丁 華，劉恒強(qiáng)，楊 琨，楊兆建

(1.太原理工大學(xué) 機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院，山西 太原 030024; 2.煤礦綜采裝備山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原 030024)

《中國制造2025》指出，協(xié)同發(fā)展制造業(yè)與服務(wù)業(yè)，促進(jìn)生產(chǎn)型制造向SOM轉(zhuǎn)變。SOM是制造與服務(wù)相融合的制造模式，其方案是滿足用戶需求的產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)[1-2]。制造業(yè)價(jià)值獲取演變?yōu)橄蚩蛻籼峁爱a(chǎn)品+服務(wù)”的整體解決方案[3]。

以產(chǎn)品為中心的設(shè)計(jì)被廣泛研究，KANG Yuyun等[4]構(gòu)建功能-結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型，推理映射獲得滿意可行解。楊波等[5]在功能描述基礎(chǔ)上提出擴(kuò)展功能建模方法。劉偉等[6]提出基于產(chǎn)品基因和物理表達(dá)與推理的產(chǎn)品變型設(shè)計(jì)模型。丁華等[7-8]圍繞采煤機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段建立融合推理模型和生態(tài)學(xué)模型。以產(chǎn)品為中心的設(shè)計(jì)未能考慮服務(wù)對產(chǎn)品設(shè)計(jì)的促進(jìn)和影響，未拓展到服務(wù)空間以更好地滿足用戶需求。在融合服務(wù)后的設(shè)計(jì)中，ZHANG Dongmin等[9]將服務(wù)工程師引入設(shè)計(jì)過程以支持產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)的開發(fā)。朱琦琦等[10]為了充分保障并發(fā)揮數(shù)控裝備功能，構(gòu)建面向數(shù)控裝備的產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)配置和運(yùn)行框架。MANNWEILWER C等[11]從用戶使用的生命周期出發(fā)，提出面向生命周期的產(chǎn)品與服務(wù)配置框架。SHENG Zhongqi等[12]分析產(chǎn)品服務(wù)集成策略，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品與服務(wù)有機(jī)集成。張凱等[2]提出面向SOM的產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息集成方法，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的可服務(wù)性。LONG H J等[13]基于支持向量機(jī)模型提出從預(yù)先定義組件和服務(wù)庫中選擇產(chǎn)品組件和服務(wù)模塊的產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)配置方法。沈瑾等[14]基于本體與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)則抽取技術(shù)，提出基于知識(shí)的產(chǎn)品服務(wù)配置方法。耿秀麗[15]以顧客價(jià)值為驅(qū)動(dòng)建立基于價(jià)值域、功能域和方案域的產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程。但上述研究未能從用戶購買產(chǎn)品的內(nèi)在價(jià)值出發(fā)，在顧客價(jià)值的傳遞與分配及方案生成中實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品與服務(wù)間相互促進(jìn)的螺旋式增長過程。

為解決上述問題，筆者構(gòu)建SOM模型框架，從顧客購買產(chǎn)品的內(nèi)在價(jià)值需求出發(fā)深入挖掘顧客價(jià)值，再將價(jià)值要素傳遞分配到方案域，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品與服務(wù)交互配置設(shè)計(jì)并生成產(chǎn)品與服務(wù)相互促進(jìn)的整體解決方案。

1 SOM模型框架

為了規(guī)劃SOM設(shè)計(jì)過程，本文建立包含價(jià)值域、性能域、方案域3個(gè)域之間映射關(guān)系及產(chǎn)品與服務(wù)交互設(shè)計(jì)的SOM框架，如圖1所示。首先建立價(jià)值域、性能域和方案域模型以獲取相應(yīng)的價(jià)值要素、性能特征和方案特征，然后利用域間映射模型將價(jià)值要素重要度傳遞分配至性能特征和方案特征，最后根據(jù)方案特征目標(biāo)值利用配置模型進(jìn)行產(chǎn)品與服務(wù)交互配置設(shè)計(jì)獲取產(chǎn)品與服務(wù)相互促進(jìn)的整體解決方案。以有形產(chǎn)品為載體，利用無形服務(wù)完善產(chǎn)品設(shè)計(jì)并與其共同提高顧客滿意度、提升企業(yè)競爭力。

