面向快速设计的产品需求驱动模型研究

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随着市澈争的加剧，在产品设计中面向客户的观点正成为众多企业为适应当今市场需要而形成的-个重要理念I1。应用快速设计方法来提高自身在面对个性化和多样化需求时的响应能力是目前产品制造企业行之有效的方式。通过建立起面向快速设计的需求驱动模型，可以使企业的产品设计有源可依，降低了新产品市唱发存在的较大风险，提高设计的成功率。

建立高效的需求驱动模型，搭建起客户与企业设计工程师之间的桥梁：(1)便于重点客户或客户群快速完成产品需求定制过程；(2)建立起需求为导向的快速设计模式，使设计工程师在面对错综复杂的模糊需求时能有效的完成需求的设计匹配，快速提出满足客户需求的设计方案。

2面向快速设计的需求分析2 快速设计中的需求驱动目前对客户需求研究较多的是在大规模产品定制背景下展开的相应模型研究，如采用模糊聚类和模式识别来处理需求分类和转换的等问题鞠；大规模定制下的需求信息分类与表达模型的研究删；客户需求驱动的产品配置设计优化模型等 。从上述文献分析可得，需求模型的研究主要集中在表达和处理上，其模型的数据处理和相关方法为面向快速设计的客户需求驱动模型提供了很好的理论依据。

实施大规模产品定制，主要采取的与快速设计相关的方法和技术，其中快速驱动并反应定制设计目标成为规模定制开展的前提。因而面向快速设计的客户需求驱动模型侧重研究-种适合快速创建需求处理和驱动机制的方式，且该种设计需求驱动机制能在面对各种产品时快速给出供客户定制的表达模式和设计工程师高效处理的需求类别。

2-2需求驱动模型构建流程产品设计需求必须在设计过程开始前加以明确，包括需求获娶定义、划分和表达等，这是产品设计过程的第-步 。产品快速设计是以最大程度满足客户的个性化定制需求作为出发点，在努力扩展产品功能特征等选择范围外，应着重探讨需求模型的完善与表达合理性，以及提高客户需求域和产品设计域问的匹配重合区域，促进产品-次设计的成功率。

来稿日期：2012-08-07基金项目：面向工业产品造型创新设计的开放式云创新理论与方法研究(x2sjb51l1890)，国家自然科学基金作者简介：赖泽鑫，(1988-)，男，广东普宁人，硕士，研究生，主要研究方向：计算机辅助工业设计；王枫红，(1972-)，女，江苏阜宁人，博士，教授，主要研究方向：计算机图形学，工业设计第6期 赖泽鑫等：面向快速设计的产品需求驱动模型研究 261为此，研究的需求驱动模型将主要构建面向快速设计过程的整个需求模型处理流程体系，使其能够快速反映出客户需求类别、表达机制与转换效率等，其流程主要，如图 1所示。

图 1面向快速设计的需求驱动模型创建流程Fig.1 Creation Process of Demand Driven Model for Rapid Design3需求驱动模型创建3.1需求获取通常获韧户需求的方式主要可分三种方式，首先可以通过对企业现有产品模型库以及销售数据，行业的发展规模和需求态势进行归纳 ，从而衍生出间接的客户需求；其次是通过各种方式来获取直接的需求，如问卷和电话调查 、网络技术和售后反馈等；最后则可以根据媒体报道、专利检索以及相关法规等来获取辅助的客户需求。

产品需求的获取对客户需求的划分有直接的关联，因此获取准确且合理的需求是面向快速设计创建需求驱动模型的第-步。

3.2需求分类客户需求的分类-方面决定客户是否具有最大自由度的选择和声明产品，另-方面也影响到产品快速设计中的产品族拈化合理性划分及后续快速设计。需求的分类可以建立在产品自身功能特点上，也可以是通过对重点客户或客户群的需求进行模糊聚类等分析方法构建出客户需求分类。

但由于任何-种产品都有为数众多、分布广泛的客户群体，同时影响客户需求的因素又多种多样，因此无论是硬划分还是软划分，创建客户需求聚类模型需要大量需求样本数据为前提，同时还需要对聚类模型进行有效性的评估判断 。因此聚类分析法并不适应于以产品快速设计为目标的需求驱动模型中。

