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支持大规模客户化定制的产品设计关键技术的研究

刘达斌  
【摘要】: 快速响应市场需求的能力是制造业在大规模客户化定制形势下的竞争要素。产品开发设计是实现快速响应客户个性化需求和产品创新的重要环节。我国重要的支柱产业摩托车工业正面临全球竞争的严峻挑战。论文以国内摩托车系列产品的设计为工程应用背景,课题选择支持大规模客户化定制的产品设计的关键技术----系列产品平台设计方法及变型设计与配置设计的集成作为实现系列产品快速开发响应客户需求的研究重点,充分利用国际最新的大规模客户化理论研究成果,采用理论研究与实际应用相结合,建立符合国情的、支持大规模客户化定制的机械系列产品设计理论和方法体系。 论文的最终研究目的是提高国内机械制造行业在经济全球化形势下的市场竞争力。课题学术意义和工程应用价值在于丰富和完善机械设计学科的系列产品设计理论,缩短机械产品开发周期,提高产品设计质量,降低产品开发成本,提高快速响应市场的能力。 针对国内企业产品开发过程特点和设计阶段存在的问题,论文对基于单独产品策略的产品设计流程进行改进,并建立了支持大规模客户化定制的基于产品平台策略的产品设计流程模型。提出将基于平台策略的产品开发流程分为原形产品开发设计、系列产品平台开发设计和产品族开发设计三个阶段;分析关键技术在于通过系列产品平台设计、变型设计与配置设计的集成,达到设计面向系列产品的目的。 鉴于实现技术重用和技术转移的关键在于系列产品平台开发设计阶段,一个鲁棒平台是成功产品族的心脏,是一系列紧密相关的产品的基础,故论文重点是系列产品平台的开发设计: (1)主要研究系列产品平台设计方法的理论,提供系列产品平台设计的工具。给出变型指标和关联指标为系列产品平台设计的指导工具;给出模块化设计方法和标准化设计方法为系列产品平台设计的使能工具。分析市场数据和工程指标,给出了延展的质量屋;采用该质量屋得到变型指标;分析变型指标,得到产品部件受外因驱动而变化的趋势;用基于变型设计的理论来确定系列产品平台的结构,采用变型指标确定的系列产品平台的结构适应今后市场变化的需求。给出关联指标是部件之间关联程度的指示器,度量设计的紧密性,帮助开发团队研究一个产品内部件之间的关联问题,关联指标明示受内因驱动哪些部件设计者之间需要技术交流,更利于团队开发产品平台。给出了模块化设计方法和标准化设计方法来降低内因驱动、外因驱动造成平台派生产品重新设 WP=5 计的费用,从而使系列产品的设计费用减少,并以最短的时间响应市场。(2)研制系列产品平台设计方法的原形系统,并进行实践、应用研究,帮助开发团队开发一个结构化的摩托车系列产品平台,得到的系列产品平台可以有效地降低变型产品重新设计的费用。(3)提供评价平台效率的方法。 提出利用系列产品平台进行变型设计,派生一个动态的变型产品模型,主要从变型产品结构树、配置规则等角度论述了如何建立动态变型产品模型。在此模型基础之上,通过配置设计形成系列化产品,配置设计保证了在基本变型产品目录不变的情况下,展现产品外部多样化,从而极大地减轻了目录维护、修改的工作量,并使企业能根据客户个性化的需求,进行快速设计、快速响应,实现从系列产品平台到系列产品的快速设计。 作为上述各项研究成果的应用,开发了一套满足大批量定制要求的工具软件。


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