面向產品族的PLM供給流程模型研究

崔 劍，李群英

（杭州電子科技大學 管理學院，浙江 杭州 310018）

一、引言

在供給側結構改革形勢下，為了降低成本，提高供給對需求變化的適應性和靈活性，企業采用產品族設計策略實現成本的有效控制和產品的多樣化需求。F.Kimura[1]研究了面向產品族制造資源有限情境下的設計方法；Yongqiang Liao[2]提出了基于Kano需求模型的產品族外部創新設計方法，并應用該方法挖掘客戶深層次的需求，解決現有模型不能很好地將客戶需求轉換成產品特征的弊端。王海軍[3]提出變需求-變結構-變性能的多層次產品設計與進化管理模式，解決了客戶定制信息改變對產品設計結果的適應性處理。譚滿益[4]對模糊需求下的產品供給能力進行了研究，給出了計算產品供給能力（補給周期供給水平、產品供給率）的公式和算例，討論了模糊需求隸屬函數形狀的改變對產品供給能力的影響。杜綱等[6]發現了產品族理論與供應鏈之間的主從關聯關系，研究了產品族模塊化與供應鏈的協同優化問題，并提出了有效的產品族配置方案。夏一[5]發現了產品族平臺與定制化設計之間的關聯關系，建立了主從關系模型。目前國內外學者的研究主要致力于產品族中每種產品的設計過程、產品需求轉化過程、供應鏈與產品族的庫存管理以及產品配置等問題[7-8]。但很少有學者考慮產品族和供給之間的關系，以及供給對PLM各階段影響和流程模型研究，因此本文提出了面向產品族的PLM供給流程模型。通過對產品族供給流程進行分層次研究，實現供給的高效協同。

二、產品族供給

產品族[9-11]是以產品平臺為基礎，通過添加不同的個性模塊，以滿足不同客戶個性化需求的一組相關產品。產品族包括產品平臺和由其衍生出的能滿足客戶不同需求的個性化產品。通用化、模塊化和標準化是產品族的核心。應用模塊化理論，將產品族系列產品供給結構劃分為基礎模塊供給、必選模塊供給、可選模塊供給。

（一）基礎模塊供給

一般不需要由客戶選擇和定制，企業根據客戶定制的產品類型、型號和相關參數選擇合適的零部件。通常由通用性較好的零部件組成，具有標準化和規范化的特點。如汽輪機產品的前支座總成中的軸承座、密封環、前軸承連接件都屬于基礎模塊。

（二）必選模塊供給

需要由客戶選擇使用哪種型號的零部件。通常由通用性較好或一般的零部件組成，標準化和規范化程度較差。與基本模塊合起來約占產品族中模塊數量的90%。如汽輪機產品的前支座總成中的座架、基礎底板左和基礎底板右都屬于必選模塊。

（三）可選模塊供給

根據客戶的定制需求在產品族主結構中增加的部分，決定了產品的差異性。其功能和結構獨立性較強，通用性較差，個性化程度較高，通常由定制件組成。如汽輪機前支座總成中的中間板，座架-傳動箱連接件都屬于可選模塊。

表1 各類型模塊的特征及供給方式

三、面向產品族的供給模型

（一）產品族的供給層次分析

模糊集是一種數學工具。Zadeh[12]提出了模糊集理論，運用三角模糊函數這種直觀的隸屬函數表示對象最終隸屬的不同層次以及不確定概念的外延程度。設A是論域U上的一個模糊子集，對于任意 x∈U，指定一個實數 μA（x）∈[0，1]，這個值 μA（x）是 x相對 A 的隸屬度。映射 μA：U→[0，1]使得 μA：x→μA（x），叫做 x 的隸屬函數。如果 μA（x）等于0，則x不屬于模糊集A。如果 μA（x）等于1，則 x完全屬于模糊集 A。如果 μA（x）的值在[0，1]之間，則x部分屬于模糊集A。μA（x）定義如下：

其中 l，m，u 均為實數，且 l＜m＜u，如圖 1（三角模糊值）所示。在[l，u]間隔之外，相關性程度為零，m代表了相關性度最大的點。模糊值的代數運算過程如下：

給定一個實數k，兩個三角模糊值 A=（l1，m1，u1）和 B=（l2，m2，u2），代數過程表述如下：

其中，l1≥0，k≥0。

采用語義說明對產品族各模塊供給進行層次分析。標準化程度表述{高、中、低}，供給重要程度表述{重要、不重要}，供給和標準化之間關系表述{強、一般、弱}。根據隸屬程度的大小來劃分基礎模塊、必選模塊、可選模塊。標準化程度表述{1、2、3}，供給重要程度表述{1、0}，供給和標準之間關系表述{3、4、5}。因此，三種模塊的語義表述為：基礎模塊供給語義表述為{1，1，3}；必選模塊供給語義表述為 {2，1，4}；可選模塊供給語義表述為{3，1，5}。

運用語義評價方式，描述產品族基礎模塊、必選模塊、可選模塊三個層次，如圖1所示。

圖1 供給層次模塊分析

（二）產品族的供給模型

從全生命周期維、視圖維、產品族維和模塊維四個維度描述產品族PLM供給流程模型[13-16]。

第一維度，全生命周期維，分為設計、制造、銷售、服務、回收五個階段實現產品族供給。

第二維度，視圖維，從產品族的功能、結構、資源來實現產品族的供給。

第三維度，產品族維，包含產品1、產品 2、產品3……產品n，表示一個產品系列。

第四維度，模塊維，依據產品族的特點，運用模糊分類法，分為基礎模塊層供給、可選模塊層供給、必選模塊層供給。產品族供給層次分解是為了增加不同模塊間的協同效應，縮短需求供給的周期。

產品族PLM供給結構模型，如圖2所示。

圖2 產品族P LM供給結構模型

四、實例研究

（一）汽輪機產品族結構分析

工業汽輪機屬于技術密集型產品，產品結構比較復雜，可靠性要求很高。汽輪機產品中，轉子和汽缸是結構最復雜、占用設計和技術準備時間最長的零部件，一般情況下其設計周期超過整個產品設計周期的60%以上。

圖3 凝汽反動式汽輪機

圖4 汽輪機轉子

（二）轉子產品族的供給模型

轉子是一個典型的按訂單設計零件，它是工業汽輪機中最重要、精度最高、最復雜的部件，轉子分為前軸段、前汽封段、通流部分軸段、后汽封段、后軸段。如圖5所示為轉子結構圖。本文以汽輪機轉子為例，對其供給結構流程模型進行分析。

圖5 汽輪機轉子結構圖

轉子產品族全生命周期供給流程如圖6所示。

五、總結

本文以“有效供給——需求滿足——優化供給流程”為切入點，分析了全生命周期維、視圖維、產品族維和模塊維的四維產品族供給層次模型，并從量化的角度對供給層次模型進行分析。最后，以汽輪機轉子為例，對其全生命周期內的供給流程進行建模研究。實例的研究有效驗證了四維產品族全生命周期供給層次模型的有效性，PLM內供給流程模型的可行性和可實施性。然而，本文研究仍然存在一定的局限性。進一步可從量化的角度研究產品全生命周期需求與供給的匹配度，并對其進行指標化評價。

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