 5 0 多万种 12 ”】。大规模定制要以较低的技术多样性去满足较高的 产品多样性，即通过标准化、通用化和模块化，以尽量少的零部件品种组成尽可 能多的产品品种。例如，i d t o w n t o m 的7 5 0 多万种定制手表，实际上是由3 0 0 多 种零部件组成的。因而，产品配置管理f p r o d u c tc o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n t ) 成为连 接产品营销管理、产品开发、生产管理和供应管理的桥梁。准确、迅速地配置出 满足用户需求的产品将成为一个关键问题“”。 然而，传统的产品配置管理系统却无法满足大舰模定制模式下的产品配置需 求，主要不足存在于以下几点： ( 1 ) 传统的产品配置管理是以产品b o m ( b i l lo f m a t e r i a l ，物料清单) 为基础的， 即一个产品有一个b o m 。以这种方式进行大规模定制的产品配置，将使产品数据 量非常庞大，而且有大量的冗余数据，这将大大降低产品配置的效率。随着产品 品种的不断增加，产品配置管理将变得更加困难，同时也给大规模定制企业的产、 供、销及产品开发带来很大的不便和低效率： ( 2 ) 传统的产品配置管理主要应用于版本管理、互换件替换件的选择以及部分 部件的变量选择，无法有效地支持大规模定制生产模式下针对客户需求的灵活配 重庆人学硕十学位论文 绪沦 鼹。在大舰模定制下的j t 品配置系统需要能够支持客户需求的灵活表达，并实现 功能需求与原理结构的匹配，从而实现客户需求与企业生产能力的匹配。 r 3 ) 传统的产品配置管理没有与生产管理有效的集成起来，没有考虑产品的全 生命周期的管理，从而无法满足大规模定制所提出的降低生产过程中的技术多样 性，提高生产过程快速响应能力的要求。同时，由于没有实现集成，配置管理无 法提供定制产品的生产信息和价格信息，如：交货时间、产品价格、进度等，而 这些信息往往足客户定制的重要依据，能有效提高客户满意度。 针对_ = 述问题，本论文以“面向大规模定制生产模式的产品族配置管理”为 题进行研究，将探求一种在大规模定制生产模式下高效率的产品配置管理方法和 技术。该配置管理方法将各种不同产品构成的最终产品物料清单及工艺流程数量 减至最少，消除了大规模定制产品族数据管理中的冗余，提高了数据和生产管理 的效率。该产品族配置管理方法和技术将对从产品的销售、设计、生产的整个产 品定制过程产生影响。 ( i ) 在销售阶段，产品族配置管理为客户选择和表达其定制需求提供了有效的 工具，能够有效地消除客户和企业之间的信息不对称，实现客户需求与企业能力 的匹配，避免大规模定制变为大规模混淆。同时，产品族配置管理( 与生产管理系 统集成) 能够为客户提供定制产品的生产信息和价格信息，辅助客户进行决策，并 提高客户满意度。 ( 2 ) 设计阶段又可以分为产品族开发和定制产品开发两个阶段。在产品族开发 阶段，产品族配置管理能够有效地管理大量的产品品种，保证其一致性，为产品 族开发过程提供支持。在定制产品开发阶段，产品族配置管理能够根据客户的定 制需求配置出定制产品的b o m ，并激活相应的工作流肘部分零部件进行快速变形 设计。 ( 3 ) 在生产阶段，产品族配置管理利用相似性原理，减少冗余的物料流程和工 艺流程，降低内部技术多样性，提高生产过程的响应能力，降低生产成本。 1 1 2 本课题的来源背景 本课题是国家自然科学基金项目“面向大规模定制生产模式的产品族数据管 理”的重要组成部分。产品族配置管理以产品族模型为组织核心，把定义最终产品 的所有工程数据和文档联系起来，实现产品族数据的组织、管理与控制，并在一 定目标或规则下，向客户提供不同的配置方案，或向应用系统提供产品族模型的 不同视图和描述。产品族配置管理是一种产品数据组织与管理的形式。