產品架構演化及開放式設計策略

程賢福 章志宏 王承輝 潘逸飛

摘要：產品架構表征了物理組件間排列與組合的方式，可以促進產品的多樣性和部件共享，更好滿足客戶個性化需求。開放式設計可以支持客戶參與產品開發，開放式產品架構為個性化產品開發提供了平臺策略。為了更加深入地研究產品架構理論及應用，闡述了架構的概念與作用及單一產品架構、產品族架構和開放式產品架構的特征、聯系和區別，從架構開發模式、架構開發策略和架構組織管理等方面剖析了產品架構的演化歷程及其內在動因。系統梳理了開放式產品架構的概念內涵、作用與機制，明晰了客戶個性化需求、產品架構和企業開放式創新策略的相依關系，探討了產品架構開放式設計策略。

關鍵詞：產品架構；開放式設計；模塊化；演化；個性化

中圖分類號：TH122

DOI：10.3969/j.issn.1004132X.2024.01.011

Product Architectures Evolution and Their Open Design Strategies

CHENG Xianfu ZHANG Zhihong WANG Chenghui PAN Yifei

Key Laboratory of Conveyance and Equipment of the Ministry of Education，East China

Jiaotong University，Nanchang，330013

Abstract： Product architecture represented the arrangements and combinations of physical components. It might promote innovation of product diversity， component sharing， and meet customers personalized needs. Open design might support customers to participate in product development， and open product architecture provided platform strategy for personalized product development. To further study the theory and applications of product architecture， the concept and effect of product architecture were introduced， as well as the characteristics， association and difference between single product architecture， product family architecture and open product architecture were expounded. The evolution processes of product architecture and their internal motivation were analyzed from the aspects of architecture topology， architecture development strategy， architecture organization and management. The concept， connotation， function and mechanism of product architecture were reviewed. The dependence of customers personalized needs， product architecture and enterprises open innovation strategy were discussed， and then open design strategies of product architecture were explored.

Key words： product architecture; open design; modularization; evolution; personalization

0 引言

架構（architecture）是人們對一個結構內的元素及元素間關系的一種主觀映射的產物。計算機硬件、軟件、網絡、組織等都有其相應的架構，如組織架構是一個組織整體的結構，軟件架構是有關軟件整體結構與組件的抽象描述，網絡架構是網絡服務和設備構建在一起以滿足客戶端設備和應用程序連接需求的方式。文獻［1］將系統的架構定義為：系統在其環境中的框架，包含元素、關系以及設計和進化原則。文獻［2］將架構描述為系統中的元素以及元素之間的關系、功能被分配給元素的方式、元素之間的接口以及與周圍環境的接口。架構作為一種系統結構型方案理念，同樣適用于機械系統，通常涉及功能需求、物理結構、運動和傳動機構及控制系統等方面。對于機械產品來說，架構是產品設計的關鍵決策環節，影響著產品系列化水平，很大程度上決定了產品的開發成本和質量水平。

在架構設計過程中，需要考慮物理結構的組成、行為及元素之間的協同以實現系統的功能需求，好的架構設計可以提高系統的性能、可靠性和可維護性，同時也可以降低系統的開發成本。近年來，產品架構的相關研究成果已得到工程界和學術界的高度關注。為了更加深入地研究產品架構理論及應用，有必要系統地綜述產品架構的研究現狀并對相關研究成果進行梳理，闡述單一產品架構、產品族架構和開放式產品架構的特征、聯系和區別，探討產品架構的演化規律以及開放式設計策略。

1 單一產品架構

產品架構（product architecture）是產品設計制造過程中誕生的實用產物，可以促進產品多樣性、部件共享、滿足客戶需求和應對知識復雜等方面的設計創新，同時可提高產品研發模式轉變、開發團隊協同以及產品平臺戰略管理等方面的績效［3］。CHEN等［4］認為架構是一種將產品的功能分配給其物理組件的方案，是一種產品系統中功能模塊的交互方式。ULRICH［5］定義產品架構是由設計理論與方法、軟件工程、運作管理和產品開發管理等多學科的知識綜合，通過將產品功能映射到物理組件而形成的系統性方案。SALVADOR等［6］強調架構不僅體現了產品物理組件間排列與組合的方式，更重要的是實現了客戶需求特性與產品物理組件的匹配。產品架構作為后續設計過程的指引，其屬性是一種表示組件之間交互關系的技術系統，如圖1所示。

1.1 產品架構、平臺與模塊化

從架構的角度看，產品包含兩類元素，即物理組件和界面（接口）。單一產品架構分為兩種形式：集成化產品架構和模塊化產品架構［5，7］。前者的多個功能要求由一個物理組件實現，其優點是可以整體優化產品功能，但組件間的界面是耦合的，架構的柔性和適應性較差。后者的功能要求與物理組件或模塊間是一一對應的，通過接口建立模塊之間的聯系，而模塊間的關系相對較獨立。相對集成化產品架構，模塊化產品架構可以通過更改相應的模塊來調整產品的功能要求，有利于客戶的定制，通過模塊的配置實現產品的多樣化。由此可知，借助模塊化的產品設計，企業可以有效降低產品制造成本，從而提升競爭優勢。產品的架構實際上是平臺概念的拓展，是相同的工程解決方案和模塊化制造工藝的綜合。作為一種系統性的方案，不能僅僅滿足于企業生產的便捷，更需要從市場出發，強調產品與客戶的聯系。產品架構的理念廣泛應用于企業生產中，例如陳虹［8］結合上海汽車集團股份有限公司（簡稱“上汽”）自身特點，分析了上汽自主品牌產品開發的架構策略，這種架構策略有助于實現相應汽車產品的個性化要求，同時也能較高程度保持企業生產開發的高效率、高質量以及低成本。產品架構理論在長時間的應用中日趨完善，并且隨著制造方式的升級不斷完善。BERRY等［9］認為下一種制造方式將是個性化模式，而架構構建是面向個性化產品開發的一種關鍵使能技術。

架構作為平臺概念的拓展，研究產品架構的基礎便是研究產品的平臺。產品系列化的關鍵取決于平臺，通過向平臺添加、刪除或替換一個或多個模塊，或者通過在一個或更多維度上擴展平臺以瞄準特定的市場，從而衍生出不同的產品［10］。產品架構、平臺和模塊化在制定開發和運營戰略方面的作用非常重要， MUFFATTO等［11］提出了一種產品架構的通用框架，解釋了產品開發策略和過程管理的相關產品結構概念。產品眾多的共同件構成了平臺，隨著產品在性能、尺寸以及用途等方面的逐漸多樣化，平臺概念得到拓展，多平臺彼此之間雖然可能使用不同的零部件，但可以找到共同點，采用相同工程解決方案的多個平臺組成同一架構［8］。組成產品的不是相對孤立的零部件，而往往是相互關聯又具有相對獨立性的模塊。王馨博等［12］認為平臺包含核心模塊和子系統模塊，后者可以按一定規則組合但并不影響平臺的穩定，因為核心模塊與子系統模塊之間存在通用接口或者界面。

模塊化可以使得產品架構更加清晰和易管理，通過將產品分解成模塊，每個模塊可以獨立設計、開發、測試和維護，從而降低整個產品的復雜度和風險。因此，從模塊化的角度優化產品架構是產品設計過程中一種常見的思路。SOSA等［13］從產品架構和組織結構的角度研究了復雜產品的開發方法，探討了組織邊界、設計接口、間接交互和系統模塊化的關系。MIKKOLA［14］構建了一種模塊化函數模型來衡量產品架構的模塊度。由于客戶需求是動態的，產品也相應不斷更新改進，以模塊化的方式進行產品升級是一種有效的方式。RAMACHANDRAN等［15］探討了產品架構和推出時機對快速改進產品的影響，認為通過模塊升級可加速產品創新步伐。陳永亮等［16］通過構建基于模塊化產品架構的跨企業適應性供應鏈網絡，在供應商提供模塊選擇基礎上，權衡模塊度和匹配度，優化產品架構。魏云篷等［17］引入信息熵理論，考慮模塊中零件之間的相關性，提出了基于模塊度和均衡度的模塊劃分方法。衛軍朝等［18］考慮構建成組約束條件，以模塊度、正交度和模塊內聚度為目標，提出了一種多目標產品架構模塊劃分方法。GALVIN等［19］認為創新水平的提高、消費者偏好的快速確定以及生產成本的降低等都與模塊化產品架構有關。

1.2 產品架構評估與優化

產品架構決定了產品的主要性能，評估產品架構往往需要從多個方面來衡量，如架構的可靠性、可維護性、資源利用率、界面操作性等。周吉浩等［20］認為產品架構是方案設計的核心，功能架構是產品架構的前端，他們以公理設計為指導，闡述了產品功能架構的設計過程。產品架構決策影響企業新產品引入市場，因此具有重要的戰略意義。WOUTERS等［21］提出了一種關于產品特性的產品架構決策評估方法。顧元勛［22］從情景轉化方式的架構流動與變動來評估產品架構，并提出四種產品架構評估的準則。產品架構并非一成不變，它會隨著需求的變化而產生演化，如整車電子電氣架構，從分布式架構到域控架構，再到中央計算單元架構。產品架構自身的變動會引發一系列企業路徑選擇以及評價機制的問題，針對此，史妍［23］研究了架構驅動的路徑理論問題和評價機制問題，并構建了適用于產品架構的客戶需求價值模型。魏云篷等［17］提出了一種產品架構評價方法，以熵權法計算各個指標的權重，基于模塊度和均衡度評估與優選模塊劃分方案。

