客戶需求驅動的機械產品個性化定制系統研究

彭軍強，史明華，于鴻彬

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

（天津工業大學 天津市現代機電裝備技術重點實驗室，天津 300160）

0 引言

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

本文以工程機械產品為例，提出了客戶需求驅動的機械產品個性化定制系統的體系結構，并對其中的關鍵技術，客戶需求模型的建立和產品快速配置技術進行了研究。

1 系統分析

工程機械產品種類繁多，但是每一類產品都由許多系列組成，同一系列產品又有許多型號，對于特殊的客戶需求，還有許多特定的產品。因此，在原來傳統的單向、間接的訂貨方式下，很難保證能快速的響應客戶的個性化需求。企業要滿足客戶的需求必須使客戶參與到企業產品的設計中來，通過企業的個性化定制服務，結合企業的知識，使客戶通過網絡和企業進行交互，根據自己的實際需求對產品進行定制。

客戶首先會在企業的門戶網站進行搜索，查詢是否有滿足自己需求的產品，如果企業現有的產品不能滿足需求，客戶能通過系統向企業提交自己的需求參數或功能參數，系統則根據客戶的需求模型把需求參數轉換為功能參數，提交給配置設計子系統，根據配置規則配置出滿足客戶需求的產品的配置清單，同時客戶可以看到配置后的產品的三維模型。

2 系統體系結構

系統以企業產品數據為核心，實現銷售、設計、制造、管理等環節的信息聯動。體系結構如圖1所示，基于PDM實現與CAD、CAE、CAM、ERP等系統的信息集成。

系統數據庫定期從PDM數據庫同步產品結構、配置規則等數據；定制系統所觸發的設計、生產過程也在PDM中進行流程監控，并反饋給定制系統。從而為企業設計、生產、銷售等各部門提供所需數據，為企業產品全生命周期的數據共享提供支持。

圖1 客戶需求驅動的機械產品定制系統體系結構

系統通過Web 服務器可以直接與PDM 系統的各功能模塊進行集成，既可以進行實時的數據交換，又可以進行過程協同與資源共享。在對企業營銷網絡進行擴充的同時，提高企業對客戶訂單的處理能力。

網上定制系統直接面向客戶或企業銷售人員，實現基于統一產品數據庫的產品定制功能。并能實現產品訂單與合同的關聯和網上定制流程、合同管理流程的管理。方便地完成銷售業績分析、客戶群分析、潛在客戶挖掘以及產品走勢分析等，從而為營銷規劃和新產品開發提供依據。

系統采用基于中間件技術的網絡三層結構 ，由Web Server 提供客戶端銷售界面與PDM 系統的數據交換，由于該技術可以實現客戶端和網絡服務器、數據服務器的分工協作，使大量的信息處理都分布在服務器端完成，客戶端瀏覽器只需處理一些與用戶直接相關的信息，從而加快客戶端瀏覽器的數據訪問速度，提高系統運行效率。

3 系統中的關鍵技術

3.1 客戶需求模型的建立

客戶需求是企業獲取客戶信息的來源，是產品定制設計的根據，但是客戶需求往往是多方面的，如何準確的把握客戶需求，設計出符合客戶要求的產品是定制系統是否成功的關鍵技術之一。

工程機械所面向的客戶一般為工程施工單位，客戶對產品的性能參數及功能部件比較了解，所提出的需求表現為復合型需求，即功能需求、技術需求和結構需求的組合。大規模定制下的工程機械企業主要是面向訂單的生產模式，如圖2所示，本文結合工程機械產品配置的特點，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，這樣可以實現從客戶需求域向產品族結構域的分層映射，實現產品的快速配置。

圖2 客戶需求分層模型

3.2 基于GBOM的產品族劃分和配置規則庫的建立

傳統產品的數據結構為常規BOM（Bill—Of—Materials），常規BOM 的節點是具體產品的零部件組成。在大規模定制環境下，隨著產品品種的增多，必然會導致BOM結構的冗余，影響產品配置效率。為此，許多學者研究采用GBOM（generic bill of materials，GBOM）來避免結構冗余，同時還保持了BOM 的結構信息。GBOM 是一種產品族結構模型，它由一個BOM結構和一個選擇樹構成。其中，BOM結構是一個由類零部件組成的層次結構，它表示了產品系列中的通用產品結構。選擇樹是一個由變量、變量值和配置規則構成的層次結構，沿它的不同分支分層進行選擇能夠確定一個具體的產品BOM。本文根據工程機械產品種類多，系列化的特點，構建了基于GBOM的工程機械產品族模型，圖3給出了平地機產品族的GBOM模型。

在產品族結構中，配置規則主要指類零部件之間的邏輯約束，包括相容約束、相聯約束和互斥約束。相容約束指類零部件之間的共存關系，如選擇了類零部件A，同時也可以選擇類零部件B。相聯約束指類零部件的依賴關系，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。本文對每個產品族中的類零部件之間的關系進行了約定，建立了工程機械產品的配置規則庫，以數據表的形式保存在數據庫中，在進行產品配置的過程中進行提取使用，平地機中一主要配件－變速箱總成的配置規則數據表，如表1所示。

圖3 平地機產品族GBOM模型

表1 平地機變速箱總成配置規則表

3.3 配置過程

基于客戶需求分層映射的產品配置過程如圖4所示：1）根據客戶的性能需求確定產品族，生成產品族所對應的零部件選配樹。確定滿足客戶性能參數需求的產品族的方式有兩種：一是由計算機依據客戶對產品整體性能參數需求自動匹配得到與之相似的產品族標準配置；二是在熟悉企業產品的前提下依據性能參數人工選擇產品族。在提出第一層需求得到產品族之后，才能由產品族模型得到該產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）根據客戶的功能需求在配置規則的約束下選擇功能部件。在選配樹配置規則的約束下，客戶選擇滿足其功能需求的功能部件，將客戶需求轉化為產品結構，由產品配置系統將客戶選配的功能部件與產品族的標準配置之間按規則進行替換、增加、刪除等處理，最終得到滿足客戶個性化需求的產品EBOM（Engi—neering-Bill—of-Materials）。3）產品EBOM由設計人員和工藝人員評審通過后，與客戶輸入的附加需求相結合產生產品配置方案，該方案經銷售主管審核通過后可以生成產品訂貨單。

圖4 客戶需求分層映射和產品配置過程

4 定制系統應用

本文在某工程機械企業PDM基礎上，利用網頁編程技術和Microsoft SQL Server 2000開發了面向客戶、產品銷售員及設計人員等應用的產品定制系統，通過客戶需求的分類輸入及分層映射，利用基于GBOM的產品族模型和產品配置規則庫實現產品的快速、智能配置，并自動生成產品訂貨單。圖5給出了系統的產品配置界面。

圖5 工程機械產品定制界面

該系統在企業內部進行了測試和使用，相比傳統的訂單處理和產品配置方式，系統大大加快了訂單的處理速度，客戶通過網絡提交的訂貨申請和個性化需求通過系統的自動處理就能直接得到所需產品的EBOM，再通過相關人員的審核確認就可以進入生產加工階段進行生產。大大簡化了生產流程，提高了企業的生產效率。

5 結論

本文對基于客戶需求驅動的機械產品個性化定制系統的組成和結構進行了探討，對于系統實現中的關鍵技術進行了研究，并建立了工程機械產品的產品網上定制系統。對于當今制造業企業面臨的如何快速的響應客戶的個性需求問題給出了一種解決方案。

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