它将各种 不同产品构成的最终产品物料清单及工艺流程数量减至最少，消除了大规模定制 产品族数据管理中的冗余，提高了数据和生产管理的效率。因此，产品族配置管 理的研究为产品族数据管理提供了方法和技术的支持。目前，该项目矿处于前划 重庆大学硕j 二学位论文j 绪论 的技术方法攻关阶段，进展良好。本论文是在该项目的研究基础上完成的。 1 _ 2 国内外研究现状 i 2 1 大规模定制的研究现状 1 9 7 0 年，美固著名未来学家a l v i n t o f f l e r 在他的名著f u t u r es h o c k ( 未米的 冲击) 中曾经预言：“未来的社会将要提供的并不是有限的、标准化的商品，而是 任何社会未曾见过的最大多样化的非标准化的商品和服务。”m 1 9 8 7 年，s t a n l e y d a v i s 在f u t u r ep e r f e c t ( 未来的理想) 一书中将大规模( m a s s ) 和定n 0 ( c u s t o m i z a t i o n ) 合成，提出了大规模定帛1 ( m a s sc u s t o m i z a t i o n ，又称为大批量 定制) 的概念。认为大规模定制新模式克服了部分( 定制) 和整体( 大规模) 只能取其一 的矛盾，同时获得过去不可兼得的定制和大规模。大规模定制蕴涵的哲理是应该 接受定制和大规模这对矛盾的共存而不是企图消除这对矛盾，但在大批量生产模 式下，这是不可能的。新技术的出现使得企业能够追求以前的技术难以区分的关 于部分的细节，快速运作使企业可以考虑并行处理多个部分。速度和特异性是这 些新技术的标志，也是产品和服务大规模定制的基础。( t 9 1 m i c h a e lk a y ( 1 9 9 3 年) 认为大规模定制是一种驱动产品和服务的生产与递送的 信息技术，这些产品和服务是在大批量生产的成本范围内有效满足个性化的客户 需求。大规模定制是一个整体的概念，不是应用于产品功能与特征的一个狭义的 概念。它强调产品的开发、制造和递送的所有方面以及组织的管理结构。大规模 定制可以看成是2 0 世纪七八十年代出现的以客户为中心、精良生产、多样化、短 的开发周期和扁平的授权管理文化等一系列管理创新的综合。1 2 l 】 美国著名大规模定制专家j o s e p h p i n eh 指出大规模定制是指在大规模的基础 上生产和销售定制产品和服务，它是制造业和服务业的新范式，是透视企业竞争 的新方法，它将识别并实现个性化客户的需求作为重点，同时不放弃效率、效力 和低成本。1 9 9 3 年，p i n e 在他的名著m a s s c u s t o m i z a t i o n ：t h e n e wf r o n t i e r i n b u s i n e s s c o m p e t i t i o n ( 大规模定制：企业竞争的新前沿) 中通过大量的事例诠释 和论证了大规模定制的尘产模式，认为大规模定制将改变2 1 世纪的制造业，正如 大量生产改变2 0 世纪的制造业一样，从而揭丌了全球广泛、深入研究和实践大规 模定制生产模式及其相关技术的序幕。 m i t c h e l lm t s e n g 认为，大规模定制是以接近大批量生产的效率生产商品和服 务以满足个性化的客户需求，其目标是通过增加多样化和定制化提供令客户满意 的商品和服务，但并不相应地增加成本和交货期。大规模定制可以获得更高的利 润边际，因此更具有竞争优势。通过增加现代制造系统的柔性、可编程计算能力 和通讯技术，中低生，。规模的企业可以通过实施大规模定制取得超越竞争对于的 吐庆大学颂士学位论文绪论 优势。