1、本科毕业论文（20届）产品快速配置的设计方法研究所在学院专业班级工业工程学生姓名学号指导教师职称完成日期年月I摘要摘要伴随着产品更新换代的加快，新产品的开发在产品生命周期中的作用显得越来越重要。大规模定制MASSCUSOTMZIATION，MC生产模式兼具大规模生产和定制生产的优势，既能够实现客制化的生产，又能维持较低的生产成本以及较短的交货期限。大规模定制以其独特的优势，将成为21世纪的主流生产模式。产品配置设计，作为面向大规模定制的设计技术，在产品主结构、零部件的主模型的基础上，由客户自主选配所需的产品模型的功能、性能、结构及零部件组成，或改变某些零部件结构、尺寸等属性参数，依据配置规则，
2、从动态产品结构模型中确定一个满足客户需求的具体产品结构，以快速设计出定制产品。本文主要研究产品快速配置的设计方法，主要工作体现在以下方面1分析、总结、概述了大规模定制和产品配置的原理及研究现状。2总结了基于产品平台的产品配置设计。3阐述了产品平台的构建方法，并以榨汁机为实例分析了基于自底向上法的产品平台设计过程。4以榨汁机，刨冰机和料理机为实例对基于自底向上法的产品平台设计进行了改进，即对几个功能结构相似的不同产品建立共享平台。关键词大规模定制；模块化；产品配置；产品平台IIABSTRACTWITHTHEPRODUCTCHANGINGQUIEKERANDQUIEKERTHENEWPRODUCT
3、DEVELOPMENTOCCUPIESMOREANDIMPORTANTANDPOSITIONWITHINTHELIFEPERIODOFPRODUCTMASSCUSTOMIZATIONMCCOMBININGTHEADVANTAGESOFCUSTOMIZEDPRODUCTIONANDMASSPRODUCTIONKEEPSTHERELATIVELYSMALLERPRODUCTIONCOSTANDRELATIVELYSHORTERDELIVERYTIMEWHILESATISFYINGTHEINDIVIDUALIZEDDEMNADSOFCUSTOMERSMCWILLBETHEMAINSTREAMMODE
4、OFPRODUCTIONINTHE21STCENTURYBECAUSEOFITSUNIQUEADVANTAGESCONFIGURATIONDESIGN,ASTHEDESIGNFORMASSCUSTOMIZATIONINTHEPRODUCTMASTERSTRUCTURE,PARTSOFTHEMASTERMODEL,BASEDONMATCHINGREQUIREDBYTHECLIENTPRODUCTMODELINDEPENDENTFEATURES,PERFORMANCE,STRUCTUREANDCOMPONENTPARTS,ORCHANGECERTAINPARTSSTRUCTURE,SIZEANDO
5、THERATTRIBUTESPARAMETERS,BASEDONCONFIGURATIONRULES,FROMTHEDYNAMICMODELOFTHEPRODUCTSTRUCTURETOIDENTIFYASPECIFICPRODUCTTOMEETCUSTOMERDEMANDSTRUCTURETOQUICKLYDESIGNACUSTOMPRODUCTTHISPAPERSTUDIESTHEDESIGNMETHODFORRAPIDPRODUCTCONFIGURATION,THEMAINWORKINTHEFOLLOWINGAREAS1ANALYZE,SUMMARIZE,ANOVERVIEWTHETHE
6、ORYANDRESEARCHSTATUSOFMASSCUSTOMIZATIONANDPRODUCTCONFIGURATION2SUMMARIZESTHEPRODUCTCONFIGURATIONBASEDONPRODUCTPLATFORMDESIGN3DESCRIBEDTHEMETHODOFCONSTRUCTINGTHEPRODUCTPLATFORM,ANDJUICERASANEXAMPLEANALYSISOFPRODUCTPLATFORMDESIGNPROCESSBASEDONBOTTOMUPMETHOD4TOJUICE,ICEMACHINESANDFOODMACHINESASANEXAMPL
