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1、本科毕业设计（论文） 大批量定制条件下产品配置研究及产品选择 学 院 机电工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 （机械电子工程方向） 年级班别 2006级(1)班 学 号 学生姓名 指导教师 2010年6月10日摘要面对客户需求的个性化、多样化及市场的快速多变，传统的大批量生产方式已无法适应市场的发展。而大批量定制生产方式，既能满足客户的真正需求而又不牺牲企业效益和成本，正在成为21世纪制造业的主流生产方式。本文介绍了大批量定制的背景以及目前国内外的研究状况，了解了大批量定制的基本原理及其技术体系，熟悉了大批量定制生产的业务流程，探讨了大批量定制与产品数据管理（PDM）之间的关系。由于不同
2、的客户有不同的需求，当暂时无法满足客户的需求时，还需要对产品进行开发设计或者快速设计，所以本文还介绍了产品开发设计及产品快速设计的过程。最后，以常用减速器产品作为实例，对产品配置及产品选择进行简单的探讨，通过Access可视化编程来实现客户对产品进行选择的功能。关键词：大批量定制，PDM，产品开发设计，产品配置，产品选择AbstractThe fleetness facing individuation,diversification and marketplace that the customer needs is changeful,the tradition mass producti
3、on way already has no way to adapt to development of marketplace.The mass customization approach,both to meet the real needs of customers without the expense of enterprise efficiency and cost,is becoming the mainstream of 21st century manufacturing production.This article describes the background of
4、 mass customization and the current status of domestic and foreign research,understands the basic principles of mass customization and technology system,familiar with the mass customization of business processes,discusses the relationship between mass customization and product data management (PDM)
5、.Because different customers have different needs,when temporarily unable to meet customer demand,they also need to develop the product design or rapid design,this article also describes the product development and design and rapid product design process.Finally,reducer products commonly used as an
6、example of product configuration and product selection of simple,through the Access visual programming to achieve our customers choose the product features.Key words：Mass Customization,PDM,Product development and design,Product configuration,Product selection目 录1 绪 论11.1 大批量定制的背景11.1.1 市场环境的变化11.1.2