大规模定制能够更好地匹配生产者的能力和客户的需求，使客户获得更好 的产鼎和服务，这需要通过丌发企、的产品、服务、装备和技能以响应市场需求 或将客户引向企业的总能力范围来实现，冈此提出了面向大舰模定制的设计 f d e s i g nf o ri t l a s sc u s t o m i z a t i o n ) 的概念( 1 9 9 6 年) 。卜剀 在大规模定制生产模式下，制造商应该将产品开发和生产模式从传统的面向 单一产品改变为面向产品族。产品族( p r o d u c tf a m i l y ) 是指共亭通用技术并定位f 相 互关联市场应用的一组产品，它是一种利用有限的开发，制造和服务来经济地发 展产品多样性的方法2 4 】。产品族是在通用关键技术基础上高效开发的一系列派生 产品。这个关键技术基础被称为产品平台。产品平台( p r o d u c t p l a t f o r m ) 是由一组产 品共享的一组子系统( 如零部件、模块) 、接口和制造过程；利用它能够高效地创造 和产生一系列派生产品 2 4 1 。著名大规模定制专家m i t c h e l lm t s e n g 教授及其研究 小组对大舰模定制中的设计和实施问题进行了深入研究，认为开发产品族是支撑 大规模定制的有效方法，提出了一种产品族体系结构，阐述了基于这种体系结构 开发产品族及生成产品品种的方法 2 2 , 2 3 , 2 7 , 2 8 】。关于产品族的研究和应用主要集中在 产品族的舰划和开发方面。 1 2 2 产品数据管理的研究现状 p d m 技术最早出现在2 0 世纪8 0 年代初期，目的是为了解决大量工程图纸、 技术文档以及c a d 文件的计算机管理问题。在最近几年，随着网络、数据库技术 的发展，以及客户机服务器与面向对象技术的应用，p d m 技术产生了突飞猛进的 发展。但是，由于p d m 技术与应用范围发展很快，人们对它还没有一个统一的认 识，给出的定义也不完全相同。主要致力于p d m 技术和计算机集成技术研究与咨 询的国际咨询公司c i m d a t a 给出的定义是：“p d m 是一门管理所有与产品相关的信 息和所有与产品相关的过程的技术。”而g a r t n e rg r o u p 公司给出的定义为：“p d m 是一个使能器，它用于在企业范围内构造一个个从产品策划到产品实现的并行化 协作环境( c o n c u r r e n ta r t t o - p r o d u c te n v i r o n m e n t ，简称c a p e ，由供应、工程设计、 制造、采购、市场与销售、客户等构成) 。一个成熟的p d m 系统能够使所有参与 创建、交流以及维护产品设计意图的人员在整个产品生命周期中自由共享与产品 相关的所有异构数据，如图纸与数字化文档、c a d 文件和产品结构等。”从上面两 个定义可以看出，p d m 可以是狭义上的，也可以是广义上的。从狭义上讲，p d m 仪管理与工程设计相关的领域内的信息，而从广义上讲它可以覆盖到整个企业 中从产品的市场需求分析、产品设计、制造，销售、服务与维护等过程即全生 命周期中的信息。我国学者童秉枢，李建明综合上述两个定义，给出下列定义： p d m 以软件为基础，是一门管理所有与产品相关的信息( 包括电子文档、数字化文 件、数掘库记录等) 和所有与产品相关的过程( 包括工作流程和更改流程) 的技术。 4 重庆人学硕十学似沦文绢论 它提供产品仝生命周期的信息管理，并可在企业范围内为产品设计与制造建立 个并行化的协作环境 4 。 