大规模定制下基于约束的产品配置方法研究

论文摘要

大规模定制(MC)的目的是以大规模生产的效率和成本向用户提供定制产品或服务。产品配置技术是MC实施的重要支撑工具。它的使用有助于企业提高获取客户定单的效率,缩短产品设计的时间和生产提前期,减少在制品和成品的库存,增加对生产过程的控制,提高客户对定制产品的满意度。论文通过对大规模定制的概念、本质属性详细分析,结合可配置产品的概念、特点与优势,指出以可配置产品为基础组织企业的生产经营,能够集成大规模生产与传统单件定做生产的优势,使得企业在客户导向的市场环境下,有效地实施大规模定制生产。论文针对可配置产品的复杂度的不同,提出了三种不同类型的、具有内在联系的约束满足问题理论模型,分别建模并求解复杂性程度为低、中、高的三类产品配置问题。第一种是基于非二元约束满足问题(NCSP)的产品配置方法。提出了求解NCSP的1种非二元回溯算法和5种不同类型的非二元前向约束传播算法,并通过仿真实验对它们的求解性能进行了比较和分析;建立了基于NCSP的产品配置方法,并通过可配置汽车产品案例的仿真,说明该方法能够对产品配置中存在的非二元约束知识进行直接、自然地表示,同时能够对所建立的产品配置模型进行直接有效的求解,是一种适合于处理复杂度较低的配置问题的产品配置方法。第二种是基于多元条件约束满足问题(NCCSP)的产品配置方法。提出了一种多元条件约束满足问题理论模型,并给出了求解NCCSP的1种回溯算法和5种不同类型的前向约束传播算法,通过计算机数据实验分析了这些算法的相关求解性能;建立了基于NCCSP的产品配置方法,并通过可配置汽车产品案例和可配置医用监测器案例的仿真,说明该方法在保留基于非二元约束满足问题的产品配置方法的优点外,还能够直接的对动态产品配置知识进行表示,同时也能够对所建立的产品配置模型进行直接有效的求解,是一种适合于处理中等复杂程度的配置问题的产品配置方法。第三种是基于类条件约束满足问题(GCCSP)的产品配置方法。提出了一种类条件约束满足问题理论模型,并给出了类条件约束满足问题的求解方法;建立了基于UML表示的产品配置概念模型,并提出了该产品配置概念模型转化为类条件约束满足问题的方法,构建了基于类条件约束满足问题表示的产品配置模型,并通过可配置医用监测器案例的仿真实验证明了该方法的有效性。基于GCCSP的产品配置方法在保留前两种配置方法的优点外,还能够系统地、通用地对产品配置知识进行概念化表示,并能对所建立的产品配置模型进行快速求解;是一种理想的产品配置方法,适合于对非常复杂的产品配置问题进行快速建模和求解。三种具有内在联系的不同产品配置方法的提出,为大规模定制环境下不同复杂程度产品配置系统的快速开发,提供了方法论上的指导与依据。从而为企业快速响应客户个性化的需求,提高企业的核心竞争力,奠定了坚实的基础。

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摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 研究背景

1.2 产品配置研究现状综述

1.2.1 产品配置的概念

1.2.2 产品配置研究进展

1.2.3 产品配置研究方法评述

1.3 研究目的和意义

1.3.1 研究目的

1.3.2 研究意义

1.4 本文技术路线和主要内容

1.5 本章小结

第2章大规模定制下产品配置理论基础

2.1 大规模定制

2.1.1 大规模定制的概念

2.1.2 大规模定制的分类

2.2 产品配置

2.2.1 可配置产品

2.2.2 可配置产品开发过程与产品配置过程

2.2.3 大规模定制下产品配置建模原则

2.3 本章小结

第3章基于非二元约束满足问题（NCSP）的产品配置方法

3.1 非二元约束满足问题相关概念

3.1.1 非二元约束满足问题的描述

3.1.2 非二元约束满足问题的可行解

3.1.3 非二元约束满足问题的数学特征

3.2 非二元约束满足问题的求解方法

3.2.1 关联约束非二元弧一致性

3.2.2 非二元前向约束传播算法

3.3 基于非二元约束满足问题的产品配置建模

3.3.1 配置问题中存在的产品配置知识

3.3.2 二元约束满足问题在产品配置知识表示中存在的问题

3.3.3 非二元约束满足问题对产品配置知识的表示

3.3.4 配置问题的NCSP 模型

3.4 产品配置实验仿真

3.4.1 仿真模型的建立

3.4.2 仿真实验求解与实验结果分析

3.5 本章小结

第4章基于多元条件约束满足问题（NCCSP）的产品配置方法

4.1 大规模定制下配置问题中存在的动态产品配置知识

4.1.1 问题的基本假设及其扩展

4.1.2 非二元约束满足问题处理动态产品配置知识的不足

4.2 多元条件约束满足问题

4.2.1 多元条件约束满足问题的形式化定义

4.2.2 多元条件约束满足问题中激活性约束的分类

4.3 多元条件约束满足问题的求解方法

4.3.1 多元条件约束满足问题求解的回溯算法

4.3.2 多元条件约束满足问题求解的前向约束传播算法

4.4 基于多元条件约束满足问题的产品配置建模

4.4.1 基于 NCCSP 的产品配置框架

4.4.2 基于 NCCSP 的产品配置概念建模

4.5 基于NCCSP 的产品配置仿真实验

4.5.1 实验评价指标

4.5.2 实验一——可配置汽车产品的建模与求解

4.5.3 实验二——可配置医用监测器产品的建模与求解

4.6 本章小结

第5章基于类条件约束满足问题（GCCSP）的产品配置方法

5.1 大规模定制下产品配置知识概念化分析

5.1.1 产品配置概念建模分析

5.1.2 产品配置知识概念化表示存在的困难

5.2 面向配置问题的类条件约束满足形式论

5.2.1 约束网络

5.2.2 配置域

5.2.3 类条件约束满足问题模型

5.3 基于GCCSP 的产品配置概念建模

5.3.1 产品配置概念到GCCSP 的转化规则

5.3.2 基于 UML 的产品配置概念模型到GCCSP 模型的转换举例

5.4 产品配置问题的GCCSP 模型求解方法与仿真实验

5.4.1 约束网络的结构

5.4.2 约束网络的动态性

5.4.3 约束求解过程

5.4.4 仿真实验

5.5 基于NCSP、NCCSP 和GCCSP 的产品配置方法的比较

5.6 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读博士学位期间所发表的学术论文

附录B 攻读博士学位期间所参与的科研课题

附录C 相关算法的部分程序源代码

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