面向大规模定制的产品族设计方法研究综述

产品族设计是大规模定制设计的关键和核心，对目前存在的面向大规模定制产品族设计的多种方法进行了分类总结，着重对基于模块化和基于可调节变量的产品族设计方法进行了阐述，包括产品族体系结构法PFA、健壮概念探索法RCEM、产品平台概念控索法PPCEM和基于变型的产品平台浩VBPDM等，在此基础上分析了目前产品族设计的不足之处及发展趋势。     

Managing modularity in product family design with functional modeling

Recent market transition from mass production to mass customization forces manufacturers to develop product families with a common platform to increase design variety, shorten time-to-market, and reduce production costs. This paper presents a new functional modeling approach to support identification of both shared and individual behavioral modules across a family of products for module-based product family design. After separate functional modeling of each product variant, the individual functional models are merged into a single, coherent, and unified family functional model to determine all the shared and individual behavioral modules. The modularity in the family functional model is further explicitly identified using a behavioral modularity matrix of product variants versus behavior. The proposed approach provides a fast method for generating new concept variants during the conceptual design of a family of products. The rationale of managing modularity in product family design with functional modeling is manifested using a modular design example of a family of automatic assembly devices.     

大规模定制下的参数化设计技术研究

大规模定制环境下,改变参数化设计的流程,将产品的开发设计过程划分为创造性的详细开发过程和敏捷性的定制设计过程.利用广义模块化技术和全息建模技术构建产品族的主结构、主模型、主文档,实现产品的详细开发过程,利用基于知识的配置设计实现产品的定制结构,采用与数据库关联的整体控制局部的模块化变型设计方法实现产品的变型设计.实际应用表明模块化的设计方法、基于知识的配置设计和变型设计是实现大规模定制参数化设计的行之有效的技术方法,极大地提高了参数化设计的效率.     

面向产品外观的定制设计方法研究

在分析产品外观设计活动特点的基础上,提出了从功能到外观的产品外观定制模式,以及将整个设计划分为元素设计的基本思想。进行产品模块划分,提出了产品综合结构的概念,和基于产品综合结构的外观定制设计方法。为实施定制,建立模块实例库,研究了各类模块方案的属性和表现形式。定制设计采用配置设计和调整设计相结合,由配置规则驱动和控制设计过程,和建立模块之间的关联。以数控纵切自动机床为例,进行了前期开发,用定制结果验证了该方法可行。     

基于模块化的产品自适应设计系统研究

提出了现代设计方法学支持下的产品自适应设计技术，给出了基于模块化的产品自适应设计系统框架模型、基于模块化的产品族体系结构、基于模块化的产品自适应设计过程映射模型和自适应设计控制器，构建了基于BP神经网络的模块适应度算法。并以注塑模具为对象，开发了基于模块化的产品自适应设计原型系统。     

支持个性化产品定制的变型配置设计方法

在可变型的模块化产品族基础上,应用模糊数学理论并通过综合衡量客户技术需求与定制产品性能的关联度,构造了相应的线性配置优化数学模型。其次给出了一种基于最小二乘逼近的产品变型配置设计方法。利用模拟退火算法得到了符合客户个性化需求的最优变量配置方案,即产品的性能和成本之间的平衡点。实现了变需求→变结构→变性能的多层次产品设计与进化管理模式,解决了客户定制信息对产品设计结果的适应性处理。最后结合典型机电产品实例和面向定单配置的产品工程设计软件工具,探讨所提出设计方法的适用性。     

实现组织与顾客共赢的产品族规划与延迟策略决择

在大规模定制(MC)模式下,企业通过产品族规划来最大化顾客满意度和最大化组织利润。基于MC的两个实现策略:产品设计模块化定制化、制造过程延迟化,提出了一种产品族定制设计系统化方法。构建多维扩展质量屋、将市场需求有效转换为产品族及成员的定制属性取值;将制造延迟区分过程与供应链相结合,构建多级生产供应库存运作系统、以预测定制模块及定制产品的成本;当配置定制属性与成本而构成虚拟定制产品族时,利用联合分析法研究市场对各定制产品的偏好效用、以此明确产品族定制规划与延迟形式;而不同方案的对比可决择产品族的适宜定制程度与恰当延迟策略、实现顾客与组织共赢。最后,通过一个实例来说明理论与方法的有效性。     

