楊 沁 宋 飛 潘高峰 焦海森合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，合肥，230009

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基于設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣的產(chǎn)品多域需求表達(dá)合理性研究

楊 沁 宋 飛 潘高峰 焦海森
合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，合肥，230009

需求節(jié)點(diǎn)之間存在約束關(guān)系及時(shí)序關(guān)聯(lián)，造成需求節(jié)點(diǎn)矛盾沖突，為此，提出一種基于設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣(DSM)的客戶需求表達(dá)方法。該方法通過(guò)建立客戶需求模板、建立約束規(guī)則、優(yōu)化客戶需求表達(dá)過(guò)程DSM、進(jìn)行約束檢驗(yàn)、計(jì)算需求合理度5個(gè)步驟，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品需求的多域協(xié)同，為需求節(jié)點(diǎn)時(shí)序合理性及需求表達(dá)合理性提供量化判定依據(jù)。最后以AGV小車為例說(shuō)明方法的實(shí)用性。

客戶需求; 約束規(guī)則; 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣; 需求表達(dá)合理性

0 引言

客戶需求是企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)品配置的依據(jù)和起點(diǎn)，如何快速、準(zhǔn)確地響應(yīng)客戶個(gè)性化需求是企業(yè)成功贏得市場(chǎng)的關(guān)鍵。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)客戶需求的獲取與分析進(jìn)行了大量的研究。但斌等[1]提出了面向異質(zhì)客戶的需求獲取方法，提高了在線獲取客戶個(gè)性化需求的效率。韓煜東等[2]在感性需求分析的基礎(chǔ)上，提出了感性需求和功能需求雙重驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品配置方法。羅等[3]提出了模糊客戶需求的相關(guān)分析方法，實(shí)現(xiàn)了客戶需求向配置參數(shù)的映射。謝建中等[4]提出了廣義客戶需求的分析方法，建立了企業(yè)資源對(duì)需求的反饋機(jī)制。NAHM等[5]提出QFD中客戶需求重要度的評(píng)價(jià)方法，提高了需求轉(zhuǎn)化的準(zhǔn)確度。

以上研究著重于客戶需求的獲取與分析，缺乏客戶需求表達(dá)階段對(duì)需求表達(dá)合理性的判定，無(wú)法保證獲取的產(chǎn)品多域需求滿足需求節(jié)點(diǎn)間的約束關(guān)系。同時(shí)，傳統(tǒng)的約束滿足問(wèn)題只考慮選項(xiàng)型需求節(jié)點(diǎn)間的約束關(guān)系，節(jié)點(diǎn)類型較為單一，不利于需求的表達(dá)，通常采用回溯法來(lái)求解約束[6]，求解效率較低?，F(xiàn)有研究對(duì)客戶需求表達(dá)過(guò)程方面的研究較少，因此，有必要提出一種在需求表達(dá)階段對(duì)需求節(jié)點(diǎn)表達(dá)合理性進(jìn)行規(guī)劃的方法。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣(design structure matrix,DSM)是對(duì)過(guò)程進(jìn)行規(guī)劃和分析的有力工具[7-8]，本文提出了基于DSM的客戶需求表達(dá)方法，通過(guò)建立參數(shù)型、選項(xiàng)型需求節(jié)點(diǎn)間的約束規(guī)則及約束檢驗(yàn)方法，并對(duì)客戶需求表達(dá)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品多域需求的合理規(guī)劃。