7、EOFBOTTOMUPMETHODBASEDONPRODUCTPLATFORMDESIGNHASBEENIMPROVED,THATIS,FUNCTIONALSTRUCTURESIMILARTOSEVERALDIFFERENTPRODUCTSTOESTABLISHASHAREDPLATFORMKEYWORDSMASSCUSTOMIZATIONMODULARPRODUCTCONFIGURATIONPRODUCTPLATFORMIII目录摘要I目录III1绪论111课题研究的背景和意义112主要研究目标及研究内容12大规模定制及产品配置321大规模定制生产3211制造业的发展历程3212大规模定制的
8、基本概念4213大批量定制的基本原理422产品配置设计概述53基于产品平台的产品快速配置设计研究现状631模块化产品设计6311模块化产品设计的概念及特征6312模块化产品设计的发展历程6313模块化产品设计的研究现状732模块化的定义、划分、重构8321模块化的定义8322模块化的划分10323模块化的重构1133产品配置平台12331产品平台的概念12332产品平台的特点13333产品平台的框架14334产品平台的构建14335产品平台设计模式的优势16336产品平台设计模式的风险17337产品平台设计研究现状17IV4基于自底向上法的产品平台设计及改进2041基于自底向上法的产品平台设计
9、过程2042对基于自底向上法的产品平台设计的改进215总结26参考文献27致谢错误未定义书签。11绪论11课题研究的背景和意义在21世纪的今天，科技发展日新月异，市场环境也与以前有了重大的区别，企业的营销模式已经从传统的产品导向发展到如今的客户导向。如何满足客户个性化、多样化的需求成为企业间竞争的主战场。现如今客户对产品的需求不仅仅是质量好、价格低，更重要的是能满足他们客制化的需要。大规模定制生产MASSCUSTOMIZATION，简称MC就是在这样的情况下应运而生的，它结合了两种以前看来是背道而驰的生产方式大规模生产和定制生产两者的优点，以大规模生产的效率生产定制产品。产品配置设计是目前大规
10、模定制中的研究热点，其特点是能够充分有效地利用目前已有的设计资源，快速地提供产品实例。产品配置设计是一种面向大规模定制的设计技术，他的主要思想是让客户通过网络技术、平台技术等媒介自主选配所需要的产品功能、性能、零部件组成以及结构等，或者通过改变零部件、产品模型的属性参数，再根据配置的规则，从动态的结构模型之中选择或衍生出一个能够满足客户个性需求的产品模型以及它的具体结构参数，从而快速的设计出客户所需的定制产品1。大规模定制生产做为目前较为先进的生产经营模式，也成为许多企业的首推经营模式。有调查指出，一个产品一半以上的成本决定于产品的设计阶段，可以说，产品的设计是产品生命周期中具有决定性的环节。
11、因而针对产品快速配置的设计方法对于企业的生存和发展具有重要意义。12主要研究目标及研究内容本文主要研究产品快速配置的设计方法，主要工作体现在以下方面1分析、总结、概述了大规模定制和产品配置的原理及研究现状。2总结了基于产品平台的产品配置设计。3阐述了产品平台的构建方法，并以榨汁机为实例分析了基于自底向上法的产品平台设计过程。4以榨汁机，刨冰机和料理机为实例对基于自底向上法的产品平台设计进2行了改进，即几对个功能结构相似的不同产品建立共享平台。32大规模定制及产品配置21大规模定制生产211制造业的发展历程制造业是为了满足人类对生活、生产、文化科技等需要而产生和发展起来的。伴随着人类历史的不断发
12、展，制造业也不断发展。最早的制造业是制造狩猎用的木棒和石器，工业革命以前。制造业的主要形式是家庭作坊和手工工场，采用的是单件生产方式，生产出的产品无论从数量还是质量上都远不能满足市场需求，因而，生产主要解决的是产品有无的问题。18世纪60年代开始的第一次工业革命诞生了机械化生产，制造业的生产方式发生了根本性的变化，出现了工厂制度。在工厂制度下，生产主要是以及其生产为主的小批量生产，依靠机器和产业工人的劳动来进行生产。与手工业生产相比，它的生产效率大大的提高，产品产量大幅提升，质量也有了很大的改善。此时，生产出的产品仍不能满足日益增长的市场需求。19世纪60年代，以电力、电机和内燃机的发明为标志
13、的第二次工业革命，又一次的促进了制造业的飞跃。同时，机械化生产技术逐步成熟和完善，逐步实现制造业的机械化生产。对生产自动化的追求，进一步的提高了生产的效率，扩大了生产规模。20世纪初，亨利福特和斯隆创立了大批量定制生产方式，用它取代了欧洲企业领先好几个世纪的单件小批量生产模式，福特公司的T型车因此称霸全球，这是制造业的又一次大变革。随后，以电子技术的代表的高新技术进入了急速发展的阶段，制造业迎来了一次更为深刻的变革，为了迎接这种变革，虚拟制造，数字化制造等新的生产方式陆续被提出。随着计算机技术、先进制造技术等的高新技术的快速发展，企业按照客户的个性需求进行定制的实施成为可能。客户可以通过网络平
