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面向大批量定制的客戶需求分析技術論文
論文關鍵詞：大批量定制，需求分析，產品基因工程，產品逆向工程
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論文摘要：介紹了當前大批量定制的特點與發(fā)展方向實施策略核心技術，分析了在技術驅動的大批量定制生產模式的環(huán)境下，結合產品基因工程與產品逆向工程，進行開發(fā)客戶需求獲取與分析技術的關鍵內容，并提出解決方案，建立了有效的產品族模型，并開發(fā)了一個系統(tǒng)原形，為以后的研究工作打下了一個良好的基礎。
在目前眾多針對大批量定制生產模式(MC)的研究中，絕大多數(shù)的研究均局限于客戶驅動的MC模式(一言需求驅動)，例如在針對產品配置模型的研究中，認為“大批量定制是客戶驅動的、以滿足客戶需求為定制條件的生產模式，客戶要求是MC中產品配置設計的最初來源”。這些的研究過于強調客戶的重要性，將客戶需求滲透人產品生命周期的各個階段中，甚至提出客戶參與設計的概念。而筆者認為，客戶驅動的MC模式僅僅是一種較為低級的，過渡性質的MC;其更高級的階段，則是以先進技術為驅動力的，可稱之為技術驅動型的大批量定制汀echnology driven Mass Customization )。目前TDMC已經(jīng)出現(xiàn)了成功的例子，例如戴爾公司與摩托羅拉公司。從客戶的角度看來，要生成滿足需求的產品是如此容易，以至于只需在其定制網(wǎng)站上進行簡單的選取即可生成令人滿意的產品，并且在選取完成之后馬上可以下達訂單。究其內在原因，則是在先進技術的支持和驅動下形成其完善的產品族。因此，技術驅動模式將是大批量定制的發(fā)展方向。但是客戶需求是產品存在的先決條件，在任何MC模式中都占據(jù)著極其重要的地位，沒有需求就沒有產品，本文將探討客戶需求在丁DMC的模式下，尤其是在產品的概念設計中，起到了怎樣的作用。首先介紹需求分析技術所在的理論框架:產品基因工程。其次在產品基因工程平臺上，介紹了對于需求分析極其重要的相關理論:產品逆向工程。然后在這個環(huán)境中建立需求模型和技術體系并加以分析，最后介紹一個系統(tǒng)原形。
1產品基因工程與產品逆向工程
1.1產品基因工程(Product Genetic Engineering)
近幾十年在機械產品設計領域中，產生了大量的設計理論與設計方法，如公理化設計JRIZ設計理論等，并支持設計者進行研究和實踐。然而，仍然缺乏有效的設計理論和可操作方法以支持真正自頂向下的、自動化產品設計。在經(jīng)過進化設計和變參設計、基因算法和基因編程、產品信息基因的各發(fā)展階段之后，基于產品快速增長和新物種產生的機制，產品基因工程(Product Genetic Engineering)的概念應運而生，并且相對于有機的產品/人工設計，引人了細胞分裂生長的機制。
1,1,1產品基因
產品基因的概念是仿照生物體而提出的，與生物基因類比，產品基因是產品的構成藍圖，是決定產品功能與結構的最小功能單元。并且具有與生物基因類似的性質:遺傳性、自組織性和自適應性。產品基因有三種:功能基因((Function Genes, FGs)、控制基因(Control Genes, CGs)和結構基因(Structural Genes, SGs)。產品基因為產品全部信息的集成，貫穿于產品的整個生命周期之中，在產品的需求、設計、制造、裝配和使用、維護、直至報廢的整個生命周期中的不同階段表現(xiàn)為不同的信息。詳細分類包括需求基因、設計基因、制造基因、裝配基因、商品基因、使用及維護基因和回收基因等等。總之，產品基因是一個完備的信息系統(tǒng)，不僅包括產品的結構、功能、制造、銷售等產品生命周期各階段的相關數(shù)據(jù)，還包含對產品生長各階段進行控制的信息(全自動或半自動)，兩部分共同來完成產品的生長過程。
