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顾客价值驱动的产品服务系统方案设计建模与决策技术研究

作　者: 耿秀丽
导　师: 褚学宁
学　校: 上海交通大学
专　业: 机械工程
关键词: 产品服务系统方案设计顾客价值服务信息蓝图网络层次分析法关联规则挖掘直觉模糊集
分类号: TB47
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

产品设计制造的根本目的是为使用该产品的顾客创造最大价值。产品日趋同质化以及顾客对企业创造价值要求的提升，促使制造企业从提供产品转变为提供产品服务整体解决方案，即产品服务系统（Product servicesystems，PSS）。服务作为产品服务系统中最灵活的要素，与产品组合，构成了更大的解决方案空间，可以更好地满足顾客的个性化需求。目前产品服务系统的研究主要集中在营销策略和整体运作架构等方面，方案设计研究较少。然而，方案设计是产品服务系统研究的关键环节，对顾客价值的实现程度起到决定性作用。服务的引入对传统方案设计理论和方法产生了冲击。传统方案设计是功能驱动的，是在实物空间上表达和求解问题的。因此传统设计理论难以适应产品服务系统方案设计的新特点。顾客价值是驱动顾客消费行为的基础，而为顾客创造最大化的价值也是企业提供产品服务系统的最终目的。建模和决策技术是方案设计中的两个关键问题。以顾客价值为驱动，围绕产品服务系统方案设计建模和决策技术，将非开挖管道铺设产品服务系统作为设计对象开展研究。基于价值域、功能域和方案域组成的方案设计过程模型，着重研究三个域的建模方法、方案生成决策技术和方案评价决策技术三个内容，提出了价值模型、功能模型和方案模型建模方法、产品服务系统工程特性重要度计算、产品服务系统方案特征获取、产品服务系统方案生成以及候选方案排序四个关键技术。全文主要从以下几个方面展开研究：（1）总结和分析现有产品服务系统设计方法。归纳传统设计理论和方法存在的问题和改进思路。阐述顾客价值驱动的产品服务系统方案设计建模及决策技术研究的主要内容和创新点。（2）建立由价值域、功能域和方案域组成的产品服务系统方案设计过程模型。依据顾客价值对产品服务系统方案设计的驱动作用，根据顾客价值层次模型建立价值模型，分析顾客期望的系统任务并获取价值要素。根据产品服务系统实现的特点，提出基于输入输出流的功能模型对功能域进行建模。考虑到方案模型要充分表达服务活动、产品结构和两者之间的集成关系，采用服务信息蓝图与产品结构交互模型对方案域进行建模。（3）研究产品服务系统方案规划过程中工程特性重要度的确定问题。传统设计规划问题的解决方法基于质量屋模型，不适应产品服务系统价值要素和工程特性之间存在复杂映射关系的状况。通过将价值要素分为服务类和产品服务类，提出两类价值要素映射模型。提出基于网络层次模型的质量功能展开方法解决产品服务类价值要素映射问题。采用模糊超矩阵方法计算产品服务系统工程特性重要度。为考虑企业在资源及竞争等方面的需求，采用数据包络分析，依据企业需求修正工程特性的初始重要度。（4）研究基于动态关联规则挖掘和更新技术的产品服务系统方案特征获取方法和基于遗传算法的方案生成方法。日益丰富的设计数据可以有效辅助设计者确定产品服务系统方案特征。产品服务系统工程特性到方案特征间的映射关系可以看做是关联关系。传统的关联规则挖掘方法假定设计数据库是静态的，然而实际上设计数据库是动态更新的，新数据的加入可使非规则项集转变为规则项。提出可输出竞争项集的改进Apriori关联规则挖掘方法和基于加权策略的规则更新方法支持产品服务系统方案特征的获取。结合设计师自身经验和关联规则集获得的产品服务系统方案特征集合中，每个方案特征可能具有多个特征值，采用排列组合方法将会生成数量庞多的候选方案，提出采用遗传算法优化搜索出较优的多个方案。（5）研究以顾客价值实现为评价依据的决策信息不确定性产品服务系统方案评价问题。产品服务系统方案设计是顾客价值驱动的，方案评价也要以顾客价值实现为依据。根据通过权衡利得和利失衡量顾客价值的理论，确定了产品服务系统方案评价指标体系。采用神经网络方法确定评价指标权重，避免了获取大量的指标权重两两比较信息。产品服务系统方案评价决策对象包含产品和服务，服务具有无形性、生产和消费体验同时性等特点，决策信息的不确定性增强。传统处理不确定性信息的模糊集方法不能处理负隶属度信息，因此采用直觉模糊集方法处理方案评价信息。采用逼近理想解方法对方案进行排序，其中为有效处理评价决策矩阵中的直觉模糊数，采用直觉模糊交叉熵方法计算两个直觉模糊数间的偏离度，最后根据各方案和正、负理想解间的贴近度进行方案排序。开发了产品服务系统方案辅助设计原型系统，验证了所提的建模方法和关键的决策支持技术。该系统能有效管理设计模型，辅助方案设计。结合工程实例将所提技术方法应用到非开挖管道铺设产品服务系统方案设计中，取得了良好的效果。本研究为产品服务系统方案设计建立了新的设计架构，并提出了相应的建模和决策技术，为本领域的进一步深入研究和企业实践打下了基础。