1.1 SOM模型構(gòu)建

(1)價(jià)值域:本文基于手段-目的鏈理論[16]提出包含結(jié)果層和屬性層的價(jià)值域模型，從顧客期望系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)出發(fā)，通過期望目標(biāo)—期望結(jié)果—期望屬性遞進(jìn)過程挖掘顧客價(jià)值。結(jié)果層即顧客使用情景下所期望的系統(tǒng)任務(wù)，屬性層表達(dá)顧客期望系統(tǒng)任務(wù)所應(yīng)具備的屬性，采用顧客期望價(jià)值要素來表達(dá)。顧客期望系統(tǒng)任務(wù)間相互影響，存在并行、依賴和使能關(guān)系。價(jià)值域如圖1所示。

圖1 SOM模型框架Fig.1 Framework of SOM model

(2)性能域:SOM性能域是針對價(jià)值域中的顧客期望系統(tǒng)任務(wù)從功能和質(zhì)量的角度對執(zhí)行工程任務(wù)的SOM方案的技術(shù)表達(dá)，包含產(chǎn)品性能和服務(wù)性能。產(chǎn)品性能包含功能模塊和質(zhì)量模塊[17]，其中將質(zhì)量定義為功能實(shí)現(xiàn)的程度和對該功能的保持度。產(chǎn)品性能黑箱的輸入流和輸出流包括物質(zhì)、信息和能量，服務(wù)性能黑箱的輸入流和輸出流包括物質(zhì)、信息和人員，根據(jù)黑箱獲取相應(yīng)的產(chǎn)品性能特征(功能特征和質(zhì)量特征)和服務(wù)性能特征，將其作為價(jià)值要素到方案特征傳遞的橋梁。性能域如圖1所示。

(3)方案域:SOM方案域是指為實(shí)現(xiàn)顧客價(jià)值而采取的產(chǎn)品與服務(wù)的整體解決方案。方案域包含產(chǎn)品方案和服務(wù)方案，兩者之間相互聯(lián)系和影響，組成復(fù)雜的網(wǎng)狀系統(tǒng)，如圖1所示。通過方案域獲取相應(yīng)方案特征后，就可利用域間映射關(guān)系將價(jià)值要素重要度傳遞分配至方案特征，進(jìn)而根據(jù)方案特征目標(biāo)值進(jìn)行產(chǎn)品與服務(wù)交互配置設(shè)計(jì)。產(chǎn)品方案特征目標(biāo)值包含產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的模塊特征取值;服務(wù)方案特征目標(biāo)值包含策略層和模塊層取值，策略層是對服務(wù)的整體界定，模塊層是對服務(wù)活動(dòng)流程的描述。

1.2 SOM模型域間映射關(guān)系

SOM模型域間映射是將價(jià)值域模型中價(jià)值要素重要度傳遞分配至性能特征和方案域特征，包含域間映射關(guān)系模型和方式模型。其中，映射關(guān)系是對價(jià)值要素與性能特征、性能特征與方案特征的關(guān)聯(lián)關(guān)系及價(jià)值要素和性能特征各自的自相關(guān)關(guān)系的抽象表達(dá)，其具體實(shí)現(xiàn)方式采用云化質(zhì)量功能配置實(shí)現(xiàn)，即質(zhì)量功能配置傳遞分配價(jià)值要素、云模型處理群決策信息。映射關(guān)系存在一對一、一對多及多對多關(guān)系，如圖2所示。

圖2 域間映射關(guān)系及實(shí)現(xiàn)技術(shù)Fig.2 Mapping relations and implementation techniques between domains

2 價(jià)值域到方案域的顧客價(jià)值傳遞與分配

2.1 顧客價(jià)值要素綜合重要度計(jì)算

由云模型[18]處理專家評價(jià)信息得到價(jià)值要素基本重要度，利用市場競爭性分析和卡諾模型對基本重要度進(jìn)行修正，得到價(jià)值要素綜合重要度。