1 基于DSM的客戶需求表達(dá)方法

圖1 基于DSM的客戶需求表達(dá)方法Fig.1 Customer requirement expression method based on DSM

基于DSM的客戶需求表達(dá)方法的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。首先，企業(yè)建立以產(chǎn)品族模型為基礎(chǔ)的客戶需求模板，模板主要包括需求節(jié)點(diǎn)及節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息；然后，依據(jù)產(chǎn)品族模型和客戶需求模板信息建立需求節(jié)點(diǎn)間的約束規(guī)則；將模板中的需求節(jié)點(diǎn)和已建立的約束規(guī)則映射為客戶需求表達(dá)過(guò)程DSM，通過(guò)優(yōu)化、重組獲得優(yōu)化的需求節(jié)點(diǎn)表達(dá)時(shí)序；企業(yè)通過(guò)在線定制平臺(tái)獲取客戶需求，同時(shí)對(duì)客戶需求進(jìn)行約束檢驗(yàn)，當(dāng)客戶需求滿足約束規(guī)則時(shí)，該需求將作為產(chǎn)品的多域需求記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)中，當(dāng)客戶需求不滿足約束規(guī)則時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)向客戶反饋，客戶根據(jù)提示選擇修改需求或者忽略該需求沖突，忽略的需求沖突同樣作為產(chǎn)品的多域需求記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)中，并可作為產(chǎn)品的改進(jìn)方向提供給企業(yè)；最后，對(duì)獲得的產(chǎn)品多域需求進(jìn)行需求合理度計(jì)算，為需求節(jié)點(diǎn)時(shí)序合理性及需求表達(dá)合理性提供量化判定依據(jù)。

2 客戶需求表達(dá)過(guò)程

2.1 客戶需求模板

在客戶需求表達(dá)過(guò)程中，由于客戶領(lǐng)域知識(shí)水平和需求表達(dá)能力的限制，客戶需求一般是模糊、不完備的?？蛻粜枨竽０迨瞧髽I(yè)建立的面向客戶的需求表達(dá)框架，它規(guī)范了客戶需求表達(dá)的內(nèi)容與形式，減少了客戶對(duì)產(chǎn)品的模糊性描述。企業(yè)通過(guò)客戶需求模板引導(dǎo)客戶個(gè)性化需求的表達(dá)，獲取較為完備的產(chǎn)品需求信息，為產(chǎn)品配置提供依據(jù)?？蛻粜枨竽０蹇尚问交硎緸?/p>

V={vi,Ti,Di,Ri}

式中，vi為需求節(jié)點(diǎn)名；Ti為需求節(jié)點(diǎn)的類型，分為參數(shù)型和選項(xiàng)型；Di為需求節(jié)點(diǎn)的值域；Ri為與vi具有約束關(guān)系的節(jié)點(diǎn)集合。

企業(yè)可建立多種客戶需求模板來(lái)包含不同的需求節(jié)點(diǎn)，以適應(yīng)不同類型產(chǎn)品和不同領(lǐng)域知識(shí)水平的客戶。需求節(jié)點(diǎn)vi取自產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)域、性能域、功能域、成本域等域中，客戶對(duì)需求節(jié)點(diǎn)的需求描述構(gòu)成了產(chǎn)品的多域需求。

需求節(jié)點(diǎn)的類型Ti可分為參數(shù)型和選項(xiàng)型。參數(shù)型需求節(jié)點(diǎn)的值域Di通常為一連續(xù)區(qū)間，常用的需求表達(dá)方式分為6種：精確值、大約某個(gè)值、大于某個(gè)值、小于某個(gè)值、某兩個(gè)值之間、語(yǔ)言值[9]。如果客戶對(duì)該產(chǎn)品比較了解，則可選用精確值的表達(dá)方式，對(duì)于一般用戶可選用其他5種表達(dá)方式。選項(xiàng)型需求節(jié)點(diǎn)的值域Di為一個(gè)預(yù)定義的屬性值集合，可以是二元互斥型選項(xiàng)或是多個(gè)可選項(xiàng)?？蛻魧?duì)參數(shù)型、選項(xiàng)型需求節(jié)點(diǎn)的需求描述可形式化表示為CN1=〈vi,ti,di〉，CN2=〈vi,di〉，其中ti為參數(shù)型需求節(jié)點(diǎn)的需求表達(dá)方式，di為需求節(jié)點(diǎn)的參數(shù)值或?qū)傩灾?，di的取值應(yīng)在值域Di的范圍內(nèi)。例如，CN1=〈價(jià)格，大約30萬(wàn)元〉，CN2=〈移載方式，叉車式〉。

