（机械电子工程专业论文）面向大规模定制的产品平台设计理论研究及其软件实现.pdf

丹娄 ，： i h1 2 2 u 】) ( 1 ： 南缀 蝙j 学位论文 面向大规模定制的产品平台设计 理论研究及其软件实现 刘芳 指导靴愀喃：裂簧牵裂教藿薯；：圭兰羹摹 巾值级龇硕士。舯i 、0 姐躬称：机械电子工程 皓卫攫盘1 | j 引： 20 0 5 年1 月 皓博卅剌? 2005 年3 月 忖援f 单忙：河北工业犬学 糌卅蚤- l 会 睁削 2 0 1 l s 牟1 面向大规模定制的产品平台设计 理论研究及其软件实现 摘要 随着产品更新换代越来越快，新产品开发在整个产品生命周期内占有越来越重要的位 置。大规模定制( m a s sc u s t o m i z a t i o n ，m c ) 生产模式结合了定制生产和大规模生产两种 生产方式的优势，在满足客户个性化需求的同时，保持较低的生产成本和较短的交货期。 大规模定制以其独特的优势，将成为2 1 世纪的主流生产模式。 产品平台设计技术是大规模定制关键技术之一。s i m p s o n 将产品平台的设计方法分为 两种，自项向下法( t o p - - b o t t o ma p p r o a c h ) 和自底向上法( b o t t o m - - u pa p p r o a c h ) 。本文 主要研究面向大规模定制的产品平台设计理论，基于自底向上法，提出一种功能相似产品 的平台设计方法；同时，将该方法应用于实际产品；并且开发了平台设计软件。论文的主 要内容包括以下几点： 1 基于自底向上法提出一种功能相似产品的平台设计方法。 自底向上法是对现有一组产品的分析和重新设计，适用于具有良好的可分性的产品， 通过对产品平台添加、减少、修改相应的功能模块衍生出一系列产品。自底向上法以s t o n e 和o t t o 等人提出的方法为代表，基于这两种方法提出功能相似产品的平台设计方法。该 方法将产品平台分为两部分：通用部分和可调节部分，两部分构成一个整体。设计者只需 根据具体要求修改产品平台中的可调节部分，并添加其它个性部件即可得到不同的产品。 它主要包括五步：利用功能基建立已有功能相似产品的功能结构、建立功能相似产品的产 品族功能结构、利用三流原则进行模块划分、建立模块性矩阵实现功能域到物理域的映射、 分析模块性矩阵确定平台。 2 工程实例分析。 应用功能相似产品平台设计方法，对豆浆机、果汁机和搅拌机进行平台设计，建立了 这三种产品的平台，并给出平台示意图。 应用功能相似产品平台设计方法，对国内某企业生产的工程钻机进行平台设计，将工 程钻机系列化，建立系列化产品平台。 3 软件开发。 应用v c + + 6 0 的开发系统开发平台设计软件。它以功能相似平台设计方法为基础， 辅助设计人员进行产品平台设计，减少工作量，提高工作效率。主要包括四部分，分别为 功能基、功能分解、绘制功能结构和建立模块性矩阵确定平台部分。 关键词：大规模定制，产品平台，产品族，模块，功能基，功能相似，自底向上法，自 顶向下法，工程钻机 堂塑奎塑堡塞型塑兰曼兰垒堡生罂燕塑茎些茎茎丛苎垫 t h ep r o d u c tp l a t f o r md e s i g nt h e o r y b a s e do nm a s sc u s t o m i z a t l o na n d i t ss o f t w a r ed e v e l o p m e n t a b s t r a c t w i t ht h ep r o d u c tc h a n g i n gq u i c k e ra n dq u i c k e r , t h en e wp r o d u c td e v e l o p m e n to c c u p i e s m o r ea n dm o r ei m p o r t a n tp o s i t i o nw i t h i nt h el i f ep e r i o do f p r o d u c t m a s sc u s t o m i z a t i o nf m c ) c o m b i n i n gt h ea d v a n t a g e so fc u s t o m i z e dp r o d u c t i o na n dm a s sp r o d u c t i o nk e e p st h er e l a t i v e l y s m a l l e rp r o d u c t i o nc o s ta n dr e l a t i v e l ys h o r t e rd e l i v e r yt i m ew h i l es a t i ! ；f y i n gt h ei n d i v i d u a l i z e d d e m a n d so fc u s t o m e r s m cw i l lb et h em a i n s t r e a mm o d eo fp r o d u c t i o ni r lt h e2 1s tc e n t u r y b e c a u s eo f i t su n i q u