7、 信息技术和先进制造技术的发展31.2 大批量定制研究的重要意义31.3 大批量定制生产的研究现状51.3.1 大批量定制的设计方法51.3.2 常用技术62 大批量定制的业务流程82.1 已有产品类型的处理方法102.2 新产品或改进产品类型的处理方法113 大批量定制基本原理及其技术体系153.1 大批量定制的基本概念153.2 大批量定制的分类153.3 大批量定制与大批量生产方式的比较163.2 大批量定制的基本原理163.2.1 相似性原理163.2.2 重用性原理173.2.3 全局性原理173.3 大批量定制的技术体系173.3.1 面向大批量定制开发设计技术183.3.2 面向
8、大批量定制的管理技术183.3.3 面向大批量定制的制造技术183.4 大批量定制的基本思路193.5 PDM原理204 产品开发设计与快速设计214.1 产品开发设计过程214.1.1 建立编码体系224.1.2 零部件的ABC分析234.1.3 零部件分类244.1.4 零部件名称分析244.1.5 零件几何形状分析254.1.6 零件参数分析254.1.7 建立零部件主模型264.1.8 建立零部件主文档264.1.9 建立产品主结构274.2 快速产品设计过程275 产品选择实例285.1 产品实例285.2 产品选择功能的实现285.2.1 编程语言的选择295.2.2 产品数据交换
9、标准305.2.3 产品选择系统设计31结论33参考文献34致谢35附录 程序代码361 绪 论1.1大批量定制的背景20世纪初，福特和斯隆创立了大批量生产方式。1908年第一辆售价950美元的福特T型车投放市场，至1927年共生产了1500万辆T型车。大批量生产的主要特点是采用标准的制造过程和标准化的零部件，进行高效率的自动化作业，通过规模经济效应，降低生产成本，提高产品质量。当前，制造业竞争的全球化和客户需求的多样化对企业提出了新的要求：更多的产品个性化，更短的产品生命周期，更低的产品价格和更高的产品质量。派恩曾经从市场需求、竞争强度、市场特点、产品替代品、产品生命周期、技术发展、客户主动
10、性、时尚意识等方面对市场的变化做过详细的分析。显然，大批量生产方式已经不能满足目前的市场需求。企业生产和经营的活动已经从原先以产品为中心和以市场为中心转变为以客户需求为中心。按照客户的个性化需求提供一对一的产品和服务，成为企业在激烈的竞争中生存和发展的主要手段。在这种背景下，大批量定制得到了迅速的发展，正在成为21世纪制造业的主流生产方式。美国乔治华盛顿大学的一个专家小组对新兴技术发展作了预测，提出了世界未来的85项新兴技术，其中就包括大批量定制技术。预测专家小组认为，到2015年美国大约有30%的产品可以进行大批量定制1。1.1.1市场环境的变化从总体上看，当前的国内外市场主要是买方市场，市
11、场相对饱和。各国、各企业为争夺市场而展开激烈的竞争。我国在20世纪90年代以前，大多数工业品处于短缺状态。在这种严重供不应求的 市场状况下，各产业的发展模式基本上都是粗放型的总量快速扩张，在较短的时间内形成了相当可观的生产能力。但进入90年代、尤其是90年代中期之后，许多产业陆续出现了生产能力过剩的情况，各产业供大于求的局面已经基本形成，买方市场的格局得到了巩固。根据对613种典型商品的调查统计，1997年下半年供过于求的有195种，占总数的31.8%，供求平衡的是408种，占总数的66.6%，而供不应求的仅为10种，占总数的1.6%。我国出现买方市场的主要原因是：市场国际化，国内企业发展迅速