14、台去选择和配置自己需要的客制化产品，企业则通过产品设计、制造和销售领域的资源重复利用来降低客制化产品的成本，以接近大批量生产的成本生产出客制化产品。这就是大批量定制生产，大批量定制生产兼具大批量生产和定制生产的优势。近些年来，大批量定制生产得到了快速发展，成为21世纪制造业的主流生产方式。4212大规模定制的基本概念大规模定制的雏形最早由出现在未来的冲击一书中，ALVINTOFFLER在书中设想了一种类似于大规模定制的生产方式。大规模定制的具体提出是在未来的理想生产方式一书中。大规模定制生产具有的优势有以下几点1企业生产的产品为个性化的定制产品；2企业生产的产品能够应对快速变化的市场环境；3生
15、产成本较低，生产过程和产品质量能够连续改善。总的来说，大批量定制结合了大批量生产的低成本、高质量、生产周期短以及定制生产满足客户个性化需求的特点，有利于企业在当前竞争激烈的市场中占据主动。213大批量定制的基本原理大批量定制的基本原理包括以下三点，即相似性原理，重用性原理和全局性原理。21相似性原理产品的设计和制造过程中存在着许多相似性，包括结构相似性、过程相似性等等。大规模定制的最重要的地方就是识别和利用大量在产品设计和制造过程中存在的相似之处，再利用标准化、系列化的方法来减少产品结构的不同，提供整个制造过程以及零部件的可重用性。2重用性原理在客制化产品中存在着大量可以重组和可以重用的单元包
16、括可重复利用的零部件和可重复利用的制造过程。通过采用标准化、模块化和系列化的方法，充分发掘并利用这些单元，将定制产品的生产制造问题通过产品重组和制造过程重组转化为或部分转化为大批量生产问题，从而以低成本、高质量、较短的交货期生产出个性化的产品，支持大批量定制生产的实现，充分重用零部件的附加值。例如，美航的SABRE系统、西门子公司的工业汽轮机、美国电话电报公司的手机，他们成功的原因在于，这些产品和过程非常规范地被分解成最小的可重复单元。产品和产品的生产过程被按照一定的规则拆分成了很小的可重复单元，在此基础上，通过组合、衍生出大量的产品。3全局性原理大规模定制的实施是一个系统工程，它具有较大的复
17、杂性和很高的难度系5数，它不仅与管理技术制造技术有关，还关系到人们的价值观以及思维方式。因此为了成功实施大批量定制，必须要对上述的几方面有全面的思索。大规模定制可以从敏捷制造、虚拟制造等吸收有益的思想，另外大规模定制还有几种非常重要的思想和方法，如产品全生命周期管理等。22产品配置设计概述产品配置是大批量定制过程中实现客户订单快速设计的重要手段，也是使产品定制的过程由变型设计上升到适应性设计的一种有效的方法。产品配置可以定义为依据预先定义的零部件集合及它们互相之间的约束关系，通过合理组合，形成客制化产品的设计过程。产品配置过程以用户需求作为输入流，经过零部件结构、功能的配置，输出一个配置方案，
18、这个方案可以用于制造和使用3。用户需求指的是由用户对产品功能的期望经过转化形成的产品的功能以及属性，而它的最终目标是找出一个可行的产品配置方案，这个方案既能满足约束条件，又符合客户的个性化需求。在产品配置设计的理论和方法研究方面，LAVENEY提出了基于知识的配置管理思想，其中采用了描述版本选择和版本约束规则的描述语言；SONINEN4针对产品配置过程提出了一种基于规则的配置知识描述语言，对产品配置的主要概念给出了形式化定义；谭建荣等5提出了基于产品功能结构单元的产品配置模板来完成对客户配置需求的快速响应，给出了产品配置模板的信息模型和配置求解策略，并且通过引入配置设计知识的混合表达方法以适应
19、复杂机械产品的设计需求。另外，他们还针对可配置产品和产品族的特点，提出一个基于GBOM的产品配置模型一GFCM6，详细地分析了模型中配置单元的构成、划分、约束关系的表达等问题。在产品配置设计技术的应用研究中，目前己经产生了一系列的商业化产品配置器，如丰田汽车公司开发的汽车在线定制系统，客户可以在该系统的支持下对顶棚、车轮、转向盘、座椅、车身、车门等选项进行选择，以配置出个性化的轿车设计方案7；中科院软件研究所、浙江大学以及大连理工大学共同承担的国家863重大攻关项目研究成果已经初步应用于杭州气轮机有限公司、南京金城集团等定制生产企业的产品设计中。63基于产品平台的产品快速配置设计研究现状31模