ea d v a n t a g e s t h et e c h n i q u eo fp r o d u c tp l a t f o r mi so n eo fk e yt e c h n i q u e so fm c s i m p s o nc l a s s i f i e st h e d e s i g nm e t h o d s o fp r o d u c tp l a t f o r mi n t ot w ok i n d s ：t o p - d o w na p p r o a c ha n d b o t t o m u p a p p r o a c h t h em a i nr e s e a r c ho ft h i st h e s i si st h ep r o d u c tp l a t f o r md e s i g nt h e o r yb a s e do nm a s s c u s t o m i z a t i o n ap l a t f o r md e s i g nm e t h o do ff u n c t i o ns i m i l a rp r o d u i z t si sb r o u g h tf o r w a r db a s e d o nb o t t o m u pa p p r o a c h t h e na p p l yt h i sm e t h o dt or e a lp r o d u c t s ，a n dd e v e l o ps o f t w a r eb a s e d o ni t m a i nr e s e a r c hw o r ka n dc o n c l u s i o n sa r ea m b o d i e di nt h ef o l i o w i n gt h r e ea s p e c t s ： 1 b r i n gf o r w a r dap l a t f o r l t ld e s i g nm e t h o do ff u n c t i o ns i m i l a rp r o d u c t s t h eb o t t o m u pa p p r o a c hi sa n a l y z i n ga n dr e d e s i g n i n gt h ee x i s t i n gp r o d u c t s ，a n di ss u i t a b l e f o rt h ep r o d u c t st h a th a v eg o o dd i v i d i n gn a t u r e m a n yp r o d u c t sc a nb ed e r i v e df r o mt h e p l a t f o r mb ya d d i n g ，r e m o v i n g ，o rs u b s t i t u t i n go n eo rm o r em o d u l e st ot h ep l a t f o r m t h e m e t h o d st h a tp u tf o r w a r db ys t o n ea n d0 t t oa r et h er e p r e s e n t a t i v e so ft h eb o t t o m u pa p p r o a c h t h i st h e s i sp u tf o r w a r dap l a t f o r md e s i g nm e t h o db a s e do nt h e s et w om e t h o d s 。t h ep l a t f o r mi s d e v i d e di n t ot w op a r t si nt h em e t h o d ：c o m m o np a r ta n da d j u s t a b l ep a r t w h i c hf o r maw h o l e d i f f e r e n tp r o d u c t sc a r lb eg o tb ym o d i f y i n gt h ea d j u s t a b l ep a r to fp l a t f o r ma n da d d i n gp e r s o n a l c o m p o n e n t s i ti n c l u d e sf i v es t e p s ：c o n s t r u c tf u n c t i o ns t r u c t u r eo fe x i s t i n gp r o d u c t su s i n g f u n c t i o nb a s e ，c o n s t r u c tf u n c t i o ns t r u c t u r eo fp r o d u c tf a m i l y , m o d u l a r i z ep r o d u c tf u n c t i o n s t r u c t u r