12、和国内市场进一步细分。卖方市场买方市场的对称,是指供给小于需求、商品价格有上涨趋势，卖方在交易上处于有利地位的市场。在卖方市场上，商品供给量少，由于供不应求而不能满足市场的需求，即使商品质次价高也能被销售出去，商品价格呈上涨趋势。这时，买方对商品没有选择的主动权，卖方只关心产品数量，很少考虑市场需求。卖方在交易上处于主动地位。卖方市场的存在，意味着商品交换中买卖双方之间的平等关系，已被商品的供不应求所打破。卖方市场是商品经济特有的现象。资本主义商品经济中的卖方市场是在价值规律的自发调节之下，伴随着资本主义再生产周期中的复苏阶段和繁荣阶段出现的；社会主义商品经济发展的一定时期，也会出现卖方市场，
13、这也是社会总供给和社会总需求比例失衡时出现的一种市场状况。买方市场卖方市场的对称，是指供给大于需求、商品价格有下降趋势，买方在交易上处于有利地位的市场趋势。在买方市场上，商品供给过剩，卖方之间竞相抛售，价格呈下降趋势，买方在交易上处于主动地位，有任意选择商品的主动权。买方市场意味着商品交换中买卖双方之间的平等关系，由于商品的供大于求而被打破。买方市场是商品经济特有的现象，但是，在不同的社会制度下，形成买方市场的社会原因和性质有着本质的区别。资本主义商品经济中的买方市场是在价值规律的自发调节之下，伴随着资本主义再生产周期中的萧条和危机阶段出现的，供求关系不仅反映了资产阶级和无产阶级之间剥削与被剥
14、削的关系，同时还反映了资产阶级内部的矛盾和斗争。社会主义商品经济中的买方市场是在价值规律的自觉调节之下，为经济发展创造一个宽松环境，并建立预防不测事故的后备及经常性的调剂余缺的周转性储备而出现的，供求关系反映的是生产者和消费者之间根本利益的一致性，供求矛盾具有非对抗性2。在买方市场条件下，信息是不对称的，掌握信息的是客户，缺乏信息的是商家。由于科学技术的进步和财富的增加，人们的消费观念发生了很大的变化，他们希望得到个性化和多样化的产品与服务，同时也对产品的价格、质量和交货期提出了更加苛刻的要求。因此市场的需求变得更加难以琢磨，企业的生存压力变得更大。1.1.2 信息技术和先进制造技术的发展信息
15、技术是推动大批量定制发展的关键技术因素之一。20世纪60年代末，因特网一直作为美国国防和科技界使用的工具。直到1991年，美国全国科学技术基金会才取消了对因特网商业应用的限制。短短的十几年间，因特网的应用和发展涉及到社会、政治、经济和生活的各个方面。因特网采用TCP/IP通讯协议，客户只需要简单的鼠标操作便可以浏览因特网上的各种内容。因特网是全球最大的、开放的计算机网络。通过计算机网络，可以跨地区、跨国界地实现网上资源的共享。因特网对大批量定制的影响表现在以下两个方面：密切了企业与客户的关系、密切了企业与企业的关系。（1） 密切了企业与客户的关系 因特网使企业很容易地与每一位客户进行一对一的对
16、话，确切了解他们的爱好和需求，并对此迅速做出反应。反过来，因特网也常常是客户了解企业、进而知道哪家企业能为其提供最佳的产品和服务的有效途径。（2） 密切了企业与企业的关系因特网使企业间的合作变得非常方便，这样可以实现企业间的资源共享，将定制产品设计和制造中的各项任务分解到相关专业化企业中去，以达到降低产品成本、缩短产品交货期的目的。 先进制造技术也是推动大批量定制发展的关键技术因素之一。先进制造技术是传统制造业不断吸收机械、信息、材料及现代管理技术等方面最新的成果，并将其综合应用于产品开发与设计、制造、检测、管理及售后服务的制造全过程，实现优质、高效、低耗、清洁、敏捷制造，并取得理想技术经济效
17、果的前沿制造技术的总称。从本质上可以说，先进制造技术是传统制造技术、信息技术、自动化技术和现代管理技术等的有机融合。先进制造技术包括先进产品开发设计技术、先进管理技术以及先进制造工艺与装备技术，是实现面向大批量定制设计、管理和制造的技术基础2。1.2 大批量定制研究的重要意义当前世界发达国家的制造业正酝酿着向大批量定制生产转变，当今的市场环境是，客户需求的多样化、产品生命周期缩短、大市场和大竞争、交货期成为主要的竞争因素、多品种小批量生产比例增大、可持续发展的呼声越来越高等。制造业竞争的全球化和客户需求的多样化对制造业生产的产品提出了更高的要求：更多的产品变化，更短的交货期，更低的产品成本和更
