0 前言

    大批量定制正在成為21世紀主流生產模式，它將批量生產和定制生產兩種完全不同生產方式有機融合在一起，通過產品結構和制造過程的重組將定制產品的生產轉化為批量生產。根據產品復雜性、用戶個性化需求和客戶訂單分離點(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)和按訂單設計(Engineering-to-Order，ETO)4種方式。對于不同的定制方式，可以采用不同的開發設計技術。ATO產品的特點是只需對現有組件進行裝配操作，而不需構造新的組件，因此，由于ATO產品的低成本、短交貨期、個性化產品功能愈來愈受到顧客的肯定，目前越來越多的產品開始實施按訂單裝配的生產方式。實現ATO生產方式的關鍵技術是產品配置設計方法，它是實現客戶個性化產品快速響應定制設計的重要設計手段。因此，分析研究面向ATO產品的配置設計原理與過程對于提高企業以批量生產的低成本、高效益快速滿足客戶需求、設計個性化產品的能力有著重要的現實意義。

    本研究主要探討按訂單裝配型定制產品配置設計過程研究。

1 ATO產品配置設計原理

    ATO生產方式是一種利用已有庫存零部件配置成客戶所需定制產品的生產方式。ATO產品是一個序列，具有標準化、模塊化的設計，組成產品的零部件均是企業根據市場預測提前生產出來的，只有裝配和銷售活動是由客戶訂貨驅動的，如計算機和轎車等。ATO產品的配置設計是在現有產品及產品組件的基礎上根據客戶訂單需要，有針對性地選擇組合產品組件的設計技術，可以將其看作在已知組件、配置知識、產品結構組成的基礎上對符合客戶個性化定制需求的產品進行求解的過程。ATO產品配置設計可以描述為：

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件，除了零部件外，還包括電子元件、計算機程序、文檔等；R(FRequests，Product_comp)—配置知識，表示如何根據客戶的功能需求，在現有的產品結構及零部件組件基礎上得到滿足其個性化產品的規則，它是產品配置時選擇組件的準則，是進行ATO產品配置設計的核心。

    由于ATO產品中組件模塊化程度較高，組件之間關聯性相對其他類型產品簡單。同時，ATO產品的配置組件集是一個完全限定集，集合元素不可變。因此，一般采用基于規則的方法來配置按訂單裝配的產品。基于規則的配置方法的優點在于配置知識的表達直觀、自然，其推理過程與設計人員處理產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品。

    大批量定制環境下ATO產品配置設計原理，如圖1所示。銷售人員在已有產品配置模型基礎上，通過與客戶的交流，將客戶對定制產品的功能需求提取出來，并不斷的將其輸入到PDM支持下的產品配置系統中，然后利用配置規則根據客戶需求選擇組件配置出相應的個性化定制產品。對于一些比較復雜的定制產品，配置系統很難做到全自動工作，這時需要設計人員根據評價指標進行評估和修改獲取想要的產品實例。這里的產品配置模型是指描述了一個可配置的，包括所有標準組件的模塊化產品系統的組成情況，用戶可以根據不同客戶的要求，從中派生出客戶的定制產品實例。對于許多產品配置系統還具有很好的圖像顯示能力，產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品外形，使得客戶對定制產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產品配置設計原理

2 ATO產品配置設計過程

    產品配置設計過程是為了完成確定的設計目標而進行的一系列邏輯相關的設計活動。為了詳細研究ATO產品配置設計過程，本研究提出了將其設計過程分為3個階段和5個域的方法，從而更好的分析研究ATO產品配置設計過程，實現ATO產品定制設計。

    2.1 ATO產品配置設計過程的3個階段

    依據ATO產品配置設計原理，根據設計過程中面向對象的不同，從總體上可以將配置設計過程分解成獲取客戶需求、配置求解和輸出配置結果3個階段。在以PDM為基礎的產品配置系統的支持下ATO產品配置設計的3個階段，如圖2所示。

圖2 ATO產品配置設計過程的3個階段

    (1)獲取客戶需求。銷售人員或市場人員通過對話、電話訪問、學習型營銷和網絡技術了解客戶需求等，然后通過變量條件、有效性原則等，將客戶的技術要求或性能說明等需求轉化為配置系統可識別與可推理的表達方式或參數。