eu s i n gt h em o d u l eh e u r i s t i cm e t h o d s ，s e tu pm o d u l a r i t ym a t r i x ，a n di d e n t i f yp r o d u c t p l a t f o r m 2 c a s es t u d y a p p l yt h ep l a t f o r n ld e s i g nm e t h o do ff u n c t i o ns i m i l a rp r o d u c t st ot h es o y b e a nm i l km a k e r j u i c e ra n db l e n d e r s e tu pt h ep r o d u c tp l a t f o r mo ft h e s et h r e ep r o d u c t s ，a n ds h o wt h es k e t c h m a po f p l a t f o r m a p p l yt h ep l a t f o r md e s i g nm e t h o do ff u n c t i o ns i m i l a rp r o d u c t st ot h ee n g i n e e r i n gd r i l l s s e r i a t et h ee n g i n e e r i n gd r i l l s ，a n ds e tu ps e r i e so f p r o d u c tp l a t f o r m s 3 d e v e l o p i n gs o f t w a r e 翌苎三兰兰查兰堡：兰兰堡鎏兰 o nt h eb a s i so ft h ep l a t f o r md e s i g nm e t h o do ff u n c t i o ns i m i l a rp r o d u c t s t h ep l a t l b r r n s o f t w a r ei sd e v e l o p e db yu s i n gv c + + 6 0 i tc a nh e l pt h ee n g i n e e r sd e s i g nt h ep r o d u c tp l a t f o r m r e d u c ew o r k l o a d ，a n di m p r o v ew o r ke f f i c i e n c y t h es o f c e c a r ei n c l u d e sf o u rp m - t s ：f u n c t i o nb a s e ， d e c o m p o s i n gf u n c t i o n ，c o n s t r u c t i n gf u n c t i o ns t r u c t u r ea n ds e t i n gu pm o d u l a r i t ym a t r i xt o d e t e r m i n ep l a t f o r m k e yw o r d s ：m a s s c u s t o m i z a t i o n ，p r o d u c tp l a t f o r m ，p r o d u c tf a m i l y , m o d u l e ，f u n c t i o nb a s e ， f u n c t i o ns i m i l a r i t y , b o t t o m u pa p p r o a c h ，t o p - - b o r o ma p p r o a c h ，e n g i n e e r i n gd r i l l 塑苎三些查兰堡主兰篁燕兰 第一章绪论 1 - 1 引言 随着现代信息技术的发展世界经济正经历着一次深刻的变革，这场变革极大的改变着世界经济 的厩貌，也是制造业所面临的生存环境发生了天翻地覆的变化。世界市场从传统的相对稳定型市场向 动态多变性市场演变，同行业之间、跨行业之间的竞争相对激烈，主要寝现在用户需求越来越多样化 和难预测、产品生命周期缩短、交货期成为主要的竞争因素。多晶种、小批量生产比例增大等。生存 环境的改变导致了制造业生产模式韵演变，传统的大批量生产方式不再适合快速多变的市场需要，大 规模定制生产就是在这种新的生存环境中孕育雨生的一种新* 的生产和管理模式，它经出现就引起 了人们的j 泛关注，成为了国内外学术界着重研究的谋题之一。 争在1 9 7 0 年，t o 铘e r 在未来的冲击( f m u r es h o c k ) 一书中就预言了大规模定制客户化生产模 式。1 9 9 3 年p i n e l l l 韵大规模定制企业竞争的新前沿( m a s s c u s t o m i z a t i o n ：t h e n e w f 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 ) 一书对大规模定割理论作了比较系统的论述，认为它会成为2 1 世纪中最重要的、最具竞 争优势的生产方式。