基于核心平台的模块化产品族优化设计

分析了产品生命周期中影响零部件交互性的一系列因素。基于相似性特征给出了一种对产品族进行模块化与核心平台并行优化设计的方法。运用模拟退火算法得到了最终的产品族布局设计方案,并且从产品的生产成本角度与传统设计方法进行了比较。最后结合一种典型的机电产品,验证了文中提出方法的合理性和有效性,为面向大规模定制的产品设计理论提供了另一种数值计算和评价方法。     

基于模糊设计结构矩阵的产品设计过程模块化分解

为了对产品设计过程进行有效规划和管理,提出一种基于模糊设计结构矩阵的设计过程模块化分解方法。在分析产品设计过程相似性特征的基础上,给出了设计过程的模块化规划原理和实施框架,提出了设计过程模块及其入出项的概念。采用权重有向图和模糊设计结构矩阵对设计过程中设计活动的信息依赖进行定量表示,利用传递闭包法得到模糊等价矩阵,进而将设计过程划分为设计结构矩阵,并确定出各个设计结构矩阵的入出项。最后,以某铝型材产品设计过程为例,说明了所提出的产品设计过程模块化分解方法的实际应用。     

Product platform commonization: platform construction and platform elements capture

Platform-based product family design is an effective means for mass customization. Platform commonization is one of the key problems in developing product platforms. Through discussion on the relevant problems of platform commonization, this article presents a framework of layered constructing platform architecture to improve commonality of platforms. Subsequently, an approach to capturing platform elements, viz. Graph theory-based clustering analysis (GTBCA), is proposed, which illustrates the construction of platforms through analyzing the commonality and standardization on a set of existing similar products of a company. The method can be used to help designers plan and design product platform rationally and develop a product family effectively for mass customization. In the end, a case study of a pumping unit product family is presented to illustrate the feasibility and validity of the approach.     

面向细分市场的产品族规划方法及应用

为有效实现产品多样化和大规模定制,研究了概念设计阶段产品族的规划方法.鉴于客户对产品品质的需求及适应动态多变市场的需要,提出了为细分市场设计产品族的观点,定义了符合细分市场需求的产品族的规划范围和内容,探讨了根据客户对细分市场产品品质的总体要求,获得具有一定竞争优势的产品族最优规划方案的系统化方法.通过规划家用轿车这一具有复杂功构对应关系的产品实例,验证了该方法的有效性和实用价值.     

Process Variety Modeling for Process Configuration in Mass Customization: An Approach Based on Object-Oriented Petri Nets with Changeable Structures

Mass customization strategies could be usefully deployed by companies whose products are characterized by a modular design. Typically, each module serves a specific aspect of the overall product function at varying performance levels. Each product variant (constructed through a unique combination of modular performance levels), therefore, serves to customize the overall performance of the product, thus serving the unique needs of each customer. The high demand for each module guarantees economies of scale and, eventually, low cost to customer. The rationale of configuring production processes for producing individual product variants originates from the fact that massive process data is commonly available in a firm and there exists a generic process structure underlying the production of similar products in a family. To design a decision support mechanism that constructs process configuration corresponding to a given product configuration, this paper develops a formal modeling of process variety using Petri nets. Object-oriented Petri nets (PNs) with changeable structures (OPNs-CS) are applied to deal with the issues of generic representation, constraints compliance, and operational sequence requirements. Object-oriented PN (OPN) models facilitate generic representation of product and process variety as well as their instantiations. The OPNs-CS model is tested with simulation. Based on simulation results, the optimal configuration of production processes can be determined for each individual product as well as the cohort of a product family. To illustrate the feasibility and potential of OPNs-CS based process variety modeling, a case study of process configuration for mass customized textile spindles is reported.     