2.1.1 價(jià)值要素基本重要度計(jì)算

(1)

式中，Exil=Exi-3Eni;Exir=Exi+3Eni;Exl=Ex-3En;Exr=Ex+3En;

(2)

2.1.2 顧客價(jià)值的競爭性修正分析

由于顧客價(jià)值基本重要度的計(jì)算未考慮市場競爭性的影響，故需利用市場競爭性影響對基本重要度進(jìn)行修正。

(3)

在進(jìn)行價(jià)值要素重要度的修正時(shí)存在兩種情況，一是各個(gè)企業(yè)之間價(jià)值要素Ci的差異較小，那么在提高該項(xiàng)價(jià)值要素時(shí)遇到瓶頸或者該項(xiàng)價(jià)值要素處于行業(yè)一般水平，提高該項(xiàng)價(jià)值要素對提高顧客滿意度的影響較小，此時(shí)應(yīng)適當(dāng)降低該項(xiàng)價(jià)值要素重要度;二是各個(gè)企業(yè)之間價(jià)值要素Ci的差異比較大時(shí)，說明提高該項(xiàng)價(jià)值要素對提升競爭力、提高顧客滿意度的影響較大，此時(shí)應(yīng)適當(dāng)增大該項(xiàng)價(jià)值要素重要度。故可構(gòu)建均方差極大化模型來反映顧客價(jià)值Ci的競爭性重要度修正因子，記為Fi，該模型為

(4)

0≤Fi≤1

通過構(gòu)造拉格朗日函數(shù)求解上述模型，并對拉格朗日函數(shù)中Fi和λ求偏導(dǎo)數(shù)，得到顧客價(jià)值要素Ci的競爭性修正因子Fi，結(jié)果如式(5)所示。

(5)

2.1.3 顧客價(jià)值的卡諾模型修正分析

當(dāng)價(jià)值要素隸屬于不同卡諾分類時(shí)，價(jià)值要素的實(shí)現(xiàn)與否對顧客滿意度的影響不同，故需利用卡諾因子對價(jià)值要素基本重要度進(jìn)行修正。首先由卡諾問卷分析顧客價(jià)值的實(shí)現(xiàn)與否對顧客滿意度的影響，判斷該項(xiàng)價(jià)值要素對應(yīng)于該用戶的卡諾分類，然后計(jì)算顧客滿意度系數(shù)并確定顧客價(jià)值的卡諾分類，最終確定價(jià)值要素Ci的卡諾因子Hi,即

Hi=[1+max(Mi,Ni)]ki

(6)

其中，Mi，Ni為顧客滿意度系數(shù)，分別表示魅力型與期望型評價(jià)個(gè)數(shù)之和、期望型與基本型評價(jià)個(gè)數(shù)之和占總評價(jià)數(shù)的比值;ki為卡諾分類系數(shù)，當(dāng)價(jià)值要素分別隸屬于魅力型、期望型、基本型、無關(guān)型時(shí)，ki分別取1.5，1.0，0.5，0。

2.1.4 綜合重要度計(jì)算

采用Fi與Hi對顧客價(jià)值要素基本重要度進(jìn)行修正，得到價(jià)值要素綜合重要度Si，即

Si=BiFiHi(i=1,2,…,m)

(7)

2.2 價(jià)值要素傳遞與分配

在確定價(jià)值要素綜合重要度后就可利用圖2的云化質(zhì)量功能配置將其傳遞分配至方案域，從而依據(jù)方案特征目標(biāo)值配置出合理的SOM方案。

在價(jià)值域到性能域的傳遞與分配中，首先將專家Pk(1≤k≤q)對價(jià)值要素Ci與性能特征Ej的關(guān)聯(lián)關(guān)系評分值表示為Tij(1≤i≤m,1≤j≤n)，以Tij為輸入，采用逆向云發(fā)生器生成價(jià)值要素與性能特征關(guān)聯(lián)關(guān)系云模型，記作Bij(Exij,Enij,Heij)，故得由Bij構(gòu)成的關(guān)聯(lián)關(guān)系矩陣R1。

