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1、面向大批量定制的客户需求分析技术面向大批量定制的客户需求分析技术祝凤金 （菏泽学院机电工程系） 摘要：摘要：本文介绍了当前大批量定制的特点与发展方向实施策略核心技术，分析了在技术驱 动的大批量定制生产模式的环境下，结合产品基因工程与产品逆向工程，进行开发客户需 求获取与分析技术的关键内容，并提出解决方案，建立了有效的产品族模型，并开发了一 个系统原形，为以后的研究工作打下了一个良好的基础。 关键词：关键词：大批量定制 需求分析 产品基因工程 产品逆向工程 1引言引言 在目前众多针对大批量定制生产模式 （MC）的研究中，绝大多数的研究均局限 于客户驱动的 MC 模式（一言需求驱动） ， 例如在针
2、对产品配置模型的研究中，认为 “大批量定制是客户驱动的、以满足客户 需求为定制条件的生产模式，客户要求是 MC 中产品配置设计的最初来源。 ” 。这些 的研究过于强调客户的重要性，将客户需 求渗透入产品生命周期的各个阶段中，甚 至提出客户参与设计的概念。而笔者认为， 客户驱动的 MC 模式仅仅是一种较为低级 的，过渡性质的 MC；其更高级的阶段， 则是以先进技术为驱动力的，可称之为技 术驱动型的大批量定制（Technology-driven Mass Customization） 。目前 TDMC 已经出 现了成功的例子，例如：戴尔公司与摩托 罗拉公司。从客户的角度看来，要生成满 足需求的产品
3、是如此容易，以至于只需在 其定制网站上进行简单的选取即可生成令 人满意的产品，并且在选取完成之后马上 可以下达订单。究其内在原因，则是在先 进技术的支持和驱动下形成其完善的产品 族。因此，技术驱动模式将是大批量定制 的发展方向。但是客户需求是产品存在的 先决条件，在任何 MC 模式中都占据着极 其重要的地位，没有需求就没有产品，本 文将探讨客户需求在 TDMC 的模式下，尤 其是在产品的概念设计中，起到了怎样的 作用。首先介绍需求分析技术所在的理论 框架：产品基因工程。其次在产品基因工 程平台上，介绍了对于需求分析极其重要 的相关理论：产品逆向工程。然后在这个 环境中建立需求模型和技术体系并加
4、以分 析，最后介绍一个系统原形。2产品基因工程与产品逆向工程产品基因工程与产品逆向工程2.1产品基因工程（产品基因工程（Product Genetic Engineering）近几十年在机械产品设计领域中，产 生了大量的设计理论与设计方法，如公理 化设计，TRIZ 设计理论等，并支持设计者 进行研究和实践。然而，仍然缺乏有效的 设计理论和可操作方法以支持真正自顶向 下的、自动化产品设计。在经过进化设计 和变参设计、基因算法和基因编程、产品 信息基因的各发展阶段之后，基于产品快 速增长和新物种产生的机制，产品基因工 程（Product Genetic Engineering）的概念应 运而生，并
5、且相对于有机的产品/人工设计， 引入了细胞分裂生长的机制。2.1.12.1.1产品基因产品基因 产品基因的概念是仿照生物体而提出 的，与生物基因类比，产品基因是产品的 构成蓝图，是决定产品功能与结构的最小 功能单元。并且具有与生物基因类似的性 质：遗传性、自组织性和自适应性。产品 基因有三种：功能基因（Function Genes, FGs） ，控制基因（Control Genes, CGs）和 结构基因（Structural Genes, SGs） 。产品基 因为产品全部信息的集成，贯穿于产品的 整个生命周期之中，在产品的需求、设计、 制造、装配和使用、维护、直至报废的整 个生命周期中的不同
