0 前言

    大批量定制正在成為21世紀(jì)主流生產(chǎn)模式，它將批量生產(chǎn)和定制生產(chǎn)兩種完全不同生產(chǎn)方式有機(jī)融合在一起，通過產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和制造過程的重組將定制產(chǎn)品的生產(chǎn)轉(zhuǎn)化為批量生產(chǎn)。根據(jù)產(chǎn)品復(fù)雜性、用戶個(gè)性化需求和客戶訂單分離點(diǎn)(CODP)的不同，大批量定制可以分為：按訂單銷售(Sale-to-Order，STO)、按訂單裝配(Assemble-to-Order，ATO)、按訂單制造(Make-to-Order，MTO)和按訂單設(shè)計(jì)(Engineering-to-Order，ETO)4種方式。對(duì)于不同的定制方式，可以采用不同的開發(fā)設(shè)計(jì)技術(shù)。ATO產(chǎn)品的特點(diǎn)是只需對(duì)現(xiàn)有組件進(jìn)行裝配操作，而不需構(gòu)造新的組件，因此，由于ATO產(chǎn)品的低成本、短交貨期、個(gè)性化產(chǎn)品功能愈來愈受到顧客的肯定，目前越來越多的產(chǎn)品開始實(shí)施按訂單裝配的生產(chǎn)方式。實(shí)現(xiàn)ATO生產(chǎn)方式的關(guān)鍵技術(shù)是產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)方法，它是實(shí)現(xiàn)客戶個(gè)性化產(chǎn)品快速響應(yīng)定制設(shè)計(jì)的重要設(shè)計(jì)手段。因此，分析研究面向ATO產(chǎn)品的配置設(shè)計(jì)原理與過程對(duì)于提高企業(yè)以批量生產(chǎn)的低成本、高效益快速滿足客戶需求、設(shè)計(jì)個(gè)性化產(chǎn)品的能力有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

    本研究主要探討按訂單裝配型定制產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)過程研究。

1 ATO產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)原理

    ATO生產(chǎn)方式是一種利用已有庫存零部件配置成客戶所需定制產(chǎn)品的生產(chǎn)方式。ATO產(chǎn)品是一個(gè)序列，具有標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的設(shè)計(jì)，組成產(chǎn)品的零部件均是企業(yè)根據(jù)市場(chǎng)預(yù)測(cè)提前生產(chǎn)出來的，只有裝配和銷售活動(dòng)是由客戶訂貨驅(qū)動(dòng)的，如計(jì)算機(jī)和轎車等。ATO產(chǎn)品的配置設(shè)計(jì)是在現(xiàn)有產(chǎn)品及產(chǎn)品組件的基礎(chǔ)上根據(jù)客戶訂單需要，有針對(duì)性地選擇組合產(chǎn)品組件的設(shè)計(jì)技術(shù)，可以將其看作在已知組件、配置知識(shí)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組成的基礎(chǔ)上對(duì)符合客戶個(gè)性化定制需求的產(chǎn)品進(jìn)行求解的過程。ATO產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)可以描述為：

Define of (Conf_Design_Result)=f(CRequests，R(FRequests，Product_comp)，Comp)(1)

    式中　CRequests—客戶需求；Comp—組件，是指具有一定功能的構(gòu)件，除了零部件外，還包括電子元件、計(jì)算機(jī)程序、文檔等；R(FRequests，Product_comp)—配置知識(shí)，表示如何根據(jù)客戶的功能需求，在現(xiàn)有的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及零部件組件基礎(chǔ)上得到滿足其個(gè)性化產(chǎn)品的規(guī)則，它是產(chǎn)品配置時(shí)選擇組件的準(zhǔn)則，是進(jìn)行ATO產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)的核心。

    由于ATO產(chǎn)品中組件模塊化程度較高，組件之間關(guān)聯(lián)性相對(duì)其他類型產(chǎn)品簡(jiǎn)單。同時(shí)，ATO產(chǎn)品的配置組件集是一個(gè)完全限定集，集合元素不可變。因此，一般采用基于規(guī)則的方法來配置按訂單裝配的產(chǎn)品。基于規(guī)則的配置方法的優(yōu)點(diǎn)在于配置知識(shí)的表達(dá)直觀、自然，其推理過程與設(shè)計(jì)人員處理產(chǎn)品配置問題的思維類似，因此求解過程比較容易，易于通過推理獲得所需定制產(chǎn)品。