復雜裝備更需要基于產品架構的開發方式，同時對產品架構的合理性也需要進一步探討，因此產品架構的優化問題也是架構研究重要的一環。嚴建文等［24］基于公理設計中需求域、功能域和架構域的映射，建立了復雜成形裝備產品架構和服務架構的關聯關系，提出了產品架構設計與優化方法。楊青等［25］應用多領域矩陣分析產品與流程架構之間的依賴關系，提出了產品與流程架構的跨領域集成與優化方法。針對產品架構隨需求變化而產生演化，LUO［26］分析了產品可進化性的影響因素，提出了一種基于仿真的評估產品架構對產品可進化性影響的方法。顧元勛等［3］依據情境—過程—內容—目的范式，立足于設計、戰略、知識和決策視角，從架構形態、屬性、構造及擴張與成長四個方面闡述了產品架構演變機理。王文躍等［27］從系統工程理論角度研究了基于模型的系統工程體系架構的關鍵技術、開發模式及應用領域等。

當前對單一產品架構的研究主要從產品架構的內涵、開發模式、模塊規劃、架構評估、架構優化等方面展開，強調產品架構作為后續設計過程的指引作用，追求客戶需求特性與產品物理組件的匹配，促進產品多樣性和部件共享。然而，它們難以應對知識復雜等方面的設計創新，模塊化程度也不高，且鮮有考慮客戶需求的動態變化、功能要求的可變性、系列產品全局與局部協同設計以及產品設計適應性。

2 產品族架構

2.1 產品族架構與大規模定制

社會生產能力是隨著時間推進而逐漸增強的，尤其工業生產，需要廣泛考慮效益市場等因素，因此對于不同的生產能力，便需要與之匹配的生產模式。大規模定制作為一種重要的產品開發形式，已經得到學術界和企業界的廣泛肯定［28-29］。SILVEIRA等［30］認為大規模定制是指以大規模生產的成本和速度提供定制化產品和服務的能力，滿足客戶真正的個性化需求而又不犧牲效益和成本的生產模式。QIN等［31］認為大規模定制屬于一種為滿足個性化需求的方法范式而非技術手段，是由客戶與企業協調控制產品生產的模式，適用于解決規模與定制之間的矛盾。

在大規模定制模式下，產品設計不再是針對單一的產品進行，而是在產品的各個設計階段都要考慮一族產品的設計，即產品族設計。基于產品平臺的產品族設計是快速響應客戶個性化需求的有效技術手段，針對細分市場中不同客戶群的需求，以低成本和快速的開發周期來滿足客戶的個性化需求。產品族設計作為實現大規模定制的一種有效方式已得到廣泛關注。JIAO等［32］從宏觀的角度綜合分析了產品族設計的現狀及進展。BAJARAS等［33］在進行產品族規劃時充分考慮了產品設計中的不確定因素，提出了一種綜合的產品族規劃方法，改善了整個產品族設計過程。由于產品實際運行中工況復雜多變且難以反映到產品族的設計需求中，因此為提高產品適應性，對滿足不同工況的產品個性化定制技術提出了新的要求［34］。

產品族中公共產品平臺也稱為產品平臺，MEYER等［35］定義產品平臺為“一組共用的零部件或模塊集合”，而共享同一產品平臺、具有不同的特征和性能，以滿足一定范圍內不同客戶需求的一系列產品就是產品族。產品族架構（product family architecture）設計環節位于整個產品族開發流程的前端，它對企業產品競爭力培育的重要作用已經得到普遍認同。架構是產品族設計的關鍵決策環節，大約70%的成本與屬性是在產品族架構設計階段決定的［36］。產品族架構可以理解為一種產品配置系統的規劃方案，本質上是產品族的概念結構及其邏輯關系。JIAO等［37］用三個要素定義了產品族架構——公共基礎、差異化使能因素和配置機制。有別于單一產品架構關注某個/些特定功能的產品，產品族架構立足于產品族，著眼于一族產品共享的組件，研究的內容不只是產品平臺的規劃，還有一族產品共享架構的建立［38］。具體而言，產品族架構既要考慮單一產品架構關注的模塊和結構布局問題，又要考慮產品族成員共享模塊與共用件設計，同時還要優化產品族整體布局，權衡面向不同細分市場的產品通用性與多樣性配置，如圖2所示。

2.2 產品族架構模型

產品族架構開發是介于客戶需求分析與產品族設計間的一個環節，需考慮系列產品全局與局部協同設計問題，也需要解決產品平臺的架構以及基于同一產品平臺的相關系列產品的結構問題。支華煒等［36］從架構模式、物理技術、優化技術、平臺架構等方面對產品族架構研究現狀進行了比較系統的綜述，分析了產品族架構與單一產品架構的區別，但沒有分析客戶參與體驗產品開發過程，也未涉及產品架構的演化。JIAO等［39］從功能視圖、技術視圖和物理視圖三個方面描述了產品族架構，提出了基于質量功能配置和公理設計理論的產品族架構開發方法。WITS等［40］結合TRIZ理論和功能行為結構模型，探討了產品族架構接口設計沖突問題。熊體凡等［41］提出了一種基于層級約束的產品族架構模型，分析了架構元素的特征屬性域和裝配結構域之間的關聯關系。魏巍等［42］研究了云制造模式下產品平臺架構，提出了產品協同設計平臺架構，詳述了平臺架構5個子層的含義，探討了產品族和產品平臺的關鍵技術。CHANDRA［43］提出了摩托車架構的多層框架，認為該框架適用于其他產品設計，因為在所有設計領域中，功能、結構和接口之間的關系基本上是一致的。上述研究主要從需求結構關聯角度提出了產品族架構模型或開發方法。

產品族架構模塊化可以在主結構較為穩定的前提下實現產品多樣化，而架構模塊的開發、規劃及確定是產品族架構模塊化主要研究內容。陳剛樺等［44］分析了需求模塊的映射關系和模塊之間的影響關系，基于模塊變異指數和傳播指數，構建了動車組轉向架模塊化產品平臺。王相兵等［45］基于客戶需求驅動構建了產品主結構，探討了產品族架構模塊劃分與識別，分析了模塊變更對產品主結構的影響。YU等［46］提出了一種利用設計結構矩陣和遺傳算法開發模塊化產品架構的信息論方法。ZHOU等［47］提出了一種概念設計階段的產品族架構設計方法，將客戶多樣化需求映射為產品功能和結構，利用多樣化指數確定架構模塊。KIM等［48］探討了產品族架構的復雜性，將平臺架構模型映射為抽象的設計結構矩陣，提出了一種有助于管理產品平臺和產品族架構復雜性的啟發式方法。MESA等［49］分析了模塊化架構原則的優點和局限性，探討了制造系統和產品組合的可重構配置，為產品設計階段提供了模塊化架構解決方案。ELMARAGHY等［50］針對可重構制造系統產品的可變性，提出了一種基于模塊化層次結構的產品族架構設計方法。上述研究主要從模塊化角度提出了產品族架構開發的解決方案，但現有的模塊化產品架構設計方法主要是基于靜態需求，忽略了影響未來產品功能的市場動態。GAUSS等［51］全面綜述了模塊化產品族研究現狀，總結歸納了72種有關產品族設計的方法，包括產品族架構的規劃方法，但沒有探討產品族架構的具體設計過程。

2.3 產品族架構優化

隨著客戶需求的不斷變化，常規的產品族架構難以同時支持低層次的橫向定制和深層次的縱向定制，為更好地快速響應市場需求，產品族架構的柔性、穩健性或適應性已引起研究者的重視。史康云等［52］考慮客戶需求的不確定性，將對應的設計參數向物理結構映射，以確立產品的核心柔性結構，提取公共元素和柔性元素，建立柔性的產品族架構。魏巍等［53］將穩健性設計方法應用在模塊化產品平臺設計中，降低最終模塊對不可控客戶需求的敏感度。孫之琳等［54］通過用戶需求向功能域—結構域—參數域逐級映射，基于信息熵理論評價產品平臺的可適應性。程賢福［55］提出了面向可適應性的穩健性產品平臺規劃方法，在產品平臺規劃初期就開始考慮產品的穩健性和適應性，以避免后期出現大的返工。LI等［56］在產品族設計過程中將參數調節能力引入到一些模塊中，構建了一種柔性平臺，可以支持衍生產品的適應性定制。BRIERE-COTE等［57］建立了適應性產品族架構，以表達面向訂單設計產品的重用結構。LEVANDOWSKI等［58］提出了一種基于適應性平臺配置設計的兩階段模型，將參數柔性調節融入到模塊配置中，實現客戶動態需求的適應性。ZHANG等［59］考慮在產品生產過程中客戶需求和設計參數的變化，提出了產品族架構可適應設計方法。