6、阶段表现为不同的信 息。详细分类包括需求基因、设计基因、 制造基因、装配基因、商品基因、使用及 维护基因和回收基因等等。总之，产品基 因是一个完备的信息系统，不仅包括产品 的结构，功能，制造，销售等于产品生命 合周期各阶段的相关数据之外还包含对产品生长各阶段进行控制的信息（全自动或 半自动） ，两部分共同来完成产品的生长过 程。2.1.22.1.2产品全生命周期基因工程系统框架产品全生命周期基因工程系统框架 生物基因工程能够将基因从生物体内 提取出来，在体外进行改造，再将重组基 因导入到受体细胞中，以进行表达。生物 系统的生长、进化与产品设计存在着相似 性，将生物的有关遗传规律与产品设计理 论
7、有机地联系起来，对于机械产品来说， 可以借鉴生物基因工程原理，提取产品的 基因，并加以改造，重组出新的产品基因， 并使其自动生长，生成新的机械产品，用 于支持产品的创新设计。产品基因工程就 是基因工程在机械领域的应用，它是提取 现有产品基因、建立产品基因库、根据用 户需求按照一定的法则进行基因重组、重 组基因评价、在特定环境下进行基因表达 和最终对新生成产品评价的过程，主要用 于设计新产品以支持产品的创新设计。图 1 为产品全生命周期基因工程系统框架。2.1.32.1.3产品基因工程与大批量定制产品基因工程与大批量定制 根据客户需求对企业生产活动影响程 度的不同，即客户订单分离点在企业生产 过
8、程中位置的不同，可以将不同的大批量 定制的生产方式方式分成按订单销售（Sale to order, STO） 、按订单装配（Assemble to order, ATO） 、按订单制造（Make to order, MTO） 、按订单设计（Engineer to order, ETO）和按订单研制（Research to order, RTO）五种类型。大批量定制的技术核心 是产品及零部件的标准化和模块化，而产 品基因本身就代表着标准功能表面、标准 模式、标准零部件和标准产品，因此我们 可以基于 Top-Down 的风格将产品基因分 为五个层次，分别是产品基因、模块基因、 零件基因、模式基因和
9、功能表面基因，利 用产品基因工程方法，同样基于 Top-Down 的顺序将它们应用于产品的生长型设计之 中，并且分别建立五个层次的基因库，分 别与 STO、ATO、MTO、ETO 和 RTO 相 对应，以支持不同定制深度的产品大规模新产品基因组的评价 零件装配 逆转录 实体结构 2 实体结构 n 概念结构 2 概念结构 n 产品基因 2 产品基因 n 实体零件 产品 基因库 概念 模式库 实体 零件库 转录 翻译 概念结构 功能基因 控制基因 结构基因 实体结构 1 概念结构 1 产品基因 1 现有产品 需求功能 外界环境 子功能 2 子功能 n 子功能 1 环境因子2 环境因子 n 环境因子
10、1 重构的 基因组 新产品 基因组 转录 产品基因的获取与扩增 产品 分解重构 图 1 产品基因工程的总体框架定制设计。由此可知，产品基因工程正是 实现大批量定制的良好解决方案。2.2产品逆向工程（产品逆向工程（Product Reverse Engineering）2.2.12.2.1产品逆向工程的产生与概念产品逆向工程的产生与概念 反求技术在引进国外的先进产品、技 术、生产线的消化和吸收中发挥了积极的 作用，但却无法真正突破技术壁垒，打破 经验的局限性，因为简单的模仿无法了解 到最初的产品设计思想。 我们把产品逆向工程定义为：在产品 基因工程理论指导下根据现有产品及其相 关信息重新构造产品
11、基因的创造性工程。 其本质上就是还原出产品可行的设计过程， 最大程度上吸收原有产品的设计思想及其 关键技术，从而支持产品的创新设计、提 高我们自主设计的能力。 产品逆向工程，将一个成熟产品输入 值系统进行分析，分解至功能表面的层面 上，然后进行重构，并在重构的过程中对 其进行优化，包括模块化和标准化，使之 在更深层面和更细粒度上符合大批量定制 的生产要求。而在重构过程中，优化进行 的依据则需要客户需求的获取分析结果作 为参考。所以，只有准确把握市场动态和 客户需求变动的前提下，产品的模块化才 能在正确的方向上进行，才能真正使产品 具有生命力和竞争力。2.2.22.2.2产品逆向工程系统框架产品