18、高的产品质量。随着竞争日益激烈，相对稳定的传统市场正在逐步成为动态多变的市场，产品更新换代加快、产品技术含量提高和多品种小批量的生产所占比例增多，产品的成功需要价格的降低和交货期的缩短。目前竞争的模式已经从公式：价格成本利润转化为公式：利润价格成本。这种竞争模式要求企业能够从各个方面来降低成本，寻求新的竞争手段。在这样的条件下，不论是以汽车行业为代表的大批量生产（ Mass Production ）模式，还是以航空行业、重工行业为代表的定制（ Customization ）模式都不能适应市场上日益增加的扰动，而受到了严峻的挑战。尤其是定制生产方式，由于其成本高、交货期长，更加不能够及时、优惠地
19、满足客户定制产品的要求，并在市场竞争中取得优势。 大批量定制（ Mass Customization ）是一种观察和思考问题的新思路，也为企业迎接挑战，组织设计、生产、服务提供了一种新模式。它在一定程度上为重型机械行业提高竞争力提供了一种参考，为解决困扰定制生产的困境提供了一定程度的帮助。传统的大批量生产方式适合于单一的产品市场、稳定的市场需求、较长的产品生命周期和产品开发周期，从而对当今企业环境的适应性越来越差。传统定制生产方式由于开发周期长、成本高、质量不稳定等原因，也不适应当今的企业环境。大批量定制是在大批量生产和传统的定制生产基础上的进一步发展，是对大批量生产和传统定制生产特点的综合和
20、扬弃，为解决大批量生产与定制生产之间的看似不可调和的矛盾提供了方案。大批量定制方式对我国制造业的发展具有重要的意义。虽然我国消费水平还远不如发达国家，但我国要与发达国家面对共同的市场，就必须采取大批量定制方式。而且，目前我国的市场环境在全球处于快速发展和积极的状态，这对于我国经济来说是一个飞速发展的机遇，并且城乡居民的购买力将会进一步提高，定制产品的需求会不断扩大，大批量定制的发展更体现出其重要性4。所以，我国制造业应在发展大批量生产的同时，加快发展大批量定制生产，实现跨越式发展。1.3 大批量定制生产的研究现状从常用设计方法，设计实施的支持环境等方面对目前大批量定制设计的研究现状进行了介绍和
21、分析。大批量定制是制造业发展的必然趋势，将随着技术的发展，逐渐取代大批量生产的生产方式。大批量定制设计作为实现大批量定制生产方式的关键，目前仍然存在许多不足，需要在各个方面进行深入研究，为实现大批量定制，解决好它面临的挑战速度和成本，提供更好的技术支持。1.3.1大批量定制的设计方法大批量定制设计方法概括起来就是要实现产品零部件的标准化和模块化。下面介绍常用的设计方法。1、 标准化、规范化产品中大量使用标准零部件有利于降低成本。企业应将对产品成本影响较大的零部件进行标准化，而通过其它零部件的变型来满足定制的需求。为了提高速度、降低成本，还应考虑对原材料、加工代码等进行标准化。 规范化是指分析企
22、业零件，合并相似件，减少零件数量提高零件使用频率，从而降低零件管理费用的方法。实现标准化、规范化的方法包括ABC分析、产品结构分析、零件分析、参数分析、编码技术等，对零件的使用频谱进行分析。标准化使用频谱高的零件。规范化使用频谱较低的零件，合理分布企业零件。2、 面向产品族设计面向产品族设计指结合预测分析已有顾客需求，根据产品拟采用的定制方法提取变型参数，同时设计一族产品的设计方法。其目标是提供可变型的产品模型，为针对单个客户需求进行产品配置和快速设计提供基础。其产品模型具有如下特征：产品结构的组成模块能够为特定客户配置出最终产品；模块组织能够让销售、设计、制造和服务部门采用一致的方式反映企业
23、能力和顾客需求；能够作为信息集成平台实现产品设计全过程的集成；能够用来评价产品生命周期中决策的经济性。3、 模块化设计模块化设计是对一定范围内的不同功能或相同现能不同性能、不同规格的产品进行功能分析，划分并设计一系列功能模块。通过模块的选择和组合构成不同的产品，以满足市场的不同需求。虽然定制是提供满足客户特定需求的最终产品，但它仍依赖于零部件的加工与制造，采用规划好或标准化或易于变型的零部件模块可以降低成本，提高速度。模块划分可以参考如下原则：(1) 产品族的划分：根据拟设计的产品族和相应的定制方法，划分构成产品的模块，使通过不同模块进行配置，组合变型得到产品族成为可能；(2) 设计制造中的重