(8)

將顧客價(jià)值要素綜合重要度與式(8)相乘，可得性能特征Ej的重要度W(Ej)，即

(9)

2.3 方案特征目標(biāo)值確定

方案特征目標(biāo)值是與產(chǎn)品和服務(wù)相關(guān)的屬性最優(yōu)取值，其中產(chǎn)品方案特征包括規(guī)格參數(shù)、可靠性等級指標(biāo)等;服務(wù)方案特征包括維修策略、維修周期以及維修等級等。

在產(chǎn)品模塊方案特征目標(biāo)值的確定過程中，由于以往采煤機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中積累了大量的數(shù)據(jù)，故可利用極限學(xué)習(xí)機(jī)理論進(jìn)行模型推理輔助分析[20]，結(jié)合各產(chǎn)品模塊重要度、方案實(shí)現(xiàn)的難易程度確定產(chǎn)品模塊方案特征目標(biāo)值。在服務(wù)方案特征目標(biāo)值的確定過程中，首先將模塊重要度與閾值相比較確定其維修策略(圖3)，結(jié)合各服務(wù)模塊重要度以及服務(wù)方案實(shí)現(xiàn)的難易程度確定剩余服務(wù)方案特征目標(biāo)值。其中，當(dāng)設(shè)備分別屬于關(guān)鍵設(shè)備(I類)、重要設(shè)備(II類)和次要設(shè)備(III類)時(shí)，其權(quán)重分別為I>Ic，Ip

圖3 維修策略判斷流程Fig.3 Process of maintenance strategy judgment

3 SOM方案交互配置設(shè)計(jì)

SOM方案交互配置設(shè)計(jì)是根據(jù)方案特征目標(biāo)值進(jìn)行產(chǎn)品與服務(wù)模塊的交互選擇和實(shí)例化信息交互的過程，如圖4所示。

圖4 產(chǎn)品與服務(wù)的交互設(shè)計(jì)流程Fig.4 Interactive design process of products and services

步驟1:以方案特征目標(biāo)值為輸入，并以其為依據(jù)進(jìn)行產(chǎn)品與服務(wù)模塊的選擇。

步驟2:從根節(jié)點(diǎn)對配置模型中各個(gè)模塊進(jìn)行配置，根據(jù)配置規(guī)則和約束并結(jié)合模塊的方案特征，確定該模塊是否應(yīng)該被選擇。

步驟3:根據(jù)配置模型確定該模塊的可行解，若無可行解則重新設(shè)計(jì)該模塊。

步驟4:對配置生成的模塊進(jìn)行實(shí)例化信息交互，根據(jù)產(chǎn)品模塊信息確定服務(wù)模塊的詳細(xì)內(nèi)容，同時(shí)將服務(wù)對產(chǎn)品產(chǎn)生的要求反饋到產(chǎn)品模塊，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品與服務(wù)間的信息交互。

步驟5:檢查所有模塊是否都有確定的方案，然后根據(jù)設(shè)計(jì)約束庫檢查是否違背設(shè)計(jì)約束，若無則保存該方案，若存在則返回步驟2。

其中步驟2中SOM方案配置模型如圖5所示，配置過程如下。

圖5 產(chǎn)品與服務(wù)模塊方案配置模型Fig.5 Scheme configuration model of products and services

(1)首先采用與SOM實(shí)例相同的層次標(biāo)準(zhǔn)對方案層次進(jìn)行劃分。

(2)根據(jù)不同的配置需求，采用配置規(guī)則篩選出不可行的備選模塊，如圖中深色部分的產(chǎn)品模塊備選項(xiàng)1和服務(wù)策略備選項(xiàng)1。

