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面向大批量定制的客戶需求分析技術(shù)論文

時(shí)間:2024-06-28 15:37:11 論文范文 我要投稿

面向大批量定制的客戶需求分析技術(shù)論文

 論文關(guān)鍵詞:大批量定制,需求分析,產(chǎn)品基因工程,產(chǎn)品逆向工程

面向大批量定制的客戶需求分析技術(shù)論文

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  論文摘要:介紹了當(dāng)前大批量定制的特點(diǎn)與發(fā)展方向?qū)嵤┎呗院诵募夹g(shù),分析了在技術(shù)驅(qū)動(dòng)的大批量定制生產(chǎn)模式的環(huán)境下,結(jié)合產(chǎn)品基因工程與產(chǎn)品逆向工程,進(jìn)行開發(fā)客戶需求獲取與分析技術(shù)的關(guān)鍵內(nèi)容,并提出解決方案,建立了有效的產(chǎn)品族模型,并開發(fā)了一個(gè)系統(tǒng)原形,為以后的研究工作打下了一個(gè)良好的基礎(chǔ)。

    在目前眾多針對(duì)大批量定制生產(chǎn)模式(MC)的研究中,絕大多數(shù)的研究均局限于客戶驅(qū)動(dòng)的MC模式(一言需求驅(qū)動(dòng)),例如在針對(duì)產(chǎn)品配置模型的研究中,認(rèn)為“大批量定制是客戶驅(qū)動(dòng)的、以滿足客戶需求為定制條件的生產(chǎn)模式,客戶要求是MC中產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)的最初來源”。這些的研究過于強(qiáng)調(diào)客戶的重要性,將客戶需求滲透人產(chǎn)品生命周期的各個(gè)階段中,甚至提出客戶參與設(shè)計(jì)的概念。而筆者認(rèn)為,客戶驅(qū)動(dòng)的MC模式僅僅是一種較為低級(jí)的,過渡性質(zhì)的MC;其更高級(jí)的階段,則是以先進(jìn)技術(shù)為驅(qū)動(dòng)力的,可稱之為技術(shù)驅(qū)動(dòng)型的大批量定制汀echnology driven Mass Customization )。目前TDMC已經(jīng)出現(xiàn)了成功的例子,例如戴爾公司與摩托羅拉公司。從客戶的角度看來,要生成滿足需求的產(chǎn)品是如此容易,以至于只需在其定制網(wǎng)站上進(jìn)行簡(jiǎn)單的選取即可生成令人滿意的產(chǎn)品,并且在選取完成之后馬上可以下達(dá)訂單。究其內(nèi)在原因,則是在先進(jìn)技術(shù)的支持和驅(qū)動(dòng)下形成其完善的產(chǎn)品族。因此,技術(shù)驅(qū)動(dòng)模式將是大批量定制的發(fā)展方向。但是客戶需求是產(chǎn)品存在的先決條件,在任何MC模式中都占據(jù)著極其重要的地位,沒有需求就沒有產(chǎn)品,本文將探討客戶需求在丁DMC的模式下,尤其是在產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)中,起到了怎樣的作用。首先介紹需求分析技術(shù)所在的理論框架:產(chǎn)品基因工程。其次在產(chǎn)品基因工程平臺(tái)上,介紹了對(duì)于需求分析極其重要的相關(guān)理論:產(chǎn)品逆向工程。然后在這個(gè)環(huán)境中建立需求模型和技術(shù)體系并加以分析,最后介紹一個(gè)系統(tǒng)原形。

  1產(chǎn)品基因工程與產(chǎn)品逆向工程

  1.1產(chǎn)品基因工程(Product Genetic Engineering)

    近幾十年在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域中,產(chǎn)生了大量的設(shè)計(jì)理論與設(shè)計(jì)方法,如公理化設(shè)計(jì)JRIZ設(shè)計(jì)理論等,并支持設(shè)計(jì)者進(jìn)行研究和實(shí)踐。然而,仍然缺乏有效的設(shè)計(jì)理論和可操作方法以支持真正自頂向下的、自動(dòng)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)。在經(jīng)過進(jìn)化設(shè)計(jì)和變參設(shè)計(jì)、基因算法和基因編程、產(chǎn)品信息基因的各發(fā)展階段之后,基于產(chǎn)品快速增長(zhǎng)和新物種產(chǎn)生的機(jī)制,產(chǎn)品基因工程(Product Genetic Engineering)的概念應(yīng)運(yùn)而生,并且相對(duì)于有機(jī)的產(chǎn)品/人工設(shè)計(jì),引人了細(xì)胞分裂生長(zhǎng)的機(jī)制。

  1,1,1產(chǎn)品基因

    產(chǎn)品基因的概念是仿照生物體而提出的,與生物基因類比,產(chǎn)品基因是產(chǎn)品的構(gòu)成藍(lán)圖,是決定產(chǎn)品功能與結(jié)構(gòu)的最小功能單元。并且具有與生物基因類似的性質(zhì):遺傳性、自組織性和自適應(yīng)性。產(chǎn)品基因有三種:功能基因((Function Genes, FGs)、控制基因(Control Genes, CGs)和結(jié)構(gòu)基因(Structural Genes, SGs)。產(chǎn)品基因?yàn)楫a(chǎn)品全部信息的集成,貫穿于產(chǎn)品的整個(gè)生命周期之中,在產(chǎn)品的需求、設(shè)計(jì)、制造、裝配和使用、維護(hù)、直至報(bào)廢的整個(gè)生命周期中的不同階段表現(xiàn)為不同的信息。詳細(xì)分類包括需求基因、設(shè)計(jì)基因、制造基因、裝配基因、商品基因、使用及維護(hù)基因和回收基因等等?傊,產(chǎn)品基因是一個(gè)完備的信息系統(tǒng),不僅包括產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能、制造、銷售等產(chǎn)品生命周期各階段的相關(guān)數(shù)據(jù),還包含對(duì)產(chǎn)品生長(zhǎng)各階段進(jìn)行控制的信息(全自動(dòng)或半自動(dòng)),兩部分共同來完成產(chǎn)品的生長(zhǎng)過程。