    大批量定制環(huán)境下ATO產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)原理，如圖1所示。銷售人員在已有產(chǎn)品配置模型基礎(chǔ)上，通過與客戶的交流，將客戶對(duì)定制產(chǎn)品的功能需求提取出來，并不斷的將其輸入到PDM支持下的產(chǎn)品配置系統(tǒng)中，然后利用配置規(guī)則根據(jù)客戶需求選擇組件配置出相應(yīng)的個(gè)性化定制產(chǎn)品。對(duì)于一些比較復(fù)雜的定制產(chǎn)品，配置系統(tǒng)很難做到全自動(dòng)工作，這時(shí)需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估和修改獲取想要的產(chǎn)品實(shí)例。這里的產(chǎn)品配置模型是指描述了一個(gè)可配置的，包括所有標(biāo)準(zhǔn)組件的模塊化產(chǎn)品系統(tǒng)的組成情況，用戶可以根據(jù)不同客戶的要求，從中派生出客戶的定制產(chǎn)品實(shí)例。對(duì)于許多產(chǎn)品配置系統(tǒng)還具有很好的圖像顯示能力，產(chǎn)品銷售人員可以一邊與客戶交談，一邊向客戶展示所配置的產(chǎn)品外形，使得客戶對(duì)定制產(chǎn)品有更加直觀的了解，可以提出更多的具體意見和建議。

圖1 ATO產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)原理

2 ATO產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)過程

    產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)過程是為了完成確定的設(shè)計(jì)目標(biāo)而進(jìn)行的一系列邏輯相關(guān)的設(shè)計(jì)活動(dòng)。為了詳細(xì)研究ATO產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)過程，本研究提出了將其設(shè)計(jì)過程分為3個(gè)階段和5個(gè)域的方法，從而更好的分析研究ATO產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)過程，實(shí)現(xiàn)ATO產(chǎn)品定制設(shè)計(jì)。

    2.1 ATO產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)過程的3個(gè)階段

    依據(jù)ATO產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)原理，根據(jù)設(shè)計(jì)過程中面向?qū)ο蟮牟煌�，從總體上可以將配置設(shè)計(jì)過程分解成獲取客戶需求、配置求解和輸出配置結(jié)果3個(gè)階段。在以PDM為基礎(chǔ)的產(chǎn)品配置系統(tǒng)的支持下ATO產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)的3個(gè)階段，如圖2所示。

圖2 ATO產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)過程的3個(gè)階段

    (1)獲取客戶需求。銷售人員或市場(chǎng)人員通過對(duì)話、電話訪問、學(xué)習(xí)型營銷和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)了解客戶需求等，然后通過變量條件、有效性原則等，將客戶的技術(shù)要求或性能說明等需求轉(zhuǎn)化為配置系統(tǒng)可識(shí)別與可推理的表達(dá)方式或參數(shù)。

    (2)配置求解。產(chǎn)品配置系統(tǒng)利用系統(tǒng)建立的基于規(guī)則的決策系統(tǒng)及推理機(jī)制，結(jié)合ATO產(chǎn)品配置模型對(duì)用戶輸入的定制數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算求解，選擇并確定組件及組件之間的配置關(guān)系，并保證產(chǎn)品的合理性。同時(shí)對(duì)組件在產(chǎn)品中的有效性和對(duì)客戶要求的滿足度做出評(píng)價(jià)。

    (3)輸出配置結(jié)果。配置系統(tǒng)根據(jù)部門的不同，如設(shè)計(jì)、制造等對(duì)產(chǎn)品信息需求的角度不同，輸出多種類型的BOM供其使用。同時(shí)，將配置結(jié)果及配置過程存入數(shù)據(jù)庫以備后用。

    2.2 ATO產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)過程的5個(gè)域

    在ATO產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)過程3階段的基礎(chǔ)上，結(jié)合公理化設(shè)計(jì)理論，根據(jù)產(chǎn)品配置過程中使用數(shù)據(jù)的不同，可以將配置設(shè)計(jì)過程中所有數(shù)據(jù)信息分成5個(gè)域：客戶域(Customerdomain，CD)、功能需求域(FunctionalDomain，F(xiàn)D)、設(shè)計(jì)參數(shù)域(Design ParameterDomain，DP)、物理組件域(Physical ComponentDomain，PD)、評(píng)價(jià)域(Estimate domain，ED)。這5個(gè)域之間在ATO產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)過程中的關(guān)系，如圖3所示。