隨著大規模定制技術應用范圍越來越廣，產品族架構也不斷優化。李硯等［60］針對產品族架構中平臺參數和個性化參數之間的主從特點，構建了一主多從雙層優化模型，實現了產品族架構設計的穩健性。杜綱等［61］在產品族架構設計過程中考慮供應商選擇，構建了產品族架構設計主從關聯優化模型，提出了一種架構規劃的評價方法。萬麗云等［62］考慮到產品族設計中產品平臺的適應性，提出了面向適應性的產品族架構層次關聯優化方法。LI等［63］將產品族架構歸結為一個多目標優化問題，提出了一種評價產品、模塊、參數的多層通用性方法。LEVANDOWSKI等［64］創建了產品生命周期管理架構，提出了一種柔性平臺模塊化架構設計的集成方法。BORJESSON等［65］權衡了模塊獨立性和產品相似性，分析了產品相似性策略對產品族架構的影響。MA等［66］提出了基于客戶偏好的產品族架構設計方法，利用K-means聚類算法確定產品族架構方案。YASSINE等［67］優化了產品族模塊升級決策以使利潤最大化。HOSSAIN等［68］建立了模塊化產品族和供應鏈架構的層次聯合優化模型。

產品族架構開發立足于大規模定制模式，以客戶需求為驅動力，結合規模經濟性和范圍經濟性，考慮系列產品全局與局部協同設計問題，可通過產品平臺快速重構形成系列產品。產品族架構研究主要體現在開發團隊協同模式、產品平臺戰略管理、模塊劃分和組合配置、接口通用性設計、平臺架構的柔性/穩健性/適應性、架構優化等方面，但鮮有涉及模塊間耦合關聯、適應性更改以及客戶參與產品開發體驗等問題，對產品設計創新性和接口適應性考慮不足，難以實現客戶的個性化需求。

3 開放式產品架構

3.1 大規模個性化

當前，新一代信息技術與先進制造技術深度融合形成的智能制造技術，成為了第四次工業革命的核心技術和核心驅動力，引發制造業發展理念、制造模式發生重大而深刻的變革［69-70］?？缃缰R融合、開發團隊協同、供應商合作為產品創新及管理提供了機會。隨著市場競爭的日益激烈和客戶消費理念的不斷變化，客戶需求越來越趨向于個性化與多樣化，產品需求呈現出小批量、多規格和個性化的特征，生產多功能、個性化的產品已成為制造企業的發展方向［71］。隨著客戶參與產品開發過程的意愿日益強烈，現有大規模定制所依托的產品平臺技術難以充分滿足客戶的個性化要求［72］。大規模個性化（mass personalization 或 mass individualization）是一種新興的生產模式，開發人員對客戶進行引導與溝通，客戶可以定制產品的個性化需求，旨在增強客戶參與度和體驗感的同時仍保持較低的開發成本和較高的生產效率。

大規模個性化模式一經提出，就得到了學術界和工程界研究人員的關注。如ZHOU等［73］從情感和認知設計角度出發，闡明了大規模個性化的關鍵維度，利用隱性市場需求信息挖掘潛在的客戶需求；JIANG等［74］提出了一種分布式、具有自適應性和自組織特征的社群化制造概念，基于分散的社交媒體構建了信息物理社會網絡，為客戶創造了個性化的產品和服務；OZDEMIR等［75］提出了一種數字制造環境中的大規模個性化設計方法，基于柔性制造和客戶共創過程開發滿足需求的個性化產品。李浩等［76］分析了面向大規模個性化的產品服務系統模塊化設計基本特征與實現模式、模塊化過程模型、模塊配置優化決策和模塊化服務鏈供應配置方法等；李強等［77］提出了一種面向大規模個性化的交互式云制造模式，構建了云環境下大規模個性化智能交互過程以及需求交互轉換過程模型；肖人彬等［78］構建了數據驅動的產品大規模個性化設計研究框架，探討了數據來源、數據挖掘、數據驅動設計、設計方案展示及平臺系統等關鍵技術。

3.2 大規模個性化與開放式設計

隨著科技和社會的發展，企業內外部環境也發生了變化，企業外部的技術資源變得豐富，分工更加細化，知識分散擴大化。在這種新的產品開發環境下，學科與學科、行業與行業融合的必要性和優勢日漸凸顯，開放式設計可以讓客戶參與到產品設計和制造過程中，開放式創新已成為制造企業縮短產品開發周期、提升產品創造價值的一種模式。開放式創新主張充分利用外部資源，將企業內外部技術有效地結合起來，這一模式已受到學者和制造企業的關注。開放式產品是開放式創新的一個載體，是一種可升級、重構的模塊化智能產品?？蛻糇鳛榇笠幠€性化生產模式的驅動者，是開放式創新的重要主體之一。企業利用開放式創新思想，將內外部資源和技術及知識融入到產品研制體系中，可以突破傳統的封閉邊界，擴展產品設計空間［79］。眾包設計是一種“互聯網+”開放式創新設計模式，利用互聯網閑散智力資源以外包方式提供設計服務，拓寬了設計渠道［80］。HU［81］提出了面向開放式產品實現的網絡物理制造系統，指出開放式產品實現是一種基于分布式消費者和供應商積極參與和協作的產品設計和制造范式。談莉斌等［82］提出了一種基于相似度推薦和粗糙集理論的大規模用戶參與的開放式設計方法，將客戶碎片化、模糊化的需求精確映射到產品模型中，實現產品的個性化設計。

個性化模式需要一種合適的、能表達產品功能及其對應實體結構的架構。開放式產品架構（open product architecture）為大規模個性化設計提供了一個持續的產品架構，它具有可持續性、可適應性、可升級性和可擴展性的特點［83］。開放式架構產品是一種基于架構開發的開放式創新產品，可以最大程度地滿足客戶對產品個性化和功能變化的需求，又可以滿足企業對低成本的追求。KOREN等［84］定義了開放式產品架構的含義，即基于一個共享的開放式平臺，通過平臺上的接口集成來自于不同制造企業開發的個性化模塊，客戶可以根據自身的條件和偏好選擇配置不同供應商的模塊或自己開發個性化模塊以滿足個性化需求。典型的開放式架構產品是一種模塊化結構產品，由公共平臺、定制模塊和個性化模塊組成，如圖3所示。MESA等［85］認為模塊化是一種有效的開發柔性平臺或產品族以滿足大規模個性化市場需求的工具，分析了模塊化在開放式結構產品設計中的作用，提出了5種提高開放式結構產品可持續性的關鍵策略。顧佩華等［86］基于公理設計建立了開放式架構產品的功能域與結構域之間的映射關系，通過計算產品性能指標的變化率并根據零部件對不同類型的性能指標的影響程度來劃分模塊類型。比如，個人電腦就是一種開放式架構產品，允許第三方供應商開發不同的設備通過開放的 USB 接口與主板連接。早期的電腦接口功能比較單一，麥克風、軟磁盤、光盤等基本上都是專用接口。隨著科技和經濟的發展，電腦已經得到普及，外設也越來越多，VGA、DVI和HDMI接口的通用性相對也提高了。到如今，個性化需求愈趨強烈，接口的適應性就顯得尤為重要，而USB接口可以滿足此需求。

3.3 開放式產品架構接口可適應設計

ZHANG等［87］認為開放式接口可以利用各種附加的功能模塊來提高產品的個性化，提出了一種基于模塊功能關聯矩陣和質量屋的開放式接口設計方法，并應用到電動汽車的電池包配置中。TAN等［88］提出了一種考慮客戶偏好的個性化產品設計架構的優化方法，構建了以客戶偏好和制造成本為總體績效指標的利潤模型。MESA等［89］探討了開放式結構產品裝配/拆卸任務復雜性的評估尺度，研究了產品變體與不同模塊及其接口的匹配。MA等［90］針對開放式架構產品組成模塊的零件裝配順序規劃和模塊之間的裝配順序規劃，設計了開放式架構產品模塊裝配順序。

開放式客戶體驗是開放式架構產品的重要特征?？蛻趔w驗對產品設計與改進有顯著的影響，尤其對于個性化需求產品而言。顧佩華等［83］從產品的技術因素方面提出以產品的兼容性和生命周期的模塊化兩個關鍵指標來描述產品的開放特征和開放程度。ZHENG等［91］從硬件、軟件和服務角度研究了開放式架構產品的特征、評價準則、開發方法和驅動共創范式。SONG等［92］提出了一種基于VR的客戶交互系統，在開放式架構產品開發過程中可為客戶提供近距離的真實體驗，客戶通過系統提供的虛擬環境界面進行虛擬操作和評估產品來審視產品設計。CHEN等［93］提出了一種考慮了產品適應性和模塊多樣性的開放式架構產品模塊配置優化方法，通過合理規劃模塊類型，根據客戶需求、成本和產品適應性來優化配置開放式架構產品。TAN等［94］針對產品傳統開發階段架構、工藝和供應商脫節問題，在開放式架構設計時考慮了客戶偏好、工藝資源、供應商和制造成本，構建了混合整數優化模型以實現產品的最大化潛在利潤。

開放式架構產品在開發過程中需適應客戶需求的變化，可適應設計方法為開放式架構產品開發提供了理論支撐［95］。ZHANG等［96］研究了開放式架構可適應產品模型，基于平臺、可替代的附加模塊以及連接平臺和模塊的開放式接口，對開放式架構產品進行了優化。ZHANG等［97］提出了開放式接口建模和接口適應性量化的方法，通過對接口適應性的靈敏度分析驗證了增強開放式接口適應性的方法。CHEN等［98］提出了開放式架構產品可適應設計的優化方法，建立了產品現有模塊適應性和開放度的數學模型，確定適應性產品配置的最佳設計。VARL等［99］分析了個性化架構產品的可變性問題，探討了如何應用適應性、柔性和模塊化改善高度個性化的產品開發企業的運營，提出了個性化敏捷產品的開發過程框架。PENG等［100］提出了基于開源的產品概念，針對開放式架構產品的個性化設計，闡述了基于可適應設計的模塊規劃和接口設計方法。

