1  緒   論 

1.1 選題背景和研究意義
隨著全球化、信息化的不斷發(fā)展，國外多數(shù)制造企業(yè)強調(diào)放棄大而全，進行國際性的合作。以美國波音公司的波音 747-8  客機為例，共有幾十個國家為其提供零部件，其中也包括中國的成飛、西飛、洪都航空等。如今，中國已成為世界制造中心，這種多方合作、國際化合作也已成為中國制造企業(yè)的共識。以被列為國家科技攻關(guān)計劃、“863”計劃的風(fēng)電制造業(yè)為例，目前中國風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的零部件  65.92%由多國供應(yīng)商提供，其余主要由國內(nèi)金風(fēng)、東汽、重慶齒輪箱有限責(zé)任公司（以下簡稱重齒）等制造。 產(chǎn)品研發(fā)過程中，為了實現(xiàn)有效裝配，各個零部件制造商必須選用或參考供應(yīng)鏈上的多數(shù)企業(yè)采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，因而產(chǎn)生了多套產(chǎn)品設(shè)計的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)并存的情況。以重慶市“十二五”規(guī)劃重點發(fā)展的風(fēng)電齒輪企業(yè)—重齒為例，重齒主要為風(fēng)電、艦船、  高精汽車發(fā)動機提供齒輪箱，其產(chǎn)品制造過程涉及多個國內(nèi)外技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，主要包括國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)、國際電工委員會(IEC)和國際電信聯(lián)盟(ITU)所制定的標(biāo)準(zhǔn)以及國際標(biāo)準(zhǔn)化確認并公布的國際組織所制定的標(biāo)準(zhǔn)，除此之外還包括國標(biāo)和一些先進工業(yè)國家標(biāo)準(zhǔn)，如美國國家標(biāo)準(zhǔn)  ANSI、德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)  DIN、英國國家標(biāo)準(zhǔn)  BS、日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)  JIS  等，以及國外著名行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)如法國船級社標(biāo)準(zhǔn) BV、挪威船級社標(biāo)準(zhǔn) NV、英國勞氏船級社標(biāo)準(zhǔn) LR  等。因為重齒的產(chǎn)品制造過程需參考如此多種國內(nèi)外技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致了選標(biāo)復(fù)雜化、經(jīng)驗化、制造成本高等問題。 現(xiàn)有研究往往以特定行業(yè)、特定產(chǎn)品為對象，結(jié)合其特點設(shè)計技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)管理和選擇策略[1]。同時，現(xiàn)有關(guān)于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)選擇的研究主要集中于企業(yè)層面，在多等級產(chǎn)品設(shè)計的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中選擇一種或幾種，而沒有進一步深入到產(chǎn)品設(shè)計層面，根據(jù)企業(yè)選用的幾種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為滿足不同功能特性需求，具體如何從中選擇關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。因而本文提出的面向風(fēng)電產(chǎn)品設(shè)計過程的產(chǎn)品設(shè)計的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)選擇策略和標(biāo)準(zhǔn)屋構(gòu)建具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。 
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1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 
國內(nèi)外學(xué)者對如何在客戶需求分析下配置出滿足客戶產(chǎn)品功能的方法做了較為深入的研究。Moskowitz 為優(yōu)化技術(shù)特征目標(biāo)值的決策模型，開除出質(zhì)量功能展開的優(yōu)化方法，進而獲得優(yōu)化后的技術(shù)特征目標(biāo)值[2]。John  Romeo 基于粗糙集實現(xiàn)提出客戶需求與產(chǎn)品工程特性的關(guān)聯(lián)度確定方法，在對專家信息離散化的處理過程中存在信息丟失的可能[3]。Zaim Selim 為了更好地捕捉(代表)各式各樣的客戶需求和技術(shù)特征之間的關(guān)系和客戶需求之間的相對權(quán)重，在這項研究中混合網(wǎng)絡(luò)分析法(ANP)三提出了模糊方法[4]。Leba  Monica 研究的主要目的是確定用戶的需求和可用的技術(shù)資源之間的最優(yōu)的系統(tǒng)，為應(yīng)用 QFD 方法有設(shè)計了專用軟件信息系統(tǒng)評估[5]。Okur Ayse在QFD應(yīng)用程序優(yōu)先考慮客戶的需求，把序加權(quán)平均(OWA)聚合技術(shù)應(yīng)用到 QFD 應(yīng)用程序[6]。 Faria 提出了一種通用的的過程方法來解決自動本體人口問題，該方法通過詳細劃分階段以及每個階段要用到的技術(shù)來解決自動本體人口問題[7]。H?kansson 為了解決元數(shù)據(jù)在描述本體時并不是一直可用的問題，開發(fā)自動識別本體的方法，該方法應(yīng)用所謂核心領(lǐng)域本體、規(guī)則和本體推理來確定本體領(lǐng)域[8]。Martínez-Romero 提出一個新的系統(tǒng)生物醫(yī)學(xué)本體的選擇標(biāo)準(zhǔn)，即在多大程度上本體覆蓋域、在領(lǐng)域本體的語義豐富性、在生物醫(yī)學(xué)界的本體論普及三種不同標(biāo)準(zhǔn)[9]。Haghighi 描述了開發(fā)和評估領(lǐng)域本體的群眾集會（DO4MG）重點是醫(yī)療應(yīng)急管理的過程，作為評估的一部分，說明實施緊急醫(yī)療管理的群眾集會的情況下推理決策支持 MO4MG 的應(yīng)用[10]。Saleena 提出一種自適應(yīng)的 E-learning 系統(tǒng)，產(chǎn)生由使用相似的措施標(biāo)記的概念在多個系統(tǒng)中的用戶特定的電子學(xué)習(xí)內(nèi)容，定義跨本體的概念，它由模糊領(lǐng)域本體作為主本體和領(lǐng)域?qū)＜业谋倔w作為二次本體用于比較處理[11]。 
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2  風(fēng)電產(chǎn)品設(shè)計過程分析及標(biāo)準(zhǔn)屋模型構(gòu)建  