目静，产品数据管理( p d m ) 技术已从解决大量工t f 呈图样文档的管理困境逐渐扩 展为“管理所有与产品相关的信息和过程的技术”，即包括数据文档管理 ( d a t a d o c u m e n tv a u l tm a n a g e m e n t ) 、工作流管f $ ( w o r k f l o w o r p r o c e s sm a n a g e m e n t ) 、 产品结构与配置管t 里( p r o d u c ts t r u c t u r ea n dc o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n t ) 、零件分类与 检索管理( i ) a nc l a s s i f i c a t i o na n dr e t r i e v a l ) , f 项目管l 里( p r o g r a mm a n a g e m e n t ) ，p d m 成 为了在诸多不同的应用软件之间提供信息连接的基础技术 45 4 。许多软件商也开 发了性能优越的p d m 软件，如d a s s a u l ts y s t e m e s 公司的e n o v i a 、e d s 公司的 i m a n 等 4 7 a 8 。目前，关于p d m 的研究主要集中在基于p d m 的信息集成、p d m 与e r p ( e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g ，企业资源计划) 的集成、基于w e b 的p d m 与 协同产品商务( c o l l a b o r a t i v ep r o d u c tc o m m e r c e ，c p c ) 、虚拟产品丌发管理( v i r t u a l p r o d u c td e v e l o p m e n tm a n a g e m e n t v p d m ) 等上面一”。 建立大规模定制生产模式的一种有效方法是以少量的通用、模块化零部件构 造大量产品品种。在这种情况下，产品品种数量很大，如果没有有效的方法对产 品数据进行管理，就会出现产品信息组合爆炸，使大规模定制变成“大规模混淆 f m a s sc o n f u s i o n ) 4 ”。因此，传统的以一个产品对应一个b o m 为基础的产品数据 管理方法和p d m 软件已不能满足太规模定制生产模式的需要。 文献 3 2 和 5 0 针对同类产品的零件通用性和结构相似性的特点，提出了 g b o m ( g e n e r i c b i l l o f - m a t e r i a l s ，类物料清单) 的概念。一个完整的g b o m 包括一个 b o m 结构和一个选择树结构，它可以用来表达和管理一组产品的结构和配置数据。 因此，g b o m 提供种以有限数量的数据描述大量的产品品种的方法，并且可以 避免数据冗余。文献f 2 8 1 也提出了一种与g b o m 类似的配置模型，将一产品族看 成是一个可配置的产品，并指出通用p d m 所采用的零件库层次分类标准如 i s 0 1 3 5 8 4 和分类结构不能适应配置模型。上述文献虽然没有进行产品族数据管理 问题的研究，但却为产品族数据管理研究提供了基础。 产品结构与配置管理是p d m 的一项核心功能，它以数据文档管理为底层支 持，以b o m 为组织核心，把定义最终产品的所有工程数据和文档联系起来，对产 品对象及其相互之间的联系进行维护和管理 4 4 1 。目前，产品配置已从传统的数据 维护管理功能发展为一种支持客户需求表达、产品设计的工具。产品配置包含以 下两个特征：产品是由一系列标准化的组件组合而成。标准化的组件具有标 准的接口。产品配置就是根据用户需求和配置规则在选择组合这些组件配置出满 足用户需求的产品。产品配置的核心是产品模型和配鬻方法。一些学者进行了相 关的研究，如：基于概念化配置域的产品族建模方法 2 ”、类产品结构模型( o p s ) 2 9 j 重庆大。学硕士学位论文 绪论 和基于约束的配置方法等，但这些模型和方法存在数据冗余、不易于实现和更 新、不能有效地进行一致性检验，配置效率低等问题。