面向大規(guī)模定制的產品族設計關鍵技術研究.pdf

1、大規(guī)模定制(MC，Mass Customization)作為21世紀最主要的一種生產模式，是解決目前企業(yè)發(fā)展過程中所面臨如何以大規(guī)模生產方式生產個性化產品問題的有效途徑。其中面向大規(guī)模定制設計(DFMC，Design for Mass Customization)是實施MC關鍵環(huán)節(jié)，而產品族設計(PFD，Product Family．Design)是實現：DFMC的重要、有效方法。由于缺乏系統(tǒng)性的理論、方法及工具支持，PFD作用還未能充

2、分發(fā)揮出來，這已經成為實施、應用DFMC及MC的瓶頸。本文在綜合國內外相關研究基礎上，按照“理論探討一方法技術研究一系統(tǒng)開發(fā)及工程應用”策略對“面向大規(guī)模定制的產品族設計關鍵技術”進行了重點研究。 系統(tǒng)提出了PFD方法體系，深入探討了PFD基本思想、PFD研究問題、PFD理論依據和PFD方法體系框架，為面向MC的PFD研究提供了理論、方法支持，形成了從理論到技術再到實際應用的完整PFD體系結構。 針對PFD過程中模塊定制

3、性要求問題，把客戶定制需求信息引入模塊劃分，提出了面向MC的PFD多約束模塊劃分方法(MCMPA，Multi-Constrained ModularPartition Approach)。從產品結構、功能和客戶定制需求多個角度提出產品零部件模塊劃分準則，基于該準則分別構建產品結構、功能和客戶定制三種相關性矩陣；采用AHP方法計算三種相關性矩陣之間的權重系數，依據公式對三種相關性予以整合，得到產品零部件兩兩之間模塊化綜合相關度數值，并構建

4、綜合相關度矩陣；建立產品零部件多約束模塊劃分算法流程，輸入模塊劃分閾值，將綜合相關度矩陣元素數值與閾值進行比較，根據結果生成相應模塊劃分方案。以裝載機工作裝置為例進行MCMPA應用分析，結果表明MCMPA使劃分模塊同時具備客戶定制性、結構獨立性和功能獨立性，并把模塊劃分定性問題轉化為可定量計算問題，提高了模塊劃分效率和合理性。 針對PFD過程中產品通用平臺辨識問題，在并行考慮產品結構、功能和客戶定制需求基礎上，提出了產品通用平臺

5、耦合空間跨域辨識方法(CDIPCP，Cross-Dommn Identification of Product Common Platform)。通過提出產品通用平臺辨識規(guī)則和當量距離概念，為產品通用平臺跨域辨識提供了理論方法基礎。把圖*本研究得到了國家“十一五”科技支撐計劃項目(2006BAF02A01)和山東省優(yōu)秀中青年科學家科研獎勵基金計劃項目(2006BS05010)資助。 論和矩陣有關理論應用到CDIPCP研究中，定義

6、和構建了產品結構域無向圖模型、功能域有向圖模型、用戶需求域向量表模型以及各模型對應關聯(lián)矩陣，并在此基礎上構建了多約束耦合空間模型，將產品零部件轉化為空間中的點，通過計算、比較各點與原點當量距離大小進行CDIPCP。將CDIPCP方法應用于輪式裝載機進行了分析驗證，結果表明產品通用平臺辨識規(guī)則、多約束耦合空間模型和多約束耦合空間矩陣是產品通用平臺辨識的有效方法，能并行考慮產品結構、功能以及客戶定制因素，并能把產品通用平臺辨識定性問題轉變?yōu)?/p>

7、定量計算問題，有效地解決了產品通用平臺在多域中統(tǒng)一、定量辨識問題。針對PFD過程中產品信息、客戶定制信息和企業(yè)資源信息集成表達問題，提出了產品族結構無向圖模型(UGMPFA，Undirected Graph Model for Product FamilyArchitecture)。采用圖論方法，以產品通用平臺、差異化模塊及其之間相互配置關系作為主要構成單元，定義了兩類頂點和三類邊，在充分考慮產品族模型內涵基礎上把客戶信息、產品信息和企

8、業(yè)資源信息集成在一起。并以UGMPFA為基礎提出了個性化產品定制算法流程，將客戶定制需求信息作為驅動，通過平臺選擇和模塊匹配定制個性化產品。以工程機械裝載機為例進行UGMPFA建模研究，結果表明UGMPFA可合理表達企業(yè)生產能力、顧客個性化需求、差異化產品變型能力、系列相似產品之間關系以及個性化產品定制所蘊涵知識，篩選掉定制過程中冗余信息，為企業(yè)充分利用生產資源、快速響應細分市場和產品族設計軟件系統(tǒng)的開發(fā)奠定基礎。 針對PFD輔

9、助支持工具開發(fā)問題，以PFD方法及其關鍵技術為基礎，把PFD思想和CAD技術相結合，提出面向MC的產品族設計軟件系統(tǒng)(PFDSS，ProductFamily Design Software System)開發(fā)技術。以CAD系統(tǒng)為PFD開發(fā)平臺，以UGMPFA為信息集成、傳遞橋梁，通過構建統(tǒng)一外部數據庫并結合CAD內部數據庫進行資源信息管理。在PFDSS中輸入客戶定制信息，將其轉化、傳遞和映射為設計信息，通過平臺選擇、模塊匹配，最終輸出個