2.1 風(fēng)電產(chǎn)品設(shè)計的流程分析 
現(xiàn)代風(fēng)電產(chǎn)品是集合機、電、液、光等多物理系統(tǒng)并集成多種單元技術(shù)形成的具有特定功能的復(fù)雜裝備。產(chǎn)品內(nèi)部的各子系統(tǒng)與環(huán)境進行信息流、能量、物質(zhì)的傳遞、轉(zhuǎn)換。風(fēng)電產(chǎn)品設(shè)計流程如圖 2.1 所示。①技術(shù)中心根據(jù)用戶的需求，指定一個設(shè)計師作為這個設(shè)計的負責(zé)人； ②負責(zé)人檢查用戶提供技術(shù)規(guī)范是否合理，合理則繼續(xù)，不合理則要求獲取進一步的技術(shù)信息； ③負責(zé)人首先對傳動機構(gòu)進行設(shè)計，這個過程要用到相關(guān)設(shè)計手冊以及相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)等； ④負責(zé)人將之反饋給客戶，根據(jù)客戶的需要做出必要修改，這個過程還必須獲得更加詳細的技術(shù)規(guī)范（要求）； ⑤根據(jù)以上信息，借助 UG、Solidwork 等輔助工具對齒輪箱外形進行設(shè)計，設(shè)計者要輸入相關(guān)參數(shù)，然后選擇一定的標(biāo)準(zhǔn)，才能進行后續(xù)設(shè)計。 ⑥借助 MASTA 和 ROMAX 對齒輪箱整體設(shè)計進行仿真實驗，主要是對箱體和軸承各點的應(yīng)力進行模擬計算，看設(shè)計能否滿足用戶要求，如果不能滿足要求，則返回重新對外形進行設(shè)計，直到滿足要求為止。這個過程的初階段也要輸入相關(guān)參數(shù)，然后將外形和傳動機構(gòu)結(jié)合之后的整機樣圖調(diào)入，選擇需要的標(biāo)準(zhǔn)，才能得出疲勞極限和應(yīng)力極限。 ⑦由設(shè)計部門組織評審組進行方案評審，這個過程可能是多次，根據(jù)范圍可以分為部門內(nèi)部、部門之間、全廠范圍和客戶參與的評審，然后根據(jù)評審結(jié)果對設(shè)計方案進行修改（主要針對外形，傳動部分不會改動）。 
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2.2 產(chǎn)品設(shè)計過程現(xiàn)存問題分析 
通過對風(fēng)電產(chǎn)品設(shè)計過程的分析，可知產(chǎn)品設(shè)計的過程涉及到兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié)：客戶需求向產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、功能的轉(zhuǎn)換；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中相關(guān)設(shè)計規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的合理選擇。本文定義客戶需求向產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、功能轉(zhuǎn)換的階段為產(chǎn)品規(guī)劃階段，定義產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中相關(guān)設(shè)計規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的選擇為標(biāo)準(zhǔn)選擇階段。 設(shè)計中心獲得客戶需求后，需要檢查客戶提供的產(chǎn)品設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)是否合理，若設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)合理則依據(jù)相關(guān)設(shè)計手冊、設(shè)計規(guī)范和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，若設(shè)計指標(biāo)準(zhǔn)不合理則向客戶反饋以獲取進一步的產(chǎn)品設(shè)計的技術(shù)信息。