基于開放式架構的產品開發已在一些領域得到初步應用，如紙袋折疊機［83］、電腦和辦公座椅［84］、噴漆機［86，101］、自行車［88，91，94］、照相機［89］、減速器［90］、食品車［92］、摩擦疊焊機［93］、貼標機［96］、電動汽車電池包［97］ 、工業涂裝機［98］、多功能電動汽車［100］等。開放式產品架構是一種基于分布式消費者和供應商積極參與和協作的產品設計和制造范式。由于開放式架構所涉及方法和技術相對復雜，對知識的融合和組織管理要求高，目前還處于起步階段，對數據資源整合、交互界面開發、模塊間的耦合關聯關系、接口適應性以及產品架構的開放式設計方法等方面有待進一步研究。隨著經濟和技術的發展以及追求個性化需求的意愿增加，其應用領域必將更廣泛。

4 產品架構的演化及開放式設計策略

4.1 產品架構的演化

產品架構是平臺概念的擴展，是一種更深層次的協同，旨在應對產品日趨個性化與多樣化的問題。隨著生產模式的進步，產品架構也在演化，從單一產品架構向產品族架構再到開放式產品架構的方向演化。單一產品架構以企業為主導，強調規模效應，主要采用大規模生產方式，通過標準化、通用化和系列化的設計手段實現產品（一般作為其他產品總成的零部件）在不同總成中的充分通用。產品族架構用來平衡企業和客戶，強調規模和范圍效應，采用大規模定制方式和可重構/柔性制造系統，通過共享的產品平臺的柔性接口集成不同的定制模塊，實現不同產品變體的通用，以滿足客戶的多樣化需求。開放式架構以客戶為主導，強調規模和范圍效應的同時提高產品價值與功效，采用大規模個性化方式和可重構/韌性制造系統，通過公用的產品平臺的柔性接口集成不同制造商生產的定制模塊和個性化模塊，實現客戶的個性化需求。與產品族架構相比，開放式架構具備更大的通用體系，可以實現附加模塊的跨平臺通用，弱化了平臺之間的界限［102］。單一產品架構、產品族架構和開放式架構的特征比較如表1所示。

4.1.1 產品架構的演化方式

由前述內容和表1可知，產品架構的演化是隨著生產方式、企業追求目標、客戶需求等的變化發展而來的。隨著從大規模生產到大規模定制再到大規模個性化模式的轉變，相應的制造系統和企業的效應目標也發生了變化。SHIBATA等［103］從產品架構的進化視角分析了1962年到1997年數字控制器架構的進化史，推斷出產品架構是從集成式架構到模塊化架構再到開放式架構的演變，同時他們也認為，在特定情況下進化方向不完全都是嚴格遵循此模式的。從產品開發角度，隨著客戶消費理念及參與意識的提高，產品架構的策略也必須相應變革或升級。產品架構在廣義上的升級、變革和轉變等被統一稱為架構演化，主要包括三個方面：①架構拓撲結構的演化，表現為模塊化、平臺化及跨平臺化的轉變；②架構開發策略的變化，主要表現為模塊類型的接口性質變化及設計方法的調整；③架構組織管理的轉變，指企業和客戶主導地位的變化、客戶參與產品開發過程的意愿改變等。產品架構演化方式如圖4所示。

產品架構的演化是由知識技術和客戶需求推動的，同時受生產方式和企業當時所處情景的影響。在產品升級過程中，產品架構的演化是一種與情景相匹配的策略［104］。模塊化也是產品架構演化的一個重要因素，可以促進產品的多樣性、可重構性和易升級性。模塊作為最基本的產品構成單元，是一個具有“功能”的相對獨立的結構體，在設計過程中要求模塊具有高內聚度與模塊間具有低耦合度，從而減弱模塊間的復雜性。此外，模塊也不是固定不變的，會隨著產品的進化而改變，有些功能模塊會被重新規劃成少數幾個集成模塊。在產品架構演化過程中，模塊結構的相對獨立性將會越來越受重視。

4.1.2 產品架構的模塊化演化

在產品架構開發過程中，當已有產品設計的模塊間（包括平臺架構與模塊間）作用界面（亦稱接口）存在局限性時，可以通過接口演化或升級來克服。不管采用哪種架構策略，（公共）平臺架構一般具備多個接口，相當于總線接口，定制模塊和/或個性化模塊通過總線接口與平臺連接［105］。定制模塊除了與平臺之間存在接口外，定制模塊間或定制模塊與個性化模塊間也有接口。單一產品架構要求接口簡便且標準化，便于采用大規模生產方式，但產品多樣化受限。因此，在產品架構演化過程中，接口應具有更大的柔性或適應性，便于集成來源于不同制造商的附加模塊，實現產品的多樣化和客戶的個性化需求。尤其對于開放式產品架構，定制模塊因需要供客戶選擇配置而呈現出多樣化，接口的適應性就比較突出。此外，如果接口具有較好的適應性，將有助于客戶自己設計或委托開發的個性化模塊裝配到平臺或定制模塊上。

如汽車，不再僅僅作為一種出行的交通工具，已成為人們生活和工作的一部分。目前，一些汽車生產企業已認識到產品開放式創新的重要性，嘗試基于開放式架構開發新一代產品。根據客戶需求和型譜對各細分市場汽車進行總體方案設計，在開發初期就考慮平臺間的差異性和通用性以及客戶的個性化需求，規劃各模塊在不同平臺間的變型及模塊間的接口。架構戰略給現代汽車開發提供了一條嶄新的思路，是一種更為靈活的整車規劃和研發戰略，提供了更為廣泛和靈活的產品規劃方式，如美國通用汽車公司、日本豐田汽車公司、德國大眾汽車公司、國內的上汽公司等已采用了架構戰略［7］。汽車傳統開發平臺是一種面向產品族的平臺，采用相同的動力總成和底盤結構，且共享一部分其他模塊和零部件［102］，不同的傳統平臺之間，模塊和零部件的通用性較差，即各傳統平臺之間是有界限的。架構平臺基于共性的模塊，通用性更強，它與傳統產品平臺的最大不同在于可以實現模塊的跨平臺通用。

在大多數情形下，生產企業要選擇的并不是某種模式的產品架構，而是應該根據不同的客戶需求對哪些功能部件采用不同類型模塊的方式來處理［104］。產品族架構或開放式架構只是產品架構演化過程中的一種模式，并不表示為最終設計。在企業發展和產品升級過程中，產品架構不是一成不變的，也會在不同架構模式之間切換。不管是單一產品架構還是產品族架構或開放式架構，都是追求產品的通用化、提高開發效率、減少生產成本及滿足客戶需求的一種模式。如果企業實施開放式架構比產品族架構所取得的效益更差，或者說自身技術達不到，那就沒有必要也沒有意義去推行。因此，可以認為，實施開放式架構是有一定條件的，與企業生產產品的規模、技術團隊實力、產品的用途、供應商協同能力等密切相關，此外，還需研判產品的進化趨勢和客戶的消費理念變化等問題。

4.2 產品架構開放式設計策略

4.2.1 開放式架構產品模塊類型

在大規模個性化模式背景下，客戶的差異化需求以及參與產品開發進程的意愿越來越迫切，這就需要更多的具有不同功能要求的產品來實現。為應對此問題，企業可利用一個開放式的產品架構，基于適應性接口配置可變功能模塊或異質性模塊以滿足客戶個性化的需求。大規模個性化設計是大規模定制化設計朝著面向客戶參與設計過程以實現個性化需求的必然選擇。面向大規模個性化客戶需求的實現過程，聚焦個性化需求識別與可視化、客戶體驗評價、個性化設計實現等關鍵技術，從而構建以開放式設計平臺為核心的大規模個性化設計流程。開放式架構產品在配置設計過程中需適應客戶的個性化需求變化，為了使產品在保持低成本的同時滿足客戶個性化需求，融合可適應設計是行之有效的方法。

產品架構在一定階段內是比較固定的，不會隨著客戶需求變化而輕易改動。開放式架構產品在設計、配置及使用過程中需適應客戶的個性化需求變化，個性化需求驅動下的產品可適應設計已經成為企業響應市場及滿足客戶的重要方法。開放式架構產品由公共平臺（MP）、定制模塊（MC）和個性化模塊（MI）組成，由于產品架構是共享的，它不依賴于附加模塊，因此公共平臺居主導地位，定制模塊和個性化模塊為從屬地位，定制模塊在產品開發初期可預先由企業開發以供客戶選擇配置，因此，模塊劃分和模塊類型規劃是開放式架構產品設計的重要環節。

在開放式架構產品模塊規劃時，通過分析零部件間功能結構的關聯關系，利用層次分析法等方法分析各準則的相對重要度，基于聚類算法獲得不同的零部件聚類方案，建立產品模塊化層次結構。考慮模塊間接口的強度和密度，以模塊高內聚度和模塊間低耦合度為優化目標，建立開放式架構產品模塊的Pareto解集，優選模塊方案，完成開放式架構產品的模塊劃分；分析零部件分類屬性特征（標準件、通用件和定制件）及其裝配約束關系時，利用質量功能配置計算性能指標相對客戶需求的重要度，建立模塊屬性評價集，根據不同類型指標的影響度所占比例確定模塊所屬類型［105］。