1 9 9 7 年d a v i d a n d e r s o n 和p i n e 1 在2 1 世纪企业竞争前沿一火规模定制模式r 的敏捷产品开发( a g i l ep r o d u c td e v e l o p m e n tf o rm a s sc u s t o m i z a t i o n ) 等著作提出了大规模客户化定 制产黼殴计( 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 ) 方法的基本框架和思路，但现在大规模客户化 定制基本还处于理论探索阶段尚未达到突破的水平，部分行业的应用也只r 譬市场里很小韵部分， 从中国伟造业目前的憋体水平看，实现规模客户化定制还有饭妖的路耍走。 1 - 2 大规模定制生产模式 1 - 2 1 大规模定制生产的背景1 3 | - 1 5 i 大规模定制生产的产生与发展，是经济发展、市场变化以及技术进步等一系列因素综合作增的结 果，是有其必然性的。了解大规模定制生产出现的背景。对大规模定翩生产可以更溃楚和更深刻的认 识。大规模定制生产出现的背景主要有以下几个方面： 1 当前的市场是买方市场。 随着社会生产力的提高和经济的全球化、市场的国际化，国内外市场已转变为耍方市场。曰前我 国l 业消费品和主要生产资料在总体上供求平衡或供略失于求。在买方市场条竹f ，信息魁不对称的， 掌握信息的是客户，缺乏信息的是两家。而由于科学技术的进步和财窝的增加，人们的消赞观念发生 j 很大的变化，他们需要个性纯和多样他的产品，同时也对交货期提出了更苛刻的要求。阅此市场需 求变得更加难以预测，企业在这种市场环境下的生存压力也更大了。实淹大船模定制生产是企业在买 方市场环境中生存与发展的有效途径。 2 客户需求多样化和个性化。 随着市场经济的发展，商品种炎越来越丰富，人们生活水平的普遍提离，人# 的消费观念也日趋 成熟，选购商品向高品质、实用、个性化发展。在满足基本物质生活需要之后，人们对商品的满足心 理需求方面提出更多要求，开始追求个性特色鲜明甚至蔗独一无二的产晶。客户需求的多样化和1 个性 化已经逐渐成为世界的潮流，我国也不例外。客户需求的多样化导致产品品种数最的剧增。客户需求 的多样化还导致市场的多样化。单一的、同类型的火市蛹分裂为一系列番宥特色的分市场。例如，过 去的单一雨始终不变的汽车大市场已怒一个瞬惠万变的小市场的积累。丈规模定铡为满足客户需求多 塑! ! ：! ：些茎兰堡主竺：簦鎏兰 第一章绪论 - 1 引言 随着现代信息技术的发展，世界经济正经历着一次深刻的变革，这场变革极大曲改变着世界经济 的面貌，也是制造业所面临的生存环境发生了天翻地覆的变化。世界市场从传统的相对稳定刑i h 场向 动态多变性市场演变，同行业之间、跨行业之间的竞争相对激烈，主要表现在用户需求越来越亭样亿 和难预测、产品生命屑期缩短、交货期成为主耍的竞争因素。多品种、小批昔生产比例增大等。肆。存 耶境的改变导致了制造q e 生产模式的演变，传统的大批量生产方式不再造台快速多变的市场需要，大 规模定制生产就是在这种新韵生存环境中孕育而生的种瓤兴的生产和管理模式，它鲣出现就引起 了人们的厂泛关注，成为了国内外学术界着重研究的课题之一。 早在1 9 7 0 年，t o f t ! i e r 在未来鲍冲击f f u t u r e s h o c k ) 一书中就预言了人规模定翩客户化生产模 式。1 9 9 3 年p i n e ”的大规模定制企业竞争的新前沿( m a s s c u s t o m i z a t i o n ：t h e n e w f 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 ) 一书对大舰模定制理论作了比较系统的论述，队为它会成为2 1 世纪中虽重嚣的、摄具竞 争优势的生产方式。1 9 9 7 年d a v i d a n d e r s o n 和p i n e l 2 1 存2 l 世纪企业竞争前沿一一火规模定制模式r 的敏捷产斛1 开发( a g i l ep r o d u c td e v e l o p m e n tf o rm a s sc u s t o m i z a t i o n ) 等著作提出j 7 火规模客户亿正 制产捕设计( 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 ) 方法的基本框架和思路，但现在犬铷攒窖户化 定制基本还处于理论探素阶段，尚来达到突破的水平，部分行业的应用也只r i 市场里很小韵部分， 从中国带u 造业目前的整体水平看，实现规模客户化定制妊有很长的路要走。 驴- 2 大规模定制生产模式 1 - 2 1 犬规模定制生产的背景i h q 人规模定制生产的产生与发展，是经济发展、市场变化以屈技术进步锋系列因素练含作硝韵结 果是有其必然性的。了解犬规横定制生产出现的背景，对大规模定制生产可以更溃楚和更深刻的认 识。大规模定制生产出现的背景主要有以f 几个方面： 1 当前的市场是廷方市场。 随着杜会生产力的提离和经拱的全球化、市场的国际化，漏内外市场己转变为耍方市场。目前我 国l 业消费抽和主要生产资料在总体上供求平衡或供略大子求。