面向大規(guī)模定制的產(chǎn)品族設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、大規(guī)模定制(MC，Mass Customization)作為21世紀(jì)最主要的一種生產(chǎn)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(chǎn)方式生產(chǎn)個性化產(chǎn)品問題的有效途徑。其中面向大規(guī)模定制設(shè)計(DFMC，Design for Mass Customization)是實施MC關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而產(chǎn)品族設(shè)計(PFD，Product Family．Design)是實現(xiàn)：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(jīng)成為實施、應(yīng)用DFMC及MC的瓶頸。本文在綜合國內(nèi)外相關(guān)研究基礎(chǔ)上，按照“理論探討一方法技術(shù)研究一系統(tǒng)開發(fā)及工程應(yīng)用”策略對“面向大規(guī)模定制的產(chǎn)品族設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)”進(jìn)行了重點(diǎn)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(jù)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(shù)再到實際應(yīng)用的完整PFD體系結(jié)構(gòu)。 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(chǎn)品結(jié)構(gòu)、功能和客戶定制需求多個角度提出產(chǎn)品零部件模塊劃分準(zhǔn)則，基于該準(zhǔn)則分別構(gòu)建產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、功能和客戶定制三種相關(guān)性矩陣；采用AHP方法計算三種相關(guān)性矩陣之間的權(quán)重系數(shù)，依據(jù)公式對三種相關(guān)性予以整合，得到產(chǎn)品零部件兩兩之間模塊化綜合相關(guān)度數(shù)值，并構(gòu)建

4、綜合相關(guān)度矩陣；建立產(chǎn)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(guān)度矩陣元素數(shù)值與閾值進(jìn)行比較，根據(jù)結(jié)果生成相應(yīng)模塊劃分方案。以裝載機(jī)工作裝置為例進(jìn)行MCMPA應(yīng)用分析，結(jié)果表明MCMPA使劃分模塊同時具備客戶定制性、結(jié)構(gòu)獨(dú)立性和功能獨(dú)立性，并把模塊劃分定性問題轉(zhuǎn)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(chǎn)品通用平臺辨識問題，在并行考慮產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、功能和客戶定制需求基礎(chǔ)上，提出了產(chǎn)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(chǎn)品通用平臺辨識規(guī)則和當(dāng)量距離概念，為產(chǎn)品通用平臺跨域辨識提供了理論方法基礎(chǔ)。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(xué)家科研獎勵基金計劃項目(2006BS05010)資助。 論和矩陣有關(guān)理論應(yīng)用到CDIPCP研究中，定義

6、和構(gòu)建了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)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(yīng)關(guān)聯(lián)矩陣，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了多約束耦合空間模型，將產(chǎn)品零部件轉(zhuǎn)化為空間中的點(diǎn)，通過計算、比較各點(diǎn)與原點(diǎn)當(dāng)量距離大小進(jìn)行CDIPCP。將CDIPCP方法應(yīng)用于輪式裝載機(jī)進(jìn)行了分析驗證，結(jié)果表明產(chǎn)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(chǎn)品通用平臺辨識的有效方法，能并行考慮產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、功能以及客戶定制因素，并能把產(chǎn)品通用平臺辨識定性問題轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

7、定量計算問題，有效地解決了產(chǎn)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(chǎn)品信息、客戶定制信息和企業(yè)資源信息集成表達(dá)問題，提出了產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)無向圖模型(UGMPFA，Undirected Graph Model for Product FamilyArchitecture)。采用圖論方法，以產(chǎn)品通用平臺、差異化模塊及其之間相互配置關(guān)系作為主要構(gòu)成單元，定義了兩類頂點(diǎn)和三類邊，在充分考慮產(chǎn)品族模型內(nèi)涵基礎(chǔ)上把客戶信息、產(chǎn)品信息和企

8、業(yè)資源信息集成在一起。并以UGMPFA為基礎(chǔ)提出了個性化產(chǎn)品定制算法流程，將客戶定制需求信息作為驅(qū)動，通過平臺選擇和模塊匹配定制個性化產(chǎn)品。以工程機(jī)械裝載機(jī)為例進(jìn)行UGMPFA建模研究，結(jié)果表明UGMPFA可合理表達(dá)企業(yè)生產(chǎn)能力、顧客個性化需求、差異化產(chǎn)品變型能力、系列相似產(chǎn)品之間關(guān)系以及個性化產(chǎn)品定制所蘊(yùn)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(chǎn)資源、快速響應(yīng)細(xì)分市場和產(chǎn)品族設(shè)計軟件系統(tǒng)的開發(fā)奠定基礎(chǔ)。 針對PFD輔

9、助支持工具開發(fā)問題，以PFD方法及其關(guān)鍵技術(shù)為基礎(chǔ)，把PFD思想和CAD技術(shù)相結(jié)合，提出面向MC的產(chǎn)品族設(shè)計軟件系統(tǒng)(PFDSS，ProductFamily Design Software System)開發(fā)技術(shù)。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(gòu)建統(tǒng)一外部數(shù)據(jù)庫并結(jié)合CAD內(nèi)部數(shù)據(jù)庫進(jìn)行資源信息管理。在PFDSS中輸入客戶定制信息，將其轉(zhuǎn)化、傳遞和映射為設(shè)計信息，通過平臺選擇、模塊匹配，最終輸出個