1.1.2產品全生命周期基因工程系統(tǒng)框架
生物基因工程能夠將基因從生物體內提取出來，在體外進行改造，再將重組基因導人到受體細胞中，以進行表達。生物系統(tǒng)的生長、進化與產品設計存在著相似性，將生物的有關遺傳規(guī)律與產品設計理論有機地聯(lián)系起來，對于機械產品來說，可以借鑒生物基因工程原理，提取產品的基因，并加以改造，重組出新的產品基因，并使其自動生長，生成新的機械產品，用于支持產品的創(chuàng)新設計。產品基因工程就是基因工程在機械領域的應用，它是提取現(xiàn)有產品基因、建立產品基因庫、根據(jù)用戶需求按照一定的法則進行基因重組、重組基因評價、在特定環(huán)境下進行基因表達和最終對新生成產品評價的過程，主要用于設計新產品以支持產品的創(chuàng)新設計。圖1為產品全生命周期基因工程系統(tǒng)框架。
1.1.3產品基因工程與大批量定制
根據(jù)客戶需求對企業(yè)生產活動影響程度的不同，即客戶訂單分離點在企業(yè)生產過程中位置的不同，可以將不同的大批量定制的生產方式方式分成按訂單銷售(Sale to order, STO)、按訂單裝配(Assemble to order, ATO)、按訂單制造(Make to order, MTO)、按訂單設計(Engineer to order, ETO)和按訂單研制(Research to order, RTO)五種類型。大批量定制的技術核心是產品及零部件的標準化和模塊化，而產品基因本身就代表著標準功能表面、標準模式、標準零部件和標準產品，因此我們可以基于Top-Down的風格將產品基因分為五個層次，分別是產品基因、模塊基因、零件基因、模式基因和功能表面基因，利用產品基因工程方法，同樣基于Top-Down的順序將它們應用于產品的生長型設計之中，并且分別建立五個層次的基因庫，分別與STO,ATO,MTO,ETO和RTO相對應，以支持不同定制深度的產品大規(guī)模定制設計。由此可知，產品基因工程正是實現(xiàn)大批量定制的良好解決方案。
1.2產品逆向工程(Product Reverse Engineering)
1.2.1產品逆向工程的產生與概念
反求技術在引進國外的先進產品、技術、生產線的消化和吸收中發(fā)揮了積極的作用，但卻無法真正突破技術壁壘，打破經(jīng)驗的局限性，因為簡單的模仿無法了解到最初的產品設計思想。
我們把產品逆向工程定義為:在產品基因工程理論指導下根據(jù)現(xiàn)有產品及其相關信息重新構造產品基因的創(chuàng)造性工程。其本質上就是還原出產品可行的設計過程，最大程度上吸收原有產品的設計思想及其關鍵技術，從而支持產品的創(chuàng)新設計、提高我們自主設計的能力。
產品逆向工程，將一個成熟產品輸人值系統(tǒng)進行分析，分解至功能表面的層面上，然后進行重構，并在重構的過程中對其進行優(yōu)化，包括模塊化和標準化，使之在更深層面和更細粒度上符合大批量定制的生產要求。而在重構過程中，優(yōu)化進行的依據(jù)則需要客戶需求的獲取分析結果作為參考。所以，只有準確把握市場動態(tài)和客戶需求變動的前提下，產品的模塊化才能在正確的方向上進行，才能真正使產品具有生命力和競爭力。
1.2.2產品逆向工程系統(tǒng)框架
如圖2所示，首先，建立數(shù)字化三維產品庫，包括整機、部件、零件等，對于其他CAD系統(tǒng)則通過S下EP中性文件轉化方法集成;然后，建立產品概念結構模型;最后，通過機電產品基因獲取模塊，建立分層次基因庫，包括產品族、整機、部件、零件、模式、功能表面等。其中的關鍵技術包括面向產品概念結構的快速三維造型、與現(xiàn)有CAD系統(tǒng)計稱技術(S下EP文件讀取、翻譯、轉化等)、逆向設計過程重建與產品基因獲取等。