2.2 約束規(guī)則的建立

如圖2所示，AGV小車產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中不同模塊、零部件之間存在著功能約束、幾何約束、裝配約束等約束關(guān)系，而模塊或零部件可通過(guò)不同域中的需求節(jié)點(diǎn)來(lái)具體描述，因而產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中的約束關(guān)系可映射為多域中需求節(jié)點(diǎn)間的約束規(guī)則。需求節(jié)點(diǎn)間的約束規(guī)則應(yīng)由企業(yè)根據(jù)產(chǎn)品實(shí)際和企業(yè)能達(dá)到的技術(shù)水平來(lái)建立。需求節(jié)點(diǎn)vi與集合Ri內(nèi)的節(jié)點(diǎn)存在約束關(guān)系，假設(shè)vj∈Ri，可建立節(jié)點(diǎn)之間的約束規(guī)則C(vi,vj)。C(vi,vj)代表約束信息由節(jié)點(diǎn)vi流向節(jié)點(diǎn)vj。根據(jù)兩個(gè)需求節(jié)點(diǎn)類型的不同，可將約束規(guī)則分為以下3種情況。

圖2 AGV小車產(chǎn)品多域需求節(jié)點(diǎn)約束映射Fig.2 Constraint mapping of AGV’s multi-domain requirement node

2.2.1 多域中參數(shù)型需求節(jié)點(diǎn)約束

參數(shù)型需求節(jié)點(diǎn)vi、vj之間存在模糊相關(guān)關(guān)系，如性能域中某性能指標(biāo)越高，則成本域中產(chǎn)品成本越高。由于節(jié)點(diǎn)間的模糊相關(guān)關(guān)系很難精確表示，因此可用模糊語(yǔ)言變量來(lái)表示，產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員可根據(jù)實(shí)際情況確定模糊語(yǔ)言變量，并將其轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的三角模糊數(shù)。如圖3所示，模糊語(yǔ)言變量{相關(guān)性極大,相關(guān)性較大,相關(guān)性小}可由三角模糊數(shù){u0.8(x),u0.6(x),u0.4(x)}表示。

圖3 需求節(jié)點(diǎn)間的模糊隸屬函數(shù)Fig.3 Fuzzy membership function between requirement nodes

2.2.2 多域中參數(shù)型與選項(xiàng)型需求節(jié)點(diǎn)約束

2.2.3 多域中選項(xiàng)型需求節(jié)點(diǎn)約束

兩個(gè)選項(xiàng)型需求節(jié)點(diǎn)vi、vj之間的約束規(guī)則表示兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間屬性值的有效組合，約束規(guī)則可表示為C(vi, vj)={(di1, dj1),(di2,dj2),…,(dim, djm)}，其中dik、djk為對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)值域范圍內(nèi)的一個(gè)屬性值，k =1,2,…,m。

2.3 客戶需求表達(dá)過(guò)程結(jié)構(gòu)化建模

2.3.1 客戶需求表達(dá)過(guò)程DSM的建立

基于參數(shù)的DSM將需求節(jié)點(diǎn)作為矩陣的行列元素[10]，根據(jù)節(jié)點(diǎn)之間的約束規(guī)則對(duì)客戶需求表達(dá)過(guò)程進(jìn)行建模和分析。建立客戶需求表達(dá)過(guò)程DSM，實(shí)質(zhì)上是建立約束規(guī)則與矩陣元素之間的映射關(guān)系，通過(guò)映射得到的DSM代表了客戶需求表達(dá)過(guò)程中所有節(jié)點(diǎn)之間的約束關(guān)系。

