面向供应链的产品模块化设计方法研究

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1、ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterinEngineeringResearchontheMethodofProductModularDesignforSupplyChainMasterCandidate：RongWenQianMajor：MechanicalEngineeringSupervisor：RongZhiJunWuhanUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei4300

2、81,P.R.ChinaMay21,2015摘要产品设计是将客户需求转化为产品功能的工程活动，许多研究指出将产品设计和供应链进行集成是提高利润和效率的关键因素。产品设计决定了产品所使用的物料、零部件和最终成品所经过的供应链，在进行产品设计的同时考虑供应链成员的位置、生产能力和需求能够帮助企业决定最优的产品模块结构。本文研究了面向供应链的产品模块化设计方法，该方法的目的是在实现产品快速模块化的同时降低产品的供应链成本、缩短供应链提前期。本文在产品模块化设计相关理论的基础上，分析了产品模块化的一般过程与面向供应链的产品模块化设计过程的差异以及产品

3、设计过程中供应链成本和提前期的构成以及对产品模块化的影响，提出了面向供应链的产品模块化设计的目标。通过对产品零件的功能相关性和结构相关性进行分析，建立了零件综合关系设计结构矩阵（DSM），构建了以产品模块度最大化、供应链成本最小化和供应链提前期最小化的多目标优化模型，采用基于遗传算法的两种多目标求解方法对该模型进行求解，并对遗传算法中的变异算子进行了改进，第一种求解方法为首先利用功效系数法构建了三个目标的综合评价函数，将多目标问题转化为单目标问题，然后在利用遗传算法对单目标问题进行优化；第二种求解方法为利用改进型非支配排序遗传算法（NSGA-

4、II）直接进行多目标优化。以冰箱产品作为面向供应链的产品模块化设计方法的算例验证对象，通过对冰箱零件进行相关性分析构建了综合关系DSM，分别使用两种求解方法对多目标优化模型进行求解，得到了各自的产品模块化结果。第一种求解方法可以得到一个最优的产品模块化方案，并对最大模块数进行了灵敏度分析。第二种求解方法可以得到Pareto最优解集，该解集对应了三种产品模块化方案。通过对比发现Pareto最优解集所对应的三种产品模块化方案中的其中一种与由第一种求解方法得到的模块化结果相同，且优于常规DSM优化的结果，验证了本文所提出的方法的有效性。关键词：模块

5、化设计；供应链；设计结构矩阵（DSM）；遗传算法IAbstractProductdesignisanengineeringbasedactivitythatrealizesthecustomerrequirementsintofunctionsofanewproduct.Manystudieshavepointedoutthattheintegrationofproductandsupplychainisakeyfactorforprofitabilityandefficiency.Sinceitistheproductdesignthatd

6、etermineswhichmaterials,components,andfinishedproductsshouldflowthroughthesupplychain,consideringtheavailablesupplychainlocations,theircapacity,costsandtheirdemandswhiledesigningaproductwouldhelpdeterminetheoptimumproductdesignandmodularstructure.Thispaperstudiesthemethodof

7、productmodulardesignforsupplychain,thepurposeistoreducethecostandleadtimeofsupplychainwhileimplementingproductmodularity.Basedonthemodulardesignandrelevanttheories,thedifferencebetweenthegeneralprocessofmodulardesignandtheprocessofmodulardesignforsupplychainissummarized.The

8、influenceofsupplychaincostandleadtimeinmoduledivisionisanalyzed.Thegoalofmodularde