论析面向大批量定制的客户需求分析技术

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论文关键词：大批量定制，需求分析，产品基因工程，产品逆向工程

论文摘要：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。

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，将客户需求渗透人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汀echnology 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丁dmc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以分析，最后介绍一个系统原形。

1产品基因工程与产品逆向工程

1.1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jriz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，并且相对于有机的产品/人工设计，引人了细胞分裂生长的机制。

1,1,1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、销售等产品生命周期各阶段的相关数据，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。

1.1.2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，再将重组基因导人到受体细胞中，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。

1.1.3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。

1.2产品逆向工程(product reverse engineering)

1.2.1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，将一个成熟产品输人值系统进行分析，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。

1.2.2产品逆向工程系统框架

如图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s下ep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(s下ep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。

1.2.3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。

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下dmc，从而为下dmc的发展提供了一条可行的道路。

2 pge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，就要依靠设计要求，选择合理的功能模式进行重构，基于产品基囚库选取相应基囚，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。

在pg e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。

2.1需求基因模型

2.1.1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，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。

2.1.2需求基因的表达与应用

需求基因可表达为如下函数:

其中，ψk(x)为第k阶基函数，ωk为相应权重，ι为函数集的空间。

需求基因(crgs)与功能基因(functional genes , fgs)功能基因来源于功能需求，是市场需求的功能基元。fgs对应于各种类型的功能表面，经“转录”成为产品功能原型。通常地，我们通过对市场需求的分析整理，分解重构出一个个需求子功能，需求子功能对应着fgs,fgs可转录为具体功能表面，需求总功能对应着功能表面间的联系，它们相互作用，形成产品原型。由此我们可以看出，产品的功能基因来源于用户的需求功能，是以产品原型为载体，从产品原型中抽象、提取出的本质含义，虽然抽象但极具概括性。因此，在此基础上，设计产品的执行功能元件，使得各个元件随意组合，形成功能相同而形态各异的实际产品，因此功能基因可“转录”为单位作用面及其组合关系。

可以类比目前客户需求到产品工程特性的映射研究现状:客户需求到产品工程特性的映射普遍采用qfd分析法，hoq质量屋和层次分析法得到。由产品工程特性到产品的零部件以及产品的结构之间的映射，并未得到良好的解决方案，逆向工程在对这个问题的探求土取得了一定成果。分解重构理论在深人研究产品结构的基础上，提出了“功能表面”的概念，将产品的功能和结构结合在一起，进行综合考虑，是一种创新性的理论，对于开发新产品具有深远的意义。客户需求的分析技术就是建立在分解重构理论和生长型设计理论的基础上进行开发研究的。

2.2产品基因工程框架中的产品族模型及应用

2.2.1产品族模型

我们建立了独具特色的设计自动化系统原型darfad系统。darfad系统提供了产品设计从无到有、零件从少到多、表面从初级到高级、结构从简单到复杂的进化模式及相应的设计工具。在一定转换机制的作用下，产品族模型将经历由需求分析而产生的功能模型、概念结构模型和实体模型的各个阶段，最终生成产品实体族及实体产品，同时可对产品族模型进行相应的运动学动力学分析和可制造性分析，如图3所示。

2.2.2关于产品基因与“环境”的讨论

产品族模型源于产品基因，由基因组成的产品族模型本身就是可定制化的，提供了广泛的可选择的参数，可称之为“环境”，也可映射到真正产品生长的环境所具有的特征，在这些特征的影响之下，产品基因得以生长为不同的，符合用户要求的产品实体，反过来讲，缺乏了具备了各种特征的“环境”，产品基因将无法生长。

环境特征分析，环境特征为外在的决定条件，不仅决定了产品基因将生长为具体哪一种产品，更能决定产品基因能否能够成功地成长为产品实体，因此可以得出如下结论:环境特征通过产品基因映射到产品实体的功能特征公式:

其中f1为客户需求映射函数，f2为环境特征映射函数，pf为生成的产品族模型。

分析公式应达到的三个目标:①环境特征的有效提取、资源的充分利用;②映射过程中有效降低成本和节省时间;③质量、性能优良的产品实体。

图4为产品基因生长为产品实体的流程:

3基于web的用户需求获取与分析系统

基于前面的综合分析，给出一套在产品基因工程平台上基于web的用户需求获取与分析系统框架。图5为产品基因工程平台的框架示意。

在具体实现方面，我们可以借用面向对象的思想，将产品基因中标准化的单元固定存储在数据库中，而转化为方程则成为面向对象思想中的类成员函数，通过借助这种强大的辅助工具将实现过程的封装，对于操作者而言，客户对于产品的需求即可分解为针对系统的特定参数的值，而系统的输出结果正式此定制产品的基因。系统分为几大模块:

(1)客户需求获取模块

功能:将多种渠道获取的客户信息，转换为统一的数据形式，并进行存储。

(2)客户需求分析模块

功能:对数据进行分析，对照现有的零件库，提出改进意见，交与设计人员或其他模块来完成。

(3)系统基础模块

功能:负责提取产品零件库的信息，为其他模块提供运行基础，例如界面控制、权限/角色控制、功能分配及数据维护等等。

由于产品开发的灵活性要保证，这就要求了更加灵活的开发系统和分析系统。所以，系统开发有统一的接口，但是具有实现形式，可以进行系统的扩展。例如客户需求获取接口，多样化的形式经过接口形成统一的数据，存储在数据库中。