4.2.2 產品架構的開放式設計策略

開放式設計立足于客戶參與設計進程，基于數字孿生的產品設計強調通過產品全壽命周期的虛實融合，利用已存物理產品與虛擬產品在設計中的協同作用，通過建立“真實的”虛擬模型，不斷達到虛擬產品與期望的實際設計產品的趨同性，提高設計質量和效率［106］。一部分大規模個性化產品利用堆積原理以逐層增加材料的方式生成三維實體的3D打印技術具有較大的優勢?；陂_放式架構，客戶根據自身的個性化需求參與到信息模型的建立過程中，使客戶享受最為舒適的產品和服務體驗，已成為實現產品開放式設計的關鍵支撐技術。

此外，開放式創新設計過程往往也會繼承、重用已有產品設計信息，通過構建一個提供創新設計工具、設計方法等服務的平臺，可以減少設計重復性工作，能有效加快設計進程。大數據技術也改變了開放式產品開發模式與設計進程［107］，互聯網環境下客戶與企業設計人員需進行交互式信息互動。隨著云計算、大數據技術、人工智能等新一代信息技術與先進制造技術的融合，基于云計算的設計服務平臺必將受到關注，通過對設計資源的服務化封裝，開放式設計服務平臺可最大限度地實現資源共享與優化配置以及任務協同工作。作為開放式創新的新形態，眾包模式打通了任務發包者與互聯網終端大眾網絡節點間的供需匹配通道，是一種新的“互聯網+”創新設計模式，利用眾包設計可拓寬設計渠道和設計空間，提升創新設計能力和制造資源的利用效率［108］。因此，開放式設計不僅考慮產品如何生產出來，還要從管理角度去思考，如何組織、協調客戶與企業訂單轉化，如何利用大數據挖掘工具，通過云端數據反饋的客戶體驗結果，開發出滿足客戶個性化需求的功能產品。

在此，以汽車為例簡要說明產品架構開放式設計策略。年輕一代消費者對汽車個性化的要求與日俱增，這將促使汽車制造企業不僅需為客戶提供使用功能，還需與客戶進行情感溝通，預先判斷客戶的需求，避免同質化競爭，提升產品的潛力。個性化模式未來必將成為汽車產業鏈中重要的一環，也是汽車生產企業直通消費者而進行數字化轉型的最佳路徑。因此，汽車開發團隊應基于整車技術、人工智能技術、互聯網技術等，整合開發平臺并構建開放式架構平臺，建立與消費者/用戶之間的連接，實現個性化需求。當前，大多數汽車企業已經建立起了完整的數字化體系，如利用虛擬樣機進行裝配仿真和運動仿真、應用VR/AR等數字孿生相關技術進行協同研發設計與客戶需求交互、在互聯網大數據時代背景下利用社會資源進行汽車設計等，通過數字孿生技術結合傳統試驗驗證產品的適應性、識別仿真缺陷及優化產品的性能等［109］。汽車眾包的推動力來源于消費者，汽車企業通過發起眾包活動，征集整車外觀、內飾草圖和效果圖等，吸引一般消費者和專業設計師的參與。如洛克汽車公司倡導汽車開放式設計理念，并構建設計師、工程師、制造商和愛好者共創汽車及相關零部件的社區，基于開放式架構平臺，充分挖掘客戶需求，將汽車研發的流程與客戶共享，同時與零部件供應商分享產品信息，使得參與者敢于在平臺上分享創意和方案［110］。

產品架構開放式設計策略如圖5所示。

5 分析與討論

本文主要以產品架構的相關文獻為基礎，對國內外產品架構開發模式和設計內容的研究現狀進行分析與綜述，概括了架構的內涵和作用，分析比較了單一產品架構、產品族架構和開放式產品架構的特征、聯系和區別。單一產品架構以企業為主導，強調規模效應，主要采用大規模生產方式，通過標準化、通用化和系列化的設計手段實現產品在不同總成中的充分通用，但對客戶需求的動態變化、系列產品全局與局部協同設計以及產品的可重構性考慮不足。產品族架構平衡企業和客戶，強調規模和范圍效應，采用大規模定制方式和可重構/柔性制造系統，通過共享的產品平臺的柔性接口集成不同的定制模塊，實現不同產品變體的通用，對產品設計適應性以及客戶體驗產品開發過程考慮不足。開放式架構以客戶為主導，希望在強調規模和范圍效應的同時提升產品價值與功效，可采用大規模個性化方式和可重構/韌性制造系統，通過公用的產品平臺的柔性接口集成不同制造商生產的定制模塊和個性化模塊，這對企業具有較大的挑戰性。

隨著產品架構內涵的不斷擴展，產品架構開發模式、設計方法、組織管理等方面的相關研究也在不斷完善。產品架構不是一成不變的，而是隨著新一代信息技術和先進制造技術的發展而演化。隨著從大規模生產到大規模定制再到大規模個性化模式的轉變，產品架構也從單一產品架構到產品族架構再到開放式產品架構的方向演化。與產品族架構相比，開放式架構具備更大的通用體系，可以實現附加模塊的跨平臺通用，弱化了平臺之間的界限。在新一代信息技術與先進制造技術開發環境下，學科與學科、行業與行業融合的必要性和優勢日漸凸顯，開放式設計可以讓客戶參與到產品設計和制造過程中，開放式創新已成為制造企業縮短產品開發周期、提升產品價值的一種模式，可充分利用外部資源，將企業內外部技術有效地結合起來，從而實現客戶個性化需求和產品創新。

當前大多數企業仍采用大規模定制或淺層個性化開發模式，離真正的個性化模式還有一定距離，產品架構的開放式設計還面臨許多挑戰。作為產品架構的有效支撐技術，架構模塊化研究的理論成果較為豐富，有效的模塊類型識別和模塊劃分方法有助于架構的構建。但隨著工程實踐中架構復雜性增加，嚴格的模塊化或集成化架構有時較困難，融合模塊化或集成化也是行之有效的方法。為快速響應客戶需求和可變功能要求，產品架構的適應性也得到了研究者的關注。同時，產品開放式設計是一個比較復雜的任務，涉及設計方法、信息網絡、架構策略以及組織管理等，需要從宏觀角度提煉該領域的關鍵技術。今后的研究趨勢包括：

（1）針對細分市場下異質性需求的產品，不同的企業采用不同的開發模式。不管是單一產品架構、產品族架構或開放式架構，它們都是產品的開發模式，旨在追求產品功能的可變性、設計效率的提高、開發成本的降低以及設計的創新。確定合適的產品架構開發模式需綜合考慮產品的規模、技術團隊實力、產品的用途、供應商協同能力。

（2）在大規模個性化模式下，為更好地滿足個性化需求，開放式架構產品制造企業需提供不同功能的定制模塊供客戶選擇配置，并且允許客戶添加或替換由其自身或第三方制造商開發的個性化模塊。因此，公共平臺與附加模塊之間、定制模塊之間以及定制模塊與個性化模塊之間的接口適應性顯得很重要，模塊接口適應性評估需進一步研究。

（3）在產品架構設計過程中，完全獨立的模塊是鮮見的，模塊之間往往存在著耦合關聯，從而導致產品適應性更改時產生迭代，增加了產品開發周期和成本。為此，需分析不同類型模塊之間的關聯關系，研究模塊間的耦合機理，提出耦合處理策略。

（4）新一代信息技術與先進制造技術深度融合形成的智能制造技術，推動了產品開發模式的變革，開放式設計允許客戶參與到產品設計和制造過程中。開放式創新設計的理論與技術比較缺乏，導致開放式創新在產品設計中的應用所帶來的比較優勢不明晰，應用過程中所需攻克的問題和技術不清楚，因此，產品的開放式創新設計方法有待進一步研究。

參考文獻：

［1］ International Standard ISO/IEC/IEEE 42010. Systems and Software Engineering—Architecture Description［S］. New York：IEEE， 2011.

［2］ CRAWLEY E， CAMERON B， SELVA D. System Architecture：Strategy and Product Development for Complex Systems［M］. Upper Saddle River：Prentice Hall Press， 2015.

［3］ 顧元勛， 夏夢圓， 高思夢， 等. 產品架構演變機理：多視角整合性文獻綜述［J］. 科技進步與對策， 2021， 38（14）：151-160.

GU Yuanxun，XIA Mengyuan，GAO Simeng，et al. The Mechanism of Product Architecture Evolution：a Multi-perspectives and Integrative Literature Review［J］. Science & Technology Progress and Policy， 2021， 38（14）：151-160.

［4］ CHEN K M， LIU R J. Interface Strategies in Modular Product Innovation［J］. Technovation， 2005， 25 （7）：771-782.

［5］ ULRICH K T. The Role of Product Architecture in the Manufacturing Firm［J］. Research Policy， 1995， 24（3）：419-440.

［6］ SALVADOR F，FORZA C， RUNGTUSANATHAM M. How to Mass Customize：Product Architectures， Sourcing Configurations［J］. Business Horizons， 2002， 45（4）：61-69.

［7］ STONE R B， WOOD K L， Crawford R H. A Heuristic Method for Identifying Modules for Product Architectures［J］. Design Studies， 2000， 21（1）：5-31.

［8］ 陳虹. 上汽自主品牌產品開發的架構策略［J］. 汽車工程， 2010， 32（6）：461-465.