  1.1.2產(chǎn)品全生命周期基因工程系統(tǒng)框架

    生物基因工程能夠?qū)⒒驈纳矬w內(nèi)提取出來,在體外進(jìn)行改造,再將重組基因?qū)说绞荏w細(xì)胞中,以進(jìn)行表達(dá)。生物系統(tǒng)的生長(zhǎng)、進(jìn)化與產(chǎn)品設(shè)計(jì)存在著相似性,將生物的有關(guān)遺傳規(guī)律與產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論有機(jī)地聯(lián)系起來,對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品來說,可以借鑒生物基因工程原理,提取產(chǎn)品的基因,并加以改造,重組出新的產(chǎn)品基因,并使其自動(dòng)生長(zhǎng),生成新的機(jī)械產(chǎn)品,用于支持產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。產(chǎn)品基因工程就是基因工程在機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用,它是提取現(xiàn)有產(chǎn)品基因、建立產(chǎn)品基因庫(kù)、根據(jù)用戶需求按照一定的法則進(jìn)行基因重組、重組基因評(píng)價(jià)、在特定環(huán)境下進(jìn)行基因表達(dá)和最終對(duì)新生成產(chǎn)品評(píng)價(jià)的過程,主要用于設(shè)計(jì)新產(chǎn)品以支持產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。圖1為產(chǎn)品全生命周期基因工程系統(tǒng)框架。
 1.1.3產(chǎn)品基因工程與大批量定制

    根據(jù)客戶需求對(duì)企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)影響程度的不同,即客戶訂單分離點(diǎn)在企業(yè)生產(chǎn)過程中位置的不同,可以將不同的大批量定制的生產(chǎn)方式方式分成按訂單銷售(Sale to order, STO)、按訂單裝配(Assemble to order, ATO)、按訂單制造(Make to order, MTO)、按訂單設(shè)計(jì)(Engineer to order, ETO)和按訂單研制(Research to order, RTO)五種類型。大批量定制的技術(shù)核心是產(chǎn)品及零部件的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化,而產(chǎn)品基因本身就代表著標(biāo)準(zhǔn)功能表面、標(biāo)準(zhǔn)模式、標(biāo)準(zhǔn)零部件和標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品,因此我們可以基于Top-Down的風(fēng)格將產(chǎn)品基因分為五個(gè)層次,分別是產(chǎn)品基因、模塊基因、零件基因、模式基因和功能表面基因,利用產(chǎn)品基因工程方法,同樣基于Top-Down的順序?qū)⑺鼈儜?yīng)用于產(chǎn)品的生長(zhǎng)型設(shè)計(jì)之中,并且分別建立五個(gè)層次的基因庫(kù),分別與STO,ATO,MTO,ETO和RTO相對(duì)應(yīng),以支持不同定制深度的產(chǎn)品大規(guī)模定制設(shè)計(jì)。由此可知,產(chǎn)品基因工程正是實(shí)現(xiàn)大批量定制的良好解決方案。
 1.2產(chǎn)品逆向工程(Product Reverse Engineering)

  1.2.1產(chǎn)品逆向工程的產(chǎn)生與概念

    反求技術(shù)在引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)產(chǎn)品、技術(shù)、生產(chǎn)線的消化和吸收中發(fā)揮了積極的作用,但卻無(wú)法真正突破技術(shù)壁壘,打破經(jīng)驗(yàn)的局限性,因?yàn)楹?jiǎn)單的模仿無(wú)法了解到最初的產(chǎn)品設(shè)計(jì)思想。

    我們把產(chǎn)品逆向工程定義為:在產(chǎn)品基因工程理論指導(dǎo)下根據(jù)現(xiàn)有產(chǎn)品及其相關(guān)信息重新構(gòu)造產(chǎn)品基因的創(chuàng)造性工程。其本質(zhì)上就是還原出產(chǎn)品可行的設(shè)計(jì)過程,最大程度上吸收原有產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思想及其關(guān)鍵技術(shù),從而支持產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)、提高我們自主設(shè)計(jì)的能力。

    產(chǎn)品逆向工程,將一個(gè)成熟產(chǎn)品輸人值系統(tǒng)進(jìn)行分析,分解至功能表面的層面上,然后進(jìn)行重構(gòu),并在重構(gòu)的過程中對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化,包括模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化,使之在更深層面和更細(xì)粒度上符合大批量定制的生產(chǎn)要求。而在重構(gòu)過程中,優(yōu)化進(jìn)行的依據(jù)則需要客戶需求的獲取分析結(jié)果作為參考。所以,只有準(zhǔn)確把握市場(chǎng)動(dòng)態(tài)和客戶需求變動(dòng)的前提下,產(chǎn)品的模塊化才能在正確的方向上進(jìn)行,才能真正使產(chǎn)品具有生命力和競(jìng)爭(zhēng)力。

  1.2.2產(chǎn)品逆向工程系統(tǒng)框架

 