20、块化产品设计311模块化产品设计的概念及特征模块化设计发源于欧洲，20世纪初首先在德国的一个家具公司诞生了最早的按模块化原理进行设计的产品。随后，该设计原理和方法在更多行业得到了广泛的应用。20世纪20年代“模块化设计”概念被正式提出。模块化设计方法有别于传统设计方法，主要表现在（1）模块化设计面向产品系列而传统设计针对某一专项任务（2）模块化设计是标准化的设计而传统设计是专用性的特定设计（3）模块化设计过程是由上而下而传统设计过程是由下而上的（4）模块化设计属于组合化设计而传统设计属于整体化化设计（5）模块化设计需要系统的理论支撑而传统设计主要靠设计者的经验（6）模块化设计的产物可以是产品或
21、者模块，而传统设计的产物只是产品。312模块化产品设计的发展历程作为目前十分先进设计方法，模块化思想的萌芽却早在古代的时候就已经出现了。300年前欧洲城墙砖的长、宽、高比例为632，砖长相当于2倍的砖宽或3倍的砖高，这些城砖即为构成城墙的基本模块元。产品的模块化设计开始于20世纪初，英国的一家家具厂设计的底座和顶板可以选择的柜子是最早的按照模块化的设计方法所设计的产品之一。此后，模块化设计被多个行业所采用。20世纪中叶，欧美专家正式、系统地提出了“模块化设计”概念。这种设计方法开始逐渐得到重视。随着各行业专家学者的深入研究，其理论以及应用技术的发展和完善，模块化设计成为了各类机械产品设计中广泛
22、采用的一种现代化的设计方法。模块化设计最早是针对机床产品的设计所提出来的。20世纪80年代，依托于机电产品的系列化开发和生产，模块化设计理论的研究得到了长足的发展。我国的模块化设计起步比较晚，但在不断的发展中7也取得了一些成果杭州汽轮机厂通过引进德国西门子公司的技术在模块化系列产品开发中取得了显著的效益；上海市机床研究所通过合理的规划和组织，在短时间内完成了13个品种的机床设计和制造。除此之外，机电等其他行业也开始采用模块化设计的方法。313模块化产品设计的研究现状产品模块化设计包括模块创建和模块配置两个过程。模块创建是模块化设计的基础和前提，模块配置是模块化设计的实施过程。模块创建的主要工作
23、是把产品分解成以模块为单位的基本单元，模块配置的主要工作是对模块组合进行评价以及最终配置出客户需要的个性化产品。1模块创建目前有很多的学者着重于解决模块创建问题，但现有方法大多都以聚类分析或启发式的方法来进行分析和设计，缺乏利用其他方法的模块创建方案，且大多为解决单一产品的模块化设计。李立新7总结了目前模块创建方法，现归纳如下斯通等人提了出了一种启发式的模块创建方法，这种方法以三流（包括信号流、物料流和能量流）作为基础，根据支配性流、分支流和转换传输流这三种判断准则来对模块进行规划；GU探讨了零部件之间的关系，归纳了影响模块化设计的因素，把它们进行归一化处理之后，得到了一个最终的模块创建方案。
24、这种方法的缺点在于模块生成结果较为松散，这是由它的优化数学模型往往只追求零部件间相似度的最大化，却少有考虑它们之间的公用性而造成的。KUSIAK提出一种启发式图解法来分析产品模块化的结构，以辨别组件共享型模块化、总线型模块化与组件互换型模块化。SALHIEH将模块化的设计过程分解为四个阶段，通过中位模型进行零部件的聚类分析，并考虑零部件之间的特征指标关联程度，用矩阵的方法分析零部件之间的相似度。这种方法的局限性在于它只考虑到零部件之间的关系，而且计算非常复杂。TSAILTLZ等人对模块的设计、制造顺序进行了排列，并通过考虑制造和装配过程中功能设计的复杂性得到模块形成的最优方式。目前对产品模块化
25、设计理论和方法研究落后与其实际应用，解决方案停留8在概念性探讨的阶段。面向大规模定制的产品模块化设计需要综合分析客户的需求，并衡量零部件之间全生命周期中的交互关系，以得到利于产品配置的模块创建方案。2模块配置在产品的模块配置研究方面，FUJ1TA8研究了产品全生命周期的生产成本构成，并采用0一1整数规划方法来描述模块组合过程中的匹配特性，以系统运行的总成本为优化目标，运用模拟退火对成本数学模型求解，得到了在客户需求驱动下的模块化产品最优配置方案徐燕申等9详细地总结和回顾了国内外关于产品模块化基本概念及其工业应用现状，对目前模块的识别、组合研究工作进行分析和评述，并对模块化设计的研究热点和发展趋