CHEN Hong. Architecture Strategy for the Deve-lopment of Self-owned Brand Products in SAIC［J］. Automotive Engineering， 2010， 32（6）：461-465.

［9］ BERRY C， WANG H， HU S J. Product Architecting for Personalization［J］. Journal of Manufacturing Systems， 2013， 32（3）：404-411.

［10］ SIMPSON T W. Product Platform Design and Customization：Status and Promise［J］. Artificial Intelligence for Engineering Design， Analysis and Manufacturing， 2004， 18（1）：3-20.

［11］ MUFFATTO M， ROVEDA M. Product Architecture and Platforms：a Conceptual Framework［J］.International Journal of Technology Management， 2002， 24（1）：1-16.

［12］ 王馨博，李春利，高良謀.平臺到底是什么——基于分工與協調視角［J］.科技進步與對策， 2022， 39（3）：153-160.

WANG Xinbo，LI Chunli，GAO Liangmou. What Exactly is the Platform：Based on the Perspective of Division of Labor and Coordination［J］. Science & Technology Progress and Policy， 2022， 39（3）：153-160.

［13］ SOSA M E， EPPINGERS D， ROWLES C M. The Misalignment of Product Architecture and Organizational Structure in Complex Product Development［J］. Management Science， 2004， 50（12）：1674-1689.

［14］ MIKKOLA J H. Capturing the Degree of Modularity Embedded in Product Architectures［J］. Journal of Product Innovation Management， 2006， 23（2）：128-146.

［15］ RAMACHANDRAN K， KRISHNAN V. Design Architecture and Introduction Timing for Rapidly Improving Industrial Products［J］. Manufacturing & Service Operations Management， 2008， 10（1）：19-171.

［16］ 陳永亮， 魏云篷， 王磊. 基于模塊化產品架構的跨企業適應性供應鏈網絡構建方法［J］. 鐵道機車與動車， 2021（增刊1）：12-19.

CHEN Yonglian，WEI Yunpeng，WANG Lei. Construction Method of Cross-enterprise Adaptive Supply Chain Network Based on Modular Product Architecture［J］. Railway Locomotive and Motor Car， 2021（S1）：12-19.

［17］ 魏云篷， 陳永亮， 索樹燦. 基于模塊度和均衡度的復雜產品架構評價方法［J］. 工程設計學報， 2021， 28（5）：527-538.

WEI Yunpeng，CHEN Yongliang，SUO Shucan. Evaluation Method of Complex Product Architecture Based on Modularity and Equilibrium［J］. Chinese Journal of Engineering Design， 2021， 28（5）：527-538.

［18］ 衛軍朝， 閆秀天， 張國淵. 包含構件成組約束的多目標產品架構模塊劃分［J］. 計算機集成制造系統， 2018， 24（12）：3096-3106.

WEI Junchao，YAN Xiutian，ZHANG Guoyuan. Multi-objective Module Division Method for Pro-duct Architecture Incorporating Component Grouping Constraints［J］. Computer Integrated Manufacturing Systems， 2018， 24（12）：3096-3106.

［19］ GALVIN P， BURTON N， BACH N， et al. How the Rate of Change and Control of a Modular Pro-duct Architecture Impact Firm-level Outcomes［J］. Strategic Change， 2020， 29（1）：67-76.

［20］ 周吉浩， 江屏， 韓宇軒. 基于公理設計的產品功能架構設計過程研究［J］. 機械設計與研究， 2023， 39（1）：1-9.

ZHOU Jihao，JIANG Ping，HAN Yuxuan. Research on Product Functional Architecture Design Process Based on Axiomatic Design［J］. Machine Design and Research， 2023， 39（1）：1-9.

［21］ WOUTERS M， WORKUM M， HISSEL P. Assessing the Product Architecture Decision about Product Features—a Real Options Approach［J］. R&D Management， 2001， 41（4）：393-409.

［22］ 顧元勛. 產品架構評估：分析框架與準則［J］. 技術經濟， 2019， 38（3）：31-41.

GU Yuanxun. Evaluation of Product Architecture：Analytic Framework and Criteria［J］. Technology Economics，2019， 38（3）：31-41.

［23］ 史妍. 客戶應用中的產品架構價值評估［D］. 北京：北京交通大學， 2018.

SHI Yan. Product Architecture Value Assessment in Customer Application：Empirical Analysis Based on ERP Software［D］. Beijing：Beijing Jiaotong University， 2018.

［24］ 嚴建文， 袁成明， 張強， 等. 面向服務的復雜成形裝備產品架構設計與優化［J］. 中國管理科學， 2018， 26（11）：153-165.

YAN Jianwen，YUAN Chengming，ZHANG Qiang， et al. Design and Optimization of the Complex Forming Equipments Product Architecture with Service-oriented［J］. Chinese Journal of Management Science， 2018， 26（11）：153-165.

［25］ 楊青， 唐爾玲. 研發項目產品與流程架構的跨領域集成與優化［J］. 系統工程理論與實踐， 2014， 34（6）：1525-1532.

YANG Qing，TANG Erling. Cross-domain Integration and Optimization of the Process and Product Architecture in Product Development Projects［J］. Systems Engineering—Theory & Practice， 2014， 34（6）：1525-1532.

［26］ LUO J. A Simulation-based Method to Evaluate the Impact of Product Architecture on Product Evolvability［J］.Research in Engineering Design， 2015， 26（4）：355-371.

［27］ 王文躍， 侯俊杰， 毛寅軒， 等. 面向復雜產品研制的MBSE體系架構及其發展趨勢研究［J］. 控制與決策，2022， 37（12）：3073-3082.

WANG Wenyue，HOU Junjie，MAO Yinxuan，et al. MBSE Architecture for Complex Product Development and Trends［J］. Control and Decision， 2022， 37（12）：3073-3082.

［28］ FERGUSON S M， OLEWNIK A T， Cormier P. A Review of Mass Customization Across Marketing， Engineering and Distribution Domains Toward Development of a Process Framework［J］. Research in Engineering Design， 2014， 25（1）：11-30.

［29］ 程賢福，肖人彬.產品族設計原理與方法［M］. 杭州：浙江工商大學出版社，2021.

CHENG Xianfu，XIAO Renbin.The Principles and Methods of Product Family Design［M］.Hangzhou：Zhejiang Gongshang University Press，2021.

［30］ SILVEIRA G D， BORENSTEIN D， FOGLIATTO F S. Mass Customization：Literature Review and Research Directions［J］. International Journal of Production Economics， 2001， 72（1）：1-13.

［31］ QIN H， ZHONG Y， XIAO R，et al. Product Platform Commonization：Platform Construction and Platform Elements Capture［J］. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology， 2005， 25（11/12）：1071-1077.

［32］ JIAO J， SIMPSON T W， SIDDIQUE Z. Product Family Design and Platform-based Product Development：a State-of-the-art Review［J］. Journal of Intelligent Manufacturing， 2007， 18（1）：5-29.

［33］ BAJARAS M， AGARD B. A Methodology to Form Families of Products by Applying Fuzzy Logic［J］. International Journal on Interactive Design and Manufacturing， 2015， 9（4）：253-267

［34］ 侯亮， 林浩菁， 王少杰， 等. 基于運行數據驅動反向設計的復雜裝備個性化定制［J］. 機械工程學報， 2021， 57（8）：65-80.

HOU Liang，LIN Haojing，WANG Shaojie，et al. Mass Personalization for Complex Equipment Based on Operating Data-driven Inverse Design［J］. Journal of Mechanical Engineering， 2021， 57（8）：65-80.

［35］ MEYER M H， LEHNERD A P. The Power of Product Platforms-building Value and Cost Leadership［M］. New York：The Free Press，1997.

［36］ 支華煒， 杜綱. 產品族架構研究綜述［J］. 計算機集成制造系統， 2014， 20（2）：225-241.

ZHI Huawei，DU Gang. Review of Product Family Architecture［J］. Computer Integrated Manufacturing Systems， 2014， 20（2）：225-241.

［37］ JIAO J， DU X， TSENG M M. Architectures for Product Families：Fundamentals and Methodology［J］. Concurrent Engineering：Research and Applications， 2001， 9（4）：309-325.

［38］ 任菁菁， 杜綱. 產品族架構與競爭優勢關聯影響分析［J］. 沈陽理工大學學報， 2014， 33（1）：71-76.

REN Jingjing，DU Gang. Analysis of Impacts of Product Family Architecture on the Competitive Advantage of Product Family［J］. Journal of Shenyang Ligong University， 2014， 33（1）：71-76.

［39］ JIAO J， TSENG M M. A Methodology of Developing Product Family Architecture for Mass Customization［J］. Journal of Intelligent Manufacturing， 1999， 10（1）：3-20.

［40］ WITS W W， VANEKER T H J. TRIZ Based Interface Conflict Resolving Strategies for Modular Product Architectures［J］. Procedia Engineering， 2011， 9：30-39.

［41］ 熊體凡， 王衛， 劉清華， 等. 基于參數樹狀約束的零部件族結構模型研究［J］. 中國機械工程， 2011， 22（17）：2067-2070.

XIONG Tifan，WANG Wei，LIU Qinghua，et al. Research on Part Family Architecture Model Based on Tree Constraints［J］. China Mechanical Engineering，2011，22（17）：2067-2070.

［42］ 魏巍， 王宇飛， 陶永. 基于云制造的產品協同設計平臺架構研究［J］. 中國工程科學， 2020， 22（4）：34-41.