在买方市场条件f ，待息链卜对称的 掌握信息的是客户缺乏信息的是商家。而由于科学技术的进步和财富的增船，人们的消赞观念拉生 r 很大的变化他们需要个性化_ 手i ：i 多样他的产品，同时也对交货勰提出了更苛荆的要求。冈此市场需 求变得更加难以预测，企业在这种市场环境下的生存压力也更大了。实施失规模定制生产是盘= 业在买 方市场环境中生存与发展的寄效途径。 2 客户需求多样化和个性化。 随着市场经济的发展，商品种类越来越丰寓。人们生活水平的普遍提离，人| _ i 】的消费观念也日趋 成熟，选购商品向高品质、实用、个性化笈展。在满足基本物质生活需瑶之后，人们对商品的满足心 理需求方面提出更多要求，开始追求个性特色鲜明甚至是独一无二的产晶。客户需求的多样化取1 个牲 化已经逐潮成为世界的潮流我国也不例外。客户需求的多样化导致产品品种数龌的剧增。_ ；：5 = 户需求 的多样化还导致市场构多样他。单一的、同类型的人市场分裂为一系列菩育特色的分市场。例如，过 去的单一确始终不变韵汽车大市场已是一个瞬患万变的小市场的积累。太勰棰定制为满足客户需求多 面向大舰摸定制的产品平台设计理论研究及其软件实现 样化和个性化问题提供了商效且低成本的解决方案。 3 产品生命周期缩短，新产品的开发周期延长。 现代科技以日新月异的速度发展，新产品层出不穷。产品的市场寿命( 一个产晶从投放市场到被 市场淘汰所经历的时间) 大大缩短。例如，5 0 子产晶的市场寿命少于4 年，而家用电器的市场寿 命更是以缩短到1 年左右。随着生活水平的提高，信息交流的便捷性和r 泛性的增大，客户对产品需 求的变化越来越快，客户需求的差异性也越来越大，这点也是导致产品生命周期缩短韵重要原因。 在产晶生命周期缩短的同时，新产品的开发周期延长。产品生命周期缩短和新产品的开发周期延长已 经成为一对日益尖锐的矛盾。如何较好的解决这一矛盾已经成为企业生死攸关的问题。人规模定制生 产可以在很大程度上帮助解决这个闯题。 4 交货期成为主要的竞争因素。 随着技术的进步，特别是信息技术的发展，客户需求向多样他发展，产品生命周期越来越短，需 求的不确定性越来越高。因此，对客户需求的响应速度的要求也越来越高。产品成本和质量当然仍姓 竞争的重要因素，但是以时闻响应为摹准的竞争将是一个突出的特点，与此相适成的企业制造战璐主 要是在最短的时间内开发和生产出市场需要的新产晶。能否更快、更好、以更低的成本肯4 造出新的产 品投放市场。将是制造企业生存和发展的关键。时褥已经成为决定竞争胜负的最关键因素，产鼎首先 上市的企业往往能够得到更大的市场占有率。例如美国通烟汽车公司曾耕起响应时间过k 丽丧失了 2 0 的客户，而且还有4 0 的客户尽管买了他们的产品但对响应速度却不很满意。这种情况在其它行 业也普遍存在。 既要满足客户的个性化需求叉要缩短产品的交货期，这将是现代企业砸临的又一“两难”问题。 这也避大规模定制生产所耍解决的中心阀题之一。 5 大合作和大竞争。 信息技术的迅速发展和应用使得全球性的集成制造有了实现的可能。全球性的集成制造有助了 更充分的利用世界各地的各种资源，能够显著缩短原材料和产晶的运输距离以及产品的交货期。随赣 全球经济体化进程的推进，世界市场变褥越来越来开放，在全球范围内的市场竞争、人才竞争以及 资源竞争变得愈加激烈，跨国经济越来越成为世界的圭导经济，跨国公司已经成为大企业生存的一般 形式。市场竞争的激烈化又进一步促使了一些大企业的兼并浪潮。企业兼并的一个重要 _ = _ | 的就是彼此 的资渊能共享，零部件自e 通用，从而降低产品成本。实施大规模定制生产可以提高企业的核心竞争力， 并有助于企业问台作的实现。 6 现代信息技术的发展。 近年来现代信息技术1 s 速发展并得到广泛应用尤其是因特醚( i n t e m e t ) 技术和计算机技术的发展， 对制造业产生了巨大的影响。囡特网密切了企业与客户的荚系，使企我与客户交流起来非常容翕，有 利于确切了解客户的需求并迅速做出反应，因特网也已经成为客户了解企韭的常用途径。因特网还是 企业间的合作变得非常容易有助于实现资源共享，可以使定制产品设计和制避中的各个任务分解到 各专业企业进行，达到降低成本，缩短交货期的目的。例如，波音公司吸收了世界上最优秀的技术力 量参加波音7 7 7 客机的开发。有效的计算机软件和网络系统，使波膏公司能非常自由的与来自美国、 日本、欧洲的飞机或飞机零部件生产商和设计者交货设计方案，进行采购和协作。 计算机技术的发展对制造过程产生了深刻的影响。利用计算机辘助设计( c a d ) 、计蟒机辅助制造 ( c a m ) 、和计算机集成制造 c i m ) t t 术，可以大量节省成本，提离产品的壤鹫，增强企业耐市场的快速 反应能力，从而提高企业的市场竞争力。功能齐全的管理信息系统可以帮助企业了解、分橱犬撬客户 的爱好及需求，提高 ：作效率和决策质鬟，实现更好的资源配置，提搿企龇管理钓能力和效率。 现代信息技术的进步使得大攮模定制生产成为可能。在上述这些背景下，犬规模定制生产得到丁 迅速的发展，正在成为2 l 世纪伟4 造业的主流生产模式。 2 塑! ! ：些查兰至兰兰垡笙苎 1 - 2 2 大规模定制生产的概念 1 9 7 0 年，托失勒在其f u t u r es h o c k ( 未来的冲击) 一档中提出了一种以类似于标准或犬规模生产的 成本和时间，提供满足顾客特定需求的产品和服务的生产方式的设想。