26、势进行了展望。关于模块化的计算机辅助设计工具，SHAN应用面向对象技术提出了一个分布式模块化设计框架，可以应用在企业中进行模块化产品的规划和变型配置工作顾新建等1从满足MC生产需求的角度出发，对包括模块化制造系统在内的几种制造系统进行了比较，并对模块化制造系统的特点、设计方法和在中国的应用前景进行了分析徐燕申等9开发了基于实例推理的数控加工中心模块概念设计系统，提出了按照模块实例类型和实例参数来描述模块实例的方法，论述了数控加工中心机床模块实例的分级描述、编码方案和评价方法。现有的模块配置方法只考虑了以模块化结构组合的最终产品，没有充分兼顾到客户需求因素对模块化产品设计方案的影响，并且缺乏利用
27、有效的计算方法来搜寻大规模定制过程中面向产品族设计的最佳配置方案。因而，开发一种简单并且通用的模块化配置方法和相应的模块化计算机辅助设计系统，是非常有实际应用价值的。32模块化的定义、划分、重构321模块化的定义目前学术界对模块化这一概念还没有形成统一的定义，众多的学者从不同的角度和深度对它进行了研究，基本可以归纳为以下几类贝兹和保罗12提出模块化设计是完成从功能需求域到模块功能域的映射，进而在考虑模块的性能（比如材料、尺寸等）的基础之上完成从模块的功能域到模块的结构域的映射。模块结构有基本模块、专用模块、附加模块、用户定9制模块和适应性模块等五种，相对应的模块功能域则是基本功能、专用功能、附
28、加功能、用户定制功能和适应性功能。乌尔里克10设计工作中的两个特点和模块化有紧密的关系，这两个特点是（L）把产品的物理结构之间的相互影响程度降到最小。（2）设计过程中物理结构域和功能域之间对应的程度将会影响模块化的程度。从设计学的角度看，这两个特点指出了模块化设计的基本因素。首先一定要保证模块之间的相互影响的因素要尽可能的少，即模块的功能和结构之间要有相对的独立性。其次，在系统分析规划中，应该采用适当的方法对整个设计过程中的每个部分，特别是产品的功能域和结构域以及这两者之间的映射关系进行合理的分析，这是模块化设计中很关键的影响因素。舒赫11从功能设计参数映射的角度定义模块化设计模块化设计是一种
29、分析结果的产生，这种结果以产品、过程和系统的形式表现，并满足预定的需求，其方法是选择适当的设计参数，完成从功能需求域到设计参数域的映射。贾延林13认为“模块化设计是在对一定范围内的不同功能或相同功能不同性能不同规格的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合可以构成不同的产品，以满足市场不同需求的设计方法。”劳俊14等人认为，模块化设计是综合考虑系统对象，把系统按功能分解成不同用途和性能的模块，并使之接口标准化，选择不同的模块必要时设计部分专用模块迅速组成各种要求的系统的一种方法。童时中15从系统论角度定义模块化为为取得最佳效益，从系统观点出发，研究产品或系统的
30、构成形式，用分解和组合的方法，建立模块系统，并运用模块组合成产品或系统的全过程。施进发、梁锡昌16认为，机床模块化设计是将机床上同一功能的单元设计成具有不同用途或性能的、可互换选用的模块，根据市场需要拼成具有不同性能特点的机床。胡维刚17认为，模块是一组同时具有相同功能和相同结合要素，而具有不同性能或用途甚至不同结构特征但能互换的单元。并进一步指出模块化设计是基于模块的思想，将一般产品设计任务设计成模块化产品方案的设计方法。它包括两方面的内容模块创建和模块综合。10对上面所提到的模块化设计的思想进行比较，我们可以发现模块化设计的思想可以分为两种一是保罗和贝兹、乌尔里克、舒赫提出的强调产品功能域
31、与结构域或物理域映射的模块化方法二是贾延林、童时中、施进发、梁锡昌和劳俊等人提出的从系统观点出发，着重强调产品功能划分和模块组合的模块化设计的思想。总而言之，这两类方式都是突出了产品结构与功能的分析和重组。322模块化的划分模块化设计的原则是争取以少数的模块组成尽可能多产品，并在满足基本要求的基础上使产品精度更高、性能更稳定、结构更简单、成本更低廉，且模块结构也应该尽量简单、规范，模块间的联系尽可能的简单。因此，如何科学地划分模块是模块化设计中非常重要的一项工作，要使制造管理方便，具有较大灵活性，避免组合时产生混乱，又要考虑该模块系列将来的扩展和向专用、变型产品的延伸，因此模块划分是否合理对模