A=[aji]n×n=

2.3.2 DSM的優(yōu)化與重組

DSM的優(yōu)化與重組實(shí)際上是對(duì)DSM矩陣A實(shí)施行列變換，減小節(jié)點(diǎn)之間的耦合度。DSM矩陣A對(duì)角線以上元素代表節(jié)點(diǎn)之間的約束反饋信息，即后面節(jié)點(diǎn)對(duì)前面節(jié)點(diǎn)的約束信息，反饋信息會(huì)降低需求表達(dá)效率。通過(guò)行列變換，能有效減少節(jié)點(diǎn)之間的約束反饋信息，新的行列次序即為優(yōu)化的需求節(jié)點(diǎn)表達(dá)時(shí)序?；贒SM的優(yōu)化重組包括分解、撕裂、精簡(jiǎn)三個(gè)部分。

(1)基于DSM的分解。順序檢查矩陣中各行和列，若某行元素全為0，表示該節(jié)點(diǎn)不需要其他節(jié)點(diǎn)的信息輸入，則將它調(diào)整到矩陣的前面。如果某列元素全為0，表示該節(jié)點(diǎn)不向其他節(jié)點(diǎn)輸出信息，則將它調(diào)整到矩陣的后面。一經(jīng)調(diào)整，就將該節(jié)點(diǎn)從矩陣中移除，重復(fù)該操作，直至沒(méi)有空行空列出現(xiàn)。如經(jīng)過(guò)該操作后，矩陣中無(wú)剩余節(jié)點(diǎn)，則矩陣完全分解，否則剩余節(jié)點(diǎn)中必存在耦合節(jié)點(diǎn)集。

根據(jù)圖論的有關(guān)知識(shí)，可將耦合節(jié)點(diǎn)集的識(shí)別問(wèn)題轉(zhuǎn)化為求圖的強(qiáng)連通分支問(wèn)題[11]，將DSM中的非零元素映射為1，可得到鄰接矩陣，根據(jù)鄰接矩陣求可達(dá)矩陣，進(jìn)而劃分出圖的強(qiáng)連通子集，該集合即為耦合節(jié)點(diǎn)集。運(yùn)用歸一化操作，將耦合節(jié)點(diǎn)集視為一整體，在DSM中以矩陣塊表示。

(3)約束的精簡(jiǎn)。若對(duì)角線以上的矩陣元素aji≠0(j

2.4 約束檢驗(yàn)

2.4.1 約束檢驗(yàn)方法

經(jīng)過(guò)DSM的優(yōu)化和重組，企業(yè)獲得了優(yōu)化的需求節(jié)點(diǎn)表達(dá)時(shí)序F={f1,f2,…,fn}，其中fi表示優(yōu)化重組后的第i個(gè)需求節(jié)點(diǎn),i=1,2,…,n。企業(yè)按照優(yōu)化的需求節(jié)點(diǎn)表達(dá)時(shí)序F規(guī)劃產(chǎn)品定制界面，并通過(guò)在線定制平臺(tái)獲取客戶個(gè)性化需求。系統(tǒng)在獲得客戶對(duì)某一需求節(jié)點(diǎn)的需求描述后(如該節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)之間存在約束關(guān)系)，則應(yīng)對(duì)該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行約束檢驗(yàn)。

2.4.1.1 參數(shù)型需求節(jié)點(diǎn)間的約束檢驗(yàn)

CNi=〈vi,ti,di〉→〈vi,uvi(xi)〉
CNj=〈vj,tj,dj〉→〈vj,uvj(xj)〉

式中，uvi(xi)、uvj(xj)為客戶對(duì)需求節(jié)點(diǎn)vi、vj的需求描述轉(zhuǎn)化得到的模糊隸屬函數(shù)。

(1)

設(shè)節(jié)點(diǎn)vi、vj的值域分別為(αi, βi)和(αj, βj)，約束檢驗(yàn)公式為

(2)

(3)

ρij=1-|φi-φj|

(4)

若兩節(jié)點(diǎn)之間為負(fù)相關(guān)，式(2)修改為

(5)

2.4.1.2 參數(shù)型與選項(xiàng)型需求節(jié)點(diǎn)間的約束檢驗(yàn)

2.4.1.3 選項(xiàng)型需求節(jié)點(diǎn)間的約束檢驗(yàn)

