需求驱动的个性化产品配置设计方法研究

摘要

在客户需求多变和市场竞争的日益激烈的现代企业环境下，传统的面向客户共性需求的产品开发设计方法已经不能适应客户的个性化需求，科学合理的产品设计方法是保证企业适应变化的市场需求、快速开发出高质量、低成本和个性化产品的重要环节，因此，企业要在激烈的市场竞争中取得优势，必须将客户的个性化需求融入到产品的设计中，将产品的设计由“满足设计需求”转变为“满足客户的个性化需求”，以最快的速度、最低的成本提供质量最优的产品来快速响应市场。本文针对大批量定制环境下产品配置设计关键技术进行研究，主要内容包括以下几个部分：
　　 客户需求分析及建模技术研究。研究了预测需求和订单需求的获取方法，建立了需求的统一表达形式，在此基础上，对预测需求、订单需求进行聚类、需求值统计及模糊转化；通过迭代法实现了客户订单满意度及聚类粒度之间的协调；最后建立了预测客户需求的本体模型，为订单需求本体的提取奠定基础。
　　 基于物场分析法和改进的QFD质量屋的产品族模型研究。建立已有产品功能的物场模型，根据已有产品的设计关系，将预测需求关联到物场模型中，作为模型中的待改进问题，并采用物场分析法进行求解；通过描述需求、技术特征和功能原理之间的关系，改进QFD质量屋，根据改进QFD质量屋中的信息，建立产品族的本体模型，为实现面向订单需求的产品配置奠定基础。
　　 基于需求进化和个性化需求预测的产品族更新研究。利用TRIZ创新原则中的进化理论预测需求进化趋势，同时对有历史记录的客户进行个性化需求预测，在以此所得到的动态需求基础上，采用亲和度法对拓展需求进行识别；利用关联规则挖掘将确认后需求映射到功能，根据新功能和原理及结构的耦合度，实现功能到原理和结构的映射，对新结构模块进行定制度分析；用本体元素融合法将新结构模块融合到原有产品族中，实现产品族进化，提高了产品族的全面性和更新速度，支持产品配置设计。
　　 基于本体映射和规则匹配的产品配置设计研究。通过相似度计算，将从预测需求本体中提取出与订单需求对应的节点，形成订单需求本体；根据产品族设计时的关联关系，利用本体描述需求域与结构域之间的关系，并将订单中的需求映射为产品结构中配置项和选配项；建立产品结构之间的匹配规则，以订单映射之后的配置项和选配项为输入关系对，进行规则匹配；通过端口属性将选配项结构和固定结构形成产品方案，最后对生成的配置方案进行评价，从经济性、实用性和技术性等三个方面实现了企业和客户两个角度的综合排序，提高了配置设计速度。
　　 最后，在系统体系结构和功能模块设计的基础上，建立了原型系统。结合某减速机制造商案例，分析了存在的问题，进行了行星减速机产品设计。通过对应用效果的分析，验证了本文关于面向需求的产品配置设计方法研究结果的正确性和实用性。

目录

文摘

英文文摘

CONTENTS

第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 研究问题的提出

1.3 相关问题的国内外研究现状

1.3.1 客户需求分析的研究现状

1.3.2 产品族研究现状分析

1.3.3 产品族动态更新研究现状分析

1.3.4 产品配置研究现状

1.3.5 相关研究存在的问题

1.4 主要研究内容

第2章 客户需求分析及建模

2.1 引言

2.2 客户需求的特点

2.3 客户需求的获取

2.3.1 预测客户需求的获取

2.3.2 订单客户需求的获取

2.4 需求的识别和获取

2.4.1 客户需求的识别模型

2.4.2 客户需求的表达

2.5 客户需求的聚类

2.5.1 预测客户需求的聚类

2.5.2 订单客户需求的聚类

2.5.3 订单模糊需求转化

2.5.4 客户满意度计算

2.6 基于本体的预测需求建模

2.6.1 预测客户需求本体定义

2.6.2 预测客户需求本体模型建立

2.7 本章小结

第3章 预测需求驱动的产品族模型建立

3.1 引言

3.2 TRIZ理论的物场分析法和标准解

3.2.1 物-场分析法

3.2.2 标准解

3.2.3 物-场分析法中标准解的应用

3.3 基于改进QFD和物-场分析法的产品族设计

3.3.1 产品功能分解

3.3.2 产品零部件的物-场模型

3.3.3 QFD质量屋的改进

3.3.4 产品族结构内容设计

3.3.5 产品族结构关系设计

3.3.6 零部件模块化

3.4 建立产品族结构的本体模型

3.4.1 产品族结构分析

3.4.2 产品族结构本体

3.5 本章小结

第4章 动态需求驱动的产品族更新

4.1 引言

4.2 产品更新原理

4.3 动态需求获取

4.3.1 个性化需求预测

4.3.2 需求进化

4.4 动态需求的识别及确认

4.4.1 动态需求的识别

4.4.2 动态需求的确认

4.5 动态客户需求映射

4.5.1 动态客户需求的CN-FR映射

4.5.2 基于动态需求的FR-DP-M映射

4.5.3 定制模块与通用模块的确定

4.6 新增模块与原产品族的融合

4.7 本章小结

第5章 个性化需求驱动的产品配置设计

5.1 引言

5.2 客户订单需求本体提取

5.2.1 客户订单需求表达

5.2.2 客户订单需求本体生成

5.3 产品配置

5.3.1 产品配置原理

5.3.2 映射规则知识表达

5.3.3 基于规则的产品配置模型自动获取

5.4 基于层次分析法的产品配置评价

5.4.1 层次分析法的评价结构

5.4.2 层次分析法的评价过程

5.5 本章小结

第6章 需求驱动的个性化产品配置原型系统

6.1 引言

6.2 系统设计

6.2.1 系统的开发环境和技术框架

6.2.2 系统的体系结构

6.2.3 系统的功能子系统设计

6.3 应用案例

6.3.1 企业应用背景

6.3.2 行星齿轮减速机产品配置过程

6.3.3 应用效果分析

6.4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