圖3 ATO產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)過程的5個(gè)域及其關(guān)系

    (1)客戶域(CD)。客戶域是在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上針對(duì)細(xì)分市場(chǎng)，根據(jù)客戶需求和客戶特征對(duì)潛在客戶或已有客戶進(jìn)行分類的客戶信息。它描述的是細(xì)分的客戶群，組成元素是某一類特定客戶群�？蛻粲蚩梢员硎境扇缦滦问剑篊D={CD1，CD2，…，CDi，…，CDn}，其中，CDi為該產(chǎn)品所面向的某一特定客戶群，其中定義了客戶群名稱、編號(hào)、特征以及客戶需求等。例如：在計(jì)算機(jī)配置設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員將客戶群大致分成以下幾類：商用客戶群、家庭娛樂客戶群、網(wǎng)吧客戶群等。定義客戶域最大的作用在于可以根據(jù)客戶需求來選擇需要定制的功能，并快速地尋找所需要的配置模型，有針對(duì)性的進(jìn)行配置。同時(shí)在對(duì)配置結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，根據(jù)CDi中定義的客戶需求的順序給各個(gè)指標(biāo)賦予相應(yīng)的權(quán)重。

    (2)功能需求域(FD)。功能需求域是描述客戶或銷售人員需要何種功能以及需要的功能強(qiáng)度的集合。它的依據(jù)主要來源于兩個(gè)方面：市場(chǎng)調(diào)查和對(duì)已有產(chǎn)品的分析。功能需求域通常是描述一個(gè)產(chǎn)品族全部功能的元素集合，它可以表示成為以下形式：FD={FD1，F(xiàn)D2，…，F(xiàn)Di，…，F(xiàn)Dn}，其中，F(xiàn)Di描述的是產(chǎn)品的一項(xiàng)獨(dú)立的子功能，該功能與其他功能無相關(guān)性。例如：計(jì)算機(jī)的功能需求域中常見的有：價(jià)格需求、性能需求(包括運(yùn)算速度、容量)、重量需求、顏色需求、品牌需求等眾多需求。

    作為產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)源，定義合理的功能需求是配置設(shè)計(jì)成功的最基礎(chǔ)的條件。功能需求域是為了準(zhǔn)確地獲取客戶需求，并將客戶需求通過某種確定性的方式準(zhǔn)確地描述出來而建立的。在配置過程中，將模糊性的、多層次的、動(dòng)態(tài)的信息通過以上定義將客戶需求完整的描述出來。

    (3)設(shè)計(jì)參數(shù)域(DP)。設(shè)計(jì)參數(shù)域是在進(jìn)行產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)過程中描述產(chǎn)品所有屬性的設(shè)計(jì)參數(shù)的集合。與功能需求元素相互獨(dú)立不同，設(shè)計(jì)參數(shù)之間往往存在一定關(guān)聯(lián)性，有時(shí)甚至是全相關(guān)的。例如：在計(jì)算機(jī)配置中，主要的設(shè)計(jì)參數(shù)有：CPU運(yùn)算速度、內(nèi)存容量、硬盤容量、顏色、顯存容量等。設(shè)計(jì)參數(shù)的取值一般是設(shè)計(jì)人員選擇組件最重要的依據(jù)。設(shè)計(jì)參數(shù)域可以表示成如下形式：DP={DP1，DP2，…，DPi，…，DPn}，其中，DPi為某一設(shè)計(jì)參數(shù)，可采用如下形式定義：

Define of(DPi)={m_name，m_id，m_units，m_range，m_value}

    其中，m_value與功能需求域FD之間存在著密切關(guān)系，一般是通過定義函數(shù)方法得到具體值，即DPi(m_value)=fi{FD1，F(xiàn)D2，…，F(xiàn)Dn}，有時(shí)往往具體值是非數(shù)值形式的。配置之前該值為NULL。

    (4)物理組件域(PD)。物理組件域是定義配置模型中物理組件的集合。物理組件域是產(chǎn)品族最廣泛的組件集合，具有明確的指向性。物理組件域可表示成如下形式：PD={PD1，PD2，…，PDi…，PDn}，其中PDi為某一組件的定義，本研究中物理組件元素通常以3種形式存在：①以元件的形式存在。它是組成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的最基本的單元，例如機(jī)械產(chǎn)品中的零件、軟件中的某個(gè)類；②以組合件的形式存在。它是由多個(gè)產(chǎn)品元件構(gòu)成，具有某一特定功能的組件，例如汽車上的變速器、軟件中的類庫；③虛擬組件。它除了名稱、編號(hào)沒有其他內(nèi)容，沒有實(shí)際意義，只是為了描述某些組件關(guān)系，降低設(shè)計(jì)復(fù)雜性。