    如圖2所示,首先,建立數(shù)字化三維產(chǎn)品庫(kù),包括整機(jī)、部件、零件等,對(duì)于其他CAD系統(tǒng)則通過S下EP中性文件轉(zhuǎn)化方法集成;然后,建立產(chǎn)品概念結(jié)構(gòu)模型;最后,通過機(jī)電產(chǎn)品基因獲取模塊,建立分層次基因庫(kù),包括產(chǎn)品族、整機(jī)、部件、零件、模式、功能表面等。其中的關(guān)鍵技術(shù)包括面向產(chǎn)品概念結(jié)構(gòu)的快速三維造型、與現(xiàn)有CAD系統(tǒng)計(jì)稱技術(shù)(S下EP文件讀取、翻譯、轉(zhuǎn)化等)、逆向設(shè)計(jì)過程重建與產(chǎn)品基因獲取等。

  1.2.3產(chǎn)品逆向工程與產(chǎn)品基因庫(kù)

    建立結(jié)構(gòu)合理,標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化的產(chǎn)品基因庫(kù),有利于生成具有良好結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品族模型,也是實(shí)現(xiàn)技術(shù)驅(qū)動(dòng)型大批量定制的先決條件。產(chǎn)品逆向工程的結(jié)果,恰恰就是一個(gè)數(shù)字化、分層次的產(chǎn)品基因庫(kù),因此,我們可以利用產(chǎn)品逆向工程順利實(shí)現(xiàn)技術(shù)驅(qū)動(dòng)的大批量定制模式。

      由以上分析可知:產(chǎn)品基因工程是大批量定制(Mass customization )得以實(shí)現(xiàn)的環(huán)境與條件;產(chǎn)品逆向工程,是技術(shù)驅(qū)動(dòng)(technology-driven)的保證與實(shí)現(xiàn)手段。PRE與PGE從兩個(gè)方面共同支持下DMC,從而為下DMC的發(fā)展提供了一條可行的道路。

  2 PGE框架中的用戶需求分析

  當(dāng)對(duì)產(chǎn)品概念模型的分解過程進(jìn)行到完成功能表面的創(chuàng)建階段時(shí),就要依靠設(shè)計(jì)要求,選擇合理的功能模式進(jìn)行重構(gòu),基于產(chǎn)品基囚庫(kù)選取相應(yīng)基囚,組合稱為符合客戶需求的產(chǎn)品族模型,所以其中的設(shè)計(jì)需求與產(chǎn)品基因庫(kù)均需要客戶需求與分析系統(tǒng)的支持和參與才能建立和完成。

    在PG E框架中的用戶需求獲取與分析的過程,也即客戶需求基因(Customer Request Genes,CRGs)的獲取、建立和應(yīng)用的過程。產(chǎn)品基因是一個(gè)復(fù)雜龐大的信息集成,產(chǎn)品所有特征應(yīng)當(dāng)包含在產(chǎn)品基因系統(tǒng)中,這樣才能在控制基因的影響下,逐步生成產(chǎn)品實(shí)體。而需求基因則可以說成是產(chǎn)品基因的“基因”,它是產(chǎn)品生命周期的源頭,因此,類似于客戶需求對(duì)于產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的重要性來講,需求基因在整個(gè)產(chǎn)品生命周期的范圍內(nèi),同樣起著至關(guān)重要的決定性作用與影響。

  2.1需求基因模型

  2.1.1需求基因的定義與獲取

    產(chǎn)品生命周期最初是從市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品功能的需求開始的,通過對(duì)需求功能的整理、分析,得到對(duì)需求功能系統(tǒng)的認(rèn)識(shí),全面獲得產(chǎn)品的功能要求,即客戶對(duì)產(chǎn)品的需求,并按其重要性的程度制定出度量指標(biāo)。我們把這些帶權(quán)重的產(chǎn)品功能要求的信息集合,稱為需求基因。

    客戶需求有多種來源:包括銷售數(shù)據(jù)、問卷調(diào)查、網(wǎng)上信息的搜集、訪問信息、用戶反饋、市場(chǎng)調(diào)研,還包括競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手信息獲取以及對(duì)新生科研成果等多方面的來源,每一種來源均有可能成為創(chuàng)新產(chǎn)品產(chǎn)生和發(fā)展的原動(dòng)力。

    客戶需求獲取技術(shù):由于客戶需求的模糊性、不確定性和不完整性等等特點(diǎn),目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于客戶需求的獲取技術(shù)進(jìn)行了大量的研究。其中包括利用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的基于Web源的客戶需求獲取技術(shù)、基于數(shù)據(jù)挖掘的需求獲取分析技術(shù)、基于Web的客戶交流平臺(tái)等許多技術(shù)。我們可以在PGE框架中應(yīng)用這些優(yōu)秀有效的思想方法與技術(shù)來實(shí)現(xiàn)客戶需求的獲取。

  2.1.2需求基因的表達(dá)與應(yīng)用

  需求基因可表達(dá)為如下函數(shù):

   

  其中,Ψk(x)為第k階基函數(shù),ωk為相應(yīng)權(quán)重,Ι為函數(shù)集的空間。

    需求基因(CRGs)與功能基因(Functional Genes , FGs)功能基因來源于功能需求,是市場(chǎng)需求的功能基元。FGs對(duì)應(yīng)于各種類型的功能表面,經(jīng)“轉(zhuǎn)錄”成為產(chǎn)品功能原型。通常地,我們通過對(duì)市場(chǎng)需求的分析整理,分解重構(gòu)出一個(gè)個(gè)需求子功能,需求子功能對(duì)應(yīng)著FGs,FGs可轉(zhuǎn)錄為具體功能表面,需求總功能對(duì)應(yīng)著功能表面間的聯(lián)系,它們相互作用,形成產(chǎn)品原型。由此我們可以看出,產(chǎn)品的功能基因來源于用戶的需求功能,是以產(chǎn)品原型為載體,從產(chǎn)品原型中抽象、提取出的本質(zhì)含義,雖然抽象但極具概括性。因此,在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)產(chǎn)品的執(zhí)行功能元件,使得各個(gè)元件隨意組合,形成功能相同而形態(tài)各異的實(shí)際產(chǎn)品,因此功能基因可“轉(zhuǎn)錄”為單位作用面及其組合關(guān)系。