24、复性：只有模块具有一定的数量的重用性时，划分出的模块才具有普遍性，才能够形成批量经济性，而获得低成本；(3) 划分粒度：模块划分的粒度太大不利于进行组合变形，不能很好地发挥模块化设计的优点；而粒度太小不利于进行产品配置，并带来工作量的增加；(4) 产品的全生命周期：模块划分时不能只考虑产品设计阶段的成本，而应该考虑到产品的制造、销售、维护等阶段的经济性和便利性。1.3.2 常用技术根据大批量定制设计的要求，下列技术可用来构建其支持环境：1、 创成式BOM BOM 是表示产品零部件装配关系的一种形式。创成式BOM使用变量条件管理表中条目的有效性，使统一产品族中不同的产品结构成为可能，是实现产品配
25、置的关键。创成式BOM 的研究开始于9O年代初期，目前有面向过程的创成式BOM 、面向对象的创成式BOM等，要解决的问题是如何合理安排组织方式，以便更有效地统一产品结构，更快速地获取信息。2、 拼装 快速设计结果需要进行预装配来检验模块之间的关系，需要参数化CAD软件的支持。由于不同CAD软件描述的零部件不易实现预装配，CAD软件管理零件的装配关系也不方便，这时拼装就比较有用。它使用PDM 软件管理产品结构，通过将CAD文件按照统一的标准，如STEP标准等，转化为一致的形式，从而实现产品的预装配。拼装常常同配置器一起提供给客户使用。3、 模块化流程和智能体 将流程划分为能够重用的模块能够更好的
26、管理和重用流程，并增加流程灵活性，更好地满足工程管理的需要。由于管理模式的不同、企业机密的限制，不同企业流程的合作不能得到满意的进行，成为实现企业合作的障碍。智能体作为信息技术和人工智能技术的结合，由于具有自治性、学习性和合作性，能够自主的完成一些任务。不少学者主张采用智能体来解决这些问题。4、 智能设计 智能设计是近来讨论较多的技术，一般常采用专家系统辅助设计人员进行设计，其中基于实例的推理、人工神经网络、遗传函数等方法得到了广泛的重视。在大批量定制设计中有人提出采用基于实例的进化设计来实现，可在一定程度上促进设计的重用，加快设计的速度。此外，产品数据管理技术、数据仓库技术、质量功能配置技术
27、、成本估算等也是实现大批量定制设计的关键6。2 大批量定制的业务流程论文讨论的大批量定制条件下产品配置研究及产品选择，是从一个企业接受订单开始的。订单处理的第一步，是要判断订单中要求产品的类型，把订购商订购的产品分为两种类型，一种是已有的产品类型，第二种是新产品或需要改进的产品类型。之所以这样分类，是因为两种不同类型的产品，在订单处理过程中有不同的处理内容。（1）如果产品是已有的产品，企业就可以省略对自身制造能力的评估以及设计，策划及试产等需要耗时比较长的工作，因为企业自身有制造产品的经验，不需要再去考虑制造能力，品质的问题。企业只需要对生产组织能力进行评估。然后通过以往订单的参考数据以及对现
28、有的原料、设备和人工成本的考虑，提供报价，最后完成订单处理。（2）如果产品是新产品或需要改进的产品，则企业需要对自身的制造能力作评估，自己拥有的资源，设备，研发人员的知识水平所构成的制造能力是否能够有足够接受此订单的能力。在制造能力允许的条件下，企业继而要对生产组织能力进行评估，是否能够有生产期去生产订单产品，涉及到设备的排期，人员的排期等，订购的数量是否能达到企业自身的标准等。然后对新产品进行设计，策划及试产，对于新产品或需要改进的产品，企业自身并没有生产这类产品的经验，所以即使企业自身的制造能力已经达到新产品的要求，但是在订单报价方面，没有足够可参考的数据。另外，产品的品质也需要得到订购商
29、的认可。所以，对新产品进行设计，策划及试产是新产品订单处理过程中不可或缺的重要一环，通过设计策划，对以后进行批量生产所需要的原料，设备，人员成本进行评估，对生产过程进行模拟，可以对产品订单进行合理的报价。试产的样品通过质量检验以确定是否达到订购商的认可，最后确定订单的接收与否。 对订单处理的两种情况，将订单管理整理成一个流程图，如图2.1所示。订单接收新产品设计策划试产订单处理完成以往订单对比综合现期因素不接受是否为新产品是否具有足够生产组织能力是否具有足够制造能力是否具有足够生产组织能力产品检验是否合格订单报价是否合理订单报价是否合理NYYYYYYNNNNNNY图2.1 订单管理流程图2.1
