面向大規(guī)模個性化的產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)模塊化設(shè)計

李 浩 陶 飛 文笑雨 王昊琪 羅國富

1.鄭州輕工業(yè)大學(xué)河南省機械裝備智能制造重點實驗室，鄭州，450002 2.北京航空航天大學(xué)自動化科學(xué)與電氣工程學(xué)院，北京，100191

0 引言

我國的制造業(yè)目前整體上呈現(xiàn)“大而不強”、低端制造產(chǎn)能過剩、高端制造創(chuàng)新與供給不足、環(huán)境問題日益惡化等局面，傳統(tǒng)制造業(yè)的不可持續(xù)性仍非常顯著。為此，2015年《中國制造2025》明確提出“推動生產(chǎn)型制造向服務(wù)型制造轉(zhuǎn)變，從主要提供產(chǎn)品制造向提供產(chǎn)品和服務(wù)轉(zhuǎn)變”。德國西門子股份公司、瑞士ABB有限公司、美國通用公司以及國內(nèi)的陜西鼓風機（集團）有限公司、杭州杭氧股份有限公司等一流制造企業(yè)，剝離外包非核心業(yè)務(wù)并專精于核心業(yè)務(wù)，從傳統(tǒng)的以單純銷售物理產(chǎn)品，向客戶提供“產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)”的整體解決方案轉(zhuǎn)變［1?2］。產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)（product?ser?vice systems，PSS）是一種向消費者提供面向生命周期的個性化“物理產(chǎn)品和/或服務(wù)”整體解決方案，其目的是通過向用戶提供個性化的產(chǎn)品和增值服務(wù)來實現(xiàn)產(chǎn)品的價值增值、服務(wù)增效與可持續(xù)發(fā)展，形成“互聯(lián)網(wǎng)+產(chǎn)品+服務(wù)”的生態(tài)系統(tǒng)［3?6］。當前，針對PSS 的研究與應(yīng)用是國際學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的熱點，也是傳統(tǒng)制造企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的主要發(fā)展方向［1，6］。

近年來，隨著全球化市場競爭、客戶需求的個性化與多樣化等日益強烈，產(chǎn)品制造日益呈現(xiàn)出個性化和小批量等特征，大規(guī)模個性化時代已經(jīng)到來。2010年，TSENG等［7］提出了大規(guī)模個性化的概念。大規(guī)模個性化是通過大規(guī)模生產(chǎn)，在產(chǎn)品或者服務(wù)生命周期內(nèi)向用戶提供獨一無二的產(chǎn)品或服務(wù)體驗來滿足客戶的個性化需求，實現(xiàn)真正意義上的用戶獨特的功能、服務(wù)或價值體驗［7?8］。2014年4月，第24屆CIRP（The International Academy for Production Engineering）產(chǎn)品設(shè)計國際會議的會議主題為“大規(guī)模定制與個性化”，將大規(guī)模個性化的研究推向了領(lǐng)域前沿。2016年8月，在第12屆設(shè)計與制造前沿國際會議上，HU等［9?10］提出了“open product”設(shè)計，即為產(chǎn)品大規(guī)模個性化設(shè)計。

PSS和大規(guī)模個性化已成為當前及未來一段時期重要的產(chǎn)品與服務(wù)提供模式?；诖嗽?，本文將研究面向大規(guī)模個性化的PSS模塊化設(shè)計方法。分析大規(guī)模個性化與大規(guī)模定制模式的不同，歸納總結(jié)面向大規(guī)模個性化的PSS模塊化設(shè)計基本特征與實現(xiàn)模式，提出面向大規(guī)模個性化的PSS模塊化過程與方法。

1 大規(guī)模個性化模式與大規(guī)模定制模式

制造工業(yè)經(jīng)歷了一系列變遷，從手工制造時代到大規(guī)模生產(chǎn)時代，再到大規(guī)模定制時代（見圖1）。產(chǎn)品制造模式（即產(chǎn)品變型）從低產(chǎn)量多變型、小批量少變型、大批量少變型發(fā)展到小批量多變型（大規(guī)模個性化）。然而，大規(guī)模個性化生產(chǎn)模式也亟需新理論和技術(shù)的支撐，在此情況下，大規(guī)模個性化和3D打印等理念或技術(shù)應(yīng)運而生［7，11］。