(3)判斷任意兩個(gè)擁有互斥約束的模塊中某一模塊的唯一性，如果唯一，那么剔除另一模塊，如果不唯一，則選擇另外擁有互斥關(guān)系的兩個(gè)模塊，重復(fù)該過程。圖中服務(wù)策略備選項(xiàng)2為必選項(xiàng)，那么剔除產(chǎn)品模塊3。

(4)通過配置規(guī)則及約束規(guī)則等關(guān)系，判斷其他模塊的唯一性。如服務(wù)策略3為必選項(xiàng)，則保留與其為共存約束的產(chǎn)品模塊備選項(xiàng)2，剔除與其互斥的產(chǎn)品模塊備選項(xiàng)3。

對于步驟4產(chǎn)品與維修服務(wù)模塊的實(shí)例化信息交互中，產(chǎn)品模塊首先將相關(guān)信息(如設(shè)備等級、可靠性級別和通過FMEA分析獲得的故障信息)傳遞到維修模塊，維修模塊據(jù)此判斷維修策略是否合理，再通過FMEA分析中風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先序數(shù)的值確定監(jiān)控的指標(biāo)，并根據(jù)FMEA分析中的維修措施確定故障的解決方法。然后將維修模塊對產(chǎn)品模塊產(chǎn)生的要求(例如傳感器類型、位置和尺寸以及安裝和拆卸等)返回產(chǎn)品模塊，產(chǎn)品模塊依據(jù)這些信息做出相應(yīng)修正，重復(fù)上述交互過程，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品與服務(wù)的集成。

4 應(yīng)用實(shí)例

4.1 面向采煤機(jī)概念設(shè)計(jì)的SOM模型構(gòu)建

(1)采煤機(jī)價(jià)值域模型:根據(jù)圖1所示價(jià)值域模型進(jìn)行采煤機(jī)價(jià)值域構(gòu)建，得到5項(xiàng)顧客所需系統(tǒng)任務(wù)和16項(xiàng)價(jià)值要素。其中生產(chǎn)適應(yīng)性好C1、運(yùn)行可靠性高C2、使用壽命長C3、生產(chǎn)效率高C4、成本較低C5、安全性好C6、維護(hù)服務(wù)支持水平高C7、人機(jī)交互性好C8是由產(chǎn)品和服務(wù)共同來完成，稱為功能性價(jià)值要素。個(gè)性化專業(yè)售前指導(dǎo)C9、支付方式靈活C10、培訓(xùn)專業(yè)性好C11、安裝效率高C12、操作專業(yè)性好C13、備件供應(yīng)及時(shí)C14、保養(yǎng)服務(wù)水平高C15、回收服務(wù)水平高C16主要由服務(wù)完成，稱為非功能性價(jià)值要素。

(2)采煤機(jī)性能域模型:在得到價(jià)值要素之后就可以規(guī)劃SOM性能，建立性能域模型。其中產(chǎn)品性能特性包含割煤能力E1、裝煤能力E2、牽引能力E3、輔助能力E4、產(chǎn)品成本E5、模塊可靠性E6、安全保障E7、壽命E8;服務(wù)性能特征包含維修能力E9、維修成本E10、遠(yuǎn)程協(xié)助能力E11。

(3)采煤機(jī)方案域模型:采煤機(jī)方案域構(gòu)建的是實(shí)現(xiàn)顧客價(jià)值的SOM模塊，而最終方案是根據(jù)該模塊的方案特征及目標(biāo)值，利用產(chǎn)品與服務(wù)方案交互配置模型(圖5)得到。SOM模塊的方案特征包含截割系統(tǒng)P1、牽引系統(tǒng)P2、調(diào)高系統(tǒng)P3、破碎系統(tǒng)P4、除塵冷卻系統(tǒng)P5、維護(hù)模塊P6、技術(shù)支持模塊P7，其產(chǎn)品方案特征目標(biāo)值包含上述產(chǎn)品模塊的設(shè)備等級、可靠性等級及參數(shù)屬性等取值，服務(wù)方案特征目標(biāo)值包含為保障產(chǎn)品模塊運(yùn)行的維修服務(wù)策略、維修等級以及維修周期等取值。