30、已有产品类型的处理方法对于可以直接在成品库里查找产品的情况，必须先建立产品信息库，以便提供给客户参考。这里以常用减速器产品作为实例，建立一个简单的产品信息数据库。如图2.2和图2.3所示。图2.2 产品信息表图2.3 产品代码表通过计算机编程技术可以将产品信息表和产品代码表里的信息更加人性化，让客户可以直观、明了地直接选取所需的产品。后面的章节将对这方面详细阐述。2.2新产品或改进产品类型的处理方法对于新产品或改进产品的类型，一种是可以通过产品零部件的配置来实现客户的不同需求，另外一种就是必须对产品的个别零部件进行开发设计或者快速设计。大规模定制的产品配置技术是指一个或若干个能覆盖产品类中既定
31、型号和规格变化的动态产品族模型的支持下，根据客户定制产品的要求，通过对产品族结构树中的零部件进行选配，以及对局部零部件功能、结构和尺寸的相应变化来快速设计出满足客户需求的定制产品。图2.4中与订单无关的产品族GBOM是在产品族建模的基础上建立的。与订单相关的产品实例BOM则是产品配置的结果，而配置器的作用是实现两者的转变。A1A2A3R2G1XXXXXXXP1C5A4G3C2A5C1产品配置器G1G2G3P1A3G4C1P4A4P2P3用户需求(a)与订单无关的产品族GBOM(b)与订单相关的产品实例BOM图2.4 产品配置设计原理产品配置器是借助计算机应用技术完成产品配置任务的计算机系统，它
32、将产品配置建模和配置问题求解相结合，基于产品配置模型和用户的定制要求完成变型配置。产品配置器是制造企业实现MC(Mass Customization，大批量定制)不可缺少的工具。产品配置器是利用自动化和人机交互配置实现既能满足客户需要又符合产品生产规范要求的决策支持系统。产品配置器有利于提高用户在产品个性化配置过程中的参与程度，提高用户购买产品的热情，通过为制造企业带来更多订单而提高企业竞争能力。产品配置器是大批量定制生产方式成功应用的基石，是现代信息技术实现用户的个性化和大批量生产有机结合而产生的智能软件8。产品配置器由产品构模器、产品定制器、产品管理器三大部分组成。而整个系统又分成如下5层
33、：数据库层、表示层、业务逻辑层、配置器应用组件层和应用层。1、 产品配置器应用层应用层由产品构模器界面、产品订制器界面和产品管理器界面三部分组成。产品构模器是领域专家管理产品模型和设置产品订制器界面的工具；产品订制器是用户或销售人员根据产品订制器界面显示的内容生成配置产品，并对配置产品进行验证求解，最后提交用户订单给企业的工具；产品管理器是企业将用户订单注册成产品并对产品进行管理的工具，根据子系统的不同功能设计其相应的界面。2、 产品配置器组件应用层每个应用组件都具有特定的应用功能，各组件间相互协作完成产品配置系统的全部应用功能。系统的组件由产品构模器、产品订制器和产品管理器三部分组成。产品构
34、模器由产品结构模型管理、产品零部件管理、产品零部件参数包管理、约束关系管理、产品订制器界面管理和产品模型检测等应用组件组成；产品订制器由用户权限登录、用户信息管理、用户订单管理、用户订单提交、配置求解和冲突解释等应用组件组成；产品管理器包括用户订单注册、用户订单库管理和产品视图管理等应用组件组成。3、 业务逻辑层业务逻辑层主要由产品结构模型管理模块、产品订制器模块、产品管理模块、配置求解模块和配置解释模块组成。产品结构模型管理模块将管理产品模型存储到数据库中并将产品结构模型从数据库中提取出并显示给这个领域专家，包括生成产品模型并调用表示层把产品模型存储到数据库中的过程，及将专家描述的约束规则转
35、换为满足约束问题求解引擎识别的脚本的过程、调用表示层将产品模型从数据库中提取并显示的过程、检测产品结构模型的过程和设置产品订制器界面显示内容的过程，再生成产品订制器界面生成器可以识别的格式。产品订制器模块最终目的是生成一个用户订单，并提交到企业产品模型模块中。配置求解模块根据客户输入的数据和领域专家建立的产品规范进行求解，如果求解成功则返回可配置的产品，如果不成功则调用配置解释模块配置解释模块根据配置求解提交的求解情况，查找产生冲突的原因，并给出合理解释。4、 表示层表示层由一组对象模型组成，主要完成向下连接操纵数据库，向上为业务逻辑层提供基本的表示对象模型和其他基本服务。根据表示层的功能，表