圖1 制造模式變遷演化歷程［9］Fig.1 Evolution periods of manufacturing mode［9］

3D打印是一種基于數(shù)字模型文件，將粉末狀金屬或塑料材料進行高溫熔化疊加增材的生產(chǎn)方式［11］。3D打印可以實現(xiàn)客戶參與的完全個性化設(shè)計，但由于其加工方式特殊，其材料和應(yīng)用范圍具有一定的局限性。在大規(guī)模數(shù)量需求下，其生產(chǎn)效率和產(chǎn)能與傳統(tǒng)的減材制造方式相比較為低下，因此，在當前及未來較長的一段時期內(nèi)，傳統(tǒng)的減材制造方式仍占據(jù)核心地位。

在傳統(tǒng)的減材制造模式下，針對傳統(tǒng)產(chǎn)品和PSS設(shè)計的相關(guān)研究，主要是一定批量的大規(guī)模定制生產(chǎn)方式下的設(shè)計開發(fā)，在功能建模、開發(fā)過程、方案設(shè)計、配置設(shè)計、產(chǎn)品平臺等方面取得了一系列進展［12?18］。大規(guī)模定制模式是一種以大批量生產(chǎn)的低成本、高質(zhì)量和高效率提供定制的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)方式，為PSS的大批量快速實施提供了基本原理和技術(shù)支撐［19?20］。然而，大規(guī)模定制并不是真正意義上的個性化，而是針對特定細分市場的批量大規(guī)模生產(chǎn)，不能真正體現(xiàn)出每個用戶獨特的個性需求與服務(wù)體驗［21］。大規(guī)模個性化與大規(guī)模定制在面向細分市場、用戶需求、設(shè)計空間、用戶參與深度和設(shè)計指標等方面存在著較大的區(qū)別（見表1）。

表1 大規(guī)模定制與大規(guī)模個性化設(shè)計的區(qū)別［7,9,20?21］Tab.1 Differences of mass personalization and mass customization［7,9,20?21］

在面向大規(guī)模個性化模式下的PSS提供中，PSS主要提供類型包括面向產(chǎn)品的PSS、面向使用的PSS和面向結(jié)果的PSS，能針對不同類型的用戶個性化需求提供不同的解決方案［3?4］。PSS的個性化與服務(wù)多變性必然造成企業(yè)在管理、設(shè)計制造、供應(yīng)和實施等環(huán)節(jié)成本的大幅增加［22］。模塊化是一種降低運營成本和增加PSS效能，兼具個性化與大規(guī)模生產(chǎn)，實現(xiàn)用戶需求快速供給的有效途徑［21，23?26］。

基于表2的分析，面向大規(guī)模個性化PSS與傳統(tǒng)PSS的模塊化設(shè)計在研究目標、個性化程度、參與方、模塊化粒度、系統(tǒng)復(fù)雜度和設(shè)計難度等方面均存在較大不同。大規(guī)模定制模式下的模塊化設(shè)計研究，模塊化方案規(guī)劃、配置設(shè)計機制、模塊化產(chǎn)品架構(gòu)、模塊和關(guān)鍵參數(shù)都是保持固定和預(yù)先設(shè)計情況下開展面向細分市場的配置設(shè)計，并不能實現(xiàn)客戶一對一的大規(guī)模個性化需求［7?10］。因此，面向大規(guī)模個性化PSS與傳統(tǒng)PSS的模塊化設(shè)計存在較大不同。

基于以上論述與分析，研究大規(guī)模個性化生產(chǎn)模式下PSS模塊化設(shè)計理論框架體系，通過物理產(chǎn)品與服務(wù)內(nèi)部模塊的快速組合，實現(xiàn)客戶需求的大規(guī)模、個性化、低成本與快速提供。這是本文的出發(fā)點。

表2 面向大規(guī)模個性化PSS與傳統(tǒng)PSS的模塊化設(shè)計的區(qū)別Tab.2 Differences of modular design between PSSoriented to mass personalization and traditional PSS

2 面向大規(guī)模個性化的PSS模塊化設(shè)計研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 PSS模塊化設(shè)計研究進展