4.2 采煤機(jī)價(jià)值域到方案域的傳遞與分配

4.2.1 采煤機(jī)顧客價(jià)值要素綜合重要度計(jì)算

(1)采煤機(jī)價(jià)值要素基本重要度

專家采用1～10評價(jià)規(guī)則對顧客價(jià)值要素重要度進(jìn)行評價(jià)，采用逆向云發(fā)生器將專家評價(jià)值轉(zhuǎn)化為云模型，然后利用式(1)，(2)將顧客價(jià)值要素相對重要度云模型轉(zhuǎn)化為精確值并進(jìn)行歸一化處理，其結(jié)果見表1。

表1顧客價(jià)值要素基本重要度
Table1Basicimportanceofcustomervalueelements

價(jià)值要素C1C2C3C4C5C6C7C8重要度0.2020.1550.0850.1290.0940.1130.1520.069

采用正向云發(fā)生器[18]將顧客價(jià)值要素云模型轉(zhuǎn)化為云圖，如圖6所示。從左向右依次為C8，C3，C5，C6，C4，C7，C2，C1，其價(jià)值要素重要度依次增大。價(jià)值要素重要度云圖不僅反映其重要度大小，而且反映評價(jià)信息的模糊性和隨機(jī)性。比較C7與C2的云圖可知，C7與C2的相對重要度大小接近，但C7云圖的厚度及跨度均比C2大，云圖跨度越大則評價(jià)信息的模糊性越大，厚度越大則評價(jià)信息的隨機(jī)性越大，故價(jià)值要素C2的評價(jià)信息可靠性大于C7。

圖6 顧客價(jià)值重要度云圖Fig.6 A cloud picture of the importance of customer value

(2)采煤機(jī)競爭性重要度修正因子

將專家對競爭性評價(jià)值轉(zhuǎn)化為云模型并精確化，得到競爭性評估矩陣M1。

構(gòu)建均方差極大化模型求得顧客價(jià)值Ci的競爭性修正因子Fi，其結(jié)果見表2。

表2競爭性修正因子
Table2Valuesofcompetitivecorrectionfactor

競爭性修正因子F1F2F3F4F5F6F7F8取值0.1150.1230.1390.1090.1410.1140.1200.138

(3)采煤機(jī)價(jià)值要素的卡諾因子

根據(jù)卡諾問卷評價(jià)結(jié)果，將各價(jià)值要素進(jìn)行分類，其結(jié)果見表3。

表3價(jià)值要素的卡諾分類
Table3Carnotclassificationofvalueelements

價(jià)值要素C1C2C3C4C5C6C7C8卡諾分類MDDDMMDD

根據(jù)式(6)確定卡諾因子取值(表4)。

表4價(jià)值要素的卡諾因子
Table4Carnotfactorofvalueelements

卡諾因子H1H2H3H4H5H6H7H8取值1.3901.6671.8001.8671.3421.3421.6671.600

(4)采煤機(jī)顧客價(jià)值要素綜合重要度

在獲得采煤機(jī)價(jià)值要素基本重要度后，通過式(7)的競爭性修正因子和卡諾因子對基本重要度進(jìn)行修正并歸一化處理，結(jié)果見表5。

表5價(jià)值要素綜合重要度
Table5Comprehensiveimportanceofvalueelements

綜合重要度S1S2S3S4S5S6S7S8取值0.1680.1650.1100.1370.0930.0900.1580.079

為了反映價(jià)值要素修正前后的變化情況，將修正前與修正后取值進(jìn)行對比，結(jié)果如圖7所示。

圖7 價(jià)值要素修正前后對比Fig.7 Contrast chart of value elements before and after amendment