面向大规模定制的产品需求建模方法研究

产品需求建模是面向大规模定制设计的关键和基础，提出了一种面向大规模定制的产品需求建模方法，论述了基于现有产品进化的产品需求建模方法和步骤。通过映射现有产品的历史数据，利用领域专家的知识建立产品需求模板，通过对以往产品设计的变异来实现产品需求分析，指出利用质量功能配置方法转化产品需求进行产品族定义的方法。     

面向DFMC的产品族设计研究和实践

本文研究了面向大批量定制的产品开发方法ＤＦＭＣ的特点,重点讨论了产品族体系的四个方面、产品族的设计流程、产品族中约束的层次和创建原则、基于ＤＦＭＣ的装配仿真,并开发了相应的原型系统。     

生长型产品族设计平台

分析了面向大批量定制要求和开展产品族设计的研究现状,提出了用生长型设计自动化技术开展产品族设计研究,以解决产品族设计中共性与个性之间、模块化与创新之间的矛盾,从而提高定制的灵活性。介绍了生长型产品族设计平台及其主要功能:需求分解与可操作标准化、按需创成结构、标准化广义定位模式运用、现有零件资源匹配等。通过设计过程实例说明了生长型产品族设计平台的应用潜力。     

大规模定制与变化性研究

为有效地实施大规模定制生产,研究了变化性与多样性的关系模型,提出了产品结构变化性和制造结构变化性的内涵.基于产品族模型,从种类、使用数量、重用次数和产品产量四个因素出发,构建了衡量产品族变化性的指数体系,包括零件指数和制造工序指数.通过对指数体系进行参数化分析,得到与大规模定制基本原理相一致的结论,证明了变化性指数体系的有效性.采用这个指数体系,可以对产品族结构设计进行评价和管理,支持面向大规模定制的产品开发设计过程.     

面向客户化定制的铣刨机功能模块设计

为了满足建立面向客户的个性化定制系统的需要,本文提出了基于功能的产品模块设计思想,采用系统设计方法,通过功能结构的系统分析,对路面铣刨机进行了功能模块划分;结合客户定制需要,设计了铣刨机的可定制模块;另外,针对目前定制系统中只有文本和图片说明,无法满足客户对产品可视化需求的缺陷,提出了三维可视化的定制方法,应用了虚拟建模和渲染技术,在三维可视化交互平台Quest3d内实现铣刨机的个性化定制。     

客户驱动的广义产品配置模型研究

针对具有模块化特性的大批量定制生产的产品配置问题,提出了一种以客户驱动为基础的扩展虚拟模块的广义产品配置模型。建立了与知识库绑定而与实例分离的多级分层的产品结构模型,通过客户需求分析建立驱动参数映射模型,结合虚拟模块特性建立广义的客户驱动参数描述格式和模块特性参数开放式柔性编码规则,建立定量数学描述且适于计算机实施的配置模型,从而把产品配置问题转变为模块的定量组合优化问题。此模型已在汽车产品的客户定制系统中试运行。     

面向大批量定制设计的定制客户动态聚类方法研究

通过分析现有客户聚类存在的不足，面向大批量定制设计提出了根据功能结构模型进行客户动态聚类划分的新方法。采用面向对象的技术，
将功能作为产品族的特征属性与产品族结构封装，建立了产品族功能结构模型；应用蚂蚁自我聚集行为的聚类原理，以产品族功能结构模型为分类模式，以动态定制客户集为模式样本，提出了基于功能结构蚂蚁树的定制客户动态聚类算法。在自行开发的工程机械产品定制服务平台上，以摊铺机定制客户的聚类划分为例进行了实验验证。     

面向大规模定制设计的并行设计方法研究及应用

针对大规模定制设计的特点,提出了基于参数化CAD和PDM系统的并行设计平台框架,探讨了基于该平台进行产品变型式并行设计的流程和方法。应用表明,该方法可较好地解决变型产品设计过程中的产品数据重用问题。