1.2.3產品逆向工程與產品基因庫
建立結構合理，標準化和模塊化的產品基因庫，有利于生成具有良好結構的產品族模型，也是實現(xiàn)技術驅動型大批量定制的先決條件。產品逆向工程的結果，恰恰就是一個數(shù)字化、分層次的產品基因庫，因此，我們可以利用產品逆向工程順利實現(xiàn)技術驅動的大批量定制模式。
由以上分析可知:產品基因工程是大批量定制(Mass customization )得以實現(xiàn)的環(huán)境與條件;產品逆向工程，是技術驅動(technology-driven)的保證與實現(xiàn)手段。PRE與PGE從兩個方面共同支持下DMC，從而為下DMC的發(fā)展提供了一條可行的道路。
2 PGE框架中的用戶需求分析
當對產品概念模型的分解過程進行到完成功能表面的創(chuàng)建階段時，就要依靠設計要求，選擇合理的功能模式進行重構，基于產品基囚庫選取相應基囚，組合稱為符合客戶需求的產品族模型，所以其中的設計需求與產品基因庫均需要客戶需求與分析系統(tǒng)的支持和參與才能建立和完成。
在PG E框架中的用戶需求獲取與分析的過程，也即客戶需求基因(Customer Request Genes,CRGs)的獲取、建立和應用的過程。產品基因是一個復雜龐大的信息集成，產品所有特征應當包含在產品基因系統(tǒng)中，這樣才能在控制基因的影響下，逐步生成產品實體。而需求基因則可以說成是產品基因的“基因”，它是產品生命周期的源頭，因此，類似于客戶需求對于產品概念設計的重要性來講，需求基因在整個產品生命周期的范圍內，同樣起著至關重要的決定性作用與影響。
2.1需求基因模型
2.1.1需求基因的定義與獲取
產品生命周期最初是從市場對產品功能的需求開始的，通過對需求功能的整理、分析，得到對需求功能系統(tǒng)的認識，全面獲得產品的功能要求，即客戶對產品的需求，并按其重要性的程度制定出度量指標。我們把這些帶權重的產品功能要求的信息集合，稱為需求基因。
客戶需求有多種來源:包括銷售數(shù)據(jù)、問卷調查、網(wǎng)上信息的搜集、訪問信息、用戶反饋、市場調研，還包括競爭對手信息獲取以及對新生科研成果等多方面的來源，每一種來源均有可能成為創(chuàng)新產品產生和發(fā)展的原動力。
客戶需求獲取技術:由于客戶需求的模糊性、不確定性和不完整性等等特點，目前國內外學者對于客戶需求的獲取技術進行了大量的研究。其中包括利用網(wǎng)絡環(huán)境的基于Web源的客戶需求獲取技術、基于數(shù)據(jù)挖掘的需求獲取分析技術、基于Web的客戶交流平臺等許多技術。我們可以在PGE框架中應用這些優(yōu)秀有效的思想方法與技術來實現(xiàn)客戶需求的獲取。
2.1.2需求基因的表達與應用
需求基因可表達為如下函數(shù):
其中，Ψk(x)為第k階基函數(shù)，ωk為相應權重，Ι為函數(shù)集的空間。
需求基因(CRGs)與功能基因(Functional Genes , FGs)功能基因來源于功能需求，是市場需求的功能基元。FGs對應于各種類型的功能表面，經(jīng)“轉錄”成為產品功能原型。通常地，我們通過對市場需求的分析整理，分解重構出一個個需求子功能，需求子功能對應著FGs,FGs可轉錄為具體功能表面，需求總功能對應著功能表面間的聯(lián)系，它們相互作用，形成產品原型。由此我們可以看出，產品的功能基因來源于用戶的需求功能，是以產品原型為載體，從產品原型中抽象、提取出的本質含義，雖然抽象但極具概括性。因此，在此基礎上，設計產品的執(zhí)行功能元件，使得各個元件隨意組合，形成功能相同而形態(tài)各異的實際產品，因此功能基因可“轉錄”為單位作用面及其組合關系。
