当前,制造业面临着严峻的挑战,包括资源日益短缺、环境日趋恶化、市场需求多样化和个性化、产品创新要求越来越高、产品复杂度不断增加、服务化需求不断增长等。总的来说,制造业开始朝着数字化、网络化、智能化和服务化的方向发展。在服务化发展过程中,围绕服务或将产品与服务进行集成衍生出了众多的概念。作为一种新的服务模式,产品服务系统获得了越来越多的关注。产品服务系统是由产品、服务、组织者网络和基础设施构成的集成解决方案,它可以帮助企业保持竞争力,在满足客户价值要素的前提下,相比于传统商业模式可以降低对环境的影响,延伸和提升价值链。本文以服务化为切入点,以产品导向的产品服务系统方案设计关键技术为研究内容开展研究,提出了基于客户价值的产品服务系统方案设计关键技术研究的课题。产品服务系统方案设计是基于客户价值进行的,主要有两点原因:第一、从产品服务系统的角度来看,产品服务系统的最大目标就是为客户创造价值,产品服务系统方案设计应当遵循此目标;第二、从客户的角度来看,客户对于产品服务系统的最大诉求就是它能够为自己创造并带来更多的价值。基于客户价值的产品服务系统方案设计实质就是以客户价值要素为源头,将客户价值要素进行层层映射,最终设计出令客户满意的产品服务系统方案。本课题主要围绕四种关键技术开展研究,具体内容如下:(1)产品服务系统方案设计。制造商越来越倾向于产品和服务的模式,从单独销售产品向销售由产品和服务的混合功能转变,开始向产品服务系统商业模式转变。而设计新的产品服务系统方案是具有挑战性的,因为在设计时需要考虑产品和服务两大因素,必须转变设计思维,由产品思维转变为系统思维。首先,在对产品服务系统方案设计框架深入分析的基础上,围绕客户价值要素映射和技术特征冲突消解这两大问题,提出了基于质量功能展开和发明问题解决理论的产品服务系统方案设计方法。质量功能展开作为一种有效的客户价值要素映射工具,可以将客户价值要素映射为技术特征,并将技术特征映射为方案特征;在客户价值要素映射过程中,技术特征之间容易产生矛盾和冲突,采用发明问题解决理论消解技术特征之间的矛盾和冲突,将引发矛盾和冲突的技术特征分别对应到矛盾矩阵中的标准技术参数,可以得到解决矛盾和冲突问题的发明原理。从中选取合适的发明原理并根据产品服务系统技术特征冲突问题的特点进行思考,得到矛盾和冲突问题的具体解决方法。通过质量功能展开和发明问题解决理论的结合,有效的解决了产品服务系统方案设计过程中的客户价值要素映射和技术特征冲突问题。最后,以数控机床产品服务系统方案设计为例,对所提方法的应用过程进行了说明。(2)产品服务系统方案映射规则挖掘。客户价值要素到产品服务系统技术特征的映射过程是一个多维度非线性映射过程。企业在实施产品服务系统的过程中积累了大量的成功案例,这些案例背后蕴含着不同的映射规则。为了获取能够辅助设计师将价值要素映射为技术特征的映射规则,本文采用基于新型帝国主义竞争算法的产品服务系统方案映射规则获取方法。首先,为了改善帝国主义竞争算法,在其革命阶段,引入了帝国分裂机制,使算法尽快跳出局部最优解,有效改善了早熟收敛的缺点;其次,为了有效的解决帝国之间缺乏信息交互的缺陷,将克隆进化算子引入到竞争阶段,各个国家粒子根据势力强弱进行排序,并克隆势力比较强的国家粒子,对克隆后的国家粒子进行随机交叉和高频变异,以改善信息交互不足的缺点;然后,对支持度-置信度框架进行了扩展,形成了以支持度、置信度、兴趣度、可理解度、Kulczynski度量为目标函数的映射规则评价体系;最后,以数控机床企业积累的历史案例为数据源,采用所提方法进行映射规则的挖掘,该方法挖掘出了具有实际意义和参考价值的映射规则。(3)产品服务系统方案评价。为了增强产品服务系统方案的可实施性,避免因方案设计不当引起的时间和资源浪费,在产品服务系统方案实施之前必须对方案进行评价。本文以客户价值为评价指标对产品服务系统方案进行评价,提出了基于网络分析法和生态位理论的产品服务系统方案评价方法。首先,采用网络分析法计算客户价值不同类型的相对重要度和客户活动周期不同阶段的相对重要度;其次,采用生态位理论计算不同产品服务系统方案在传递各类客户价值时的相对优势;最后,基于客户价值感知获得客户对于不同产品服务系统方案的评价,并根据所传递的价值量多寡对方案进行排序。(4)产品服务系统方案服务模块划分。激烈的市场竞争驱使企业提供更多种类的产品服务系统方案来满足客户个性化和多样化的价值要素。为了满足客户个性化和多样化的价值要素,并针对产品导向的产品服务系统基于已有的产品提供相关服务的特点,提出了基于模糊树图和Dempster-Shafer证据理论的产品服务系统方案服务模块划分方法。首先,建立了服务模块构成要素之间相关性的评价指标,将模块构成要素聚合为模块可有效的提高产品服务系统方案的配置效率,使方案配置更加灵活便捷;其次,提出并构建了由定制化、通用化和技术进化组成的服务模块划分结果评价模型,对产品服务系统方案服务模块划分结果进行评价;然后,提出并构建了以定制化、通用化、技术进化为评价指标的服务模块划分结果评价体系。摒弃了以往研究中专家评价值的加权平均法,采用Dempster-Shafer证据理论有效地融合各位专家的评价意见。为了保障数控机床高效平稳长久运行,在其运行期间需要专业化的技术支持和服务保障。对于数控机床企业而言,产品服务系统这种新型的服务模式对于提升其产品用户体验和增加收入是显而易见的。为了推进和加快产品服务系统服务模式在数控机床上的应用和实施,本文将关键技术的解决方法以数控机床为例进行验证,结果均表明所提方法具有可行性和有效性。