由圖7的對比結(jié)果可知，各個(gè)價(jià)值要素修正前后均發(fā)生一定程度的變化。修正前價(jià)值要素C1與C2的差距較大，經(jīng)過競爭性分析與卡諾因子修正后，C1與C2的差距減小，原因在于各個(gè)競爭者之間價(jià)值要素C1生產(chǎn)適應(yīng)性好的差距較小，提高該項(xiàng)價(jià)值要素的難度較大，且該項(xiàng)價(jià)值要素屬于基本型價(jià)值要素，故需降低其重要度;而各個(gè)競爭者之間價(jià)值要素C2可靠性高的差距較大，提高該項(xiàng)價(jià)值要素的重要度可以較大程度提高顧客滿意度，且該項(xiàng)價(jià)值要素屬于期望型價(jià)值要素，故需提高其重要度。

4.2.2 采煤機(jī)價(jià)值要素的傳遞與分配

(1)價(jià)值要素與性能特征的關(guān)聯(lián)關(guān)系計(jì)算

將專家對價(jià)值要素與性能特征間的關(guān)聯(lián)關(guān)系評價(jià)值轉(zhuǎn)化為云模型，結(jié)果見表6。

(2)采煤機(jī)性能特征重要度的確定

由價(jià)值要素重要度及價(jià)值要素與性能特征關(guān)聯(lián)關(guān)系，利用式(9)計(jì)算性能特征重要度云模型，再利用式(1)將其轉(zhuǎn)化為精確值，結(jié)果見表7。

表6顧客價(jià)值與性能特征的關(guān)聯(lián)關(guān)系評價(jià)結(jié)果及云模型
Table6Evaluationresultandcloudmodelofrelationshipbetweencustomervalueandperformancecharacteristics

關(guān)聯(lián)關(guān)系P1P2…P9P10關(guān)聯(lián)關(guān)系云模型B11109…98(9.4,0.752,0.277)B2187…76(7.7,0.953,0.084)??????B7,1178…68(6.7,0.702,0.192)B8,1189…78(7.9,0.677,0.294)

表7性能特征重要度
Table7Weighsofperformancecharacteristics

性能特征E1E2E3E4E5E6E7E8E9E10E11重要度0.6070.4380.5390.4190.5060.5820.4440.5200.5690.4050.471歸一化0.1100.0800.0980.0760.0920.1060.0810.0940.1030.0740.086

同理，將性能特征傳遞到方案特征可得方案特征Pu的重要度W(Pu)(表8)。

表8方案特征重要度
Table8Importanceofschemecharacteristics

方案特征P1P2P3P4P5P6P7重要度0.6330.6010.4480.3720.5770.5320.468

4.2.3 采煤機(jī)SOM方案特性目標(biāo)值分析

在得到方案特征重要度后，結(jié)合模型推理、服務(wù)策略確定流程、方案實(shí)現(xiàn)難易程度及用戶需求(最大采高6 m、平均采高5 m、最小采高3 m、截割阻抗280 N/mm、煤層傾角9°、年產(chǎn)量8×106t)確定產(chǎn)品服務(wù)模塊方案特征目標(biāo)值(表9)。

表9方案特征目標(biāo)值
Table9Targetvalueofschemecharacteristics

名稱產(chǎn)品方案特征服務(wù)方案特征截割系統(tǒng)截割電機(jī)功率900 kW×2,滾筒直徑3.2 m,滾筒轉(zhuǎn)速23.5 r/min,可靠性等級:VH,設(shè)備等級:I類維修策略:視情維修;維修等級:3;實(shí)時(shí)監(jiān)控;故障零件采用替換或修理措施牽引系統(tǒng)牽引電機(jī)功率200 kW×2,牽引力1 373 kN,最大工作牽引速度12 m/min,可靠性等級:VH,設(shè)備等級:I類維修策略:視情維修;維修等級:3;實(shí)時(shí)監(jiān)控;故障零件采用替換或修理措施調(diào)高系統(tǒng)泵站功率40 kW,可靠性等級:MH,設(shè)備等級:II類維修策略:定期維修;維修等級:2;故障零件采用替換或部分修理措施破碎系統(tǒng)破碎功率150 kW,可靠性等級:M,設(shè)備等級:III類維修策略:定期維修;維修等級:1;故障零件采用修理或部分替換措施除塵冷卻系統(tǒng)可靠性等級:H,設(shè)備等級:II類維修策略:視情維修;維修等級:2;關(guān)鍵位置監(jiān)控;故障零件采用替換或修理措施其他機(jī)面高度2 400 mm、采煤機(jī)總重量136 t無