客戶對(duì)選項(xiàng)型需求節(jié)點(diǎn)vi、vj的需求描述為(di, dj)，若(di, dj)∈C(vi, vj)，則客戶對(duì)節(jié)點(diǎn)vi、vj的需求描述滿足約束規(guī)則C(vi, vj)，此時(shí)Sij=1，否則Sij=0。

2.4.2 約束檢驗(yàn)流程

基于優(yōu)化重組后的客戶需求表達(dá)過(guò)程DSM的約束檢驗(yàn)步驟如下：

(1)根據(jù)節(jié)點(diǎn)fj(j=1,2,…,n)的節(jié)點(diǎn)類型Tj對(duì)節(jié)點(diǎn)fj進(jìn)行需求描述。

(2) 確定需檢驗(yàn)的與節(jié)點(diǎn)fj相關(guān)的約束：①對(duì)DSM第j行進(jìn)行順序檢查，若第i(i=1,2,…,j-1)個(gè)矩陣元素aji≠0，則需檢驗(yàn)約束C(fi,fj)；②對(duì)DSM第j列進(jìn)行順序檢查，若第i(i=1,2,…,j-1)個(gè)矩陣元素aij≠0，則需檢驗(yàn)約束C(fj,fi)。

(3)根據(jù)節(jié)點(diǎn)fi和fj的節(jié)點(diǎn)類型選取相應(yīng)的約束檢驗(yàn)方法，對(duì)節(jié)點(diǎn)fj進(jìn)行約束檢驗(yàn)，若節(jié)點(diǎn)fj的需求描述不滿足約束規(guī)則C(fi,fj)或C(fj,fi)，則轉(zhuǎn)下一步，若滿足則對(duì)下一個(gè)約束進(jìn)行檢驗(yàn)，直至對(duì)與節(jié)點(diǎn)fj相關(guān)的所有約束完成檢驗(yàn)后轉(zhuǎn)步驟(5)。

(4)系統(tǒng)提示客戶節(jié)點(diǎn)fi、fj之間存在需求沖突，客戶選擇修改需求或忽略該需求沖突，若修改需求則轉(zhuǎn)步驟(3)重新檢驗(yàn)，若忽略該需求沖突則跳過(guò)該約束轉(zhuǎn)步驟(3)對(duì)下一約束進(jìn)行檢驗(yàn)。

(5)令j←j+1，轉(zhuǎn)步驟(1)直至客戶對(duì)所有節(jié)點(diǎn)完成需求描述。

2.5 需求合理度的計(jì)算

需求合理度包括需求節(jié)點(diǎn)時(shí)序合理度SD和需求表達(dá)合理度SE。需求節(jié)點(diǎn)時(shí)序合理度SD代表了需求節(jié)點(diǎn)表達(dá)時(shí)序的合理程度，合理的表達(dá)時(shí)序應(yīng)盡量將約束移動(dòng)到DSM的下三角區(qū)域，減少約束反饋信息，避免后面節(jié)點(diǎn)對(duì)前面節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生影響，提高需求表達(dá)效率。SD的表達(dá)式為

(6)

式中，nl為當(dāng)前DSM中對(duì)角線以下的約束數(shù)；nall為初始DSM中所含的全部約束數(shù)。

式(6)表明，DSM中對(duì)角線以下的約束所占的比例越高，需求節(jié)點(diǎn)時(shí)序合理度也越高。

需求表達(dá)合理度SE代表了客戶需求整體的合理程度，其值越大說(shuō)明客戶對(duì)各節(jié)點(diǎn)的需求描述越符合節(jié)點(diǎn)之間的約束規(guī)則。產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員可根據(jù)歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)設(shè)定一閾值λE，若SE<λE，則企業(yè)需與客戶進(jìn)一步協(xié)商更改某些節(jié)點(diǎn)(如存在需求沖突的節(jié)點(diǎn))的需求描述，以提高需求表達(dá)合理性。SE的表達(dá)式為