WEI Wei，WANG Yufei，TAO Yong. The Architecture of a Product Collaborative Design Platform Based on Cloud Manufacturing［J］. Strategic Study of CAE， 2020， 22（4）：34-41.

［43］ CHANDRA S. Formulating a Multi-layered Framework for Automobile Architecture［J］. Scientific Reports， 2022， 12（1）：1489.

［44］ 陳剛樺， 丁國富， 韓鑫， 等. 動車組轉向架模塊化產品平臺設計［J］. 機械設計與制造， 2020（2）：183-186.

CHEN Ganghua，DING Guofu，HAN Xin，et al. The Bogie of EMU Modular Product Platform Design［J］. Machinery Design & Manufacture， 2020（2）：183-186.

［45］ 王相兵， 杜全斌， 周航， 等. 客戶需求驅動的柔性產品平臺模塊化設計方法研究［J］. 機械設計， 2020， 37（9）：100-111.

WANG Xiangbing，DU Quanbin，ZHOU Hang，et al. Research on Modular Design Method of Flexible Product Platform Driven by Customer Demand［J］. Journal of Machine Design， 2020， 37（9）：100-111.

［46］ YU T L， YASSINE A A， GOLDBERG A. An Information Theoretic Method for Developing Modular Product Architectures Using Genetic Algorithms［J］. Research in Engineering Design， 2007， 18（2）：91-109.

［47］ ZHOU L， SAN W Y， SENG L K. Integrated Approach to Modularize the Conceptual Product Family Architecture［J］. International Journal of Advanced Manufacturing Technology， 2008， 36（1/2）：83-96.

［48］ KIM G， AHN J， SUH E S et al. Analysis of Architectural Complexity for Product Family and Platform［J］. Journal of Mechanical Design， 2016， 138（7）：071401-1-10.

［49］ MESA J， MAURY H， ARRIETA R， et al. Characterization of Modular Architecture Principles Towards Reconfiguration：a First Approach in Its Selection Process［J］. International Journal of Advanced Manufacturing Technology， 2015， 80（1/4）：221-232.

［50］ ELMARAGHY H， ALGEDDAWY T. A Methodology for Modular and Changeable Design Architecture and Application in Automotive Framing Systems［J］. Journal of Mechanical Design， 2015， 137（12）：121403-121403.

［51］ GAUSS L， LACERDA D P， MIGUEL P A C. Module-based Product Family Design：Systematic Literature Review and Metasynthesis［J］. Journal of Intelligent Manufacturing， 2021， 32：265-312.

［52］ 史康云， 江屏， 閆會強， 等. 基于柔性產品平臺的產品族開發［J］. 計算機集成制造系統， 2009， 15（10）：1880-1889.

SHI Kangyun， JIANG Ping， YAN Huiqiang， et al. Product Family Design Based on Flexible Product Platform［J］. Computer Integrated Manufacturing Systems， 2009， 15（10）：1880-1889.

［53］ 魏巍， 梁赫， 許少鵬. 基于人工免疫改進算法的穩健產品平臺模塊劃分［J］. 計算機集成制造系統， 2015， 21（4）：885-893.

WEI Wei，LIANG He，XU Shaopeng. Module Division Method of Robust Product Platform Based on Improved Artificial Immune Algorithms［J］. Computer Integrated Manufacturing Systems， 2015， 21（4）：885-893.

［54］ 孫之琳， 王凱峰， 陳永亮， 等. 產品可適應設計評價的信息熵方法［J］. 工程設計學報， 2021， 28（1）：1-13.

SUN Zhilin， WANG Kaifeng， CHEN Yongliang， et al. Information Entropy Method for Product Adaptable Design Evaluation［J］. Chinese Journal of Engineering Design， 2021， 28（1）：1-13.

［55］ 程賢福. 面向可適應性的穩健性產品平臺規劃方法［J］. 機械工程學報， 2015， 51（19）：154-163.

CHENG Xianfu. Adaptability-oriented Planning Method for Robust Product Platform［J］. Journal of Mechanical Engineering， 2015， 51（19）：154-163.

［56］ LI Z， CHENG Z， FENG Y，et al. An Integrated Method for Flexible Platform Modular Architecture Design［J］. Journal of Engineering Design， 2013， 24 （1）：25-44.

［57］ BRIERE-COTE A， RIVEST L， DESROCHERS A. Adaptive Generic Product Structure Modeling for Design Reuse in Engineering-to-order Products［J］. Computers in Industry， 2010， 61（1）：53-65.

［58］ LEVANDOWSKI C E， JIAO J R， JOHANNESSON H. A Two-stage Model of Adaptable Product Platform for Engineering-to-order Configuration Design［J］. Journal of Engineering Design， 2015， 26（7/9）， 220-235.

［59］ ZHANG J， XUE D， GU P. Robust Adaptable Design Considering Changes of Requirements and Parametersduring Product Operation Stage［J］. International Journal of Advanced Manufacturing Technology， 2014， 72（1）：387-401.

［60］ 李硯，杜綱，劉波.面向產品族架構的魯棒雙層優化模型［J］. 中國機械工程， 2013， 24（13）：1805-1808.

LI Yan，DU Gang，LIU Bo. Robust Bilevel Optimization Model for Product Family Architecture Design［J］. China Mechanical Engineering， 2013， 24（13）：1805-1808.

［61］ 杜綱， 關進良， 熊奕璇， 等. 產品族架構設計與供應商選擇的主從關聯優化［J］. 中國機械工程， 2019， 30（1）：9-17.

DU Gang，GUAN Jinliang，XIONG Yixuan， et al. Leader-follower Joint Optimization of Product Family Architecting Design and Supplier Selection［J］. China Mechanical Engineering， 2019， 30（1）：9-17.

［62］ 萬麗云， 程賢福， 周健. 面向可適應性的模塊化產品族層次關聯優化設計［J］. 機械設計與研究， 2019， 35（6）：6-9.

WAN Liyun， CHENG Xianfu， ZHOU Jian. Hierarchical Correlation Optimum Design of Adaptability-oriented Modular Product Family［J］. Machine Design and Research， 2019， 35（6）：6-9.

［63］ LI L， HUANG G Q. Multiobjective Evolutionary Optimization for Adaptive Product Family Design［J］. International Journal of Integrated Manufacturing， 2009， 22（4）：299-314.

［64］ LEVANDOWSKI C E， CORIN-STIG D， BERGSJO D， et al. An Integrated Method for Flexible Platform Modular Architecture Design［J］. Concurrent Engineering：Research and Applications， 2013， 21（1） 65-83.

［65］ BORJESSON F， HOLTTA-OTTO K. A Module Generation Algorithm for Product Architecture Based on Component Interactions and Strategic Drivers［J］. Research in Engineering Design， 2015， 25（1）：31-51.

［66］ MA J， KIM H M. Product Family Architecture Design with Predictive， Data-driven Product Family Design Method［J］. Research in Engineering Design， 2016， 27（1）：5-21.

［67］ YASSINE A A， KHOURY W G. Optimizing Module Upgrade Decisions to Maximize Profits［J］. Research in Engineering Design， 2021， 32（1）：49-70.

［68］ HOSSAIN M， CHAKRABORTTY R K， ELSAWAH S， et al. Modelling and Application of Hierarchical Joint Optimisation for Modular Product Family and Supply Chain Architecture［J］. International Journal of Advanced Manufacturing Technology， 2023，126：947-971.

［69］ ZHOU J， LI P， ZHOU Y，et al. Toward New-generation Intelligent Manufacturing［J］. Engineering， 2018， 4（1）：11-20.

［70］ 臧冀原， 劉宇飛， 王柏村， 等. 面向2035的智能制造技術預見和路線圖研究［J］. 機械工程學報， 2022， 58 （4）：285-308.

ZANG Jiyuan，LIU Yufei，WANG Baicun，et al. Technology Forecasting and Roadmapping of Intelligent Manufacturing by 2035［J］. Journal of Mechanical Engineering， 2022， 58 （4）：285-308.

［71］ TSENG M M， JIAO R J， WANG C. Design for Mass Personalization［J］. CIRP Annals， 2010， 59（1）：175-178.

［72］ JIAO R J， COMMURI S， PANCHAL J， et al. Design Engineering in the Age of Industry 4.0［J］. Journal of Mechanical Design， 2021， 143（7）：070801.

［73］ ZHOU F， JI Y， JIAO R J. Affective and Cognitive Design for Mass Personalization：Status and Prospect［J］. Journal of Intelligent Manufacturing， 2013， 24（5）：1047-1069.

［74］ JIANG P， LENG J， DING K，et al. Social Manufacturing as a Sustainable Paradigm for Mass Individualization［J］. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers， Part B：Journal of Engineering Manufacture， 2016， 230（10）：1961-1968

［75］ OZDEMIR M， VERLINDEN J， CASCINI G. Design Methodology for Mass Personalisation Enabled by Digital Manufacturing［J］. Design Science， 2022， 8：e7.

［76］ 李浩， 陶飛， 文笑雨， 等. 面向大規模個性化的產品服務系統模塊化設計［J］. 中國機械工程， 2018， 29（18）：2204-2214.

LI Hao，TAO Fei，WEN Xiaoyu， et al. Modular Design of Product-service Systems Oriented to Mass Personalization［J］. China Mechanical Engineering， 2018， 29（18）：2204-2214.