可以類比目前客戶需求到產品工程特性的映射研究現(xiàn)狀:客戶需求到產品工程特性的映射普遍采用QFD分析法，HoQ質量屋和層次分析法得到。由產品工程特性到產品的零部件以及產品的結構之間的映射，并未得到良好的解決方案，逆向工程在對這個問題的探求土取得了一定成果。分解重構理論在深人研究產品結構的基礎上，提出了“功能表面”的概念，將產品的功能和結構結合在一起，進行綜合考慮，是一種創(chuàng)新性的理論，對于開發(fā)新產品具有深遠的意義�？蛻粜枨蟮姆治黾夹g就是建立在分解重構理論和生長型設計理論的基礎上進行開發(fā)研究的。
2.2產品基因工程框架中的產品族模型及應用
2.2.1產品族模型
我們建立了獨具特色的設計自動化系統(tǒng)原型DARFAD系統(tǒng)。DARFAD系統(tǒng)提供了產品設計從無到有、零件從少到多、表面從初級到高級、結構從簡單到復雜的進化模式及相應的設計工具。在一定轉換機制的作用下，產品族模型將經(jīng)歷由需求分析而產生的功能模型、概念結構模型和實體模型的各個階段，最終生成產品實體族及實體產品，同時可對產品族模型進行相應的運動學動力學分析和可制造性分析，如圖3所示。
2.2.2關于產品基因與“環(huán)境”的討論
產品族模型源于產品基因，由基因組成的產品族模型本身就是可定制化的，提供了廣泛的可選擇的參數(shù)，可稱之為“環(huán)境”，也可映射到真正產品生長的環(huán)境所具有的特征，在這些特征的影響之下，產品基因得以生長為不同的，符合用戶要求的產品實體，反過來講，缺乏了具備了各種特征的“環(huán)境”，產品基因將無法生長。
環(huán)境特征分析，環(huán)境特征為外在的決定條件，不僅決定了產品基因將生長為具體哪一種產品，更能決定產品基因能否能夠成功地成長為產品實體，因此可以得出如下結論:環(huán)境特征通過產品基因映射到產品實體的功能特征公式:
其中F1為客戶需求映射函數(shù)，F(xiàn)2為環(huán)境特征映射函數(shù)，PF為生成的產品族模型。
分析公式應達到的三個目標:①環(huán)境特征的有效提取、資源的充分利用;②映射過程中有效降低成本和節(jié)省時間;③質量、性能優(yōu)良的產品實體。
圖4為產品基因生長為產品實體的流程:
3基于Web的用戶需求獲取與分析系統(tǒng)
基于前面的綜合分析，給出一套在產品基因工程平臺上基于Web的用戶需求獲取與分析系統(tǒng)框架。圖5為產品基因工程平臺的框架示意。
在具體實現(xiàn)方面，我們可以借用面向對象的思想，將產品基因中標準化的單元固定存儲在數(shù)據(jù)庫中，而轉化為方程則成為面向對象思想中的類成員函數(shù)，通過借助這種強大的輔助工具將實現(xiàn)過程的封裝，對于操作者而言，客戶對于產品的需求即可分解為針對系統(tǒng)的特定參數(shù)的值，而系統(tǒng)的輸出結果正式此定制產品的基因。系統(tǒng)分為幾大模塊:
(1)客戶需求獲取模塊
功能:將多種渠道獲取的客戶信息，轉換為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)形式，并進行存儲。
(2)客戶需求分析模塊
功能:對數(shù)據(jù)進行分析，對照現(xiàn)有的零件庫，提出改進意見，交與設計人員或其他模塊來完成。
(3)系統(tǒng)基礎模塊
功能:負責提取產品零件庫的信息，為其他模塊提供運行基礎，例如界面控制、權限/角色控制、功能分配及數(shù)據(jù)維護等等。
由于產品開發(fā)的靈活性要保證，這就要求了更加靈活的開發(fā)系統(tǒng)和分析系統(tǒng)。所以，系統(tǒng)開發(fā)有統(tǒng)一的接口，但是具有實現(xiàn)形式，可以進行系統(tǒng)的擴展。例如客戶需求獲取接口，多樣化的形式經(jīng)過接口形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)，存儲在數(shù)據(jù)庫中。
