可演化的模块化平台产品设计的建模与优化

论文摘要

在激烈的市场竞争中,模块化设计方法以其响应客户需求迅速,同类产品之间转换成本较低,模块与产品平台兼容性较好等特点成为产品设计中广泛采用的方法。但一般的模块化产品设计中很少考虑动态的市场环境的因素,因此,本文基于快速变化的市场环境,提出了可演化的模块化平台产品设计的模型。它可以分为以下几个步骤。首先,在模块化产品设计的开始阶段,由于市场的需求、客户的喜好等因素还不确定,运用基于集合设计的思想,模块化设计不需要确定具体的设计参数的取值,而是将各设计参数限定在一定的范围内,随着外界的输入信息的增多,这些范围慢慢的缩小,到了一定阶段可以给模块化设计中的个性模块的配置提供一定的范围参考。然后,随着外界的市场环境的需求,客户的偏好和新的政策等信息的完善,产品设计者可以使用可演化的模块化平台设计模型对模块化的配置作一个优化,这个模型的输入包括客户对各性能指标的喜好程度,各种有关政策导致的成本,产品的基本价值等等,这些输入经过成本模型,价值模型,需求模型等子模型的处理,最终输入利润模型中,经过优化算法,可以得到使得利润最大化的产品模块配置方案。但是这还只是单阶段的模型,要实现可演化,需要每一阶段运行一次模型,针对新的市场信息得出新的与之相适应的产品模块配置。可演化的模块化平台产品设计模型的输出的最优方案在各阶段之间是相互独立的。为了使得设计的模块化产品配置适应长期的市场需求变化,本文提出了一个带有求援函数(Recourse function)的多阶段随机规划模型,帮助产品设计者利用模块化设计方法,得出最优成本下可以长期满足变动的市场需求的设计方案。设计方案主要包括接口技术类型与备选功能模块的选择。该模型在第一阶段提出一个初始设计方案,第二个阶段开始,上一阶段随机的各功能模块的资源需求量确定后,总资源需求量可能会超过接口技术的容量约束,需要“求援”于接口技术的额外扩容来补偿实际的偏差,最小化初始设计成本与各阶段的求援成本的总和是该模型的目标函数。该模型优化了模块化产品的初始设计,使得产品模块化的设计方案可以长时间地以最低的成本适应变动的市场条件。当外部的市场环境变化较快的时候,除了在开始阶段总体优化产品配置与每隔一定的时间对产品的配置作重新优化设计之外,还可以运用实物期权的方法对产品设计中的柔性进行评估,保留有价值的柔性,以便在需要的时候执行这些备选期权,来应对外部变化的市场环境。以上的模型是按照由不确定性不明确下的决策到考虑单阶段不确定性因素的决策,到考虑多阶段不确定性的决策,再到管理不确定性的决策的思路来展开的,这是一个循序渐进的过程,各个阶段的模型都有算例证明了其有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景
• 1.2 模块化产品设计的介绍
• 1.3 可演化的产品设计的介绍
• 1.4 产品模块化平台的国内外研究现状
• 1.4.1 国外研究现状
• 1.4.2 国内研究现状
• 1.5 本文的研究意义与研究内容
• 1.6 本章小结
• 第二章 基于集合设计的模块化产品设计
• 2.1 基于集合设计的模块化设计的概念
• 2.1.1 传统的点设计的特点
• 2.1.2 集合设计的特点
• 2.2 基于集合的设计在模块化设计中的应用
• 2.2.1 基于集合的设计模型
• 2.2.2 基于集合设计的模型求解举例
• 2.3 本章小结
• 第三章 可演化的模块化平台产品设计问题的建模
• 3.1 可演化的模块化平台产品设计的描述
• 3.2 可演化模块化产品平台设计模型的构成
• 3.3 可演化的模块化平台产品设计的举例说明
• 3.3.1 笔记本电脑产品的模型建模
• 3.3.2 模型的求解方法
• 3.4 可演化模块平台产品设计中柔性的嵌入
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于多阶段随机规划的模块化产品设计
• 4.1 随机规划介绍
• 4.2 多阶段随机规划模型
• 4.2.1 模型描述
• 4.2.2 带有求援的多阶段随机规划模型的建模
• 4.2.3 引进模块成本的确定
• 4.3 多阶段随机规划模型的L 型算法求解
• 4.4 数值实验
• 4.5 本章小结
• 第五章 使用实物期权评估方法的模块化产品设计
• 5.1 背景描述
• 5.2 问题描述
• 5.2.1 不确定性建模
• 5.2.2 模型1：带有合并期权的确定性模型
• 5.2.3 模型2 ：带有合并期权的两阶段随机的优化模型
• 5.3 仿真算法
• 5.4 数值实验
• 5.4.1 模型1 的优化仿真
• 5.4.2 模型2 的优化仿真
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文