32、块化产品的性能、以及模块的通用程度和成本都有很大影响。模块划分指标（1）通用性所谓模块划分的通用性指标就是指模块划分对于现有产品的依赖程度。2可操作执行性可操作执行性就是对该原则在对产品进行模块划分时的指导性如何。（3）模块的继承性即该划分原则，是否考虑到现有产品相对成熟的部分单独组成模块。所谓模块的继承性是指划分模块是是否考虑到了现有产品相对成熟的部分。（4）面向产品的全生命周期性即该划分原则是否考虑到产品到底是面向生命周期的哪个阶段进行模块划分。模块柔性划分近些年来，国内外对产品功能模块划分方法的研究己经取得了一定的进展，划分方法大致可分为两类一类是基于用户需求的模块划分方法；一类是面向产
33、品全生命周期的模块划分方法。1基于客户需求的模块划分方法属于“基于顾客需求的模块划分方法”范畴里的研究比较多。如基于质量11屋矩阵的模块划分方法，基于功能流模型的模块划分方法等。基于客户需求的模块划分方法一般从获取顾客的需求出发，通常通过市场调研、问卷调查等方式获取客户的需求，再通过QFD等方法将用户的直观需求转化成产品设计的要求以此为基础进行产品总功能的分解，建立用户需求和工程性能之间的关系矩阵并通过矩阵计算求解，再参考模块划分原则以实现模块的划分和分组。2面向生命周期的模块划分产品设计者在对产品进行模块划分的时候，往往会根据指定的意图从不同角度进行思索，由于思索问题的侧重点的区别，将会得到
34、不同的模块划分方案。虽然设计者进行模块划分的意图千差万别，但是从产品生命周期的角度来考虑，这些不同划分意图都是针对生命周期中一个或多个特定阶段。因此，可以根据模块划分所面向的产品生命周期中的具体阶段，把模块划分分为面向设计的模块划分、面向制造的模块划分、面向装配的模块划分、面向使用和维修的模块划分以及面向回收的模块划分18。323模块化的重构模块重构的目的是使制造企业在面临环境变化时，可以选择合适的资源进行匹配，包括系统逻辑重组和系统物理重组。系统逻辑重组是指动态地完成控制系统的重组；系统物理重组是指对设备的添加、减少和替换。通过改变物理设备和逻辑系统可以改变系统的生产能力，灵活快速地完成多样
35、化的生产任务。通过模块的组合得到的制造系统可能有多个可行的方案，选择最优方案是模块化设计必然要面对的一个问题。制造设备和产品的可重构性对系统的设计以及选择都有重要意义。通过从整体上考虑经济效益、加工性能和可维修性等因素，形成一个对综合制造设备可重构性的评价，对于指导模块的选择、重构具有重要的意义，可以选择与要求相适应的系统，提高制造设备的利用率，从一系列的可行方案中选择出能达到最佳效果的方案。将制造设备进行模块化划分是模块化制造的第一步，但实践中用户所感兴趣的对象并非这些模块，而是能够满足产品工艺需求的制造设备方案。这就需要研究如何对已有模块进行重构。可重构是指可重新组合或重新布置。可重构性指
36、的是一种可以按照规划和设计规定的变化，利用模块、子系统和组元的更替、重排、剪裁和革新等手段12来对系统进行重新组合、更新或改变系统的输出量，以迅速响应市场变化。可重构是实施快速响应制造、增强企业市场竞争力的重要手段。对可重构的概念进行分析之后我们发现，如果一个系统要实现模块化的重构，那么它必须拥有以下的特点1建立在产品模块化的基础上。只有实现硬件和软件的模块化，并考虑各个模块的界面的标准化，才能根据需要在原有系统中进行增减模块，改变它的生产功能以及生产能力，快速配置出符合要求的制造系统；2系统需要具有弹性的、可调整的组织结构。不但可以通过动态地增加或减少加工设备进行系统级别的重组，也可以通过更
37、改加工设备的硬件或者控制软件进行系统重构；3应该具有经济的，能够应对未知事件的能力。可重构制造系统应该充分考虑对现有资源的利用，而不是去推翻原有的制造系统，这样可以用较为经济的手段达到满足客户需求的效果；4提出产品模块重构的一个重要根据是希望生产制造过程能够有对快速变化的市场环境作出准确的应对的能力，即模块化的可重构性要求生产制造过程拥有快速构造的能力，因而我们要求产品的本身构造可以在比较短的时间内完成。这种方法建立在充分利用现有资源的基础上，前提是已经存在关于设计目标的功能元，而且基本的结构模块已经确立。33产品配置平台331产品平台的概念产品平台是近年来的一个新兴概念，上世纪90年代以来的