論文關鍵詞：大批量定制，需求分析，產品基因工程，產品逆向工程
論文摘要：介紹了當前大批量定制的特點與發(fā)展方向實施策略核心技術，分析了在技術驅動的大批量定制生產模式的環(huán)境下，結合產品基因工程與產品逆向工程，進行開發(fā)客戶需求獲取與分析技術的關鍵內容，并提出解決方案，建立了有效的產品族模型，并開發(fā)了一個系統(tǒng)原形，為以后的研究工作打下了一個良好的基礎。
在目前眾多針對大批量定制生產模式(MC)的研究中，絕大多數(shù)的研究均局限于客戶驅動的MC模式(一言需求驅動)，例如在針對產品配置模型的研究中，認為“大批量定制是客戶驅動的、以滿足客戶需求為定制條件的生產模式，客戶要求是MC中產品配置設計的最初來源”。這些的研究過于強調客戶的重要性，將客戶需求滲透人產品生命周期的各個階段中，甚至提出客戶參與設計的概念。而筆者認為，客戶驅動的MC模式僅僅是一種較為低級的，過渡性質的MC;其更高級的階段，則是以先進技術為驅動力的，可稱之為技術驅動型的大批量定制汀echnology driven Mass Customization )。目前TDMC已經(jīng)出現(xiàn)了成功的例子，例如戴爾公司與摩托羅拉公司。從客戶的角度看來，要生成滿足需求的產品是如此容易，以至于只需在其定制網(wǎng)站上進行簡單的選取即可生成令人滿意的產品，并且在選取完成之后馬上可以下達訂單。究其內在原因，則是在先進技術的支持和驅動下形成其完善的產品族。因此，技術驅動模式將是大批量定制的發(fā)展方向。但是客戶需求是產品存在的先決條件，在任何MC模式中都占據(jù)著極其重要的地位，沒有需求就沒有產品，本文將探討客戶需求在丁DMC的模式下，尤其是在產品的概念設計中，起到了怎樣的作用。首先介紹需求分析技術所在的理論框架:產品基因工程。其次在產品基因工程平臺上，介紹了對于需求分析極其重要的相關理論:產品逆向工程。然后在這個環(huán)境中建立需求模型和技術體系并加以分析，最后介紹一個系統(tǒng)原形。
1產品基因工程與產品逆向工程
1.1產品基因工程(Product Genetic Engineering)
近幾十年在機械產品設計領域中，產生了大量的設計理論與設計方法，如公理化設計JRIZ設計理論等，并支持設計者進行研究和實踐。然而，仍然缺乏有效的設計理論和可操作方法以支持真正自頂向下的、自動化產品設計。在經(jīng)過進化設計和變參設計、基因算法和基因編程、產品信息基因的各發(fā)展階段之后，基于產品快速增長和新物種產生的機制，產品基因工程(Product Genetic Engineering)的概念應運而生，并且相對于有機的產品/人工設計，引人了細胞分裂生長的機制。
1,1,1產品基因
產品基因的概念是仿照生物體而提出的，與生物基因類比，產品基因是產品的構成藍圖，是決定產品功能與結構的最小功能單元。并且具有與生物基因類似的性質:遺傳性、自組織性和自適應性。產品基因有三種:功能基因((Function Genes, FGs)、控制基因(Control Genes, CGs)和結構基因(Structural Genes, SGs)。產品基因為產品全部信息的集成，貫穿于產品的整個生命周期之中，在產品的需求、設計、制造、裝配和使用、維護、直至報廢的整個生命周期中的不同階段表現(xiàn)為不同的信息。詳細分類包括需求基因、設計基因、制造基因、裝配基因、商品基因、使用及維護基因和回收基因等等。總之，產品基因是一個完備的信息系統(tǒng)，不僅包括產品的結構、功能、制造、銷售等產品生命周期各階段的相關數(shù)據(jù)，還包含對產品生長各階段進行控制的信息(全自動或半自動)，兩部分共同來完成產品的生長過程。
1.1.2產品全生命周期基因工程系統(tǒng)框架