无法满足大规模定制模式 下产品配旨管理的需要。因此，需要研究以产品族为管理核心的配置管理方法。 1 3 本论文的主要研究内容 本论文主要研究面向大规模定制的产品族配置管理的方法和技术，对产品蕨配 置管理的模式、产品旅建模方法、配置方法以及产品族模型的计算机表达方法、 基于约束和实例的推理流程等进行研究，主要内容如下： ( 1 ) 分析大舰模定制生产模式的特点，研究大规模定制生产模式下产品开发， 生产的策略和模式。具体分析这种开发、生产模式的特点，和需要解决的关键技 术。在此基础上，研究产品族配置管理模式，和具体的产品族配置管理的业务流 程。 ( 2 ) 研究产品族建模技术。首先分析现存的配置系统存在的问题，在此基础上 研究产品族模型应该达到的要求。研究基于g b o m 的产品族建模技术，以及模型 的计算机表达方法，最后通过一个建模案例验证方法的可行性。 ( 3 ) 基于产品族模型，研究产品族配置管理的另一个关键技术：产品配置技术。 首先分析现存的产品配置方法。然后结合产品族模型研究销售配置、设计配置和 生产配_ 鼍的技术和方法。 重庆大学硕士。学位论文 2 产品旗酉己置管理模研究 2 产品族配置管理模式的研究 在大规模定制模式下，产品族配置管理不再局限于产品结构的多视图配霹， 它影u 向并改变了产品销售、丌发及生产的方式，成为连接产品营销管理、产品 发、生产管理和供应管理的桥梁。本节将分析大规模定制生产模式的特点，研究 大规模定制生产模式下的产品开发生产策略，定制产品的开发及生产模式。并在 此基础上研究产品族配置管理的框架，以及业务流程。 2 1 大规模定制的挑战 犬规模定制旨在以接近大批量生产的成本和效率提供满足客户需求的多样化 和个性化的产品和服务，因此多样性、时间和成本是大规模定制面临的三项挑战。 2 1 1 多样性 产品( 或服务) 的多样性( v a r i e t y ) 是指一个制造( 或服务) 企业向市场提供产品或 服务的变化和差异性。产品( 或服务) 的多样化有两种类型；功能多样性( f u n c t i o n a l v a r i e t y ) 年n 技术多样。| ! t ( t e c h n i e a lv a r i e t y ) 。功能多样性是指与产品( 或服务) 功能性相 关属性的各种差异性，这种差异性可以给客户带来利益，是客户可见的产品( 或服 务) 外部多样性( e x t e r n a lv a r l e t y ) 。技术多样性涉及为了获得客户所需产品( 或服务) 的特殊功能性所需要不同的技术、方法、过程、模块和组件等，是客户不可见的 内部多样性( i n t e r n a lv a r i e t y ) 。功能多样性是从市场营销的角度观察的多样性，它与 客户满意度密切相关；技术多样性是从工程的角度观察的多样性，它与复杂性和 成本有关。通常功能多样性是好的，但并非总是如此，而技术多样性则总是不好 的7 3 53 。 功能多样性分为两种。种是客户欢迎的、有用的多样性。例如能够使客户 更加满意的有用的选项、不同的风格以及不同的规格。应该在成本和生产效率允 许的范围内，尽量增加有用的多样化。另一种是无用的，它对客户来说是表面性 的、不重要的，甚至是令人困惑的。例如，尼桑牌汽车曾经有8 7 种可供选用的方 向盘，其中7 0 种只安装在5 的汽车上。无用的多样化应该予以消除。 技术多样性也分为两种：结构多样性( s t r u c t u r a lv a r i e t y ) 孝【l 过程多样性( p r o c e s s v a r i e t y ) 。结构多样性存在于构成多样性产品的不同的零部件、模块和参数、结构 关系的变化、可选择的配置机理等之中。过程多样性是与工艺规划和生产过程相 关的变化，如不同的加工路线、工具、央具和工作站等。 