    (2)配置求解。產品配置系統利用系統建立的基于規則的決策系統及推理機制，結合ATO產品配置模型對用戶輸入的定制數據進行運算求解，選擇并確定組件及組件之間的配置關系，并保證產品的合理性。同時對組件在產品中的有效性和對客戶要求的滿足度做出評價。

    (3)輸出配置結果。配置系統根據部門的不同，如設計、制造等對產品信息需求的角度不同，輸出多種類型的BOM供其使用。同時，將配置結果及配置過程存入數據庫以備后用。

    2.2 ATO產品配置設計過程的5個域

    在ATO產品配置設計過程3階段的基礎上，結合公理化設計理論，根據產品配置過程中使用數據的不同，可以將配置設計過程中所有數據信息分成5個域：客戶域(Customerdomain，CD)、功能需求域(FunctionalDomain，FD)、設計參數域(Design ParameterDomain，DP)、物理組件域(Physical ComponentDomain，PD)、評價域(Estimate domain，ED)。這5個域之間在ATO產品配置設計過程中的關系，如圖3所示。

圖3 ATO產品配置設計過程的5個域及其關系

    (1)客戶域(CD)。客戶域是在廣泛調研的基礎上針對細分市場，根據客戶需求和客戶特征對潛在客戶或已有客戶進行分類的客戶信息。它描述的是細分的客戶群，組成元素是某一類特定客戶群。客戶域可以表示成如下形式：CD={CD1，CD2，…，CDi，…，CDn}，其中，CDi為該產品所面向的某一特定客戶群，其中定義了客戶群名稱、編號、特征以及客戶需求等。例如：在計算機配置設計中，設計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、網吧客戶群等。定義客戶域最大的作用在于可以根據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，有針對性的進行配置。同時在對配置結果進行評價時，根據CDi中定義的客戶需求的順序給各個指標賦予相應的權重。

    (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度的集合。它的依據主要來源于兩個方面：市場調查和對已有產品的分析。功能需求域通常是描述一個產品族全部功能的元素集合，它可以表示成為以下形式：FD={FD1，FD2，…，FDi，…，FDn}，其中，FDi描述的是產品的一項獨立的子功能，該功能與其他功能無相關性。例如：計算機的功能需求域中常見的有：價格需求、性能需求(包括運算速度、容量)、重量需求、顏色需求、品牌需求等眾多需求。

    作為產品配置設計的驅動源，定義合理的功能需求是配置設計成功的最基礎的條件。功能需求域是為了準確地獲取客戶需求，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、動態的信息通過以上定義將客戶需求完整的描述出來。

    (3)設計參數域(DP)。設計參數域是在進行產品配置設計過程中描述產品所有屬性的設計參數的集合。與功能需求元素相互獨立不同，設計參數之間往往存在一定關聯性，有時甚至是全相關的。例如：在計算機配置中，主要的設計參數有：CPU運算速度、內存容量、硬盤容量、顏色、顯存容量等。設計參數的取值一般是設計人員選擇組件最重要的依據。設計參數域可以表示成如下形式：DP={DP1，DP2，…，DPi，…，DPn}，其中，DPi為某一設計參數，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之間存在著密切關系，一般是通過定義函數方法得到具體值，即DPi(m_value)=fi{FD1，FD2，…，FDn}，有時往往具體值是非數值形式的。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。它是組成產品結構的最基本的單元，例如機械產品中的零件、軟件中的某個類；②以組合件的形式存在。它是由多個產品元件構成，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、編號沒有其他內容，沒有實際意義，只是為了描述某些組件關系，降低設計復雜性。

    (5)評價域(ED)。評價域是為了評價配置結果的基型而設定的全局性指標集合。它通常由配置產品的成本、采購時間、生產時間、交貨期、性能等指標組成。評價域可采用如下形式表示：ED={ED1，ED2，…，EDi，…，EDn}，依據配置開始時所選擇的客戶域中的客戶群元素來確定各個指標的權數，然后計算平均的評價權數來評價配置產品的客戶需求的滿足度。例如：在計算機產品配置中，評價域表示如下：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束將配置結果的成本相加，取其中成本最低的作為最終結果。