(7)

(8)

3 應(yīng)用案例

自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車(automated guided vehicle,AGV)是應(yīng)用于倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)、制造業(yè)的具有安全保護(hù)及移載功能的運(yùn)輸車。本文以AGV小車的定制過(guò)程為例說(shuō)明方法的有效性與實(shí)用性。

企業(yè)首先建立AGV小車的客戶需求模板，某企業(yè)的客戶需求模板及需求節(jié)點(diǎn)權(quán)重如表1所示。

表1 客戶需求模板

根據(jù)客戶需求模板信息，產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員可建立節(jié)點(diǎn)之間的約束規(guī)則C(vi,vj)，約束規(guī)則示例如下:

C(v9,v10)={(d1,e1),(d1,e2),(d2,e2)}

C(v1,v4)={([10, 35], b1), ([10, 30], b2), ([30, 50], b3)}

根據(jù)已建立的約束規(guī)則，并按照2.3節(jié)方法將約束規(guī)則映射為矩陣元素aji，得到客戶需求表達(dá)過(guò)程DSM，如圖4所示。矩陣中對(duì)角線元素為AGV小車的需求節(jié)點(diǎn){v1,v2,…,v10}，對(duì)角線以上存在大量約束反饋信息。

v1v2v3v4v5v6v7v8v9v10v1u+0．81u+0．8111v2u+0．8v3v411v51u+0．81v61u+0．8v7?1v8v91?1v10?1

圖4 客戶需求表達(dá)過(guò)程DSM

Fig.4 DSM of customer requirement expression process

順序檢查矩陣中各行各列，節(jié)點(diǎn)v3、v8為空行，將v3、v8調(diào)整到矩陣的前面，剩余節(jié)點(diǎn)中必存在耦合節(jié)點(diǎn)集。在MATLAB中編程計(jì)算DSM的可達(dá)矩陣，進(jìn)而得到耦合節(jié)點(diǎn)集G1={v7,v9,v10}，G2={v1,v2,v4,v5,v6}。DSM中的耦合節(jié)點(diǎn)集體現(xiàn)了客戶需求表達(dá)過(guò)程中節(jié)點(diǎn)信息的迭代，通過(guò)計(jì)算結(jié)構(gòu)靈敏度對(duì)耦合節(jié)點(diǎn)集進(jìn)行撕裂，現(xiàn)以G1為例，結(jié)果如表2所示。

表2 Pi的計(jì)算結(jié)果

由表2的計(jì)算結(jié)果可知，各節(jié)點(diǎn)的Pi相等，將XOi最大的節(jié)點(diǎn)v9調(diào)整到矩陣塊的前面，去除v9重新計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的Pi，最終耦合節(jié)點(diǎn)集G1的序列為v9→v10→v7。同理,對(duì)耦合節(jié)點(diǎn)集G2進(jìn)行撕裂，并對(duì)對(duì)角線以上約束進(jìn)行精簡(jiǎn)，優(yōu)化重組后的客戶需求表達(dá)過(guò)程DSM如圖5所示。企業(yè)獲得了優(yōu)化的需求節(jié)點(diǎn)表達(dá)時(shí)序F={v3,v8,v9,v10,v7,v1,v2,v5,v4,v6}，對(duì)比圖4，優(yōu)化重組后圖5中的約束集中在下三角區(qū)域，有效減少了約束反饋信息，需求節(jié)點(diǎn)時(shí)序合理度SD由圖4中的0.39上升為圖5中的0.67，需求表達(dá)效率提高。

v3v8v9v10v7v1v2v5v4v6v3v8v9v10v71G11v1111u+0．8v2v51v4v61u+0．8G211u+0．8

圖5 優(yōu)化后的客戶需求表達(dá)過(guò)程DSM

Fig.5 DSM of optimized customer requirement expression process

客戶按照該時(shí)序?qū)?jié)點(diǎn)進(jìn)行需求描述，同時(shí)進(jìn)行約束檢驗(yàn)，設(shè)需求表達(dá)合理度閾值λE=0.8。以節(jié)點(diǎn)v1為例，客戶對(duì)節(jié)點(diǎn)v1進(jìn)行需求表達(dá)后，對(duì)v1所在行、列進(jìn)行檢查，{v8,v9,v10,v7}與v1之間存在約束關(guān)系，按照2.4節(jié)方法對(duì)約束進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)完成后，轉(zhuǎn)下一步對(duì)v2進(jìn)行需求表達(dá)。約束檢驗(yàn)具體示例如下:

