模块化设计之面向家电产品的个性定制

Posted 2021-04-27 PLM之神

导读

给出了面向家电产品个性化定制的模块化设计流程，并提出了客户需求为导向的个性化定制模块化划分方法。首先以客户需求为依据来进行产品模块划分，获得一组定制功能单元，并对各功能单元实施定制，从而达到充分满足客户个性需求的目的。最后，通过对冰箱的个性化定制的模块化过程为例，验证该方法的实用性和有效性。

0 引言

    个性化定制自提出以来，在各个领域得到广泛关注，由于它能够很好地满足当今动态多变的市场要求，所以正逐步成为信息时代企业重要的生产模式。同时，也加剧了产品交付时间与满足客户个性需求的竞争。在这种情况下，企业面临的主要问题是如何快速高效、低成本的提供满足客户个性化需求的产品。

    模块化设计具有较强适应性与灵活性，它可以效提高设计资源利用率，降低产品族的装配和管理成本。通过对模块的划分与重新组合，得到不同的功能产品，是个性化定制过程中的关键技术之一。

近年来，国内外学者对模块化设计在个性化定制中的应用领相继做了大量研究。柳晓堂等人将模块设计运用到铣刨机的定制中，并对铣刨机的功能模块进行了详细划分。蔡业彬以数控立式车床的模块划分为实例，说明了模块化设计方法在机械设计中的应用。曹弦等人分析了从细分客户需求映射到产品族的基本组成、可变因素和配置规则的过程，建立了产品模型族的通用结构。P.Gu提出面向产品全生命周期的模块划分方法，并对产品模块化的构建进行了优化设计。刘志峰将绿色设计思想与模块化设计方法结合起来，提出了绿色模块化设计方法，该方法利用功能准则和绿色准则对零件进行聚合，保证了产品的功能属性和环境属性。Tsai等人通过制造和装配过程的功能设计研究，得出了模块的最优形成方法，并对模块的设计和制造排列了顺序。

    综上所述，现有的模块化设计已经取得了相当多的有意义的研究成果。但是在个性化定制大力发展的今天，面向家电产品个性化定制的模块化设计方法得研究还存在诸多不足，没有兼顾到客户需求对模块化产品组合方案的影响。本文在前人模块化设计研究的基础上，通过对客户定制全生命周期的分析，以客户驱动为导向，提出了面向家电产品个性化定制的模块化设计。同时以家电冰箱个性化定制为实例，取得了较好的效果。

1 家电产品模块化设计流程

    面向个性化定制的家电产品模块化设计与传统产品设计存在较大差异，对于前者而言，如何建立和利用现有模块配置成符合客户个性化需求成为关键。文中以客户需求为导向，建立了面向家电产品个性化定制的模块化设计流程，如图1所示。

     

    图1 家电产品个性化定制流程图

     

    图2 家电产品产品客户需求结构图

2）提取可定制模块。通过对客户所提出的个性化需求的具体分析，提取出客户需求中的可定制模块信息。

    3）模块划分与建立。通过依据物元模型知识，将客户的需求信息建立成可供调用的物理模块。并将建立的新模块储存到模块实例库中，以便今后模块配置的提取。

    4）产品架构分析。综合考虑产品原型与客户的个性需求，将产品的总体架构分为通用化模块、个性化模块和技术指导模块。其中通用化模块是指产品设计中固定不可更改信息，个性化模块是根据客户提供的个性需求所建立的个性化模块，技术指导模块是设计人员通过对设计方案的整体把握，为满足设计方案的合理性，提出可更改意见模块。同时将各个子功能之间的物理关系转化为模块之间的接口关系，建立产品架构。