設(shè)計中心獲得客戶關(guān)于產(chǎn)品的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)后，依據(jù)相關(guān)設(shè)計手冊、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計規(guī)范等對產(chǎn)品進行結(jié)構(gòu)設(shè)計并將之反饋給客戶，根據(jù)客戶的需要做出必要修改，這個過程還必須獲得更加詳細的技術(shù)規(guī)范（要求）；然后根據(jù)以上信息，借助 UG、Solidwork 等輔助工具對齒輪箱外形進行設(shè)計，設(shè)計之初，設(shè)計者要輸入相關(guān)參數(shù)，然后選擇一定的標(biāo)準(zhǔn)，才能進行后續(xù)方案設(shè)計。 產(chǎn)品規(guī)劃階段是指在分析客戶產(chǎn)品需求的基礎(chǔ)上，分析產(chǎn)品的功能進而設(shè)計產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的過程。因為設(shè)計人員完成技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)選擇的過程中，需要綜合考慮多種因素，如技術(shù)要求、成本預(yù)算、交貨時間等，產(chǎn)品的設(shè)計參數(shù)以及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)眾多，設(shè)計人員的思考是一個主觀和模糊的過程，因此難免造成設(shè)計人員考慮的因素不夠全面，設(shè)計人員不能完全按照客戶的意愿對產(chǎn)品設(shè)計的某些因素給予相同的重視程度，造成技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)選擇存在較多的不合理性。  
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3  產(chǎn)品規(guī)劃階段的標(biāo)準(zhǔn)屋研究 ...... 13 
3.1 產(chǎn)品規(guī)劃階段的標(biāo)準(zhǔn)屋模型 ........ 13
3.2 產(chǎn)品功能分解 ..... 18 
3.2.1 產(chǎn)品功能標(biāo)準(zhǔn)詞匯表設(shè)計 ..... 18 
3.2.2 基于流分析方法的產(chǎn)品功能劃分 ........... 21 
3.3 功能模塊實體構(gòu)建 ...... 24
3.4 客戶需求與產(chǎn)品功能模塊的匹配 ......... 29 
3.5 本章小結(jié) .... 34 
4  技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)選擇階段的標(biāo)準(zhǔn)屋研究 .... 35 
4.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)選擇階段的標(biāo)準(zhǔn)屋模型構(gòu)建 .......... 35
4.2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)模塊實體 ...... 37 
4.3 標(biāo)準(zhǔn)屋優(yōu)選模型 .......... 40
4.4 本章小結(jié) .... 44 
5  案例應(yīng)用 ............ 45 
5.1 案例背景 .... 45 
5.2 面向風(fēng)電產(chǎn)品設(shè)計過程的標(biāo)準(zhǔn)屋應(yīng)用 .......... 45
5.3 本章小結(jié) .... 49 