通过分析大规模定制背景下影响客户需求的因素(交货期、定制价格和个生化程度)，参照产品族客户域划分依据，并结合产品自身特征和常见客户需求类型，在快速设计中采用客户需求分类树的方法建立起面向产品的客户定制需求分类法⊥户需求分类树可以对客户的各种需求从不同的方面加以分类整理，使之规范化，从而更有利于企业与客户之间交换数据 。此外通过对客户需求分类树进行修剪或添枝可以不断更新和完善产品设计的客户需求类型。

在除去品牌等效应外，客户需求分类树主要从设计特性和经济特性两方面人手。其中设计特性又包括工程技术特性和工业美术特性l8I，前者包括有功能需求、性能需求、结构需求和其他需求四部分，后者包括外观造型、色彩的等；经济特性主要包括价格预期、特殊需求和服务需求三部分。

3.3需求表达需求表达则是指采用何种表达方式搭建起客户需求与技术需求之间的映射关系，以及这种表达方式如何面对客户和设计工程师的问题，既能使客户从需求表达中定制 自己的产品，同时又能使工程师根据客户的需求表达对新产品进行合理规划和快速设计⊥户需求表达形式，如图2所示。

客户需求/ 定性表达 获韧户表达 、 . 需求 模糊表达 / 图 2客户需求表达形式Fig.2 Customer Demand Expression- 般情况下客户主要从功能的角度去认识产品和选择产品，对需求呈现出不确定性和动态性的特征。其中的不确定性就是指模糊性，因为客户主要从使用功能去理解，而不是从产品特性来区分，同时对需求的程度不能准确的把握，从而使实际需求变得模糊；而动态性是指客户的需求心里-方面是经常性变化，另-方面是客户对各种需求之间没有唯-的重点和次要点，也呈现出实时变化性。

针对上述情况，常见的客户需求表达形式分为两种：定性表达和模糊表达。为了规范需求表达，使客户明确自己的定制需求以及表达合理性，面向快速设计的需求驱动模型将采用本体论来对客户需求进行详尽描述。以本体论原则为基础，以某种特征方式进行规范和说明客户需求，使其能够标准化”。为了体现需求定制的快速性，针对客户需求本体的语义结构采用-个二元结构组的形式来表示。二元结构组主要用于表征产品的功能特征，同时对二元结构组加上相应的需求比重，体现客户对此项功能的需求强弱程度。

对于定性表达，其本体论的二元结构组定义为行为主体与行为内容。行为主体主要体现产品的功能或性能特征，行为内容描述为该功能或特性的范围或程度，其组织形式可以分为 ：二元型，选项型，参数型，描述型和解释型131。

对于模糊表达，将采用关键词与语义扩展的二元结构组形式：(1)可对模糊表达进行了规范，提高产品平台对定制需求数据的识别、转换和映射效率；(2)可以使客户对 自己购买的产品有较为清晰认识，体现客户定制的真正需求。

针对产品功能结构特性进行行为主体和关键词的语义结构描述，应遵循高度概括、简单明了和不重合定义三个语义规则。高度概括是指要充分体现产品的所有功能和特陛；简单明了是要用262 机械 设 计 与制造No.6June.201 3最简单的或最短的说法来对功能或特性进行描述；不重合定义是在每个描述功能或特性的时候不要产生重复定义。

3.4需求耦合质量功能配置QFD是目前将获取的客户需求信息向设计生产技术需求信息转换研究较多的方式之-。QFD模型中的产品规划阶段主要体现客户需求对产品设计功能特征的映射过程，并不涉及具体的产品设计方案过程，因此其规划阶段主要实现需求的映射号陕速耦合过程。零部件展开过程主要体现映射耦合后的工程特征与产品特征的匹配关系，它对模型的选择和创建起着关键作用。

客户需求分类树和产品拈化划分较为全面的反映了产品族的功能特征，为此面向快速设计中的需求驱动模型直接将上述分类和划分的结果定义成产品属性成员变量，将其作为定性表达的行为主体或模糊表达中的关键词，并作为客户需求到产品设计的纽带 ，驱动产品的快速设计过程。此外，为体现出客户最大的表达域，将上述产品属性成员变量进行合理的匹配分层 ，可以更好的提取满足需求的产品实例而避免匹配出现无结果的假象。

采用客户需求分类树与产品拈化分类相结合的方式，包含了客户对产品绝大部分的定制需求，突出了以客户需求为驱动的产品定制设计过程；充分结合产品的功能特征，通过产品族设计过程规划，直接建立起客户需求到产品族功能模型的映射关系。