    (5)評(píng)價(jià)域(ED)。評(píng)價(jià)域是為了評(píng)價(jià)配置結(jié)果的基型而設(shè)定的全局性指標(biāo)集合。它通常由配置產(chǎn)品的成本、采購時(shí)間、生產(chǎn)時(shí)間、交貨期、性能等指標(biāo)組成。評(píng)價(jià)域可采用如下形式表示：ED={ED1，ED2，…，EDi，…，EDn}，依據(jù)配置開始時(shí)所選擇的客戶域中的客戶群元素來確定各個(gè)指標(biāo)的權(quán)數(shù)，然后計(jì)算平均的評(píng)價(jià)權(quán)數(shù)來評(píng)價(jià)配置產(chǎn)品的客戶需求的滿足度。例如：在計(jì)算機(jī)產(chǎn)品配置中，評(píng)價(jià)域表示如下：ED={Cost，Time_to_Market}，其中，Cost={Cost_evaluate，ed001，Min，*.costadded up，units=RMB}。該定義表示每次配置結(jié)束將配置結(jié)果的成本相加，取其中成本最低的作為最終結(jié)果。

    在給定其他功能需求的情況下，對(duì)客戶需求進(jìn)行了求解，理論上配置結(jié)果應(yīng)該是完全滿足客戶需求的。因此，只需對(duì)其他全局性因素做出評(píng)價(jià)即可，評(píng)價(jià)過程是通過選定的組件的屬性進(jìn)行運(yùn)算得到，如上例中疊加成本。

    銷售人員或設(shè)計(jì)人員通過與客戶的溝通交流獲得定制產(chǎn)品功能需求之后，由功能需求向物理組件域映射得到客戶定制產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組件的關(guān)系，如圖4所示。從圖中可以看出，從功能需求域到物理組件域是采用間接映射的方式，即先從功能需求域到設(shè)計(jì)參數(shù)域，然后由設(shè)計(jì)參數(shù)域到物理組件域，從而最終獲得構(gòu)成滿足客戶個(gè)性化需求的定制產(chǎn)品的物理組件。

圖4 產(chǎn)品功能模型到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型的映射關(guān)系

    2.3 ATO產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)的域作用機(jī)制

    ATO產(chǎn)品配置通過域及域與域之間的映射實(shí)現(xiàn)了配置設(shè)計(jì)知識(shí)表達(dá)和數(shù)據(jù)傳遞，為了保證數(shù)據(jù)傳遞的暢通性、正確性，必須建立一套機(jī)制。下面從整個(gè)配置設(shè)計(jì)流程對(duì)域與域之間的相互作用作進(jìn)一步研究，具體的域作用機(jī)制，如圖5所示。

圖5 與配置設(shè)計(jì)流程相對(duì)應(yīng)的域作用機(jī)制

    (1)確定客戶類型。從整個(gè)配置設(shè)計(jì)流程看，客戶域是配置活動(dòng)的開始。首先確定客戶域中客戶群元素。選擇何種客戶群元素取決于當(dāng)前客戶與域內(nèi)客戶群元素的特征匹配情況。如果當(dāng)前用戶特征與某個(gè)客戶群元素的特征相符，那么客戶確定為該客戶群元素。例如在儀表配置過程中，目標(biāo)客戶是煉油企業(yè)，它的特征與石化行業(yè)的特征相符，該客戶就被確定成石化客戶群元素。

    一旦確定了客戶群元素，通過映射就確定了功能需求域中功能需求類型(確定何種需求)，同時(shí)還確定了評(píng)價(jià)域中各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。這一過程是通過分析目標(biāo)客戶，根據(jù)它的應(yīng)用特點(diǎn)確定需求類型和關(guān)注重點(diǎn)，以便配置設(shè)計(jì)活動(dòng)有針對(duì)性的展開。

    (2)確定客戶需求。確定了客戶需求的類型后，接下來確定客戶對(duì)產(chǎn)品功能具體要求(確定需要何種程度需求)。通常工作人員可以通過市場(chǎng)調(diào)研、直接拜訪等方式獲取客戶對(duì)產(chǎn)品的功能需求(如多大功率、多大的外形等)。