5  案例應(yīng)用  

5.1 案例背景 

重慶齒輪箱有限責(zé)任公司的技術(shù)中心具有較強的設(shè)計開發(fā)能力，先后承擔(dān)了多項國家級齒輪箱傳動裝置的科研項目及國家“863 計劃”，，年自主開發(fā)新產(chǎn)品超過100 項。1996 年，公司自主研發(fā)了三個系列產(chǎn)品“JS 系列減速機”、“GW 系列船用齒輪箱”、“重齒永進 D 型系列柴油機用扭振減振器”，通過了重慶市科學(xué)技術(shù)委員會的評審，被評為重慶市“高新技術(shù)產(chǎn)品”，2001 年公司被評為重慶市“高新技術(shù)企業(yè)”，公司技術(shù)中心被評為重慶市技術(shù)中心。 公司不斷進行新產(chǎn)品開發(fā)，近幾年保持了每年研發(fā)新產(chǎn)品 100 余項的水平，多個產(chǎn)品列入國家火炬計劃、國家重點新產(chǎn)品計劃、重慶市重點新產(chǎn)品計劃，2004年被國家科技部授予“國家火炬計劃重點高新技術(shù)企業(yè)”稱號，目前公司已通過了國家科技部高科技產(chǎn)業(yè)開發(fā)中心的復(fù)審，再次成為國家火炬計劃重點高新技術(shù)企業(yè)。2006 年公司一舉進入了“國家認定企業(yè)技術(shù)中心”行列，高新技術(shù)產(chǎn)品的銷售收入占總收入的比例達到了 60%。2008 年，風(fēng)力發(fā)電增速箱等被認定為重慶市高新技術(shù)產(chǎn)品。產(chǎn)品規(guī)劃階段的標(biāo)準(zhǔn)屋是在客戶需求分解、產(chǎn)品功能模塊構(gòu)建的基礎(chǔ)上，通過語義匹配算法實現(xiàn)客戶需求與產(chǎn)品功能模塊的映射關(guān)系，為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)選擇階段標(biāo)準(zhǔn)屋實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)選擇奠定基礎(chǔ)。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)選擇階段的標(biāo)準(zhǔn)屋是在構(gòu)建技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)模塊的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)設(shè)計參數(shù)與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)聯(lián)，由于不同等級的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對產(chǎn)品的性能和設(shè)計、制造成本產(chǎn)生影響，本文通過建立性能與設(shè)計參數(shù)的關(guān)系矩陣，以產(chǎn)品價值系數(shù)最高為目標(biāo)值，通過優(yōu)化設(shè)計參數(shù)所適用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的選擇。 由于本文關(guān)于產(chǎn)品規(guī)劃階段的標(biāo)準(zhǔn)屋主要集中在理論框架的建立與描述，所以本文在算例分析中對產(chǎn)品規(guī)劃階段的標(biāo)準(zhǔn)屋所述內(nèi)容不多，主要集中在產(chǎn)品功能模塊實體的構(gòu)建。本文重點分析第二階段的標(biāo)準(zhǔn)屋的構(gòu)建、優(yōu)化，并根據(jù)算例展示其運算過程。 

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結(jié)   論

產(chǎn)品設(shè)計過程中，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的管理和選擇策略已經(jīng)引起越來越多學(xué)者和企業(yè)的重視，然而現(xiàn)有的研究往往以特定行業(yè)、特定產(chǎn)品為研究對象，結(jié)合其特點設(shè)計技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的管理和選擇策略，關(guān)于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)選擇的主要研究主要集中在企業(yè)層面而沒有進一步深入到產(chǎn)品設(shè)計的層面。針對以上問題，本文主要的研究內(nèi)容： ①分析國內(nèi)外產(chǎn)品設(shè)計的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)管理與選擇的研究現(xiàn)狀，分析風(fēng)電產(chǎn)品設(shè)計過程中產(chǎn)品規(guī)劃階段和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)選擇的現(xiàn)存問題，提出面向風(fēng)電產(chǎn)品設(shè)計過程的兩階段標(biāo)準(zhǔn)屋模型，包括產(chǎn)品規(guī)劃階段標(biāo)準(zhǔn)屋和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)選擇階段標(biāo)準(zhǔn)屋。 ②提出產(chǎn)品功能模塊實體和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)模塊實體的構(gòu)建，構(gòu)建了產(chǎn)品規(guī)劃階段的標(biāo)準(zhǔn)屋和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)選擇階段的標(biāo)準(zhǔn)屋的模型，并用形式化語言進行描述；詳細闡述模型的組成部分和實現(xiàn)步驟進行詳細，建立面向風(fēng)電產(chǎn)品設(shè)計過程的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的管理與選擇策略。 ③針對產(chǎn)品規(guī)劃階段的標(biāo)準(zhǔn)屋，通過基于流分析技術(shù)劃分產(chǎn)品功能，利用可擴展標(biāo)記語言技術(shù)構(gòu)建產(chǎn)品功能、結(jié)構(gòu)、性能、設(shè)計參數(shù)的功能模塊實體，建立產(chǎn)品功能模塊本體，在客戶需求分解的基礎(chǔ)上通過語義匹配算法實現(xiàn)客戶需求與產(chǎn)品功能模塊實體的映射。 ④針對技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)選擇階段的標(biāo)準(zhǔn)屋，利用可擴展標(biāo)記語言構(gòu)建技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)模塊實體，實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計參數(shù)與相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)聯(lián)，構(gòu)建技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)選模型實現(xiàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的選擇。  
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參考文獻(略)

本文編號：71966