客戶需求驅(qū)動的機(jī)械產(chǎn)品個性化定制系統(tǒng)研究

彭軍強(qiáng)，史明華，于鴻彬

PENG Jun-qiang，SHI Ming-hua，YU Hong-bin

（天津工業(yè)大學(xué) 天津市現(xiàn)代機(jī)電裝備技術(shù)重點(diǎn)實驗室，天津 300160）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，越來越豐富的商品供應(yīng)帶來了越來越激烈的市場競爭，同時也促進(jìn)了客戶需求的多樣化。信息技術(shù)尤其是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使得企業(yè)面臨的競爭成了全球性的競爭，同時也大大拉近了企業(yè)和企業(yè)之間，企業(yè)和客戶之間的距離。為了滿足客戶需求和贏得市場競爭，企業(yè)不得不生產(chǎn)定制化、個性化的產(chǎn)品并通過網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建企業(yè)和客戶之間的交互平臺。大規(guī)模定制（mass customization 以下簡稱MC）是近年來迅速發(fā)展的一門技術(shù)，為企業(yè)提供了滿足這些需求的一條途徑。許多制造企業(yè)，如摩托羅拉、惠普 、豐田汽車、戴爾等成功地實施了大規(guī)模定制模式，取得了巨大的成功。而要具體的實施大規(guī)模定制，就要建立客戶需求驅(qū)動的產(chǎn)品個性化定制系統(tǒng)。

本文以工程機(jī)械產(chǎn)品為例，提出了客戶需求驅(qū)動的機(jī)械產(chǎn)品個性化定制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，并對其中的關(guān)鍵技術(shù)，客戶需求模型的建立和產(chǎn)品快速配置技術(shù)進(jìn)行了研究。

1 系統(tǒng)分析

工程機(jī)械產(chǎn)品種類繁多，但是每一類產(chǎn)品都由許多系列組成，同一系列產(chǎn)品又有許多型號，對于特殊的客戶需求，還有許多特定的產(chǎn)品。因此，在原來傳統(tǒng)的單向、間接的訂貨方式下，很難保證能快速的響應(yīng)客戶的個性化需求。企業(yè)要滿足客戶的需求必須使客戶參與到企業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計中來，通過企業(yè)的個性化定制服務(wù)，結(jié)合企業(yè)的知識，使客戶通過網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)進(jìn)行交互，根據(jù)自己的實際需求對產(chǎn)品進(jìn)行定制。

客戶首先會在企業(yè)的門戶網(wǎng)站進(jìn)行搜索，查詢是否有滿足自己需求的產(chǎn)品，如果企業(yè)現(xiàn)有的產(chǎn)品不能滿足需求，客戶能通過系統(tǒng)向企業(yè)提交自己的需求參數(shù)或功能參數(shù)，系統(tǒng)則根據(jù)客戶的需求模型把需求參數(shù)轉(zhuǎn)換為功能參數(shù)，提交給配置設(shè)計子系統(tǒng)，根據(jù)配置規(guī)則配置出滿足客戶需求的產(chǎn)品的配置清單，同時客戶可以看到配置后的產(chǎn)品的三維模型。

2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)以企業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)為核心，實現(xiàn)銷售、設(shè)計、制造、管理等環(huán)節(jié)的信息聯(lián)動。體系結(jié)構(gòu)如圖1所示，基于PDM實現(xiàn)與CAD、CAE、CAM、ERP等系統(tǒng)的信息集成。

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫定期從PDM數(shù)據(jù)庫同步產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、配置規(guī)則等數(shù)據(jù)；定制系統(tǒng)所觸發(fā)的設(shè)計、生產(chǎn)過程也在PDM中進(jìn)行流程監(jiān)控，并反饋給定制系統(tǒng)。從而為企業(yè)設(shè)計、生產(chǎn)、銷售等各部門提供所需數(shù)據(jù)，為企業(yè)產(chǎn)品全生命周期的數(shù)據(jù)共享提供支持。

圖1 客戶需求驅(qū)動的機(jī)械產(chǎn)品定制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)通過Web 服務(wù)器可以直接與PDM 系統(tǒng)的各功能模塊進(jìn)行集成，既可以進(jìn)行實時的數(shù)據(jù)交換，又可以進(jìn)行過程協(xié)同與資源共享。在對企業(yè)營銷網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)充的同時，提高企業(yè)對客戶訂單的處理能力。

網(wǎng)上定制系統(tǒng)直接面向客戶或企業(yè)銷售人員，實現(xiàn)基于統(tǒng)一產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫的產(chǎn)品定制功能。并能實現(xiàn)產(chǎn)品訂單與合同的關(guān)聯(lián)和網(wǎng)上定制流程、合同管理流程的管理。方便地完成銷售業(yè)績分析、客戶群分析、潛在客戶挖掘以及產(chǎn)品走勢分析等，從而為營銷規(guī)劃和新產(chǎn)品開發(fā)提供依據(jù)。