36、示层又分为业务逻辑表示层和配置表示层。业务逻辑表示层根据业务逻辑保存和处理数据信息；配置表示层用于描述一个配置问题所需的基本单元和相关知识。5、 数据库层数据库层主要实现对系统文件和数据库文件的管理，包括对底层数据库的操作、对系统配置文件的操作和对XML文件的操作。底层数据库采用SQL SERVER2000存储产品结构、零部件信息、约束关系等。对于产品的个别零部件进行开发设计或者快速设计的情况，下面详细介绍这种情况的处理方法。统计资料表明，在典型订单产品的零部件构成中，50%左右的零部件属于标准件与外购件（称为C类件），40%左右的零部件属于典型的变型零部件（称为B类件），而10%左右的零部件
37、属于全新零部件（称为A类件）。这一结果表明，企业中必然存在不同的设计过程以完成这些不同类型零部件的设计工作。计算机集成产品工程（CIPE）主张将产品设计分为两个部分，即新零部件开发和已有零部件变型设计。长期以来，在按功能部门组织生产的企业中，由于缺少可变型产品模型和产品数据管理（PDM）系统、无法利用已有的设计成果等原因，使得订单产品制造过程中的变型设计活动往往按照新产品形成过程中的全新设计流程进行。生产管理采购生产技术准备全新设计变型设计市场预测市场客户合同管理签订合同交货、服务制造、装配、检验图2.5 未重组的企业业务流程计算机集成产品工程（CIPE）强调通过产品设计过程重组尽可能使上述两
38、个循环相互分离。重组后的企业业务流程如图2.4所示。新产品的形成过程根据市场预测，组织企业的全部资源完成新产品的开发设计、工装夹具、加工制造、测试优化等工作，最终建立可变型的产品模型。订单产品制造过程根据客户订单的具体要求，在新产品形成过程产生的产品模型的基础上，通过结构形式和尺寸参数等方面的变型满足客户的个性化需求。可变型产品模型是连接两个循环的关键，PDM集成环境为企业生产活动提供支持。由于在产品模型的构建过程中已经对企业中各种相关资源进行了组织，因此，在进行具体的变型工作时可以基于这些成熟的企业资源组织生产，从而使企业适应市场在时间、成本及质量等方面的要求3。生产技术准备PDMERP生产
39、管理制造、装配、检验交货、服务采购变型设计合同管理签订合同市场客户市场预测全新设计图2.6 重组后的企业业务流程3大批量定制基本原理及其技术体系3.1大批量定制的基本概念大批量定制又称大规模定制、批量定制、批量客户化等，简称MC。大批量定制是一种集企业、客户、供应商和环境等于一体，在系统思想指导下，用整体优化的观点，充分利用企业已有的各种资源，在标准化技术、现代设计方法学、信息技术和先进制造技术等的支持下，面向客户的个性化需求，以大批量生产的低成本、高质量和高效率提供定制产品和服务的生产方式2。3.2大批量定制的分类大批量定制根据客户参与定制程度根据定制产品种 类根据客户订单分离点根据产品性质
40、客户导向型企业导向型按订单销售按订单装配按订单制造按订单设计功能型产品创新型产品客户企业结合型按订单研制图3.1 大批量定制的分类框架图3.3大批量定制与大批量生产方式的比较表3.1从核心思想、主要目标和关键特征等几个方面对大批量定制与大批量生产方式进行了比较。表3.1大批量定制与大批量生产方式的比较生产方式大批量生产大批量定制生产核心思想通过稳定性和控制取得效率通过柔性和快速反应实现产品变型和客户化主要目标以几乎每一位客户都能承受的低成本和低价格开发、生产、销售、运送商品和服务以足够的变异性和客户化程度开发、生产、销售和运送，几乎是每一位客户正想要的商品和服务关键特征l 稳定的需求l 大而统
41、一的市场l 低成本、一致的质量、标准化的商品和服务l 产品开发周期长l 产品生命周期长l 动态的需求l 分散的市场l 低成本、高质量、定制的产品和服务l 产品开发周期短l 产品生命周期短3.2大批量定制的基本原理大批量定制的基本原理包括相似性原理、重用性原理和全局性原理。这些原理紧紧围绕减少产品内部多样化，增加产品外部多样化而提出，相互间存在着十分密切的联系，为面向大批量定制的设计、管理和制造指出了解决问题的思路和方法，使企业能高效率地设计和制造按客户需求定制的产品，避免为满足客户的个性化需求耗费过多的成本和时间。3.2.1 相似性原理大批量定制的关键是识别和利用大量不同产品和过程中的相似性。