1 9 8 7 年，s t a nd a v i s 在f u t u r e p e r f e c t ( 未来的理想生产方式) 一* 中首次将这种生产方式称为“m a s sc u s t o m i z a t i o n ”，即大规模定制生 产，简称m c 驯。这种能满足顾客的真正需求而又不牺牲效益和成本的新的生产方式目前得到了较快 的发展，并作为一种有效的竞争手段逐渐被企业所采纳。 犬规模定制生产是根据每个客户的个性化需求，以大批量生产的低成本和高效率提供定制产品车 服务的一种生产模式。大规模定制生产的实现是一种渐进的过程。它是在系统思想指导f ，用整体优 化的观点，通过充分挖掘企业的潜力，在标准化技术、现代设计方法学、并行r 程等技术和思想的支 持卜，最终实现根据每个客户的特殊需求以大批最生产的效率提供定制产品的过程”j 。 人规模定制生产综台了火批量生产的低成本的优点和定制生产满足客户个性化、多样化需求的优 点( 如图1 1 所示) ，具体如f i ，j ： 产品的成本大规模定制生产 产品的性质 。 图1 1 大规模定制生产的优点 f i g 1 1t h ev i r t u eo fm a s sc u s t o m i z a t i o n f 1 ) 使企业的产品是客户真正所需要的产品。火规模定制生产能使客户得到自己真正想要的产1 扎 并且具有吸引力的价格，从而为企业产品找到新的市场。由了二有更高的销售额、更，阔的市场、更好 的质鬣和低成本，企业效益将得到显著的提高。 f 2 ) 使企业生产能适应市场的快速变化。人规模定制生产具有很高的柔性，由市场驱动，丽不是 由预测驱动。 ( 3 ) 缩短了交货期。由于充分利用了企业的资源，并且采用模块化的方法，缩短j 产l 铺的交货驯。 ( 4 1 有利_ ：i = _ 生产成本的降低。可以实现零成品库存，减少了积捱产品所造成的资金损失。 ( 5 1 有利于过程和产品的连续改善。大规模定制生产是客户导向型的生产模式。客户的不断的新 的需求，导致企业不断对其过程和产品进行改善在这种外在压力下，企业由此不断得到完善，其竞 争能力越来越强。 ( 6 1 有利于企业的生存和发展。在美国，钢铁制造业中增长最快的、利润最夫的部门，1 ；| | j ：是积 聚了大鬣员f 、长期生产钢锭的工厂而是那些生产特殊镧材的郝门因为这些部门能够向客户提供 客户化的产品。定制生产企业之所以可获利，一方面因为客户愿意高价购买那些准确的满足氇们需要 的商品和服务，另一方面是因为高价值产业不易被高产量产业竞争者轻易复制。 1 - 2 3 大规模定制的基本思想及特点 火规模定制是一种先进的企业生产与管理模式。它集企业、客户、供应商、分销商等于一体一在 系统工程思想指导f ，用整体优化的观点，充分挖掘企业的潜力，在标准化技术、模块化技术、现代 设计技术、并行丁程和可重组制造系统( r e e n g i n e e r i n gm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ，r m s ) 等技术。思想的 支持f ，将定制产品的生产问避，避过产品结构和制造过程的藿组，全部或部分地转化为批赣t j “， 3 壁垒盔塑堡塞型塑兰墨兰笪堡生墨鲨塑塑墨苎鏊! ! ：兰塑 使其既具有大批量生产的高效率、低成本，叉能满足客户的个性化需求”。这样，对顾客而言，所得 到的产晶是定制化的，对企业而言则是采用大批照生产方式伟i 造成熟的产品。大规模定制与人批龄生 产的比较如表1 1 所示【。j 。 具体而言，大规模定制具有如f 特点1 9 1 ： 1 以客户为核心。 大规模定制是一种指导企业参与市场竞争的哲理，它要求企业时刻以客户为核心，以止客户满意 作为蛙高的追求目标之一，从而吸引并“永久地留住客户”。 2 以现代信息技术、制造技术为支撑。 大规模定制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 r n 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需求：c a d p d m 系统能够根据在线订单一决建 设计出满足客户需求的个性化产品；e r p 系统能够有效地组织生产，通过柔性制造系统迅速生产出高 质量的定制产晶。 表1 1 大批量生产和大规模定制的比较 内容大批量生产 大规模定制 以几乎每个客户都能承受的 以足够的多样性和客户化程度开发、生 目 标 低成本和低价格开发、生产、产、销售和运送几乎是每个客户正想要 销售、运送产品和提供服务 的产品和服务 核 通过稳定性和控制取得效益 通过柔性和快速反应实现产品的多样 心化和客户化 针对某一产品设计，产品系列针对产品族设计设计任务模块化，零 没 计 化趋于增大，零件数量增加， 部件标准化程度高，模块重用率高。 零部件标准化程度低。 制 针对某一产豁优化配置，为定台理的物流配置和通瑁性强的工艺，可 主 造 制产品的生产往往对生产线以以大批量生产的效益生产各种产品。 要 影响较大。 特 客户和企业以关系为纽带。