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面向大规模定制的产品变型设计方法研究

2016/3/21    来源:互联网    作者:郑姝  陆长明      
关键字:大规模定制  功能需求  变型设计  功能模板  
从产品顾客需求出发,在功能域中通过创建功能模板,对功能模板进行改进得到新的模板,并以此为基础映射到物理域中的具体设计参数,提出了一种简便快捷的产品变型设计方法。

    目前有关面向大规模定制生产的产品设计方法主要有模块化设计、变型设计、配置设计和创新设计等。这些设计方法均以产品的模块化为前提,通过模块的标准化设计实现产品的快速组合,降低生产成本,同时利用已有的产品用变型设计的方法设计出系列产品,满足不同顾客的个性化需求。

    现在许多变型设计是针对产品结构进行局部修改后得到与原型产品相似的变型产品,在产品设计的最初阶段,顾客需求、功能需求和设计参数之间的关系并不明确,而顾客的需求首先是以满足功能为前提的,直接从抽象的功能角度来考虑产品的变型设计方面的文献资料尚不多见,因此本文提出一种基于功能需求的产品变型设计方法,使产品变型在抽象的功能分析阶段完成,避免涉及到具体的设计参数,因此具有更大的灵活性。

1 功能需求分析

    根据公理设计理论,产品设计是由用户域、功能域、物理域、过程域4个域构成,如图1所示。

图1 产品设计过程

图1 产品设计过程

    设计师首先分析用户需求,将这些需求用功能(FRs)和约束(Cs)来表达,为实现这些功能,在物理域中构思了设计参数。一般用户需求是一个笼统的模糊概念,设计者必须尽可能地去理解用户的需要,并将其映射到功能域中的各种功能,并对产品功能进行逐级分解,然后在物理域中用具体的设计参数来满足这些功能需求。在这个过程中,起关键作用的是功能分析。功能需求是个抽象的概念,并不涉及具体的某个产品,对于一个特定的功能需求,可以比较容易地用一组物理参数来满足。对于大多数产品来说,将其基本功能设计成相应的功能模板,在模板的基础上改变局部功能来完成整个设计过程,可以缩短设计周期,并简化设计过程。

2 功能分解

    每一个产品都是由零件组合成部件,部件再组合成产品,因此产品的功能可以逐级进行分解。在功能域中,产品的功能根据不同层次分为总功能、一级分功能、二级分功能、……,理论上可以分解到最基本的零件作为功能元,从而组成功能分解的拓扑结构,如图2所示。

    在FR拓扑结构图中,FRO表示最高层的功能需求,即顾客需求。FRO可以分解为功能相互独立的子功能FR1、FR2,……、FRn,以此类推。

图2 功能(FR)拓扑结构

图2 功能(FR)拓扑结构

    FR拓扑结构定义的所有特征描述了整个产品系列,为从顾客需求到产品功能之间提供了系统的组织架构。

3 变型设计技术

    通常变型设计是在一个基本型产品的基础上,通过修改相应的参数得到一种新的产品,实际上是基于产品结构来实现的一种产品变型方法。然而在物理域中设计参数的改变如何保证从功能到结构的设计意图的有效传递保持不变是比较困难的,因此必须对这种变型设计方法进行必要的改进。

    顾客对产品的需求首先是以满足功能为前提,因此在进行变型设计时必须先对功能相似产品进行检索。许多产品往往在相同的基本功能的基础上作一些适当的变型以满足各种用户的不同需求,将这种基本功能或结构设计成模板,在模板的基础上进行改进,得到具有较强相似度的相似产品,这种基于功能的产品变型设计由于不涉及具体的设计参数,因而具有更大的灵活性。

    3.1 创建功能需求(FR)模板

    FR模板可以从涉及FR拓扑的所有实例中提取,在进行新产品设计时,根据顾客需求首先从已有产品中提取FR的初始模板,然后根据工程因素和商业策略改进初始模板,从而得到最终的FR模板结构,模板形成过程如图3所示。

图3 FR模板形成过程

图3 FR模板形成过程

责任编辑:郝秋红
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