圖8 采煤機(jī)SOM方案配置模型Fig.8 Configuration model of shearer’s SOM scheme

圖9 采煤機(jī)產(chǎn)品與服務(wù)的信息交互Fig.9 Information exchange between products and services of shearer

4.3 采煤機(jī)SOM方案交互配置設(shè)計(jì)

現(xiàn)以采煤機(jī)截割系統(tǒng)及其維修服務(wù)為例，建立采煤機(jī)截割系統(tǒng)SOM方案配置模型，如圖8所示。對于每個(gè)產(chǎn)品模塊，通過對其進(jìn)行FMEA分析確定其故障集及風(fēng)險(xiǎn)度，所求得的故障集和風(fēng)險(xiǎn)度以及相應(yīng)的改進(jìn)及維修措施是采煤機(jī)產(chǎn)品與服務(wù)間相互依賴的重要信息。根據(jù)該配置模型可配置出采煤機(jī)產(chǎn)品與服務(wù)模塊方案，包括結(jié)構(gòu)方案和主要設(shè)計(jì)參數(shù)等，圖中深色模塊是配置后剔除的模塊，淺色方案為保留的模塊方案。

最后進(jìn)行采煤機(jī)產(chǎn)品與服務(wù)的實(shí)例化信息交互，如圖9所示。根據(jù)采煤機(jī)關(guān)鍵部位故障模式及影響程度分析再結(jié)合采煤機(jī)各系統(tǒng)的設(shè)備等級，對截割系統(tǒng)采取視情維修策略，具體監(jiān)測內(nèi)容包括各齒輪振動(dòng)、軸承振動(dòng)、齒輪箱油溫、電機(jī)電壓、電流等。信息獲取采用狀態(tài)監(jiān)測，并采用綜合診斷的方法進(jìn)行信息診斷，當(dāng)智能系統(tǒng)自診斷無法診斷時(shí)采用專家診斷。根據(jù)診斷結(jié)果實(shí)例化解決措施，服務(wù)供應(yīng)商派遣服務(wù)工程師進(jìn)行元件的拆卸、替換、安裝、調(diào)試等，F(xiàn)MEA分析中的解決措施可對該解決措施提供一定依據(jù)。然后將維修服務(wù)的監(jiān)控要求(傳感器類型、安裝位置和尺寸等)以及拆卸安裝的維修性要求等反饋到截割系統(tǒng)，進(jìn)而選擇合適類型傳感器安裝在采煤機(jī)截割系統(tǒng)合適的位置來獲取上述信號(hào)實(shí)現(xiàn)對截割系統(tǒng)的監(jiān)測。

5 結(jié) 論

(1)將“產(chǎn)品+服務(wù)”理念引入到采煤機(jī)概念設(shè)計(jì)中，構(gòu)建基于云化質(zhì)量功能配置的SOM模型，彌補(bǔ)了以往采煤機(jī)概念設(shè)計(jì)中僅考慮產(chǎn)品設(shè)計(jì)的缺陷，為采煤機(jī)概念設(shè)計(jì)提供一種新的方法。

(2)構(gòu)建基于價(jià)值域、性能域和方案域的SOM模型框架，研究了設(shè)計(jì)過程中顧客價(jià)值挖掘、價(jià)值要素的傳遞與分配以及產(chǎn)品與服務(wù)方案生成3個(gè)關(guān)鍵問題，為采煤機(jī)制造企業(yè)向SOM升級提供系統(tǒng)性理論與技術(shù)基礎(chǔ)。

(3)在顧客價(jià)值傳遞與分配及方案生成中，實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)產(chǎn)品與服務(wù)相互促進(jìn)的螺旋式增長并提供產(chǎn)品與服務(wù)的整體解決方案，該方案能夠更好地滿足用戶需求并以多元化的服務(wù)提高企業(yè)競爭力。