42、通过充分识别和挖掘存在于产品和过程中的几何相似性、结构相似性、功能相似性和过程相似性，利用标准化、模块化和系列化等方法，减少产品的内部多样化，提高零部件和生产过程的可重用性。在不同产品和过程中，存在大量相似的信息和活动，需要对这些相似的信息和活动进行归纳和统一处理。例如，通过采用标准化、模块化和系列化等方法，建立典型产品模型和典型工艺文件等。这样，在向客户提供个性化的产品和服务时，就可以方便地参考已有的相似信息和活动。产品和过程中的相似性有各种不同的形式。例如，有零件的几何形状之间的相似性，称为几何相似性；有产品结构之间的相似性，称为结构相似性；有部件或产品功能之间的相似性，称为功能相似性；有
43、事务处理过程之间的相似性，称为过程相似性。通过归纳，存在于零件几何形状之间、产品结构之间、部件或产品功能之间以及事务处理过程之间的相似性，形成标准的零部件模块、标准的产品结构和标准的事务处理过程，以供日后重用。这些归纳方法对减少产品的内部多样化具有非常重要的作用。3.2.2 重用性原理在定制产品和服务中存在着大量可重新组合和可重复使用的单元(包括可重复使用的零部件和可重复使用的生产过程)。通过采用标准化、模块化和系列化等方法，充分挖掘和利用这些单元，将定制产品的生产问题通过产品重组和过程重组，全部或部分转化为批量生产问题，从而以较低的成本、较高的质量和较快的速度生产出个性化的产品。3.2.3
44、全局性原理实施大批量定制，不仅与制造技术和管理技术有关，还与人们的思维方式和价值观念有关。除了从精益生产、敏捷制造、现代集成制造和成组技术等方式中吸取有益的思想以外，还要吸取一些特别重要的基本思想和方法，即定制点后移方法、总成本思想和二维优化方法等。3.3大批量定制的技术体系大批量定制的技术体系由四个具有紧密联系的部分组成，即：大批量定制的基本原理、面向大批量定制开发设计技术、面向大批量定制的管理技术以及面向大批量定制的制造技术。3.3.1面向大批量定制开发设计技术面向大批量定制的开发设计技术是一种综合性的技术，其涵盖了成组技术、并行工程、产品和过程集成技术等多种技术。面向大批量定制的开发设计
45、技术是面向产品族，而不仅仅是面向单个产品；是面向产品的全生命周期，而不仅仅是产品的设计过程；不仅考虑产品结构的优化，还考虑了制造过程的优化。面向大批量定制的开发设计技术赋予产品零部件以更高的相似性，从而为在后继生产活动中重用这些相似性奠定了良好的基础。面向大批量定制的开发设计技术一方面能帮助设计人员迅速、便利地采集客户的需求；另一方面又能有效地约束设计人员的设计过程，使他们尽可能利用已有的标准模块设计出新的产品。设计人员的创造性，并不体现在“创造”出新的零部件，而是利用已有的标准模块“创造”出新的产品。3.3.2面向大批量定制的管理技术面向大批量定制的管理技术是实现大批量定制的关键技术。为了获
46、得全面实施大批量定制的综合经济效益，除了在开发设计阶段应用大批量定制的原理外，还应该针对大批量定制在管理方面的特点，采用相应的管理技术，包括各种客户需求获取技术、面向大批量定制的生产管理技术、面向大批量定制的企业协同技术、面向大批量定制的知识管理和企业文化等。这些技术形成了一个完整的体系，分别在不同的阶段，从不同的层次，支持企业实现大批量定制。3.3.3面向大批量定制的制造技术为了实现大批量定制，对底层的制造技术和系统也提出了较高的要求。总的来说，面向大批量定制的制造技术和系统应该具有足够的物理和逻辑的灵活性，能够根据被加工对象的特点，方便、高效、低成本地改变系统的布局、控制结构、制造过程和生产批量等，有效地支持大批量定制。当然，为了有效地实现面向大批量定制的制造，在制造过程的上游还必须提供一定的条件。例如，产品设计和工艺设计必须做到标准化、规范化和通用化，以便在制造过程中可以利用标准的制造方法和标准的制造工具，优质、高效、快速地制造出客户定制的产品2。3.4大批量定制的基本思路基本原理社会进步科技发展客户的个性化需求满足个性化需求的定制产品产品的外部多样化产品的内部多样