［77］ 李強， 汝渴， 劉計良， 等. 面向大規模個性化的交互式云制造模式［J］. 中國機械工程， 2020， 31（7）：788-796.

LI Qiang， RU Ke. LIU Jiliang， et al. InteractiveCloud Manufacturing Mode for Mass Personalization［J］. China Mechanical Engineering， 2020， 31（7）：788-796.

［78］ 肖人彬， 林文廣， 賴榮燊， 等. 數據驅動的產品大規模個性化設計研究［J］. 機械設計， 2021， 38（10）：1-14.

XIAO Renbin， LIN Wenguang， LAI Rongshen， et al. Research on the Data-driven Product Design for Mass Personalization［J］. Journal of Machine Design， 2021， 38（10）：1-14.

［79］ HENRY W. C. The Era of Open Innovation［J］. MIT Sloan Management Review， 2003， 44（3）：35-41.

［80］ 郭偉， 王震， 邵宏宇， 等．眾包設計理論及關鍵技術發展研究［J］．計算機集成制造系統， 2022， 28（9）：2650-2665.

GUO Wei，WANG Zhen，SHAO Hongyu， et al. Crowdsourcing Design Theory and Key Technology Development［J］. Computer Integrated Manufacturing Systems， 2022， 28（9）：2650-2665.

［81］ HU S J. Cyber-physical Manufacturing Systems for Open Product Realization［C］∥The 12th International Conference on Frontiers of Design and Manufacturing. Shenyang， 2016.

［82］ 談莉斌， 唐敦兵， 陳蔚芳， 等. 大規模用戶參與的開放式設計決策方法［J］. 計算機集成制造系統， 2020， 26（4）：1063-1071.

TAN Libin， TANG Dunbin， CHEN Weifang， et al. Open Design Decision Method for Large-scale Consumer Participation［J］. Computer Integrated Manufacturing Systems， 2020， 26（4）：1063-1071.

［83］ 顧佩華， 趙超， 彭慶金. 開放式結構產品的評價方法研究［J］. 工程設計學報， 2014， 21（6）：505-512.

GU Peihua，ZHAO Chao，PENG Qingjin. Evaluation of Open-architecture Products［J］. China Journal of Engineering Design， 2014， 21（6）：505-512.

［84］ KOREN Y， HU S J， GU P，et al. Open-architecture Products［J］. CIRP Annals—Manufacturing Technology， 2013， 62（2）：719-729.

［85］ MESA J A， ESPARRAGOZA I E， RAMIREZ H E M. Modular Architecture Principles-MAPs：a Key Factor in the Development of Sustainable Open Architecture Products［J］. International Journal of Sustainable Engineering， 2020， 13（2）：108-122.

［86］ 顧佩華， 胡崇淋， 彭慶金. 開放式結構產品的模塊規劃［J］. 工程設計學報， 2014， 21（2）：129-139.

GU Peihua， HU Chonglin， PENG Qingjin. ModelePlanning for Open Architecture Product［J］. Chinese Journal of Engineering Design， 2014， 21（2）：129-139.

［87］ ZHANG J， GU P， PENG Q，et al. Open Interface Design for Product Personalization［J］. CIRP Annals， 2017， 66（1）：173-176.

［88］ TAN C， CHUNG H， BARTON K，et al. Incorporating Customer Personalization Preferences in Open Product Architecture Design［J］. Journal of Manufacturing Systems， 2020， 56：72-83.

［89］ MESA J A， ESPARRAGOZA I， MAURY H. Development of a Metric to Assess the Complexity of Assembly/Disassembly Tasks in Open Architecture Products［J］. International Journal of Production Research， 2018， 56（24）：7201-7219.

［90］ MA H， PENG Q， ZHANG J， et al. Assembly Sequence Planning for Open-architecture Products［J］. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology， 2018， 94（5）：1551-1564.

［91］ ZHENG P， LIN Y， CHEN C H，et al. Smart， Connected Open Architecture Product：an IT-driven Co-creation Paradigm with Lifecycle Personalization Concerns［J］. International Journal of Production Research， 2019， 57（7/8）：2571-2584.

［92］ SONG H， CHEN F， PENG Q， et al. Improvement of User Experience Using Virtual Reality in Open-architecture Product Design［J］. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part B：Journal of Engineering Manufacture， 2018，232（13）：2264-2275.

［93］ CHEN Y， LIN H， LIU D. Optimal Configuration Design of Open Architecture Products Considering Product Adaptability and Diversity of Modules［J］. Procedia CIRP， 2018， 76：73-78.

［94］ TAN C， KIRA B， HU S J， et al. Integrating Optimal Process and Supplier Selection in Personalised Product Architecture Design［J］. International Journal of Production Research， 2022， 60（8）：2461-2480.

［95］ GU P， HASHERMIAN M， NEE A Y C. Adaptable Design［J］. CIRP Annals Manufacturing Technology， 2004， 53（2）：539-557.

［96］ ZHANG J， XUE D， GU P. Adaptable Design of Open Architecture Products with Robust Performance［J］. Journal of Engineering Design， 2015， 26（1/3）：1-23.

［97］ ZHANG J， XUE G， DU H，et al. Enhancing Interface Adaptability of Open Architecture Products［J］. Research in Engineering Design， 2017， 28（2）：545-560.

［98］ CHEN Y， PENG Q， GU P. Methods and Tools for the Optimal Adaptable Design of Open-architecture Products［J］.International Journal of Advance Manufacturing Technology， 2018， 94（3）：991-1008.

［99］ VARL M， DUHOVNIK J， TAVCˇAR J. Adaptable Design-towards Smart One-of-a-kind Product Development［J］. Advances in Transdisciplinary Engineering， 2018， 7：516-525.

［100］ PENG Q， LIU Y， ZHANG J，et al. Personalization for Massive Product Innovation Using Open Architecture［J］. Chinese Journal of Mechanical Engineering， 2018， 31（1）：1-13.

［101］ ZHAO C， PENG Q， GU P. Evaluation of Open-architecture Product Adaptability Using Quantitative Measures［J］. Journal of Computer-aided Design and Applications， 2016， 13（4）：449-4580.

［102］ 趙福全， 劉宗巍， 李贊. 汽車產品平臺化模塊化開發模式與實施策略［J］. 汽車技術， 2017（6）：1-6.

ZHAO Fuquan，LIU Zongwei，LI Zan. Development Mode and Implementation Strategy of Automotive Product Platform and Modularity［J］. Automotive Technology， 2017（6）：1-6.

［103］ SHIBATA T， YANO M， KODAMA F. Empirical Analysis of Evolution of Product Architecture：Fanuc numerical Controllers from 1962 to 1997［J］. Research Policy， 2005， 34（1）：13-31.

［104］ 顧元勛， 紀佩寧， 劉子鍵， 等. 產品架構的作用：研究綜述與發展方向［J］. 技術經濟， 2015， 34（3）：38-50.

GU Yuanxun，JI Peining，LIU Zijian， et al. Effect of Product Architecture：Literature Review and Future Direction［J］. Technology Economics， 2015， 34（3）：38-50.

［105］ 程賢福，章志宏，王承輝. 面向適應性的開放式架構產品模塊耦合關聯分析［J/OL］.計算機集成制造系統，http：∥kns.cnki.net/kcms/detail/11.5946.TP.20230601.1018.010.html.

CHENG Xianfu，ZHANG Zhihong， WANG Chenghui. Coupling Analysis between Modules of Open Architecture Products for Adaptability［J/OL］. Computer Integrated Manufacturing Systems， http：∥kns.cnki.net/kcms/detail/11.5946.TP.20230601.1018.010.html.

［106］ 陶飛， 劉蔚然， 劉檢華， 等. 數字孿生及其應用探索［J］. 計算機集成制造系統， 2018， 24（1）：1-18.

TAO Fei，LIU Weiran，LIU Jianhua， et al. Digital Twin and Its Potential Application Exploration［J］. Computer Integrated Manufacturing Systems， 2018， 24（1）：1-18.

［107］ 李濤， 高良謀. “大數據”時代下開放式創新發展趨勢［J］. 科研管理， 2016， 37（7）：1-7.

LI Tao，GAO Liangmou. The Future Development of Open Innovation in the Era of “Big Data”［J］. Science Research Management， 2016， 37（7）：1-7.

［108］ 密尚華， 洪兆溪， 馮毅雄， 等. 產品創新研發眾包設計過程管控關鍵技術［J］. 計算機集成制造系統， 2022， 28（9）：2666-2682.

MI Shanghua， HONG Zhaoxi， FENG Yixiong， et al. Process Control Key Technologies of Crowdsourcing Design for Product Innovation， Research and Development［J］. Computer Integrated Manufacturing Systems， 2022， 28（9）：2666-2682.

［109］ 麻晨， 董方岐， 胡成琳. 數字孿生技術在汽車行業中的應用［J］. 信息技術與標準化， 2021 （11）：23-27.

MA Chen，DONG Fangqi，HU Chenglin. The Application of Digital Twin Technology in the Automobile Industry［J］. Information Technology & Standardization， 2021 （11）：23-27.

［110］ 滕東暉. 創新戰略驅動下大型企業開放式創新平臺策略研究［D］. 上海：上海交通大學， 2017.

TENG Donghui. The Research on Tactics of Open Innovation Platform for Large Enterprises Driven by Innovation Strategy［J］. Shanghai：Shanghai Jiao Tong University， 2017.