生物基因工程能夠將基因從生物體內提取出來，在體外進行改造，再將重組基因導人到受體細胞中，以進行表達。生物系統(tǒng)的生長、進化與產品設計存在著相似性，將生物的有關遺傳規(guī)律與產品設計理論有機地聯(lián)系起來，對于機械產品來說，可以借鑒生物基因工程原理，提取產品的基因，并加以改造，重組出新的產品基因，并使其自動生長，生成新的機械產品，用于支持產品的創(chuàng)新設計。產品基因工程就是基因工程在機械領域的應用，它是提取現(xiàn)有產品基因、建立產品基因庫、根據(jù)用戶需求按照一定的法則進行基因重組、重組基因評價、在特定環(huán)境下進行基因表達和最終對新生成產品評價的過程，主要用于設計新產品以支持產品的創(chuàng)新設計。圖1為產品全生命周期基因工程系統(tǒng)框架。
1.1.3產品基因工程與大批量定制
根據(jù)客戶需求對企業(yè)生產活動影響程度的不同，即客戶訂單分離點在企業(yè)生產過程中位置的不同，可以將不同的大批量定制的生產方式方式分成按訂單銷售(Sale to order, STO)、按訂單裝配(Assemble to order, ATO)、按訂單制造(Make to order, MTO)、按訂單設計(Engineer to order, ETO)和按訂單研制(Research to order, RTO)五種類型。大批量定制的技術核心是產品及零部件的標準化和模塊化，而產品基因本身就代表著標準功能表面、標準模式、標準零部件和標準產品，因此我們可以基于Top-Down的風格將產品基因分為五個層次，分別是產品基因、模塊基因、零件基因、模式基因和功能表面基因，利用產品基因工程方法，同樣基于Top-Down的順序將它們應用于產品的生長型設計之中，并且分別建立五個層次的基因庫，分別與STO,ATO,MTO,ETO和RTO相對應，以支持不同定制深度的產品大規(guī)模定制設計。由此可知，產品基因工程正是實現(xiàn)大批量定制的良好解決方案。
1.2產品逆向工程(Product Reverse Engineering)
1.2.1產品逆向工程的產生與概念
反求技術在引進國外的先進產品、技術、生產線的消化和吸收中發(fā)揮了積極的作用，但卻無法真正突破技術壁壘，打破經(jīng)驗的局限性，因為簡單的模仿無法了解到最初的產品設計思想。
我們把產品逆向工程定義為:在產品基因工程理論指導下根據(jù)現(xiàn)有產品及其相關信息重新構造產品基因的創(chuàng)造性工程。其本質上就是還原出產品可行的設計過程，最大程度上吸收原有產品的設計思想及其關鍵技術，從而支持產品的創(chuàng)新設計、提高我們自主設計的能力。
產品逆向工程，將一個成熟產品輸人值系統(tǒng)進行分析，分解至功能表面的層面上，然后進行重構，并在重構的過程中對其進行優(yōu)化，包括模塊化和標準化，使之在更深層面和更細粒度上符合大批量定制的生產要求。而在重構過程中，優(yōu)化進行的依據(jù)則需要客戶需求的獲取分析結果作為參考。所以，只有準確把握市場動態(tài)和客戶需求變動的前提下，產品的模塊化才能在正確的方向上進行，才能真正使產品具有生命力和競爭力。
1.2.2產品逆向工程系統(tǒng)框架
如圖2所示，首先，建立數(shù)字化三維產品庫，包括整機、部件、零件等，對于其他CAD系統(tǒng)則通過S下EP中性文件轉化方法集成;然后，建立產品概念結構模型;最后，通過機電產品基因獲取模塊，建立分層次基因庫，包括產品族、整機、部件、零件、模式、功能表面等。其中的關鍵技術包括面向產品概念結構的快速三維造型、與現(xiàn)有CAD系統(tǒng)計稱技術(S下EP文件讀取、翻譯、轉化等)、逆向設計過程重建與產品基因獲取等。
1.2.3產品逆向工程與產品基因庫