系統(tǒng)采用基于中間件技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)三層結(jié)構(gòu) ，由Web Server 提供客戶端銷售界面與PDM 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，由于該技術(shù)可以實現(xiàn)客戶端和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器的分工協(xié)作，使大量的信息處理都分布在服務(wù)器端完成，客戶端瀏覽器只需處理一些與用戶直接相關(guān)的信息，從而加快客戶端瀏覽器的數(shù)據(jù)訪問速度，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。

3 系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 客戶需求模型的建立

客戶需求是企業(yè)獲取客戶信息的來源，是產(chǎn)品定制設(shè)計的根據(jù)，但是客戶需求往往是多方面的，如何準(zhǔn)確的把握客戶需求，設(shè)計出符合客戶要求的產(chǎn)品是定制系統(tǒng)是否成功的關(guān)鍵技術(shù)之一。

工程機(jī)械所面向的客戶一般為工程施工單位，客戶對產(chǎn)品的性能參數(shù)及功能部件比較了解，所提出的需求表現(xiàn)為復(fù)合型需求，即功能需求、技術(shù)需求和結(jié)構(gòu)需求的組合。大規(guī)模定制下的工程機(jī)械企業(yè)主要是面向訂單的生產(chǎn)模式，如圖2所示，本文結(jié)合工程機(jī)械產(chǎn)品配置的特點(diǎn)，將客戶需求分為整體性能需求、功能需求、外觀需求和銷售需求，這樣可以實現(xiàn)從客戶需求域向產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)域的分層映射，實現(xiàn)產(chǎn)品的快速配置。

圖2 客戶需求分層模型

3.2 基于GBOM的產(chǎn)品族劃分和配置規(guī)則庫的建立

傳統(tǒng)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為常規(guī)BOM（Bill—Of—Materials），常規(guī)BOM 的節(jié)點(diǎn)是具體產(chǎn)品的零部件組成。在大規(guī)模定制環(huán)境下，隨著產(chǎn)品品種的增多，必然會導(dǎo)致BOM結(jié)構(gòu)的冗余，影響產(chǎn)品配置效率。為此，許多學(xué)者研究采用GBOM（generic bill of materials，GBOM）來避免結(jié)構(gòu)冗余，同時還保持了BOM 的結(jié)構(gòu)信息。GBOM 是一種產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型，它由一個BOM結(jié)構(gòu)和一個選擇樹構(gòu)成。其中，BOM結(jié)構(gòu)是一個由類零部件組成的層次結(jié)構(gòu)，它表示了產(chǎn)品系列中的通用產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。選擇樹是一個由變量、變量值和配置規(guī)則構(gòu)成的層次結(jié)構(gòu)，沿它的不同分支分層進(jìn)行選擇能夠確定一個具體的產(chǎn)品BOM。本文根據(jù)工程機(jī)械產(chǎn)品種類多，系列化的特點(diǎn)，構(gòu)建了基于GBOM的工程機(jī)械產(chǎn)品族模型，圖3給出了平地機(jī)產(chǎn)品族的GBOM模型。

在產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)中，配置規(guī)則主要指類零部件之間的邏輯約束，包括相容約束、相聯(lián)約束和互斥約束。相容約束指類零部件之間的共存關(guān)系，如選擇了類零部件A，同時也可以選擇類零部件B。相聯(lián)約束指類零部件的依賴關(guān)系，如選擇了類零部件A，就必須同時選擇類零部件B。互斥約束又叫不相容約束，指類零部件之間存在互不相容關(guān)系，即選擇了類零部件A就必然不能選擇類零部件B。本文對每個產(chǎn)品族中的類零部件之間的關(guān)系進(jìn)行了約定，建立了工程機(jī)械產(chǎn)品的配置規(guī)則庫，以數(shù)據(jù)表的形式保存在數(shù)據(jù)庫中，在進(jìn)行產(chǎn)品配置的過程中進(jìn)行提取使用，平地機(jī)中一主要配件－變速箱總成的配置規(guī)則數(shù)據(jù)表，如表1所示。