    從配置設(shè)計(jì)過程中數(shù)據(jù)傳遞的角度，客戶需求開始由數(shù)據(jù)鏈從外部輸入到內(nèi)部，并對(duì)功能需求進(jìn)行具體賦值。例如，在計(jì)算機(jī)配置中，目標(biāo)客戶對(duì)鍵盤顏色提出具體要求。這里需要注意的是：在不能獲取全部客戶需求時(shí)，比如在營銷階段，常得到非完全確定性客戶需求，可取功能需求元素的默認(rèn)值。

    (3)求解設(shè)計(jì)參數(shù)。確定了功能需求種類以及具體功能參數(shù)值，就可以開始對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)域進(jìn)行求解。當(dāng)客戶需求為非確定性需求時(shí)，選擇默認(rèn)值功能需求值進(jìn)行賦值求解。這一求解過程將不定方程轉(zhuǎn)化為定方程，將原有不確定性多個(gè)解轉(zhuǎn)變成單一正確解。此方法雖可提高運(yùn)算效率，但必然會(huì)減少正確解的個(gè)數(shù)，求得的設(shè)計(jì)參數(shù)也未必是最佳設(shè)計(jì)參數(shù)解。在非完全確定需求的條件下，通過多次循環(huán)，未必獲得最佳解，但一定可獲得較優(yōu)解。

    (4)判斷規(guī)則，選擇組件。求解出設(shè)計(jì)參數(shù)之后，對(duì)配置規(guī)則中的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行賦值，判斷規(guī)則的條件真?zhèn)�，并�?zhí)行相應(yīng)的結(jié)論。通過匹配設(shè)計(jì)參數(shù)域與配置規(guī)則，進(jìn)行推理判斷，根據(jù)前提選擇結(jié)論對(duì)物理組件的狀態(tài)進(jìn)行賦值。

    (5)獲取初次配置結(jié)果。然后判斷物理組件域中物理組件的狀態(tài)來獲取產(chǎn)品配置組成。如果客戶需求是全確定的，這一配置組成是唯一解；更多的情況是客戶需求非完全確定，那這一配置解是其中一個(gè)正解。后者的情況，產(chǎn)品必須進(jìn)行再配置，配置過程與前一次類似，唯一的區(qū)別是對(duì)非確定需求重新賦值(一般取其他默認(rèn)值)，再次求解。

    (6)循環(huán)配置，確定較優(yōu)解。評(píng)價(jià)域依據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)中的方法將配置結(jié)果的屬性、客戶域的權(quán)重進(jìn)行計(jì)算，獲得評(píng)價(jià)指標(biāo)值。多次賦值、多次求解、多次配置、多次評(píng)價(jià)，最后比較各個(gè)配置結(jié)果的評(píng)價(jià)指標(biāo)值來獲取較優(yōu)的配置結(jié)果。由于ATO產(chǎn)品功能、組件相對(duì)較為確定，通過功能需求的默認(rèn)賦值求得最優(yōu)解的可能性非常高；同時(shí)，這一方法又可大大簡(jiǎn)化配置求解過程，將不定方程轉(zhuǎn)化為多個(gè)定方程來處理，具有一定的實(shí)用價(jià)值。上述流程可以基本保證域與域之間的數(shù)據(jù)傳遞的有效性和準(zhǔn)確性。尤其是評(píng)價(jià)域與功能需求域之間的數(shù)據(jù)反饋，為求得較優(yōu)解提供了條件。

3 結(jié)束語

    產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)大批量定制環(huán)境下按訂單裝配產(chǎn)品的核心支撐技術(shù)。本研究在給出ATO產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)概念和基本原理的基礎(chǔ)上，提出了將其設(shè)計(jì)過程分為3個(gè)階段和5個(gè)域的方法。通過對(duì)ATO產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)過程的分析研究，有利于企業(yè)更好的掌握其設(shè)計(jì)規(guī)律，增強(qiáng)配置設(shè)計(jì)過程的規(guī)范性和智能性，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)速度和設(shè)計(jì)質(zhì)量，進(jìn)而增強(qiáng)企業(yè)對(duì)市場(chǎng)的快速響應(yīng)能力，實(shí)現(xiàn)滿足客戶個(gè)性化需求的ATO產(chǎn)品定制設(shè)計(jì)。

核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。

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本文標(biāo)題：按訂單裝配型定制產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)過程研究

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