大规模定制企业应力求进行有用的功能多样化，同时尽量减少技术多样化。 重庆人学硕一e 学位论文2 产品族配置管理模式研究 2 1 2 时间 大规模定制企业面临时间方面的两个挑战，一是短的产品生命周期二是短 的交货提前期。 由于消费者需求的不断变化和竞争型产品的不断推出，产品的生命周期变得 越来越短。例如，信息技术产业的产品生命周期，2 0 世纪7 0 年代平均为8 年，8 0 年代则缩短为不足2 年。出于细分市场规模越米越小且不断变化，企业只有以更 快的速度生产出更多品种的产品力能不断地取得成功。产品技术变化的速度 j 益 加快，因此必须以同样的速度缩短产品开发周期。 个性化和不稳定的客户需求使得企业难以预测什么时候客户需要多少什么样 的产品，凶此只能采用面向订单的生产方式以避免造成高库存和滞销产品。但是， 从接到客户汀单到生产出满足客户需求的定制产品总是需要时间的，而大多数客 户是没有耐心长时间地等待。在价格和质量相当的情况下，他们往往会把订单下 达给能够最快提供满足其需求产品的企业。因此，企业要想获得客户订单，企业 必须尽可能缩短交货提前期，以便在接到客户订单后，能够以最短时间生产和递 送满足客户需求的产品。 2 1 3 成本 激烈的市场竞争和众多的替代产品迫使企业在快速提供满足多样化和个性化 客户需求的产品和服务的同时，还必须保持低成本和低价格。因此在买方市场环 境下，客户是不会为定制化的产品支付过多的额外费用。大规模定制企业需要以 接近大批量生产的成本向客户提供定制的产品。 图2 1 描述了大规模定制的经济意义。在大批量生产中，低成本主要通过规模 经济实现，即通过重复生产提高产品的生产批量来降低成本。在客户对产品保持 单一、稳定大量需求的情况下，规模经济带来的低价位和大批量生产过程带来的 成本优势不可战胜。但随着客户对这种产品的需求量降低，大批量生产的成本会 陡然提高，当到达某一点( a 点) 时，将无法获得利润。在大规模定制模式下，低成 本是通过范围经济获得，产品成本与生产批量的相关性小，因此即使在每种产品 生产批量很小( 甚至单件) 的情况下，都能够保持低成本，并获得利润。在产品生产 批量小于某个值( b 点) ，大规模定制模式具有竞争优势。 霞_ | = i = 人学硕士学位论文 2 产品族配置管理模式研究 单位成奉( 或价脐) 大批量生产d 。成本曲线f ：大捌模定制的净增价值 1 。 ，顾窖愿意支的价格 蠢大批量生产的净增价值 范田经济 图21 大规模定制的经济意义 f i 9 2 1e c o n o m i ci m p l i c a t i o n so f m a s s c u s t o m i z a t i o n 2 2 大规模定制下的产品开发与生产 2 2 1 大规模定制的产品开发策略 大规模定制是一种综合了大量生产和定制生产两种生产方式的优点的一种新 的生产方式，它的宗旨是以大量生产的效率和效益获得个性化定制产品。效率( 速 度) 、效益( 成本) 、个性化产品( 品种) 是大规模定制的关键i l ，2 】。因此，大规模 定制的产品开发是一种敏捷产品开发。敏捷产品开发能够把持续稳定地获得改进 的产品以“新”产品的形式快速地引入市场这些产品实际上是基于通用零件和模块 化产品结构的、已经规划好的基本产品“在某一个方面的变形”。这种能力使新产品 推向市场的速度非常快，大大快于“独立”产品推向市场的速度。 大规模定制的产品开发来自于整个企业的最佳合作，必须由敏捷和协同的组 织进行此项工作，按照并行工程的方法设计产品族和产品平台以及柔性的工艺。 与传统的产品开发相比，大规模定制的产品开发对象从单一产品转变为系列产 品：开发的方法从串行转变为并行；参与开发的组织从孤立的职能部门转变为合 作团队。从设计领域的角度看，传统的产品开发针对单个产品进行设计，局限于 产品设计过程。而大规模定制的产品开发针对产品系列进行设计，设计时考虑产 品生命周期多个环节内的相关因素。