圖3 平地機(jī)產(chǎn)品族GBOM模型

表1 平地機(jī)變速箱總成配置規(guī)則表

3.3 配置過程

基于客戶需求分層映射的產(chǎn)品配置過程如圖4所示：1）根據(jù)客戶的性能需求確定產(chǎn)品族，生成產(chǎn)品族所對應(yīng)的零部件選配樹。確定滿足客戶性能參數(shù)需求的產(chǎn)品族的方式有兩種：一是由計算機(jī)依據(jù)客戶對產(chǎn)品整體性能參數(shù)需求自動匹配得到與之相似的產(chǎn)品族標(biāo)準(zhǔn)配置；二是在熟悉企業(yè)產(chǎn)品的前提下依據(jù)性能參數(shù)人工選擇產(chǎn)品族。在提出第一層需求得到產(chǎn)品族之后，才能由產(chǎn)品族模型得到該產(chǎn)品族的功能部件選配樹，然后客戶在選配樹上提出第二層功能需求。2）根據(jù)客戶的功能需求在配置規(guī)則的約束下選擇功能部件。在選配樹配置規(guī)則的約束下，客戶選擇滿足其功能需求的功能部件，將客戶需求轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，由產(chǎn)品配置系統(tǒng)將客戶選配的功能部件與產(chǎn)品族的標(biāo)準(zhǔn)配置之間按規(guī)則進(jìn)行替換、增加、刪除等處理，最終得到滿足客戶個性化需求的產(chǎn)品EBOM（Engi—neering-Bill—of-Materials）。3）產(chǎn)品EBOM由設(shè)計人員和工藝人員評審?fù)ㄟ^后，與客戶輸入的附加需求相結(jié)合產(chǎn)生產(chǎn)品配置方案，該方案經(jīng)銷售主管審核通過后可以生成產(chǎn)品訂貨單。

圖4 客戶需求分層映射和產(chǎn)品配置過程

4 定制系統(tǒng)應(yīng)用

本文在某工程機(jī)械企業(yè)PDM基礎(chǔ)上，利用網(wǎng)頁編程技術(shù)和Microsoft SQL Server 2000開發(fā)了面向客戶、產(chǎn)品銷售員及設(shè)計人員等應(yīng)用的產(chǎn)品定制系統(tǒng)，通過客戶需求的分類輸入及分層映射，利用基于GBOM的產(chǎn)品族模型和產(chǎn)品配置規(guī)則庫實現(xiàn)產(chǎn)品的快速、智能配置，并自動生成產(chǎn)品訂貨單。圖5給出了系統(tǒng)的產(chǎn)品配置界面。

圖5 工程機(jī)械產(chǎn)品定制界面

該系統(tǒng)在企業(yè)內(nèi)部進(jìn)行了測試和使用，相比傳統(tǒng)的訂單處理和產(chǎn)品配置方式，系統(tǒng)大大加快了訂單的處理速度，客戶通過網(wǎng)絡(luò)提交的訂貨申請和個性化需求通過系統(tǒng)的自動處理就能直接得到所需產(chǎn)品的EBOM，再通過相關(guān)人員的審核確認(rèn)就可以進(jìn)入生產(chǎn)加工階段進(jìn)行生產(chǎn)。大大簡化了生產(chǎn)流程，提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率。

5 結(jié)論

本文對基于客戶需求驅(qū)動的機(jī)械產(chǎn)品個性化定制系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了探討，對于系統(tǒng)實現(xiàn)中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，并建立了工程機(jī)械產(chǎn)品的產(chǎn)品網(wǎng)上定制系統(tǒng)。對于當(dāng)今制造業(yè)企業(yè)面臨的如何快速的響應(yīng)客戶的個性需求問題給出了一種解決方案。

[1]Du X,Jiao J,Tseng M.Architecture of Product Family：Fundamentals and Methodology[J].Concurrent Engineering：Research and Application,2001,9（4）：309-325．

[2]Hegge H M H,Wortmann J C.Generic bill-of-material：A new product model[J].International Journal of ProductionE conomics,1991,23（3）：117-128.

[3]FrutosJD,DenisB.Object-Oriented Model for Customer-Building Company Interaction in Mass Customization Environment[J].Journa of Construction Engineering ＆Management，2003,9（3）：302-313.

[4]劉北林,牟維哲.面向服裝大規(guī)模定制的產(chǎn)品族模型研究[J].哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報,2008,（1）：61-63．

[5]馮濤,但斌,蘭林春,張旭梅.面向大規(guī)模定制的產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)與配置管理[J].計算機(jī)集成制造系統(tǒng),2003,9（3）：210-213.

[6]祁國寧,顧新建,楊青海,等.大批量定制原理及關(guān)鍵技術(shù)研究[J].計算機(jī)集成制造系統(tǒng),2003,9（9）：776-783．

[7]劉曉冰,袁長峰,高天一,等.基于特征面向客戶的層次型產(chǎn)品配置模型叨.計算機(jī)集成制造系統(tǒng),2003,7（9）：527-531．

[8]朱蕓,陳心昭,張利,等.客戶驅(qū)動的廣義產(chǎn)品配置模型研究.中國機(jī)械工程,2005,16（13）：1175-1180．

[9]鄧琳,昝聽武,黃茂林,等.基于需求功能映射分析的概念設(shè)計叨.重慶：自然科學(xué)版,2002,25（12）：4-6．

[10]陳鋒,葉世琴,姜燕,等.產(chǎn)品族改進(jìn)中的客戶需求信息表達(dá)與映射方法[J].重慶大學(xué)學(xué)報,2007,30（9）：144-147．