关客户和企监以技术为纽带，关心的娃如 征 销 心的是如何推销己有的产品。何采用适用技术满足客户的需求，即技 售 术销售横式。 成 因为设计和制造的延误增加反应快速，降低了设计生产成本，标准 了运营成本。产品的多样化增化降低了管理成本。 太 加了管理成本和库存成本。 3以模块化设计、零部件标准化为基础。 大规模定制要求设计人员在设计过程中充分地考虑到如何在产晶的整个研制过秽中利h ；| 标准化技 术、模块化设计技术、成组技术、并行工程等现代设计技术。通避产品结构的重构，尽可能重蠲现确 的设计资源和制造资源，从而可以批量生产模块和零部件，减少定制产船中的定制部分，大大缩短产 品的交货期和减少产品的定制成本。 4 咀敏捷为标志。 在传统的大批量生产方式中，企业与消费者是一对多的关系，企业以不变鹿万变。而在大规模定 制中，企业与消费者是一对一的关系，企业面临的是千变万化的多样性需求，大规模定制企业必须快 速满足不同客户的不同需求。因此，大规模定制要求企业在立足予现有资源的前提f ，通过制造系统 的重构( 如资源的合理配置以及作业过程的优化等) 以及组织机构的重构，合理地缎织生产，以类似 1 i 大批堑生产的成本和质量快速地为客户提供任何个性化的定制产品或服务。 5以供应链管理为手段。 4 河：i t ：e 业大学硕士学位论立 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问的竞争。火 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，共同来满足客户的需要。 i - 2 4 国内外企业大规模定制的典型应用1 。i “i i 大规模定制生产是以大规模生产的效率( 包括大规模生产的成本和产鼎的交货期) 进行定制产。销 生产的模式。大规模定制生产的基本思想是：将定制产品的生产问题通过产品重缀年n 过程重组转化为 或部分转化为批量生产问题。除了学术界进行大规模定制的研究外，很多国际著名的大公司，通过火 规模定制生产模式为客户定制产品，获得了巨人的竞争优势。厩向大规模定制模式的采用已是本f | = | 碧0 企业生产模式的主流。 在国外，尤其是在制造业比较发达的美国、德国和日本，许多领先的高技术公司都在实施大规模 定制生产，以保持和争取新的竞争优势。如美国的d e l l 计算机公司，开始就与客户建立了赢接的荚系， 只生产客户签f 订单的计算机。1 9 9 8 年第二季度d e l l 公司超过i b m 在个人计算机市场t 占有第一 大份额，加入全球5 0 0 强。日本著名的松f 电器公司只推出家用电冰箱的主体郝分，由客户选择式样、 色彩、门把手等，受到顾客的青睐。在德国，享有盛名的大众汽车公司，为了实现模块化生产，干乃 百计减少零部件种类，并把不同的标准部件进行组台，迅速而又低成本的制造出一个全新的车型。 日本汽车制造商已经使许多零件可以用许多韵方式进行组合。并且在几种型号的汽车之间进行互 换性地使| = | j 。这种模块化设计有时也会增加工具和模具的成本，但是它可以快速地生产出新型号的汽 车，从而显著地降低产品成本。 德国大众公司生产的汽车种类占了欧洲汽车种类的一半，但同时大众公司在千方百计减少零部件 的种类和多样化。例如，大众公司采用底盘平台的方法将底盘的数量由8 个缩减为4 个。底盘平台 包括前桥、转向装簧、后桥、发动机、纵粱、车身地板、座椅骨架和油箱等。底盘平台是随着绲成它 们的标准部件的不同而变化的。因此，只要在其上装上不同的外罩，就可以迅速而又低成本地制造出 个全新的车型。 1 9 9 6 年，著名美籍华人汽车专家、福特公司的发动机郝总一f 程师顾永平率先在汽车制造业历史上 实现了发动机的模块化设计，即对6 缸、8 缸、1 0 缸和1 2 缸等不同规格的发动机结构进行调整，使其 绝大部分组件都能通用，以尽可能少的规格部件实现最大的灵活组合。这一设计的突破不但使得发动 机本身的生产t ：艺得以简化，而且引起了生产线结构的革命，不同规格的发动机可在一条生产线上加 工。现在顾永平又挑起福特公司研究整车模块化设计的重任。其目标是在不显著改变现有嬲号外观尺 寸的前提_ 卜对整车重要组件傲可置换的多种规格设计，如减轻重量、：常省油耗、提高效率等，以增 强适应市场变化的能力。 索尼公司圜其成功和持续的创新赢得了广泛的赞誉和强劲的发展动力，在消费电f 行业，索尼公 司在产品创新数量和速度上处于明显优势。便携式录音机( 隧身听) 是索尼公司一项获得巨大成功的产 品创新的成果，其品牌w a l k m a n 几乎成为随身听的代名词。索尼公司在w a l k m a n 的创新中，普”】i 根 据消费者的不同偏好或消费习惯有针对性地推出不同风格和类型的w a l k m a n 。仅在美国市场，从8 0 到9 0 年代初，索尼就推出了5 7 2 种w a l k m a n 产晶形成个庞大的w a l k m a n 产晶族。索尼公司的做 法是在主要的生产技术和产品元件不变的条件下，只改变尉郝豹技术和元件，使一些辅助功能和性能 发生变化。这些局部变化是依用户不同的需求丽改变的，其中包括一些辅助功能的添加，如为满足儿 童使用而使其更小巧为满足在运动中使用而使其更轻便、防髓，为满足在海滩娱乐中使用佩增加防 水性能等。