    可以類比目前客戶需求到產(chǎn)品工程特性的映射研究現(xiàn)狀:客戶需求到產(chǎn)品工程特性的映射普遍采用QFD分析法,HoQ質(zhì)量屋和層次分析法得到。由產(chǎn)品工程特性到產(chǎn)品的零部件以及產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)之間的映射,并未得到良好的解決方案,逆向工程在對(duì)這個(gè)問題的探求土取得了一定成果。分解重構(gòu)理論在深人研究產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,提出了“功能表面”的概念,將產(chǎn)品的功能和結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起,進(jìn)行綜合考慮,是一種創(chuàng)新性的理論,對(duì)于開發(fā)新產(chǎn)品具有深遠(yuǎn)的意義?蛻粜枨蟮姆治黾夹g(shù)就是建立在分解重構(gòu)理論和生長(zhǎng)型設(shè)計(jì)理論的基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)研究的。

  2.2產(chǎn)品基因工程框架中的產(chǎn)品族模型及應(yīng)用

  2.2.1產(chǎn)品族模型

    我們建立了獨(dú)具特色的設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)原型DARFAD系統(tǒng)。DARFAD系統(tǒng)提供了產(chǎn)品設(shè)計(jì)從無(wú)到有、零件從少到多、表面從初級(jí)到高級(jí)、結(jié)構(gòu)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的進(jìn)化模式及相應(yīng)的設(shè)計(jì)工具。在一定轉(zhuǎn)換機(jī)制的作用下,產(chǎn)品族模型將經(jīng)歷由需求分析而產(chǎn)生的功能模型、概念結(jié)構(gòu)模型和實(shí)體模型的各個(gè)階段,最終生成產(chǎn)品實(shí)體族及實(shí)體產(chǎn)品,同時(shí)可對(duì)產(chǎn)品族模型進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)分析和可制造性分析,如圖3所示。


  2.2.2關(guān)于產(chǎn)品基因與“環(huán)境”的討論

    產(chǎn)品族模型源于產(chǎn)品基因,由基因組成的產(chǎn)品族模型本身就是可定制化的,提供了廣泛的可選擇的參數(shù),可稱之為“環(huán)境”,也可映射到真正產(chǎn)品生長(zhǎng)的環(huán)境所具有的特征,在這些特征的影響之下,產(chǎn)品基因得以生長(zhǎng)為不同的,符合用戶要求的產(chǎn)品實(shí)體,反過來講,缺乏了具備了各種特征的“環(huán)境”,產(chǎn)品基因?qū)o(wú)法生長(zhǎng)。

    環(huán)境特征分析,環(huán)境特征為外在的決定條件,不僅決定了產(chǎn)品基因?qū)⑸L(zhǎng)為具體哪一種產(chǎn)品,更能決定產(chǎn)品基因能否能夠成功地成長(zhǎng)為產(chǎn)品實(shí)體,因此可以得出如下結(jié)論:環(huán)境特征通過產(chǎn)品基因映射到產(chǎn)品實(shí)體的功能特征公式:
  

    其中F1為客戶需求映射函數(shù),F(xiàn)2為環(huán)境特征映射函數(shù),PF為生成的產(chǎn)品族模型。

    分析公式應(yīng)達(dá)到的三個(gè)目標(biāo):①環(huán)境特征的有效提取、資源的充分利用;②映射過程中有效降低成本和節(jié)省時(shí)間;③質(zhì)量、性能優(yōu)良的產(chǎn)品實(shí)體。

  圖4為產(chǎn)品基因生長(zhǎng)為產(chǎn)品實(shí)體的流程:


  3基于Web的用戶需求獲取與分析系統(tǒng)

    基于前面的綜合分析,給出一套在產(chǎn)品基因工程平臺(tái)上基于Web的用戶需求獲取與分析系統(tǒng)框架。圖5為產(chǎn)品基因工程平臺(tái)的框架示意。


    在具體實(shí)現(xiàn)方面,我們可以借用面向?qū)ο蟮乃枷,將產(chǎn)品基因中標(biāo)準(zhǔn)化的單元固定存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中,而轉(zhuǎn)化為方程則成為面向?qū)ο笏枷胫械念惓蓡T函數(shù),通過借助這種強(qiáng)大的輔助工具將實(shí)現(xiàn)過程的封裝,對(duì)于操作者而言,客戶對(duì)于產(chǎn)品的需求即可分解為針對(duì)系統(tǒng)的特定參數(shù)的值,而系統(tǒng)的輸出結(jié)果正式此定制產(chǎn)品的基因。系統(tǒng)分為幾大模塊:

    (1)客戶需求獲取模塊

    功能:將多種渠道獲取的客戶信息,轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)形式,并進(jìn)行存儲(chǔ)。

    (2)客戶需求分析模塊

    功能:對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,對(duì)照現(xiàn)有的零件庫(kù),提出改進(jìn)意見,交與設(shè)計(jì)人員或其他模塊來完成。

    (3)系統(tǒng)基礎(chǔ)模塊

    功能:負(fù)責(zé)提取產(chǎn)品零件庫(kù)的信息,為其他模塊提供運(yùn)行基礎(chǔ),例如界面控制、權(quán)限/角色控制、功能分配及數(shù)據(jù)維護(hù)等等。

    由于產(chǎn)品開發(fā)的靈活性要保證,這就要求了更加靈活的開發(fā)系統(tǒng)和分析系統(tǒng)。所以,系統(tǒng)開發(fā)有統(tǒng)一的接口,但是具有實(shí)現(xiàn)形式,可以進(jìn)行系統(tǒng)的擴(kuò)展。例如客戶需求獲取接口,多樣化的形式經(jīng)過接口形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù),存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。
 論文關(guān)鍵詞:大批量定制,需求分析,產(chǎn)品基因工程,產(chǎn)品逆向工程