全文目录

摘要  5-8
ABSTRACT  8-16
第一章绪论  16-28
  1.1 课题研究背景及意义  16-22
    1.1.1 研究背景  16-17
    1.1.2 产品服务系统定义、分类及应用  17-19
    1.1.3 研究意义  19-22
  1.2 科学问题的提出  22-23
  1.3 主要研究内容与创新点  23-26
    1.3.1 主要研究内容  23-24
    1.3.2 主要贡献  24-25
    1.3.3 课题来源  25-26
  1.4 本章小结  26-28
第二章方案设计建模和决策技术研究现状  28-44
  2.1 设计过程架构研究现状  28-30
    2.1.1 传统设计理论过程架构研究现状  28-29
    2.1.2 产品服务系统设计过程架构研究现状  29-30
  2.2 方案设计建模研究现状  30-34
    2.2.1 产品和服务方案设计建模研究现状  30-32
    2.2.2 产品服务系统方案设计建模研究现状  32-34
  2.3 方案生成决策技术研究现状  34-38
    2.3.1 产品或服务方案生成决策技术研究现状  34-38
    2.3.2 产品服务系统方案生成决策技术研究现状  38
  2.4 方案评价决策技术研究现状  38-40
    2.4.1 产品或服务方案评价决策技术研究现状  38-39
    2.4.2 产品服务系统方案评价决策技术研究现状  39-40
  2.5 研究现状总结  40-42
    2.5.1 产品服务系统方案设计架构和建模需解决的问题  40-41
    2.5.2 产品服务系统方案生成决策需解决的问题  41
    2.5.3 产品服务系统方案评价决策需解决的问题  41-42
  2.6 本章小结  42-44
第三章顾客价值驱动的产品服务系统方案设计架构与建模  44-54
  3.1 引言  44
  3.2 顾客价值驱动的产品服务系统方案设计架构  44-46
  3.3 顾客价值理论与价值模型建立  46-50
    3.3.1 顾客价值层次模型  46-48
    3.3.2 产品服务系统价值建模  48-50
  3.4 产品服务系统功能建模  50-51
  3.5 产品服务系统方案建模  51-52
  3.6 本章小结  52-54
第四章产品服务系统方案生成决策技术  54-72
  4.1 引言  54-55
  4.2 价值到产品服务系统工程特性的映射关系分析  55-57
  4.3 产品服务系统工程特性重要度确定方法  57-62
    4.3.1 基于 ANP 的产品服务系统工程特性初始重要度确定方法  57-61
    4.3.2 基于 DEA 的产品服务系统工程特性初始重要度修正方法  61-62
  4.4 关联规则挖掘和更新方法支持方案特征生成  62-66
    4.4.1 Apriori 算法基本概念  62-64
    4.4.2 改进 Apriori 关联规则挖掘算法  64
    4.4.3 基于改进 Apriori 关联规则挖掘的规则库更新算法  64-66
  4.5 基于遗传算法的产品服务系统方案生成方法  66-69
  4.6 本章小结  69-72
第五章产品服务系统方案评价决策技术  72-84
  5.1 引言  72
  5.2 产品服务系统方案评价指标体系的建立  72-75
  5.3 方案评价指标权重计算  75-78
    5.3.1 BP 神经网络  75-76
    5.3.2 基于 BPNN 方法的评价指标权重获取方法  76-78
  5.4 基于直觉模糊集的方案评价信息获取  78-80
  5.5 基于 TOPSIS 框架和直觉模糊交叉熵的方案排序  80-83
  5.6 本章小结  83-84
第六章原型系统开发和实例验证  84-122
  6.1 引言  84
  6.2 产品服务系统方案辅助设计原型系统  84-99
    6.2.1 原型系统框架结构  84-86
    6.2.2 原型系统运行框架  86-87
    6.2.3 原型系统主要界面和设计实例  87-99
  6.3 方案设计决策技术实例验证  99-119
    6.3.1 方案生成决策技术实例验证  99-114
    6.3.2 方案评价决策技术实例验证  114-119
  6.4 本章小结  119-122
第七章总结与展望  122-128
  7.1 主要研究内容  122-124
  7.2 本文的创新点  124-125
  7.3 研究展望  125-128
参考文献  128-140
攻读博士学位期间已发表或录用的论文  140-142
攻读博士学位期间参与的科研项目  142-144
致谢  144

顾客价值驱动的产品服务系统方案设计建模与决策技术研究

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