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.     

基于可拓数据挖掘的产品性能配置设计

配置设计中关键的一步是如何将客户的需求映射到产品的结构中.针对客户性能需求和结构之间的模糊性和不确定性,提出利用可拓数据挖掘的方法找出这两者之间的关系,实现产品性能到结构上的映射.构建产品配置蕴含规则,根据产品配置蕴含规则产生产品配置蕴含模型,基于此模型建立产品配置传导矛盾环,利用关联函数建立这些传导矛盾环和现有的配置方案库中的配置方案之间的映射关系,通过这些映射关系对现有的产品配置方案进行改进得到符合客户需求的产品再配置方案,最后将此方法应用到油锯的配置过程中.     

Generalised design for optimal product configuration

Design of configurable product family or design for configuration has emerged as an efficient tool to deal with the new challenges of a continuous dynamic and volatile market. Design for configuration provides an efficient and effective mean to realise the product variety. This paper tackles the optimal product configuration. The introduction of fuzziness to capture the subjective nature of the design for configuration process, the building of multiple fuzzy models, which correspond to the multiple views of a configurable product, permits to propose the possible physical solutions to configure a product. It corresponds to the consensus problem of design for configuration. The extended problem formulation is the proposition of an optimal product configuration. The optimal solution is searched using p median problem formulation. The proposed approach is validated by the design case study of a configurable product.     

基于绿色特征及质量功能配置技术的机电产品绿色性能优化

提出了绿色特征的概念,分别对产品生命周期中的定性与定量绿色特征进行量化分析。以用户对绿色产品的满意度为目标,通过绿色质量功能配置,将绿色性需求分析映射到产品全生命周期绿色特征,建立了以绿色性需求满意度最大为目标的优化模型。通过优化配置调整绿色特征改变量,在有限的企业资源下实现关键技术特征因素优化,达到了客户需求最大满意度,同时保证了产品的绿色性能。以某滚齿机为实例,验证了所提方法的可行性和有效性。     

支持变型设计的可配置产品结构模型

根据变型设计对产品结构可配置性、可重用性和灵活性的需求,深入分析了广义产品结构和数据之间的语义关系,提出了一种将扩展与或树和装配有向图相结合的可配置产品结构模型。扩展与或树覆盖了一组变型产品的结构,建立了产品节点之间的内在语义关系和配置条件,用以支持变型产品的组成结构变型;装配有向图形式化描述装配关系和装配方向,用以表达产品结构中装配语义。在此基础上,通过可扩展属性集来描述产品结构中各节点属性及其关系,支持变型产品的参数变型与传递。最后以汽车减震器产品系列为例,说明该模型对支持快速变型设计的可行性。     

面向产品配置的相似度计算模型及实现方法

针对基于实例推理的产品配置设计中客户需求匹配搜索的问题，引入了实体集、实体、属性、主属性集、相似元等概念，建立了基于实体属性的相似度计算模型；研究了产品配置过程中客户需求与产品结构单元特征之间的映射关系，提出了相似度的计算流程；分析了属性的类型、值域和权重，提出了属性相似度的计算方法和实体相似度的计算公式。给出了一个泵体配置的相似度计算实例。     

利用品质功能展开进行产品优化设计

考虑了产品设计过程中的设计预算和非精确性,通过引进计划可达水平和实际计划水平等概念,提出了产品优化设计的三种模型:用户总体满意模型、最小化总设计费用模型和交互式平衡模型。这些模型为设计工程师提供更多的选择机会,在不同的情况下,做出不同的优化设计方案。     

面向可配置产品设计的群体客户偏好配置特征融合技术

为使可配置产品设计尽可能表达群体客户的需求,对群体客户配置偏好进行了研究。面向可配置产品设计定义了配置特征、配置特征集、配置特征向量、偏好因子向量,并给出了相关概念的形式化描述;在此基础上,提出了附加偏好因子的不对称距离的概念及相关定理,建立了附加偏好因子总体距离最小的配置特征融合算法。以自行车悬叉的客户偏好配置为实例,采用多项式拟合方法验证了偏好配置特征融合方法的可行性。     

面向大批量定制的产品设计方法研究

面向大批量定制的产品设计是企业成功实施大批量定制的关键环节。介绍了 4种主要的面向大批量定制的产品设计方法 ,即在已有产品结构和模块基础上的产品配置设计 ;在已有产品结构和模块基础上 ,根据用户需求对模块的尺寸进行变化的产品变型设计 ;根据用户需求选择产品结构和模块的产品组合设计 ;用户需求变化较大时的产品创新设计。并对这 4种设计方法进行了比较。     

面向多类型客户需求的模块化产品配置系统研究

针对多类型客户需求下的模块化产品配置设计,给出了产品配置设计系统的框架结构,对其中关键技术进行了研究。利用框架法和面向对象技术进行客户需求表达,借鉴质量屋的思想,通过二次映射的数学模型建立客户需求与模块属性之间的映射关系,根据相似度匹配算法挑选满足需求的模块实例,形成配置方案。该系统框架结构和实现方法在移动式油料装备的配置设计系统中进行了应用,效果明显。     

基于知识的大规模定制产品可拓配置设计

针对现有产品配置设计方法中对客户性能需求研究的不足,提出了基于知识的大规模定制产品可拓配置设计理论与方法.通过分析产品设计过程中的信息处理,明确了基于知识的设计系统开发思路,应用物元理论与可拓学方法,对大规模定制的典型机械产品进行基于数据库的可拓分类知识挖掘,建立满足产品个性需求性能的可拓配置变换规则、关联函数及与之对应的产品可拓配置集等,并将其有效地应用到单体液压支柱的个性化配置设计中.应用实例表明:该方法不仅能快速满足大规模定制设计的个性化要求,而且能为计算机参与解决配置设计矛盾问题提供一种可行的途径.     