建立結構合理，標準化和模塊化的產品基因庫，有利于生成具有良好結構的產品族模型，也是實現(xiàn)技術驅動型大批量定制的先決條件。產品逆向工程的結果，恰恰就是一個數(shù)字化、分層次的產品基因庫，因此，我們可以利用產品逆向工程順利實現(xiàn)技術驅動的大批量定制模式。
由以上分析可知:產品基因工程是大批量定制(Mass customization )得以實現(xiàn)的環(huán)境與條件;產品逆向工程，是技術驅動(technology-driven)的保證與實現(xiàn)手段。PRE與PGE從兩個方面共同支持下DMC，從而為下DMC的發(fā)展提供了一條可行的道路。
2 PGE框架中的用戶需求分析
當對產品概念模型的分解過程進行到完成功能表面的創(chuàng)建階段時，就要依靠設計要求，選擇合理的功能模式進行重構，基于產品基囚庫選取相應基囚，組合稱為符合客戶需求的產品族模型，所以其中的設計需求與產品基因庫均需要客戶需求與分析系統(tǒng)的支持和參與才能建立和完成。
在PG E框架中的用戶需求獲取與分析的過程，也即客戶需求基因(Customer Request Genes,CRGs)的獲取、建立和應用的過程。產品基因是一個復雜龐大的信息集成，產品所有特征應當包含在產品基因系統(tǒng)中，這樣才能在控制基因的影響下，逐步生成產品實體。而需求基因則可以說成是產品基因的“基因”，它是產品生命周期的源頭，因此，類似于客戶需求對于產品概念設計的重要性來講，需求基因在整個產品生命周期的范圍內，同樣起著至關重要的決定性作用與影響。
2.1需求基因模型
2.1.1需求基因的定義與獲取
產品生命周期最初是從市場對產品功能的需求開始的，通過對需求功能的整理、分析，得到對需求功能系統(tǒng)的認識，全面獲得產品的功能要求，即客戶對產品的需求，并按其重要性的程度制定出度量指標。我們把這些帶權重的產品功能要求的信息集合，稱為需求基因。
客戶需求有多種來源:包括銷售數(shù)據(jù)、問卷調查、網(wǎng)上信息的搜集、訪問信息、用戶反饋、市場調研，還包括競爭對手信息獲取以及對新生科研成果等多方面的來源，每一種來源均有可能成為創(chuàng)新產品產生和發(fā)展的原動力。
客戶需求獲取技術:由于客戶需求的模糊性、不確定性和不完整性等等特點，目前國內外學者對于客戶需求的獲取技術進行了大量的研究。其中包括利用網(wǎng)絡環(huán)境的基于Web源的客戶需求獲取技術、基于數(shù)據(jù)挖掘的需求獲取分析技術、基于Web的客戶交流平臺等許多技術。我們可以在PGE框架中應用這些優(yōu)秀有效的思想方法與技術來實現(xiàn)客戶需求的獲取。
2.1.2需求基因的表達與應用
需求基因可表達為如下函數(shù):
其中，Ψk(x)為第k階基函數(shù)，ωk為相應權重，Ι為函數(shù)集的空間。
需求基因(CRGs)與功能基因(Functional Genes , FGs)功能基因來源于功能需求，是市場需求的功能基元。FGs對應于各種類型的功能表面，經(jīng)“轉錄”成為產品功能原型。通常地，我們通過對市場需求的分析整理，分解重構出一個個需求子功能，需求子功能對應著FGs,FGs可轉錄為具體功能表面，需求總功能對應著功能表面間的聯(lián)系，它們相互作用，形成產品原型。由此我們可以看出，產品的功能基因來源于用戶的需求功能，是以產品原型為載體，從產品原型中抽象、提取出的本質含義，雖然抽象但極具概括性。因此，在此基礎上，設計產品的執(zhí)行功能元件，使得各個元件隨意組合，形成功能相同而形態(tài)各異的實際產品，因此功能基因可“轉錄”為單位作用面及其組合關系。