38、典型的例子有索尼公司的不同型号的随身听都共享类似的录音机构施乐公司采用模块化平台生产出不同种类的打印机以满足不同用户的需求；柯达基于同一产品平台开发出4种针对不同细分市场的一次性相机系列产品。在汽车行业，美国汽车业三巨头福特、通用以及克莱斯勒等都是基于同一产品平台开发同种级别不同品牌的汽车。产品平台的概念经历了下述发展过程L一组通用的零件、部件以及模块，通过它们可以持续有效地开发和派生出变型产品。2横跨一系列的产品范围，涉及到企业核心技术的通用零部件的集合。133一组产品共享的资产集合。主要包括零部件、工艺、知识和人力资源等。SYERANDLEHNERD认为产品平台的基础并不是平台本身，而是构
39、建开发的模块以及共享的通用件和技术。其中模块也不仅仅是物理部件，还应该包括核心技术、工艺、制造资源以及类似于工业设计和品牌类的营销特征。4一组由若干子系统和通用接口构成的，可以连续地开发和延伸的产品平台。包括设计平台、客户平台和品牌平台等。可以说，产品平台的本质是一系列物理模块与非物理模块的集合，通过这些模块以衍生出不同的产品。利用产品平台可以有效、便捷地派生出一系列产品，增加产品品种，满足不同细分市场需要以及迅速变化的市场需求；同时，面向产品平台能够实现工艺、技术的重用以及技术转移，从而避免了不必要的重复设计，有效地降低了新产品创新的风险以及开发成本，降低零件库存等；除此之外，产品平台还有利
40、于企业形象的塑造以及产品认知度的提高。产品平台技术从差异化需求出发，通过复杂的信息映射，通过产品族设计规划过程的各阶段，实现客户群需求的工程特征转化，最终形成能够反映企业核心技术的产品平台以及满足客户差异化需求的产品族结构。332产品平台的特点1产品平台是共同要素产品平台是整个系列产品采用的共同要素，尤其是在工作环境和决定性技术的集合。产品平台的基础构成就是决定性技术。通常情况下，产品族或者一个系列的产品的最低共同标准就是产品平台。与此同时，产品平台是通过一系列的产品来实现的，因而，这些要素并不一定要是完整的。产品平台主要是基于产品规划、决策和战略思考的一种要素定义。2主要面向未来用户的需求产
41、品平台是一个介于市场和企业之间的平台，它不但能引领用户对现有产品的需求，而且能够面向未来用户的需求。企业一方面将多样化的市场需求转变为代表性的产品，利用产品平台对各种代表性的产品进行过滤和筛选，一方面以筛选出的各种代表性的产品为平台的基础进行再设计、再开发，最终产生满足市场需求的产品。3具有可扩展性产品平台的使用寿命可以通过不间断的改进来延长和扩展。比如，个人电14脑通过处理器的换代来改进性能，这就延长的平台的生命周期；又比如微软公司通过DOS平台的扩展开发出了WINDOWS系统，扩展了平台的应用范围。4是单一产品、特别是产品族的基础虽然所有产品都具有某种程度的独特性，但它们都与该产品平台的共
42、同特征相关联。生命周期决定产品换代的划分新一代的产品源于新的平台，而不是单一产品，平台的生命周期在被新的具有竟争力的平台代替时结束。产品平台与产品开发不同，产品更新导致利润的变动，而新的产品平台可能导致企业从具有一个完整产品代的市场中退出，而进入另一个市场空间。5与单个产品开发相比，产品平台的开发具有长期性。据调查资料显示，开发一个新的产品平台的成本是在现有平台基础上开发一个系列的新产品的510倍。333产品平台的框架从零部件定制属性的角度来划分，产品平台的构成模块可分为公共模块、定制模块和相关的知识19。公共模块表现产品模块的共同点，客户定制模块表现产品族的区别。以下的三元组可以较好的表示产
43、品平台PPCMS，SSS，KS其中PP代表产品平台；CMS代表公共模块集；SSS代表定制模块集；KS代表知识体系。公共模块集包含通用模块和一般模块两部分。通用模块指的是不需要经过变型就可以直接使用的模块；一般模块指的是使用前需要通过一定的变型设计后才可以使用的非定制模块。定制模块集则是指结构和参数需要按照客户的需求进行变型设计的模块。知识体系指的是整个产品平台构架的理论基础，包括约束、配置规则等。产品族模型主要可以分为三个域，即结构域、功能域和技术域。结构域描述产品模块的结构，它是对产品具体结构的知识化表达。功能域源自产品的设计基本要求和客户需求，是产品设计的基础，它是对产品所具有的功能和性能
44、的表达。技术域包含设计约束，设计知识表达等方面，它是产品设计技术和解决方法的集合。334产品平台的构建151产品平台构建的基本模型对单一的产品进行设计，这是传统的产品设计的做法，设计师通过对已经解决的方案的变型来实现产品的设计。单一产品设计的本质是一个多目标约束优化问题。单一产品设计的最小优化模型可以表示如下基于产品平台的设计是面向一族产品的设计，不能只考虑单一产品时的设计方，需要考虑整个产品族中的各个产品。同样，在设计过程中需要考虑客户需求、技术需求和其它约束条件。与单个产品设计相比，基于产品平台的设计不但要优化产品平台本身，而且要优化设计基于平台配置的产品。因此，基于产品平台的设计的最小优