面向客户需求的产品配置方案模糊综合评价

配置方案的评价是产品配置设计中必不可少的一步,为了科学有效地对配置方案进行评价,提高客户对配置产品的满意度,提出了一种以客户需求为驱动的配置方案评价方法。针对产品配置方案评定过程中诸多因素的不确定性和模糊性,运用模糊集合理论,量化分析配置方案在单个客户需求因素上的性能等级,建立配置方案的评判矩阵,用权值表示客户需求的重要程度,根据模糊综合评价法建立配置方案的评价函数,综合评价配置方案的性能等级,最后对配置方案进行排序和优选。     

基于粗糙集神经网络的产品族配置性能预测方法

模块化产品族设计是面向大规模定制设计的支撑技术.为了加快对动态变化的个性化需求的响应速度,提出基于粗糙集神经网络的产品族配置性能预测新方法,以通过产品族中典型产品变型的历史数据挖掘来预测新产品变型的基本性能,给出产品族配置性能预测定义和目标;提出层次化的产品族表示模型,并用数学方法对配置过程和配置对象进行规范描述;给出基于粗糙集神经网络的配置性能综合预测框架和基本步骤.该方法能够复用所挖掘的配置知识和配置规则,减少试验环节工作量,且能将性能预测值作为衡量是否满足最终客户需求的基本依据,以评价配置的合理性.最后以某模块化新型号冰箱产品族为实例进行验证.     

面向产品族设计的通用平台多域辨识研究

针对产品通用平台的多域统一辨识问题,从产品结构、功能和用户需求的并行角度对产品通用平台辨识进行了研究。分别构建了产品结构域无向图模型、功能域有向图模型和需求域向量表模型。在此基础上,建立了产品通用平台辨识多约束耦合空间模型和对应的多约束耦合矩阵。把产品通用平台跨域统一辨识问题,转变为求多约束耦合空间一系列当量距离的问题。对当量距离进行综合排序后,根据企业生产能力和市场细分情况确定点的范围,形成优化的产品通用平台集合,使对产品通用平台辨识的模糊求解转变为定量化求解。最后。以轮式装载机为例,验证了各模型在产品通用平台辨识应用中的有效性。     

基于构件的产品配置模型和实现方法研究

针对大批量定制环境下产品配置存在的问题，提出了构件的概念及特性。采用面向对象方法，描述了构件的属性、域、约束、方法、实例以及它们之间的关系，建立了树形结构的产品模型；利用参数映射模型，实现了客户需求描述到客户需求参数之间的转换，以此为基础，提出了产品配置流程及实现方法。给出了一个自吸泵产品的配置实例。     

基于Web的客户驱动个性化产品设计系统研究

在多变的市场环境下，企业如何满足客户的个性化需求是企业获取竞争胜利的关键。本文详细地论述了基于Web的客户驱动个性化产品设计系统的基本思想、结构及主要功能模块的作用。系统通过Web子系统获取客户需求信息，经产品决策配置子系统快速配置，得到产品结构树，然后驱动自动CAD子系统实现客户个性化产品的自动设计。系统的研究和实现，为中小型企业参与网络化制造奠定了一定的基础。     

基于分形理论的产品配置设计研究

在分析了分形理论与产品配置设计之间关系的基础上,提出将分形理论应用于产品配置设计的构想,构建了一种基于分形思想的产品配置元模型,设计了基于分形思想的产品族基本结构.根据可配置元模型和基本结构,设计了一种基于分形迭代的产品配置求解方法,并给出了应用实例.     

基于PDM的产品配置模型研究

使用面向对象方法,提出用于产品配置建模的功能元、配置元和属性元等概念,构建一种基于PDM的产品配置模型.该模型根据规则将零部件作为功能元生成产品结构树,然后根据配置规则和用户需求确定配置元和属性元.从配置元和属性元可以生成产品配置BOM.最后以博华PDM中的产品配置为例,对该模型进行了实践.     

基于可拓逻辑的产品族可配置规划研究

为更好地处理产品族可配置规划大量带有矛盾前提的知识,通过顾客需求获取、可拓变换和可拓聚类等方法来解决配置需求动态增加、配置阈值确定和冲突消解等三个问题,提出了基于可拓逻辑的产品族可配置规划模型.首先通过共轭分析法得到需求基元,建立需求与产品族结构特征之间的映射关系,利用町拓规则推理,从定性角度得到能够满足顾客需求的一系列产品.然后在需求基元图中,应用变换矩阵对需求基元加以变换,由顾客根据变换结果再次输出需求基元,与最初需求基元计算相容度,利用改进的遗传算法动态取得配置阈值来判断变换的可行性.最后,利用可拓聚类和聚类图理论实现产品族内部的稳定模块和可变模块的划分.该方法已应用于冰箱原型系统设计.     

基于产品族可变型结构的配置管理研究

根据客户订单需求的多样性和个性化特点,提出了一种基于产品族可变型结构的产品配置模型。依据产品可配置性,给出了基本配置单元、几何可变型配置单元和结构可变型配置单元3种配置单元,建立了配置模型的知识表达方法,分析了结构变型配置单元间的约束关系、配置规则表达及其求解匹配过程,并建立了约束规则和变量条件的配置设计深度优先求解算法,利用质量功能配置建立了客户需求、产品技术指标与配置单元功能模块之间的映射矩阵。最后,通过轿车配置实例验证了该方法的可行性。