客戶對(duì)節(jié)點(diǎn)v9、v10的需求表達(dá)為〈v9,d1〉，〈v10,e2〉，(d1,e2)∈C(v9,v10)，節(jié)點(diǎn)v10的需求表達(dá)合理。

最終客戶對(duì)AGV小車的多域需求描述為：a1潛伏式，c3全方向多輪驅(qū)動(dòng)，d1鎳鎘蓄電池，e2人工充電，行走速度40 m/min，價(jià)格小于30萬(wàn)元，額定載重量大約300 kg，行走精度10 mm，b3激光式引導(dǎo)方式，停位精度8 mm。根據(jù)式(7)、式(8)及表1中的需求節(jié)點(diǎn)權(quán)重，計(jì)算得到需求表達(dá)合理度SE=0.87>λE，小車的產(chǎn)品需求整體上較為合理，企業(yè)下一步可對(duì)需求進(jìn)行分析、轉(zhuǎn)化，確定產(chǎn)品的特征參數(shù)值。若該合理度較低，企業(yè)應(yīng)與客戶進(jìn)一步協(xié)商。

4 結(jié)論

本文提出了基于DSM的客戶需求表達(dá)方法，建立了參數(shù)型、選項(xiàng)型產(chǎn)品多域需求節(jié)點(diǎn)之間的約束規(guī)則和約束檢驗(yàn)方法；采用DSM優(yōu)化算法對(duì)客戶需求表達(dá)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化，獲得優(yōu)化的需求節(jié)點(diǎn)表達(dá)時(shí)序，減少表達(dá)過(guò)程中的約束信息反饋；通過(guò)對(duì)需求合理度進(jìn)行計(jì)算，為需求節(jié)點(diǎn)表達(dá)時(shí)序及需求節(jié)點(diǎn)表達(dá)合理性提供量化判定依據(jù)，實(shí)現(xiàn)了需求表達(dá)階段對(duì)產(chǎn)品多域需求的合理規(guī)劃。

[1] 但斌, 經(jīng)有國(guó), 孫敏, 等. 在線大規(guī)模定制下面向異質(zhì)客戶的需求智能獲取方法[J]. 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng), 2012, 18(1):15-24. DAN Bin, JING Youguo, SUN Min, et al. Intelligent Need Acquisition Approach for Heterogeneous Customers under Online Mass Customization[J]. Computer Integrated Manufacturing System, 2012, 18(1):15-24.

[2] 韓煜東, 劉偉, 伊輝勇. 考慮客戶感性需求下的產(chǎn)品模塊化配置方法[J]. 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào), 2015,27(7):1320-1326. HAN Yudong, LIU Wei, YI Huiyong. Modular Product Configuration Method Considering Perceptual Demands[J]. Journal of Computer-aided Design & Computer Graphics, 2015, 27(7):1320-1326.

[3] 羅妤, 郭鋼. 面向客戶需求基于灰色粗糙模型的產(chǎn)品配置研究[J]. 中國(guó)機(jī)械工程, 2012, 23(11):1302-1307. LUO Yu, GUO Gang. Product Configuration Oriented to Customer Needs Based on Grey Rough Model[J]. China Mechanical Engineering, 2012, 23(11):1302-1307 .

