【摘 要】
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新一代信息技术与传统制造业的深度融合,加之市场竞争的加剧和客户需求的日益多样,低附加值、低效率和高消耗的传统制造流程随之发生改变。相较于传统制造,智能制造更加注重产品生命周期内各阶段的高效集成,能够依托先进的信息技术,从而实现数据与技术的深度融合。然而,复杂产品的智能化、数字化转型作为一个动态复杂的过程,既涉及产品生命周期的多阶段、多层级和多要素,又跨越多个制造边界。因此,亟待开展卓有成效的复杂产
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新一代信息技术与传统制造业的深度融合,加之市场竞争的加剧和客户需求的日益多样,低附加值、低效率和高消耗的传统制造流程随之发生改变。相较于传统制造,智能制造更加注重产品生命周期内各阶段的高效集成,能够依托先进的信息技术,从而实现数据与技术的深度融合。然而,复杂产品的智能化、数字化转型作为一个动态复杂的过程,既涉及产品生命周期的多阶段、多层级和多要素,又跨越多个制造边界。因此,亟待开展卓有成效的复杂产品设计-制造-服务协同设计及创新路径研究。有鉴于此,聚焦制造业中的复杂产品,围绕其生命周期内设计、制造与服务三阶段的协同设计及创新路径,本文主要开展了以下研究:（1）数字孪生驱动下复杂产品设计-制造-服务协同的框架设计。针对目前复杂产品设计、制造及服务各阶段受流程分散、元素复杂和方法多元等的影响,存在交流壁垒、多域知识复用和流程集成性较差而导致的协同效率低下、资源浪费严重等问题。本文首先通过梳理设计-制造-服务协同的流通模式及内涵,提出了协同设计的原则与技术支撑;其次揭示了设计-制造-服务各阶段闭环反馈的内在逻辑关系,并构建了基于数字孪生的复杂产品设计-制造-服务协同闭环框架;最后探究了协同框架内复杂产品的需求识别、概念设计、虚拟样机和运维提升等内容,进而验证了信息技术的发展与设计-制造-服务协同的互融互促关系。（2）模型融合下复杂产品设计-制造-服务协同的效率测算:针对现有研究中较少涉及复杂产品设计、制造和服务存在的协调效率不高而导致的整体协同效率难以提升等问题。本文首先提出了复杂产品设计-制造-服务协同框架的整体协同效率,经由GFA-DEA对协同框架进行了效率测算,验证了所提协同框架的优化效果;其次定义了复杂产品设计-制造-服务协同框架内各阶段间的协调效率;最后参考网络数据包络分析流程,利用测算模型求解了各阶段的协调效率以筛选出整体流程内效率相对较低的环节,进而在理论、模型和算法多层而弥补了复杂产品多阶段效率差、关联性与可追溯性不强的缺陷。（3）“维”“法”耦合视角下复杂产品设计-制造-服务协同的创新路径研究。针对目前通用的创新范式大多受赋存条件、技术难度等诸多因素影响而导致的难以准确识别并研判复杂产品设计-制造-服务协同的创新路径等问题。本文首先将所在团队提出的“维”“法”耦合创新方法引入到复杂产品设计-制造-服务协同的创新路径构建中,明确协同闭环体系的创新流程,并对创新需求进行了规范化表达;其次提取了设计-制造-服务的协同创新维度,开展了跨域创新问题的耦合机理研究;最后生成了系列创新路径,进而提出了多种创新方案。（4）复杂产品设计-制造-服务协同设计及创新路径研究的案例应用。本文首先以多级离心泵为例,构建了其设计-制造-服务的协同架构,对信息流通、设计需求识别、产品概念设计和运维服务提升等环节进行了问题分析,梳理了多级离心泵设计-制造-服务协同的模式和内涵;其次利用GFA-DEA测算了多级离心泵设计-制造-服务的协同效率,采取网络数据包络分析法分别对协调效率进行了对比,依据效率测算结果筛选出效率相对薄弱的环节;然后利用“维”“法”耦合创新方法剖析了多级离心泵“制造-服务”阶段的关键指标,据此提出了有效的创新路径;最后对创新路径进行了验证和排序并整合为创新方案,验证了本研究方法的有效性。本文在构建复杂产品设计-制造-服务协同框架基础上,不仅测算了系统框架的协同效率和协调效率,而且采用“维”“法”耦合创新方法研判了协调效率较低环节的创新路径并遴选出了创新方案,进而探究了传统制造业数字化转型的更多可能性。
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