    5）模块配置。将选用好的通用模块和个性化定制模块导入三维模型的装配环境下进行装配设计。如果满足客户的需求，直接生成完整的设计方案，否则重新配置。

    6）价格评价。个性化定制中，价格的能接受与否也是客户重要考虑之一。

2 家电产品模块划分

2.1 当前模块划分技术

    在模块化设计中，模块划分的合理性评价是实施模块化的基础及关键所在。模块的划分的好坏直接影响了个性化定制的效率。模块划分粒度越细，越有利于客户的个性化实现，然而模块划分的越多，产品装配时间延长，从而影响交货期。产品划分粒度越粗，越难满足客户的个性化需求。在模块划分的过程中，根据其划分的角度不同，有不同的划分方式，最终得到不同的本单元。当前模块划分技术主要分为两种：一种是功能划分，其主要步骤为将产品功能分解为一系列子功能，然后按照相关性对子功能进行聚类分析，通过聚类分析算法等方法对模块划分；另一种方法是零件序列划分，该方法着重与产品零部件之间的布局与关联性，通过关联性把个零部件归类于某一部分结构上，然后利用聚类分析算法和模拟退火算法把个零部件单元聚成模块。本文以客户需求驱动为导向，综合考虑客户需求对模块划分的影响对家电产品进行模块划分。

2.2 面向个性定制模块划分

    家电产品的定制过程中，并不是产品的每个部位都可以按照客户的需求进行更改，有些模块是构成产品功能不可或缺的部分，在进行定制的时候不能更改。因此在客户定制的时候，就要针对家电产品和客户需求提取出可定制模块。

通过对当前定制水平与客户需求分析，对家电产品的模块划分主要划分为固定模块、定制模块和辅助模块，其中固定模块为实现产品功能中基本的、经常的、重复的不可缺少的组件；辅助模块为实现安装、连接功能，以及产品的管理和售后；所提取的定制模块分为以下两类：1）产品的外观定制：外观定制是当前定制主要能实现的技术，包括产品颜色、图案、部分外形结构。其中，由于有些家电产品模具的开发成本过高和生产周期时间过长，它们的整体外形尺寸是不能都定制的，只能在内部结构中做一些改变，例如空调、冰箱等。2）产品特殊功能定制：根据客户的需求，它是实现客户个性化定制的功能模块，也是表征系统中某种或某几种特殊的、是指更完善或有所拓展的功能。

在家电产品中定制中，客户往往根据自己的个性化需求与价格承受能力在已有家电产品中添加自己感兴趣的附加功能。

3 家电产品个性化定制模块化应用

    冰箱是人们日常生活中运用最为广泛的家电产品之一，主要用于食物存储与保鲜。在现代生活中，人们希望在冰箱上加入某些个性化元素或功能从而对它进行产品定制。根据市场的调查和预测以及冰箱的应用范围和可定制性，可先对冰箱的个性化定制模块分为以下三部分，如图3所示。    

    图3 冰箱模块划分示意图

    1）定制模块。冰箱的定制模块分别从箱体、制冷系统和拓展功能三个方面来进行定制。对箱体的定制主要从箱体的外观，箱门材质，箱体内部结构等方面进行定制。根据客户实际需要，在制冷方式上可以选择制冷方式。此外拓展功能是根据客户需求，额外附加一些功能，例如音乐功能等。

    2）固定模块。冰箱的定制过程中，要满足客户需求，同时也要满足冰箱的正常功能。冰箱的固定模块包括压缩机、冷凝器、温控器等不可更改原件。

    3）辅助模块。要实现各个模块的准确配合，对连接件、链接面的准确利用，能够提高产品配置的效率。按这种以客户需求为导向的模块划分方法，在满足产品快速配置的同时，更加能满足客户的个性化需求。

4 结束语

    在产品模块化设计的基础上，将客户需求驱动的个性化定制与模块化思想有机结合，以客户需求驱动来进行模块划分，为家电产品的个性化定制的高效性带来积极影响。本文初步提出了这种模块划分方法的基本思想与设计步骤，尚未形成完整的体系，需要研究的内容还有很多，对客户的需求完全实现还有很多要学习的地方，这对未来完全实现客户的个性化定制理念产生重要的影响。

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