12、逆向工程系统框架由图 2 所示，首先，建立数字化三维产品库，包括整机、部件、零件等，对于 其他 CAD 系统则通过 STEP 中性文件转化 方法集成；然后，建立产品概念结构模型； 最后，通过机电产品基因获取模块，建立 分层次基因库，包括产品族、整机、部件、 零件、模式、功能表面等。其中的关键技术包括面向产品概念结构的快速三维造型、 与现有 CAD 系统计称技术（STEP 文件读 取、翻译、转化等） 、逆向设计过程重建与 产品基因获取等。2.2.32.2.3 产品逆向工程与产品基因库产品逆向工程与产品基因库 建立结构合理，标准化和模块化的产 品基因库，有利于生成具有良好结构的产 品族模型，也是实
13、现技术驱动型大批量定 制的先决条件。产品逆向工程的结果，恰 恰就是一个数字化、分层次的产品基因库， 因此，我们可以利用产品逆向工程顺利实 现技术驱动的大批量定制模式。2.3小结小结由以上分析可知：产品基因工程是大 批量定制（Mass customization）得以实现 的环境与条件；产品逆向工程，是技术驱 动（technology-driven）的保证与实现手段。 PRE 与 PGE 从两个方面共同支持 TDMC， 从而为 TDMC 的发展提供了一条可行的道 路。 3PGE 框架中的用户需求分析框架中的用户需求分析 当对产品概念模型的分解过程进行到 完成功能表面的创建阶段时，就要依靠设 计要
14、求，选择合理的功能模式进行重构， 基于产品基因库选取相应基因，组合称为 符合客户需求的产品族模型，所以其中的 设计需求与产品基因库均需要客户需求与 分析系统的支持和参与才能建立和完成， 因此，在产品概念设计阶段，客户需求的 参与是必不可少的，也是极为重要的，它 是概念产品重构过程中必不可或缺的有机 组成因素。因此我们需要对客户需求进行研究。 在 PGE 框架中的用户需求获取与分析 的过程，也即客户需求基因（Customer Request Genes，CRGs）的获取、建立和应 用的过程。产品基因是一个复杂庞大的信 息集成，产品所有特征应当包含在产品基产品基因获取现有产品三维造型工具STEP文
15、件装配功能模块读取翻译转化产品 概念 结构 建立添加功能基因 结构基因获取 过程与控制基因获取产品 基因 库建 立图 2 产品逆向工程技术体系框架因系统中，这样才能在控制基因的影响下， 逐步生成产品实体。而需求基因则可以说 成是产品基因的“基因” ，它是产品生命周 期的源头，因此，类似于客户需求对于产 品概念设计的重要性来讲，需求基因在整 个产品生命周期的范围内，同样起着至关 重要的决定性作用与影响。3.1需求基因模型需求基因模型3.1.13.1.1需求基因的定义与获取需求基因的定义与获取 产品生命周期最初是从市场对产品功 能的需求开始的，通过对需求功能的整理、 分析，得到对需求功能系统的认识
16、，全面 获得产品的功能要求，即客户对产品的需 求，并按其重要性的程度制定出度量指标。 我们把这些带权重的产品功能要求的信息 集合，称为需求基因。 客户需求有多种来源：包括销售数据、 问卷调查、网上信息的搜集、访问信息、 用户反馈、市场调研，还包括竞争对手信 息获取以及对新生科研成果等多方面的来 源，每一种来源均有可能成为创新产品产 生和发展的原动力。 客户需求获取技术：由于客户需求的 模糊性、不确定性和不完整性等等特点， 目前国内外学者对于客户需求的获取技术 进行了大量的研究。其中包括利用网络环 境的基于 Web 源的客户需求获取技术、基 于数据挖掘的需求获取分析技术、基于 Web 的客户交流平台等许多技术。我们可 以在 PGE 框架中应用这些优秀有效的思想 方法与技术来实现客户需求的获取。3.1.23.1.2需求基因的表达与应用需求基因的表达与应用 需求基因可表达为如下函数： Ikkkxxf)()(其中，)(xk为第 k 阶基函数，k为相应权重，I 为函数集的空间。 需求基因（CRGs）与功能基因 （Functional