  論文摘要:介紹了當(dāng)前大批量定制的特點(diǎn)與發(fā)展方向?qū)嵤┎呗院诵募夹g(shù),分析了在技術(shù)驅(qū)動(dòng)的大批量定制生產(chǎn)模式的環(huán)境下,結(jié)合產(chǎn)品基因工程與產(chǎn)品逆向工程,進(jìn)行開發(fā)客戶需求獲取與分析技術(shù)的關(guān)鍵內(nèi)容,并提出解決方案,建立了有效的產(chǎn)品族模型,并開發(fā)了一個(gè)系統(tǒng)原形,為以后的研究工作打下了一個(gè)良好的基礎(chǔ)。

 

    在目前眾多針對(duì)大批量定制生產(chǎn)模式(MC)的研究中,絕大多數(shù)的研究均局限于客戶驅(qū)動(dòng)的MC模式(一言需求驅(qū)動(dòng)),例如在針對(duì)產(chǎn)品配置模型的研究中,認(rèn)為“大批量定制是客戶驅(qū)動(dòng)的、以滿足客戶需求為定制條件的生產(chǎn)模式,客戶要求是MC中產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)的最初來源”。這些的研究過于強(qiáng)調(diào)客戶的重要性,將客戶需求滲透人產(chǎn)品生命周期的各個(gè)階段中,甚至提出客戶參與設(shè)計(jì)的概念。而筆者認(rèn)為,客戶驅(qū)動(dòng)的MC模式僅僅是一種較為低級(jí)的,過渡性質(zhì)的MC;其更高級(jí)的階段,則是以先進(jìn)技術(shù)為驅(qū)動(dòng)力的,可稱之為技術(shù)驅(qū)動(dòng)型的大批量定制汀echnology driven Mass Customization )。目前TDMC已經(jīng)出現(xiàn)了成功的例子,例如戴爾公司與摩托羅拉公司。從客戶的角度看來,要生成滿足需求的產(chǎn)品是如此容易,以至于只需在其定制網(wǎng)站上進(jìn)行簡(jiǎn)單的選取即可生成令人滿意的產(chǎn)品,并且在選取完成之后馬上可以下達(dá)訂單。究其內(nèi)在原因,則是在先進(jìn)技術(shù)的支持和驅(qū)動(dòng)下形成其完善的產(chǎn)品族。因此,技術(shù)驅(qū)動(dòng)模式將是大批量定制的發(fā)展方向。但是客戶需求是產(chǎn)品存在的先決條件,在任何MC模式中都占據(jù)著極其重要的地位,沒有需求就沒有產(chǎn)品,本文將探討客戶需求在丁DMC的模式下,尤其是在產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)中,起到了怎樣的作用。首先介紹需求分析技術(shù)所在的理論框架:產(chǎn)品基因工程。其次在產(chǎn)品基因工程平臺(tái)上,介紹了對(duì)于需求分析極其重要的相關(guān)理論:產(chǎn)品逆向工程。然后在這個(gè)環(huán)境中建立需求模型和技術(shù)體系并加以分析,最后介紹一個(gè)系統(tǒng)原形。

  1產(chǎn)品基因工程與產(chǎn)品逆向工程

  1.1產(chǎn)品基因工程(Product Genetic Engineering)

    近幾十年在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域中,產(chǎn)生了大量的設(shè)計(jì)理論與設(shè)計(jì)方法,如公理化設(shè)計(jì)JRIZ設(shè)計(jì)理論等,并支持設(shè)計(jì)者進(jìn)行研究和實(shí)踐。然而,仍然缺乏有效的設(shè)計(jì)理論和可操作方法以支持真正自頂向下的、自動(dòng)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)。在經(jīng)過進(jìn)化設(shè)計(jì)和變參設(shè)計(jì)、基因算法和基因編程、產(chǎn)品信息基因的各發(fā)展階段之后,基于產(chǎn)品快速增長(zhǎng)和新物種產(chǎn)生的機(jī)制,產(chǎn)品基因工程(Product Genetic Engineering)的概念應(yīng)運(yùn)而生,并且相對(duì)于有機(jī)的產(chǎn)品/人工設(shè)計(jì),引人了細(xì)胞分裂生長(zhǎng)的機(jī)制。

  1,1,1產(chǎn)品基因

    產(chǎn)品基因的概念是仿照生物體而提出的,與生物基因類比,產(chǎn)品基因是產(chǎn)品的構(gòu)成藍(lán)圖,是決定產(chǎn)品功能與結(jié)構(gòu)的最小功能單元。并且具有與生物基因類似的性質(zhì):遺傳性、自組織性和自適應(yīng)性。產(chǎn)品基因有三種:功能基因((Function Genes, FGs)、控制基因(Control Genes, CGs)和結(jié)構(gòu)基因(Structural Genes, SGs)。產(chǎn)品基因?yàn)楫a(chǎn)品全部信息的集成,貫穿于產(chǎn)品的整個(gè)生命周期之中,在產(chǎn)品的需求、設(shè)計(jì)、制造、裝配和使用、維護(hù)、直至報(bào)廢的整個(gè)生命周期中的不同階段表現(xiàn)為不同的信息。詳細(xì)分類包括需求基因、設(shè)計(jì)基因、制造基因、裝配基因、商品基因、使用及維護(hù)基因和回收基因等等?傊,產(chǎn)品基因是一個(gè)完備的信息系統(tǒng),不僅包括產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能、制造、銷售等產(chǎn)品生命周期各階段的相關(guān)數(shù)據(jù),還包含對(duì)產(chǎn)品生長(zhǎng)各階段進(jìn)行控制的信息(全自動(dòng)或半自動(dòng)),兩部分共同來完成產(chǎn)品的生長(zhǎng)過程。