可以類比目前客戶需求到產品工程特性的映射研究現(xiàn)狀:客戶需求到產品工程特性的映射普遍采用QFD分析法，HoQ質量屋和層次分析法得到。由產品工程特性到產品的零部件以及產品的結構之間的映射，并未得到良好的解決方案，逆向工程在對這個問題的探求土取得了一定成果。分解重構理論在深人研究產品結構的基礎上，提出了“功能表面”的概念，將產品的功能和結構結合在一起，進行綜合考慮，是一種創(chuàng)新性的理論，對于開發(fā)新產品具有深遠的意義�？蛻粜枨蟮姆治黾夹g就是建立在分解重構理論和生長型設計理論的基礎上進行開發(fā)研究的。
2.2產品基因工程框架中的產品族模型及應用
2.2.1產品族模型
我們建立了獨具特色的設計自動化系統(tǒng)原型DARFAD系統(tǒng)。DARFAD系統(tǒng)提供了產品設計從無到有、零件從少到多、表面從初級到高級、結構從簡單到復雜的進化模式及相應的設計工具。在一定轉換機制的作用下，產品族模型將經(jīng)歷由需求分析而產生的功能模型、概念結構模型和實體模型的各個階段，最終生成產品實體族及實體產品，同時可對產品族模型進行相應的運動學動力學分析和可制造性分析，如圖3所示。
2.2.2關于產品基因與“環(huán)境”的討論
產品族模型源于產品基因，由基因組成的產品族模型本身就是可定制化的，提供了廣泛的可選擇的參數(shù)，可稱之為“環(huán)境”，也可映射到真正產品生長的環(huán)境所具有的特征，在這些特征的影響之下，產品基因得以生長為不同的，符合用戶要求的產品實體，反過來講，缺乏了具備了各種特征的“環(huán)境”，產品基因將無法生長。
環(huán)境特征分析，環(huán)境特征為外在的決定條件，不僅決定了產品基因將生長為具體哪一種產品，更能決定產品基因能否能夠成功地成長為產品實體，因此可以得出如下結論:環(huán)境特征通過產品基因映射到產品實體的功能特征公式:
其中F1為客戶需求映射函數(shù)，F(xiàn)2為環(huán)境特征映射函數(shù)，PF為生成的產品族模型。
分析公式應達到的三個目標:①環(huán)境特征的有效提取、資源的充分利用;②映射過程中有效降低成本和節(jié)省時間;③質量、性能優(yōu)良的產品實體。
圖4為產品基因生長為產品實體的流程:
3基于Web的用戶需求獲取與分析系統(tǒng)
基于前面的綜合分析，給出一套在產品基因工程平臺上基于Web的用戶需求獲取與分析系統(tǒng)框架。圖5為產品基因工程平臺的框架示意。
在具體實現(xiàn)方面，我們可以借用面向對象的思想，將產品基因中標準化的單元固定存儲在數(shù)據(jù)庫中，而轉化為方程則成為面向對象思想中的類成員函數(shù)，通過借助這種強大的輔助工具將實現(xiàn)過程的封裝，對于操作者而言，客戶對于產品的需求即可分解為針對系統(tǒng)的特定參數(shù)的值，而系統(tǒng)的輸出結果正式此定制產品的基因。系統(tǒng)分為幾大模塊:
(1)客戶需求獲取模塊
功能:將多種渠道獲取的客戶信息，轉換為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)形式，并進行存儲。
(2)客戶需求分析模塊
功能:對數(shù)據(jù)進行分析，對照現(xiàn)有的零件庫，提出改進意見，交與設計人員或其他模塊來完成。
(3)系統(tǒng)基礎模塊
功能:負責提取產品零件庫的信息，為其他模塊提供運行基礎，例如界面控制、權限/角色控制、功能分配及數(shù)據(jù)維護等等。
由于產品開發(fā)的靈活性要保證，這就要求了更加靈活的開發(fā)系統(tǒng)和分析系統(tǒng)。所以，系統(tǒng)開發(fā)有統(tǒng)一的接口，但是具有實現(xiàn)形式，可以進行系統(tǒng)的擴展。例如客戶需求獲取接口，多樣化的形式經(jīng)過接口形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)，存儲在數(shù)據(jù)庫中。
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