从传统开发方法到大规模定制的开发的转变 如图2 2 所示。 重庆大学硕士学位论文 2 产品族配置管理模式研究 计领域 = _ 僻 设计 制造 服务 设i r 制造 设计 单个产品设计系列产品设计 圈2 2 从传统设计到大规模定制设计 f i 9 2 2p r o d u c td e s i g nf o rm a s s c u s t o m i z a t i o n 2 2 1 1 从单一产品到系列产品 传统的产品开发没有考虑产品之间的联系，这种管理方法往往不利于实觋敏 捷产品开发。这种情况出现的原因是企业在开发新产品时没有一个总体规划，一 次只开发一种产品。不同的产品由不同的小组或在不同的时间段单独地进行开发， 彼此之间没有很好的沟通和联系，许多工作是重复的。所以基于单个产品的产品 开发模式增加了不必要的产品开发过程，浪费了大量的人力、物力和财力。 单一产品地开发方式忽略了不同产品或者不同产品线之间的相似性、兼容性、 标准化和模块化。如为了生产不同产品上相同的零部件，不同的小组极有可能采 用不同的原材料和工艺；一种花费巨资所开发的技术只应用到一种产品中：实现 同样的功能采用不同的零部件：具有同样技术参数的零部件有不同的尺寸等。基 于单个产品的开发和管理模式使产品开发技术的生命周期大大缩短，这样就无形 中增加了产品的成本。另外，从某种程度上浪费了时间，所以基于单一产品的丌 发不利于实现大规模定制。 解决这些问题的关键就在于在产品开发过程中，以长远的眼光看待整个产品 的开发过程。充分挖掘不同产品或者产品线之间的相似性和兼容性，把产品部件 标准化和摸块化，把产品开发的思想从单一产品转化为系列产品f 2 ”。而产品系列 化的实现很大程度上依赖于产品模块的有效划分，以及产品部件的标准化、规范 化。 2 。2 。1 。2 从串行工程到并彳亍工程 大规模定制所面临的挑战之一就是时间。以往的产品开发是从个部门到另一 个部门的“抛过墙”式的方式来开发产品。但是在大规模定制生产模式下，产品的生 重庆人学硕士学位论文 2 产品族配置管理楔式研究 命周期越来越短，必须改以前的串行丌发方式为并行开发方式。 并行工程是集成地、并行地设计产品及其棚关的各种过程( 包括制造过程和支 持过程) 的系统方法。这种方法要求产品丌发人员从殴汁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、进度计划利 用户的要求。 并行工程强调产品设计的“可制造性”、“可装配性”、“可检测性”、“可生产：性” 和“可使用性”等。它也强调产品设计与工艺过程设计、生产技术准备、采购、生产 等各种活动并行交叉的进行。除此之外，它还强调人们要学会在信息不完备的情 况下就开始工作。 并行工程所包含的并行交叉的活动更广。不仅包括产品设计与工艺过程设计、 生产技术准备、采购、生产等活动，还包括营销、产品成本的核算、人力资源的 协调和管理层人员的支持等活动在内。它包括了在产品生命周期内可能出现的一 切活动、这其中当然也包括了消费者的活动。 并行工程强调在产品的开发和设计过程中组织间的相互协调。它不主张设计人 员在进行产品设计时孤立的考虑产品的后续工作的可执行性，而是在设计的时候， 其他的部门也要参与进来，共同开发和设计产品。这样可以保证产品在一开始就 走上正轨，避免不必要的返工。 2 2 1 3 从孤立的职能部门到合作团队 大规模定制的产品开发过程是一个协作的过程，需要市场营销、产品设计、物 料供应、产品制造和递送等部门人员的协同工作。依据并行工程的原理，面向大 规模定制的产品开发的组织形式应该是贯穿整个生产流程上所有横向职能部门的 纵向团队。这种纵向团队称为多功能设计团队。 多功能设计团队出各职能部门的人员动态地组成，翻队中包括制造工程师、服 务代表、供货商、采购代表、市场营销人员、客户、设计