  1.1.2產(chǎn)品全生命周期基因工程系統(tǒng)框架

    生物基因工程能夠?qū)⒒驈纳矬w內(nèi)提取出來,在體外進(jìn)行改造,再將重組基因?qū)说绞荏w細(xì)胞中,以進(jìn)行表達(dá)。生物系統(tǒng)的生長(zhǎng)、進(jìn)化與產(chǎn)品設(shè)計(jì)存在著相似性,將生物的有關(guān)遺傳規(guī)律與產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論有機(jī)地聯(lián)系起來,對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品來說,可以借鑒生物基因工程原理,提取產(chǎn)品的基因,并加以改造,重組出新的產(chǎn)品基因,并使其自動(dòng)生長(zhǎng),生成新的機(jī)械產(chǎn)品,用于支持產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。產(chǎn)品基因工程就是基因工程在機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用,它是提取現(xiàn)有產(chǎn)品基因、建立產(chǎn)品基因庫(kù)、根據(jù)用戶需求按照一定的法則進(jìn)行基因重組、重組基因評(píng)價(jià)、在特定環(huán)境下進(jìn)行基因表達(dá)和最終對(duì)新生成產(chǎn)品評(píng)價(jià)的過程,主要用于設(shè)計(jì)新產(chǎn)品以支持產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。圖1為產(chǎn)品全生命周期基因工程系統(tǒng)框架。
 1.1.3產(chǎn)品基因工程與大批量定制

    根據(jù)客戶需求對(duì)企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)影響程度的不同,即客戶訂單分離點(diǎn)在企業(yè)生產(chǎn)過程中位置的不同,可以將不同的大批量定制的生產(chǎn)方式方式分成按訂單銷售(Sale to order, STO)、按訂單裝配(Assemble to order, ATO)、按訂單制造(Make to order, MTO)、按訂單設(shè)計(jì)(Engineer to order, ETO)和按訂單研制(Research to order, RTO)五種類型。大批量定制的技術(shù)核心是產(chǎn)品及零部件的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化,而產(chǎn)品基因本身就代表著標(biāo)準(zhǔn)功能表面、標(biāo)準(zhǔn)模式、標(biāo)準(zhǔn)零部件和標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品,因此我們可以基于Top-Down的風(fēng)格將產(chǎn)品基因分為五個(gè)層次,分別是產(chǎn)品基因、模塊基因、零件基因、模式基因和功能表面基因,利用產(chǎn)品基因工程方法,同樣基于Top-Down的順序?qū)⑺鼈儜?yīng)用于產(chǎn)品的生長(zhǎng)型設(shè)計(jì)之中,并且分別建立五個(gè)層次的基因庫(kù),分別與STO,ATO,MTO,ETO和RTO相對(duì)應(yīng),以支持不同定制深度的產(chǎn)品大規(guī)模定制設(shè)計(jì)。由此可知,產(chǎn)品基因工程正是實(shí)現(xiàn)大批量定制的良好解決方案。
 1.2產(chǎn)品逆向工程(Product Reverse Engineering)

  1.2.1產(chǎn)品逆向工程的產(chǎn)生與概念

    反求技術(shù)在引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)產(chǎn)品、技術(shù)、生產(chǎn)線的消化和吸收中發(fā)揮了積極的作用,但卻無(wú)法真正突破技術(shù)壁壘,打破經(jīng)驗(yàn)的局限性,因?yàn)楹?jiǎn)單的模仿無(wú)法了解到最初的產(chǎn)品設(shè)計(jì)思想。

    我們把產(chǎn)品逆向工程定義為:在產(chǎn)品基因工程理論指導(dǎo)下根據(jù)現(xiàn)有產(chǎn)品及其相關(guān)信息重新構(gòu)造產(chǎn)品基因的創(chuàng)造性工程。其本質(zhì)上就是還原出產(chǎn)品可行的設(shè)計(jì)過程,最大程度上吸收原有產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思想及其關(guān)鍵技術(shù),從而支持產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)、提高我們自主設(shè)計(jì)的能力。

    產(chǎn)品逆向工程,將一個(gè)成熟產(chǎn)品輸人值系統(tǒng)進(jìn)行分析,分解至功能表面的層面上,然后進(jìn)行重構(gòu),并在重構(gòu)的過程中對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化,包括模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化,使之在更深層面和更細(xì)粒度上符合大批量定制的生產(chǎn)要求。而在重構(gòu)過程中,優(yōu)化進(jìn)行的依據(jù)則需要客戶需求的獲取分析結(jié)果作為參考。所以,只有準(zhǔn)確把握市場(chǎng)動(dòng)態(tài)和客戶需求變動(dòng)的前提下,產(chǎn)品的模塊化才能在正確的方向上進(jìn)行,才能真正使產(chǎn)品具有生命力和競(jìng)爭(zhēng)力。

  1.2.2產(chǎn)品逆向工程系統(tǒng)框架

 

    如圖2所示,首先,建立數(shù)字化三維產(chǎn)品庫(kù),包括整機(jī)、部件、零件等,對(duì)于其他CAD系統(tǒng)則通過S下EP中性文件轉(zhuǎn)化方法集成;然后,建立產(chǎn)品概念結(jié)構(gòu)模型;最后,通過機(jī)電產(chǎn)品基因獲取模塊,建立分層次基因庫(kù),包括產(chǎn)品族、整機(jī)、部件、零件、模式、功能表面等。其中的關(guān)鍵技術(shù)包括面向產(chǎn)品概念結(jié)構(gòu)的快速三維造型、與現(xiàn)有CAD系統(tǒng)計(jì)稱技術(shù)(S下EP文件讀取、翻譯、轉(zhuǎn)化等)、逆向設(shè)計(jì)過程重建與產(chǎn)品基因獲取等。