[4] 謝建中, 揚(yáng)育, 張曉微, 等. 基于FCM和IGA的廣義客戶需求分析及其資源配置[J]. 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng), 2015, 21(3):634-647. XIE Jianzhong, YANG Yu, ZHANG Xiaowei, et al. Generalized Customer Requirement and It’s Resource Allocation Based on FCM and IGA[J]. Computer Integrated Manufacturing Systems, 2015, 21(3):634-647.

[5] NAHM Y E, ISHIKAWA H, INOUE M. New Rating Methods to Prioritize Customer Requirements in QFD with Incomplete Customer Preferences[J]. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2012, 65(9):1587-1604.

[6] 徐周波, 古天龍. 裝配序列規(guī)劃問(wèn)題的CSP模型及其符號(hào)OBDD求解技術(shù)[J]. 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào), 2010, 22(5):803-810. XU Zhoubo, GU Tianlong. A Constraint Satisfaction Problem Model and Its Symbolic OBBD Solving for Assembly Sequence Planning Problem[J]. Computer Integrated Manufacturing System, 2010, 22(5):803-810.

[7] 裘樂(lè)淼, 張樹(shù)有, 徐春偉, 等. 基于動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣的復(fù)雜產(chǎn)品配置過(guò)程規(guī)劃技術(shù)[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2010, 46(7):136-141. QIU Lemiao, ZHANG Shuyou, XU Chunwei, et al. Technology of Planning for Complex Product Configuration Design Process Based on Dynamic Design Structure Matrix[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2010, 46(7):136-141.

[8] HELMER R. Systematic Module and Interface Definition Using Component Design Structure Matrix[J]. Journal of Engineering Design, 2010, 21(21):647-675.

[9] 經(jīng)有國(guó), 但斌, 張旭梅, 等. MC半結(jié)構(gòu)化客戶需求信息表達(dá)與處理方法[J]. 管理科學(xué)學(xué)報(bào), 2011, 14(1):78-85. JING Youguo, DAN Bin, ZHANG Xumei, et al. Expressing and Processing Approach for Semi-structured Customer Needs under Mass Customization[J]. Journal of Management Sciences in China, 2011, 14(1):78-85.

[10] BROWNING T R. Applying the Design Structure Matrix to System Decomposition and Integration Problems: a Review and New Directions[J]. IEEE Transactions on Engineering Management, 2001, 48(3):292-306.

[11] 何睿, 唐敦兵, 薛建彬. 基于設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣的工程變更傳播研究[J]. 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng), 2008, 14(4):656-660. HE Rui, TANG Dunbing, XUE Jianbin. Engineering Change Propagation Based on Design Structure Matrix[J]. Computer Integrated Manufacturing Systems, 2008, 14(4):656-660.

(編輯 蘇衛(wèi)國(guó))

Research on Rationality of Multi Domain Requirements for Products Based on DSM

YANG Qin SONG Fei PAN Gaofeng JIAO Haisen
School of Mechanical Engineering,Hefei University of Technology,Hefei,230009

Facing to the conflict problems of customer requirement nodes due to constraints and node sequences, an expression method of customer requirements was proposed based on DSM. This method was composed of five steps: building customer requirement templates, building constraint rules, optimizing the DSM of customer requirements expression processes, checking the constraint rules, calculating the rationality of customer requirements. The multi domain collaboration of product requirements was realized and quantitative basis for judging the rationality of requirement node sequences and requirement expressions was provided. Finally, the practicality of the method was illustrated by automatic guided vehicle(AGV).

customer requirement; constraint rule; design structure matrix(DSM); rationality of requirement expression

2016-08-09

安徽省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(1408085MKL12)

PS391

10.3969/j.issn.1004-132X.2017.12.011

楊 沁，男，1971年生。合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院副教授、博士。主要研究方向?yàn)橹悄苤圃煜到y(tǒng)、CAD/CAM。發(fā)表論文30余篇。E-mail:yangqin@hfut.edu.cn。宋 飛(通信作者)，男，1991年生。合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院碩士研究生。E-mail:284005600@qq.com。潘高峰，男，1989年生。合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院碩士研究生。焦海森，男，1993年生。合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院碩士研究生。