    在給定其他功能需求的情況下，對客戶需求進行了求解，理論上配置結果應該是完全滿足客戶需求的。因此，只需對其他全局性因素做出評價即可，評價過程是通過選定的組件的屬性進行運算得到，如上例中疊加成本。

    銷售人員或設計人員通過與客戶的溝通交流獲得定制產品功能需求之后，由功能需求向物理組件域映射得到客戶定制產品結構組件的關系，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計參數域，然后由設計參數域到物理組件域，從而最終獲得構成滿足客戶個性化需求的定制產品的物理組件。

圖4 產品功能模型到產品結構模型的映射關系

    2.3 ATO產品配置設計的域作用機制

    ATO產品配置通過域及域與域之間的映射實現了配置設計知識表達和數據傳遞，為了保證數據傳遞的暢通性、正確性，必須建立一套機制。下面從整個配置設計流程對域與域之間的相互作用作進一步研究，具體的域作用機制，如圖5所示。

圖5 與配置設計流程相對應的域作用機制

    (1)確定客戶類型。從整個配置設計流程看，客戶域是配置活動的開始。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前客戶與域內客戶群元素的特征匹配情況。如果當前用戶特征與某個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，目標客戶是煉油企業，它的特征與石化行業的特征相符，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)，同時還確定了評價域中各評價指標的權重。這一過程是通過分析目標客戶，根據它的應用特點確定需求類型和關注重點，以便配置設計活動有針對性的展開。

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

    從配置設計過程中數據傳遞的角度，客戶需求開始由數據鏈從外部輸入到內部，并對功能需求進行具體賦值。例如，在計算機配置中，目標客戶對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，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值。

    (3)求解設計參數。確定了功能需求種類以及具體功能參數值，就可以開始對設計參數域進行求解。當客戶需求為非確定性需求時，選擇默認值功能需求值進行賦值求解。這一求解過程將不定方程轉化為定方程，將原有不確定性多個解轉變成單一正確解。此方法雖可提高運算效率，但必然會減少正確解的個數，求得的設計參數也未必是最佳設計參數解。在非完全確定需求的條件下，通過多次循環，未必獲得最佳解，但一定可獲得較優解。

    (4)判斷規則，選擇組件。求解出設計參數之后，對配置規則中的設計參數進行賦值，判斷規則的條件真偽，并執行相應的結論。通過匹配設計參數域與配置規則，進行推理判斷，根據前提選擇結論對物理組件的狀態進行賦值。

    (5)獲取初次配置結果。然后判斷物理組件域中物理組件的狀態來獲取產品配置組成。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正解。后者的情況，產品必須進行再配置，配置過程與前一次類似，唯一的區別是對非確定需求重新賦值(一般取其他默認值)，再次求解。

    (6)循環配置，確定較優解。評價域依據評價指標中的方法將配置結果的屬性、客戶域的權重進行計算，獲得評價指標值。多次賦值、多次求解、多次配置、多次評價，最后比較各個配置結果的評價指標值來獲取較優的配置結果。由于ATO產品功能、組件相對較為確定，通過功能需求的默認賦值求得最優解的可能性非常高；同時，這一方法又可大大簡化配置求解過程，將不定方程轉化為多個定方程來處理，具有一定的實用價值。上述流程可以基本保證域與域之間的數據傳遞的有效性和準確性。尤其是評價域與功能需求域之間的數據反饋，為求得較優解提供了條件。

3 結束語

    產品配置設計是實現大批量定制環境下按訂單裝配產品的核心支撐技術。本研究在給出ATO產品配置設計概念和基本原理的基礎上，提出了將其設計過程分為3個階段和5個域的方法。通過對ATO產品配置設計過程的分析研究，有利于企業更好的掌握其設計規律，增強配置設計過程的規范性和智能性，提高產品設計速度和設計質量，進而增強企業對市場的快速響應能力，實現滿足客戶個性化需求的ATO產品定制設計。

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本文標題：按訂單裝配型定制產品配置設計過程研究

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