  1.2.3產(chǎn)品逆向工程與產(chǎn)品基因庫(kù)

    建立結(jié)構(gòu)合理,標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化的產(chǎn)品基因庫(kù),有利于生成具有良好結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品族模型,也是實(shí)現(xiàn)技術(shù)驅(qū)動(dòng)型大批量定制的先決條件。產(chǎn)品逆向工程的結(jié)果,恰恰就是一個(gè)數(shù)字化、分層次的產(chǎn)品基因庫(kù),因此,我們可以利用產(chǎn)品逆向工程順利實(shí)現(xiàn)技術(shù)驅(qū)動(dòng)的大批量定制模式。

      由以上分析可知:產(chǎn)品基因工程是大批量定制(Mass customization )得以實(shí)現(xiàn)的環(huán)境與條件;產(chǎn)品逆向工程,是技術(shù)驅(qū)動(dòng)(technology-driven)的保證與實(shí)現(xiàn)手段。PRE與PGE從兩個(gè)方面共同支持下DMC,從而為下DMC的發(fā)展提供了一條可行的道路。

  2 PGE框架中的用戶需求分析

  當(dāng)對(duì)產(chǎn)品概念模型的分解過程進(jìn)行到完成功能表面的創(chuàng)建階段時(shí),就要依靠設(shè)計(jì)要求,選擇合理的功能模式進(jìn)行重構(gòu),基于產(chǎn)品基囚庫(kù)選取相應(yīng)基囚,組合稱為符合客戶需求的產(chǎn)品族模型,所以其中的設(shè)計(jì)需求與產(chǎn)品基因庫(kù)均需要客戶需求與分析系統(tǒng)的支持和參與才能建立和完成。

    在PG E框架中的用戶需求獲取與分析的過程,也即客戶需求基因(Customer Request Genes,CRGs)的獲取、建立和應(yīng)用的過程。產(chǎn)品基因是一個(gè)復(fù)雜龐大的信息集成,產(chǎn)品所有特征應(yīng)當(dāng)包含在產(chǎn)品基因系統(tǒng)中,這樣才能在控制基因的影響下,逐步生成產(chǎn)品實(shí)體。而需求基因則可以說成是產(chǎn)品基因的“基因”,它是產(chǎn)品生命周期的源頭,因此,類似于客戶需求對(duì)于產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的重要性來講,需求基因在整個(gè)產(chǎn)品生命周期的范圍內(nèi),同樣起著至關(guān)重要的決定性作用與影響。

  2.1需求基因模型

  2.1.1需求基因的定義與獲取

    產(chǎn)品生命周期最初是從市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品功能的需求開始的,通過對(duì)需求功能的整理、分析,得到對(duì)需求功能系統(tǒng)的認(rèn)識(shí),全面獲得產(chǎn)品的功能要求,即客戶對(duì)產(chǎn)品的需求,并按其重要性的程度制定出度量指標(biāo)。我們把這些帶權(quán)重的產(chǎn)品功能要求的信息集合,稱為需求基因。

    客戶需求有多種來源:包括銷售數(shù)據(jù)、問卷調(diào)查、網(wǎng)上信息的搜集、訪問信息、用戶反饋、市場(chǎng)調(diào)研,還包括競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手信息獲取以及對(duì)新生科研成果等多方面的來源,每一種來源均有可能成為創(chuàng)新產(chǎn)品產(chǎn)生和發(fā)展的原動(dòng)力。

    客戶需求獲取技術(shù):由于客戶需求的模糊性、不確定性和不完整性等等特點(diǎn),目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于客戶需求的獲取技術(shù)進(jìn)行了大量的研究。其中包括利用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的基于Web源的客戶需求獲取技術(shù)、基于數(shù)據(jù)挖掘的需求獲取分析技術(shù)、基于Web的客戶交流平臺(tái)等許多技術(shù)。我們可以在PGE框架中應(yīng)用這些優(yōu)秀有效的思想方法與技術(shù)來實(shí)現(xiàn)客戶需求的獲取。

  2.1.2需求基因的表達(dá)與應(yīng)用

  需求基因可表達(dá)為如下函數(shù):

   

  其中,Ψk(x)為第k階基函數(shù),ωk為相應(yīng)權(quán)重,Ι為函數(shù)集的空間。

    需求基因(CRGs)與功能基因(Functional Genes , FGs)功能基因來源于功能需求,是市場(chǎng)需求的功能基元。FGs對(duì)應(yīng)于各種類型的功能表面,經(jīng)“轉(zhuǎn)錄”成為產(chǎn)品功能原型。通常地,我們通過對(duì)市場(chǎng)需求的分析整理,分解重構(gòu)出一個(gè)個(gè)需求子功能,需求子功能對(duì)應(yīng)著FGs,FGs可轉(zhuǎn)錄為具體功能表面,需求總功能對(duì)應(yīng)著功能表面間的聯(lián)系,它們相互作用,形成產(chǎn)品原型。由此我們可以看出,產(chǎn)品的功能基因來源于用戶的需求功能,是以產(chǎn)品原型為載體,從產(chǎn)品原型中抽象、提取出的本質(zhì)含義,雖然抽象但極具概括性。因此,在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)產(chǎn)品的執(zhí)行功能元件,使得各個(gè)元件隨意組合,形成功能相同而形態(tài)各異的實(shí)際產(chǎn)品,因此功能基因可“轉(zhuǎn)錄”為單位作用面及其組合關(guān)系。