45、化模型可表示如下优化模型是产品和产品平台相统一的抽象模型优化实例，它分为两层，外层是对产品平台的优化，内层则是对某一个产品的优化实例。因此，基于产品平台的优化设计方法可以分为两个步骤，首先是最外层的产品平台层级的优化，以完善产品平台；然后按照优化后的产品平台，构建基于产品平台的旨在满足具体设计条件的内层优化模型。2产品平台的构建思路在产品族中，产品平台是指为多个变型产品所共享的，由一个或几个核心模块构成的集合，构建产品平台就是对各个构成模块进行分析并确定构成产品族的核心模块的过程。构建产品平台的目的是既要满足客户的个性化要求，又要保持产品的通用性实现规模经济。产品平台的开发是公共模块集、定制模
46、块集和知识体系三个组成要素的构建。因此，公共模块集、定制模块集的构建是产品平台开发的核心。知识体系支撑产品平台能够快速、高质量地配置出满足客户需求的产品。产品平台构建的三要素是知识体系、定制模块集和公共模块集。知识体系的主要作用是对产品平台的设计提供理论支持，定制模块集和公共模块集则是产品平台开发的核心。16335产品平台设计模式的优势1缩短设计周期，降低开发成本基于产品平台的设计模式，在产品平台的基础上进行再次开发，只需要关注客户的个性化需求，考虑技术差异因素，对平台产品的某些部分进行变型和延伸，不需要进行全面的设计工作。在当今CAD/CAM技术广泛应用的前提下，这一优势愈发明显。2降低制造
47、成本，提高产品质量基于产品平台的系列化产品在性能上有所差异，但组成产品的模块和零部件有许多相同点，因而，大批量制造或者采购这些零部件时，规模经济效益明显；产品模块的生产工艺相似度很高，可以共享加工设备，减少了固定投资，也有利于提高员工生产中的操作熟练度进而提高生产效率，降低生产的成本，提高产品的质量。这些优点在多品种，小批量的产品生产中优势尤其明显。3更好的满足客户的个性化需求，在竞争中充分占领细分市场。现代企业必须要意识到，由于客户的需求越来越趋向于个性化，用单一的产品，如以前的福特T型车这样的产品已经不能满足客户的多样化需求。企业需要开发出外形、性能各异的产品，以满足特定细分市场的需求，只
48、有这样企业采用赢得竞争优势，产品平台模式能很好的解决这一矛盾。4可以大幅的较少产品开发中大量重复工作基于产品平台的产品设计主要通过对已有模块的组合、派生、变型设计来开发新产品，这大大减少了开发中站绝大部分的低水平重复设计工作。5可以提升设计知识的集成度产品平台的知识集成使得企业对少数高水平员工的依赖性降低，减少了员工流动对于企业技术实力的影响。6使企业的设计工作标准、规范产品平台的标准化、系列化、规范化设计有利与设计人员对产品的生产、维修和更新。17336产品平台设计模式的风险产品平台设计模式已经越来越多的受到学者们以及企业的关注，它的诸多优点每每被提及，然而它的风险型却很少受到企业的广泛关注
49、，在相关的文献以及著作中也极少被提及20。一般来说，在产品设计的初期阶段，设计基于产品平台的产品要比设计独立的产品花费更多的时间、投入更多的经费，并且使得产品进入市场的时间延后，进而影响到投资的回收效率，这意味着基于产品平台的设计模式并不是在任何市场、任何产品的设计中适用。产品平台的设计一般需要较高的固定投资，因此它在低端产品领域并不是非常适合，很容易引起设计过度，造成资源浪费。据豪泽尔公司多年的研究数据表明，产品平台确实可能会对企业的盈利产生负面影响。因此，产品平台设计以及在何时更新产品平台的设计方法等领域都需要进一步的研究和探索。337产品平台设计研究现状在产品平台的设计方法研究领域，目前
50、有几种不同的方法。1成组技术方法成组技术的设计方法由HYDE于1981年提出。成组技术发源于上世纪初的欧洲，“成组技术”一词最早出现在1959年，随着上世纪70年代微机技术的兴起，成组技术被广泛应用。成组技术23的原理就是寻找不同产品以及生产过程中的相似性，依照一定的规则把他们进行分类、并创建成组，这样做之后，同组的产品和生产过程可以采用类似的工艺去处理，使得企业效益得到提高。成组工艺是指对于结构、工艺相似的部件按照相同的流程进行统一的加工，这样可以扩大生产的规模，减少部件的品种，最终达到提高生产效率、扩大生产的目的。成组工艺是成组技术的核心。在成组技术的结果是在一部件族组基础上，根据一定的规