35需求映射3.5.1关键特征变量需求数据映射预处理是指为达到某种设计目的而建立的-种满足相应条件 、面向产品对象的需求映射的模式。针对特定某产品进行的需求与产品族耦合过程，通常会划分出较多产品的属性成员变量，这样会容易掩盖”那些客户常见的需求类型，为此有必要合理的对产品的属性成员变量进行归纳、去掉、约简或弱化那些客户不太关注的特征，提取那些最优效的能反映产品本质的特征属.陛变量 ，以提高需求驱动后续的快速设计效率。

为此，结合产品拈化规划和上节客户需求树分析，可将部分特征属性成员变量定义成关键特征属性。通过划分关键特征属性成员变量，可以有效的提高快速设计后续的需求转换效率，能直接反应出客户需求定制的目标性。

3.5.2 Hibernate特征关系映射客户对儿童推车的各种产品需求(包括工业美术、工程技术和经济特性需求)之间存在着或多或少的关联性，这种关联性可能会导致特征选择结果时形成矛盾。此外，当将客户的需求映射到产品族模型时，如果某实例产品并没有存储对应的定制需求特征，但是否仍然能通过某种关联建立起该产品与需求的近似匹配情况。基于上述分析，提出-种基于 Hibernate的模式映射来拓展产品特征属性的匹配域。

Hibernate本是-种Java语言下的对象关系映射解决方案框架，引入该模式巧妙的建立起关键特征与-般特征、未输入特征与已有特征的关系。首先对相近的关键特征或-般特征进行近似归纳，然后赋与特征对象之间的相似度值，最后通过Hibernate模式建立起数据库中产品特征间的关系映射，其中的相似度值是通过综合客户需求认可与设计工程师设计经验比值计算得出。

通过Hibernate对象关系映射，有效的提高了实例检索的效率，-方面在检索时能快速完成需求与那些不常见特征或者没有该特征的产品实例模型之间的匹配，增加了匹配的可信度；另-方面在新产品创建后无须花大量时间对该实例进行所有设计资源相关的知识存储，也降低了特 间的矛盾问题。

4应用实例以儿童推车为产品设计对象，通过其来说明企业在面向快速设计时如何具体创建客户需求驱动模型流程。

(1)需求获龋企业新产品开发设计的目标来自客户需求，通过采用分析企业产品销售反劳客户定制表达等获取需求的第-手资料。

(2)需求分类♂合儿童推车产品自身特征和需求分类树划分规则，得出如图所示的儿童推车需求分类树。

(3)需求表达。参照面向快速设计的客户需求表达机制，得NJL童推车本体论二元结构组的表达形式，如表 1给出部分儿童推车需求表达。

(4)需求耦合。通过需求分类树和儿童推车功能特征，划分出部分儿童推车的常见属性成员变量，如表 2所示。

(5)需求预处理。对儿童推车属性成员变量进行提取，得到反映其本质的关键特征变量 ，并对其部分成员变量进行 了Hibernate的特征关系映射，某两特征的关系映射，如表3所示。

百E业美术需求l l 1：程技术需求I l经济特性需求到匝 匦 匦 厕 匝 匦 顶蕊医藤匝 匾 匝 匦 顶瓦图3儿童推车客户需求分类树Fig.3 Customer Demand Category Tree of Baby Carriage表 1儿童推车本体论二元结构组表达Tab.1 Ontology Binary Structure Group of Baby Carriage匿避匾 咂圆圈圈网盛匾匾rJ ， 园图圈网型 匮匮匿藤No.6June.201 3 机 械 设 计 与制 造 263表 2儿童推车常见属性成员变量Tab.2 Common Properties MemberVariables of Baby Carriage产品设计特征 客户需求特征表 3儿童推车某 Hibernate特征关系示例Tab.3 Hibernate Feature RelationSample of Baby Carriage通过上述 5个步骤，完成对儿童推车的需求驱动模型的创建，并将上述需求驱动模型指导在儿童推孥陕速设计平台上的需求定制拈设计。该拈界面，如图4所示。能较全面的反应儿童推车客户定制的需求域。

图4儿童推车快速设计平台的需求定制界面Fig.4 Demand Customize Interface of BabyCarriage Rapid Design Platform5结束语首先对面向快速设计的客户需求进行了分析，然后分别从需求获娶需求分类、需求表达 、需求耦合和需求映射五个方面依次创建出面向快速设计的客户需求驱动模型，借助该模型能快速给出某产品的需求驱动模式，并通过儿童推车实例验证了该需求驱动模型有效性，为实现企业大规模定制生产做准备。