    可以類比目前客戶需求到產(chǎn)品工程特性的映射研究現(xiàn)狀:客戶需求到產(chǎn)品工程特性的映射普遍采用QFD分析法,HoQ質(zhì)量屋和層次分析法得到。由產(chǎn)品工程特性到產(chǎn)品的零部件以及產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)之間的映射,并未得到良好的解決方案,逆向工程在對(duì)這個(gè)問題的探求土取得了一定成果。分解重構(gòu)理論在深人研究產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,提出了“功能表面”的概念,將產(chǎn)品的功能和結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起,進(jìn)行綜合考慮,是一種創(chuàng)新性的理論,對(duì)于開發(fā)新產(chǎn)品具有深遠(yuǎn)的意義。客戶需求的分析技術(shù)就是建立在分解重構(gòu)理論和生長(zhǎng)型設(shè)計(jì)理論的基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)研究的。

  2.2產(chǎn)品基因工程框架中的產(chǎn)品族模型及應(yīng)用

  2.2.1產(chǎn)品族模型

    我們建立了獨(dú)具特色的設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)原型DARFAD系統(tǒng)。DARFAD系統(tǒng)提供了產(chǎn)品設(shè)計(jì)從無(wú)到有、零件從少到多、表面從初級(jí)到高級(jí)、結(jié)構(gòu)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的進(jìn)化模式及相應(yīng)的設(shè)計(jì)工具。在一定轉(zhuǎn)換機(jī)制的作用下,產(chǎn)品族模型將經(jīng)歷由需求分析而產(chǎn)生的功能模型、概念結(jié)構(gòu)模型和實(shí)體模型的各個(gè)階段,最終生成產(chǎn)品實(shí)體族及實(shí)體產(chǎn)品,同時(shí)可對(duì)產(chǎn)品族模型進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)分析和可制造性分析,如圖3所示。


  2.2.2關(guān)于產(chǎn)品基因與“環(huán)境”的討論

    產(chǎn)品族模型源于產(chǎn)品基因,由基因組成的產(chǎn)品族模型本身就是可定制化的,提供了廣泛的可選擇的參數(shù),可稱之為“環(huán)境”,也可映射到真正產(chǎn)品生長(zhǎng)的環(huán)境所具有的特征,在這些特征的影響之下,產(chǎn)品基因得以生長(zhǎng)為不同的,符合用戶要求的產(chǎn)品實(shí)體,反過來講,缺乏了具備了各種特征的“環(huán)境”,產(chǎn)品基因?qū)o(wú)法生長(zhǎng)。

    環(huán)境特征分析,環(huán)境特征為外在的決定條件,不僅決定了產(chǎn)品基因?qū)⑸L(zhǎng)為具體哪一種產(chǎn)品,更能決定產(chǎn)品基因能否能夠成功地成長(zhǎng)為產(chǎn)品實(shí)體,因此可以得出如下結(jié)論:環(huán)境特征通過產(chǎn)品基因映射到產(chǎn)品實(shí)體的功能特征公式:
  

    其中F1為客戶需求映射函數(shù),F(xiàn)2為環(huán)境特征映射函數(shù),PF為生成的產(chǎn)品族模型。

    分析公式應(yīng)達(dá)到的三個(gè)目標(biāo):①環(huán)境特征的有效提取、資源的充分利用;②映射過程中有效降低成本和節(jié)省時(shí)間;③質(zhì)量、性能優(yōu)良的產(chǎn)品實(shí)體。

  圖4為產(chǎn)品基因生長(zhǎng)為產(chǎn)品實(shí)體的流程:


  3基于Web的用戶需求獲取與分析系統(tǒng)

    基于前面的綜合分析,給出一套在產(chǎn)品基因工程平臺(tái)上基于Web的用戶需求獲取與分析系統(tǒng)框架。圖5為產(chǎn)品基因工程平臺(tái)的框架示意。


    在具體實(shí)現(xiàn)方面,我們可以借用面向?qū)ο蟮乃枷,將產(chǎn)品基因中標(biāo)準(zhǔn)化的單元固定存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中,而轉(zhuǎn)化為方程則成為面向?qū)ο笏枷胫械念惓蓡T函數(shù),通過借助這種強(qiáng)大的輔助工具將實(shí)現(xiàn)過程的封裝,對(duì)于操作者而言,客戶對(duì)于產(chǎn)品的需求即可分解為針對(duì)系統(tǒng)的特定參數(shù)的值,而系統(tǒng)的輸出結(jié)果正式此定制產(chǎn)品的基因。系統(tǒng)分為幾大模塊:

    (1)客戶需求獲取模塊

    功能:將多種渠道獲取的客戶信息,轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)形式,并進(jìn)行存儲(chǔ)。

    (2)客戶需求分析模塊

    功能:對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,對(duì)照現(xiàn)有的零件庫(kù),提出改進(jìn)意見,交與設(shè)計(jì)人員或其他模塊來完成。

    (3)系統(tǒng)基礎(chǔ)模塊

    功能:負(fù)責(zé)提取產(chǎn)品零件庫(kù)的信息,為其他模塊提供運(yùn)行基礎(chǔ),例如界面控制、權(quán)限/角色控制、功能分配及數(shù)據(jù)維護(hù)等等。

    由于產(chǎn)品開發(fā)的靈活性要保證,這就要求了更加靈活的開發(fā)系統(tǒng)和分析系統(tǒng)。所以,系統(tǒng)開發(fā)有統(tǒng)一的接口,但是具有實(shí)現(xiàn)形式,可以進(jìn)行系統(tǒng)的擴(kuò)展。例如客戶需求獲取接口,多樣化的形式經(jīng)過接口形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù),存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。

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