在对菜些元器件和局部构造的调整和变化中，一些主要元器件，尤其是利用企业关键技术 生产的元器件，如微型电机、超薄机身、片式充电电池等元嚣件都避不变的，这些不变部分构成的产 晶平台与不同的其他元器件组台，就能够衍生出满足不同需隶韵w a l k m a n 产品族。 在我国，真正实现了大规模定制的企业和产品种类都非常罕见，只有一汽、海尔集团、大连机车 车辆厂等在采用不同的方式实施大规模定制生产，并且取得了初步的成效。一汽白1 9 9 5 年实施“红旗 平台”战略，几年来，在这个平台上开发了5 0 泉款车弛，排气最从1 6 l 到3 0 l ，共8 种规格，3 0 余 一一一 塑塑查塑苎壅型箜芏璺羔垒丝盐墨鎏曼塞丝茎墼堡塞翌 种变型车，多品种、宽系列的产品格局，使一汽在激烈的市场竞争中掌握了主动扳。2 0 0 0 年8 月，海 尔集团正式引入大规模定制，首次实现客户在网上定制冰箱，为客户提供个性化的产鞲和服务受到 普遍关注。大连机车车辆厂是中匿最大的机车带i 造企业，在国际同行中仅次于美国通用q 土气公司詹第 二位。该厂以表风4 b 车型先进的整体设计为平台，针对不同市场霈求不断创新，开发出一系列车型。 内燃机车主要由车体、柴油机、转向架、传动系统和控制系统等组成，在尔风4 1 3 的基础上，不断对 咀上系统进行改进，根据不同市场的需求进行配置，衍生出一系列适应不同市场的新车犁，并根据国 外客户的要求，选用合适的柴油机和转向架，很快开发出满足国外客户需要的多型机车，如出口尼目 利亚的c k d 8 a 型，从开发到生产仅用了6 个月时闻；出口坦赞铁路的g k d l 型仅用了7 个爿时间： 出口伊朗的c k d 2 型机车仅用了8 个月时间，打破了国际上大体两年研发一种新车型的格局。 总的来看- 面向大规模定制的产品设计关键技术在国内并没育解决企业对此还是传统的经验设 计方法。因此，提出适合我国企业特点的面向丈规模定制的产品殴计技术，并在企业推j 虑用，是我 国企业采用大规模定制模式的前提。 1 - 3 面向大规模定制生产的主要设计方法 没计方法是解决具体设计过程中的设计问题，人规模定制设计概括起来就是要实现产+ 鼎零部件的 标准化和模块化。他继承了大规模生产的设计方法中仍然髓够使用的方法，如弗行设计、虚拟殴计、 模块化设计、标准化、产品平台与产晶族设计等。本节将介绍和大规模定制设计荚系密切的并行设 计、虚拟设计、模块化设计等设计原理。 1 - 3 1 并行设计 产品设计可以看作是有步骤的分析与综合，不断从定性列定量的问题求解过程。德国学者gp a h l 和wb e i t z 下7 0 年代提出了最其代表性、权威性和系统性的产品设计方法学i 】”。饱们将 ：穗龄计过 程主要分为4 个阶段：明确任务阶段，概念设计阶段，具体化设计阶段和详细设计阶段。这个设计过 程很典型的代表了串行的产品设计与开发横式。尽管各大阶段具有信息反馈使产品设计更为全面和准 确，但缺乏具体和有效的机制支持。 并行设计是并行工程的主要组成部分，是对产品设计与其相关过程进行并行，是设计相关过程并 行、一体化、系统化的工作模式，其模型如图1 2 所示。这种工作模式力图使开发者从开始就考虑到 产品的生命周期，并行1 ：程的工作重心是产晶并行殴计，并行设计将下游环节的可靠性、技术、生产 条件等作为设计环节的约束条件，以避免或减少产品开发进行茔8 晚期孝发现错误，在返回到设计初期 进行修改，延长产品上市时间，增加产晶成本。并行设计工作模式感在产品设计的同时考虑其相荚过 程，包括加：工艺、装配、检测、质量保证、销售和维护等。在并行设计中，产品开发过程的备阶段 工作交义进行，及早发现与其相关过程不樵匹配的地方及时评估、决策，以达剐缩短产品开发周期、 提高质量、降低成本的目的。 并行设计作为一种设计“哲理”，是在原有信息集成基础上，集成豹、并行的设计产品。并行设计 更强调功能上和过程上的集成，在优化和充足产品开发过程的同时，实现多学科领域专家群体协同：| 作。所谓并行，是指一个以上的事件在同一时刻或同一时段内发生多个复杂性时间可以为空间的复 杂和时间的复杂，并行设计的目标是尽可能减少时间，通常是聚取增加宝间的复杂性米实现。从产晶 设计采看，并行设计采用每个时刻可容纳的设计过程相应增加，使整个设计过程尽可能同时进行。 并行l 挫在某种意义上可以称作产品的并行设计，因为其追求的目标是最终产晶由完善的设计而 确定，其方法是通过在设计阶段对后续生产制造等阶段豹需求尽可能的综合、平衡考虑而使最终，“：品 的设计能够达到企业的经营目标。 6 翌j ! 三些奎兰鎏圭兰堡堡苎 一 1 3 2 虚拟设计 图1 2 并行设计模型 f i g 1 2m o d e lo f c o n c t l l t e n td e s i g n 虚拟设计是指运用计算机，应用虚拟模型( 如3 d 图形，开发过程模型，分析与仿真，产品数据 管理p d m 等) 在实际加工开始之前通过计算机拟定实际产品开发系统的工作，预先分析产晶殴讨 与开发过程的组织管理，产晶功能及可加工性蒋问题，以取得虚拟设计与开发过程的优化和投入优化 的生产过程后得到优化的产品”“。 虚拟设计的实现首先是将产品模型数字化，即产品模型的虚拟化，配合一系列开发r 具对产1 f ；占的 结构进行分析，优化产品的结构和性