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宝时得中国产品参数化配置应用

2014/11/6    来源:e-works    作者:王洪涛      
关键字:大规模定制  模块化设计  参数化配置  
宝时得通过建立产品配置关系(知识),将手工很难有序管理的产品结构、零部件的逻辑组合关系,按照一定的规则组织起来,进行快速的派生和改型。

0 前言

    宝时得机械(中国)有限公司是一家由中国人自主创立、以中国苏州为总部的跨国集团公司。公司成立于1994年,经过了“从贸易到实业,从贴牌到品牌”的历程,现已发展成集电动工具研发、制造、营销于一体的现代企业。

    市场竞争的日益加剧,客户需求的快速变化和复杂的产品结构等因素,使得宝时得越来越注重产品的开发周期、成本以及新产品的种类,积极探索如何改变传统的设计和生产模式,希望利用新的技术和资源使产品的生产效率大幅度提高,力争在最短的时间内、消耗最少的资金、生产出满足市场需求的产品,从而提高自身的竞争力。

    在激烈的市场竞争中,宝时得中国需要化解客户需求多样性——与快速交货之间的矛盾,化解高质量——与低成本之间的矛盾,为企业实现高效率、低成本、小批量、多样化生产寻求最佳的业务模式。

1 相关理论学习

    1.1 大规模定制理论

    在新的市场环境中企业迫切需要一种新的生产模式,大规模定制(Mass Customization,MC)由此产生。大规模定制生产模式,是继大规模生产和精益生产方式后又一极具竞争力和生命力的新型生产模式。目前已被很多国外企业所认识和采用,并取得了令人满意的效益。

    大规模定制是一种将相似性原理、重用性原理和全局性原理与应用实践相结合的生产方式,以减少产品内部多样化、增加产品外部多样化为目的,在空间上对整个产品族、在时间上对产品全生命周期进行全方位的优化,低成本、快速地生产定制产品。

    大规模定制以面向大规模定制的开发设计技术、面向大规模定制的制造技术及面向大规模定制的管理技术为支撑。

    MC企业要以快速响应市场变化和市场机遇为目标,结合先进的管理思想和产品开发方法,采用设计产品族和统一并行的开发方式,对零件、工艺进行通用化,对产品进行模块化设计以减少重复设计,使新产品具备快速上市的能力。

    大规模定制关键技术:

    一是提高零部件标准化、模块化程度,充分利用标准件和模块化组件进行组合,形成尽可能多的产品。

    二是提高产品的系列化和柔性化,可根据个性化的需求演变出多种变形产品。

    我国学者祁国宁、顾新建和李仁旺提出了客户订单分离点(Customer Order Discoupling Point,CODP或称客户订单解耦点) 的概念。它是指企业生产活动中由基于预测的库存生产转向响应客户需求的定制生产的转换点。(顾客需求切入点(Customer Order Postponement Decoupling Point,CODP))他们认为,按CODP在生产过程中的位置不同,大规模定制企业可分为四种类型(如下图):

    ●按订单销售(Sale-To-Order),STO

    ●按订单装配(Assemble-to- Order),ATO

    ●按订单制造(Make-to-Order),MTO

    ●按订单设计(Engineer-to-Order),ETO

大规模定制的分类

图1 大规模定制的分类

    1.2 模块化设计理论

    模块化设计的目的是为了提高产品设计效率,缩短产品设计周期,降低生产成本,并使设计经验能够传递和继承,它强调以功能分析为基础,以市场预测为导向,把功能不同或者功能相同而性能不同的模块进行组合和互换,产生多元化的产品以满足客户个性化的需求。

    大规模定制下的模块化设计是参数化的模块化设计,通过对一系列产品进行功能分析并结合其在设计、制造、维护中的特点,划分并构造具有更大适应性的模块和产品平台,通过模块的组合或产品平台的衍生实现产品的快速设计。

    模块化设计通过零部件的拓扑结构标准化及尺寸参数化构建模块化的产品体系。通过模块既可以实现固定的、标准的刚性模块化设计(当参数为固定系列值时),又可以根据个性化的用户需求,通过模块参数化定制实现柔性模块设计(当参数值实时改变时)。

    大规模定制的模块化设计从模块人手,将模块作为产品的基本单元,产品由模块组合而成,模块结构再进一步分为子模块,然后分解为零部件。面向大规模定制的模块化产品结构分为3个层次:产品层、模块层、零部件层,如下图所示。

模块化产品结构示意图

图2 模块化产品结构示意图

    常用的配置设计规则主要有:选择约束、依赖约束、排斥约束、基础属性、可选属性、继承关系等。

    基于规则的配置设计原理是:首先根据客户订单的要求,确定配置设计规则;然后,通过产品族主结构,按照所确定的配置设计规则,在产品族主结构中选择必选模块和附加模块或备选模块共同构成定制产品的产品结构。

    基于实例推理的原理是:将初始设计参数与客户需求参数进行匹配计算,根据计算结果从产品实例库中检索出最符合的产品实例,进行相应的配置变动和设计修改,最终生成满足客户需求的配置产品。

    建立合适的配置设计参数约束规则是提高配置设计知识重用性、知识库的可维护性、搜索效率的前提。

    参数化模型驱动过程的实质是变型参数在整个产品模型中的传递,最终反映到某些零部件的变型上。而零部件的变型包括特征变型、装配关系变型、相同零部件配置数目变化和零部件的选配等。

    实现过程:在产品主结构、主模型、主文档的基础上将变型后的新参数与参考模块的主结构、主模型、主图相结合以后自动生成新产品的主模型、装配图、零部件图、参数报告等,这些新生成的文档与原始模型之间具有很强的相似性,可以看作是原始模型的一种系列化变型。

责任编辑:程玥
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