PSS模塊化設(shè)計是由一系列物理模塊與服務(wù)模塊的優(yōu)化配置來完成的。物理模塊是具有某種確定獨立功能的半自律性的子系統(tǒng)，它可以通過標準的界面結(jié)構(gòu)與其他功能的半自律性子系統(tǒng)按照一定的規(guī)則相互聯(lián)系而構(gòu)成更加復(fù)雜的系統(tǒng)。服務(wù)模塊是一種功能獨立的有形服務(wù)或無形服務(wù)的抽象體，通過物理模塊和服務(wù)過程的互動來實現(xiàn)服務(wù)的功能。

在PSS模塊化設(shè)計領(lǐng)域，2006年，AURICH等［23］首先提出了PSS的模塊化設(shè)計框架、原理和配置設(shè)計方法；建立了實現(xiàn)技術(shù)型PSS模塊化原理，提出通過一個過程庫來設(shè)計和制造技術(shù)型PSS［26?27］。2011 年，TUUNANEN 等［28］通過 2 個案例驗證了服務(wù)過程的模塊化設(shè)計，能使服務(wù)過程族得到重用并組合出客戶滿意的服務(wù)產(chǎn)品。GENG等［29］提出一種新的PSS概念化設(shè)計方法，它包括建立用戶任務(wù)模型、功能模型以及概念化服務(wù)藍圖。董明等［30］提出一種基于本體的模塊化建模和配置方式，在面向配置的整體產(chǎn)品建模中，采用可達矩陣方法對服務(wù)要素進行模塊劃分，提出基于元本體的PSS配置設(shè)計方法。WANG等［31］提出了一個面向PSS的并行模塊開發(fā)框架，采用質(zhì)量功能矩陣方法與Portfolio技術(shù)實現(xiàn)了面向PSS的模塊化開發(fā)。2012年，GEUM等［32］提出一個基于質(zhì)量屋的服務(wù)模塊化框架和服務(wù)集中的模塊化方法，他將服務(wù)分解為3個維度：服務(wù)過程、服務(wù)結(jié)果和服務(wù)的先決條件，并采用聚類分析法實現(xiàn)了模塊識別。2013年，LONG等［33］考慮客戶需求，提出了基于支持向量機的PSS配置模型。為了提高PSS的實施效能，SHIKATA等［34］提出了采用模塊化產(chǎn)品架構(gòu)的方法擴展多樣化的服務(wù)以增加產(chǎn)品的附加值。2014年和2015年，宋文燕等［35?36］提出了基于工業(yè)服務(wù)藍圖的服務(wù)模塊識別方法，利用基于模糊樹理論的模塊化構(gòu)建方法得到不同方案；并提出了基于粗糙近理想解法的服務(wù)方案決策模型。同一時期，李浩等［24，25，37?41］在集成服務(wù)型產(chǎn)品和廣義產(chǎn)品的模塊化方面做了較多研究，建立了廣義產(chǎn)品模塊化過程總體模型，提出了一個三階段的交互式集成服務(wù)型產(chǎn)品模塊劃分方法，并采用質(zhì)量屋法來評價廣義模塊之間的一致性，確保模塊劃分的合理性與一致性；通過提出功能性服務(wù)的概念理清了物理模塊與服務(wù)模塊的交互關(guān)系，建立了廣義產(chǎn)品模塊化主結(jié)構(gòu)和實例結(jié)構(gòu)模型，實現(xiàn)了物理模塊與服務(wù)模塊的有機融合。

學(xué)者們針對集成服務(wù)型產(chǎn)品（即面向產(chǎn)品的PSS）、廣義產(chǎn)品和PSS等對象進行了模塊化設(shè)計相關(guān)研究，并在物理與服務(wù)模塊關(guān)系、模塊識別與劃分、模塊描述與建模、配置設(shè)計等方面做出了一系列開創(chuàng)性成果。但是，目前針對PSS的研究沒有解決物理模塊與服務(wù)模塊數(shù)量關(guān)系這個難題。

2.2 大規(guī)模個性化的研究進展

大規(guī)模個性化設(shè)計的目標是提高用戶體驗和參與度的同時仍保持后端的生產(chǎn)效率，這是近幾年的研究熱點。TSENG 等［7］和 ZHOU 等［8］提出了面向大規(guī)模個性化設(shè)計的技術(shù)架構(gòu)，該架構(gòu)包括產(chǎn)品設(shè)計、過程設(shè)計和供應(yīng)鏈設(shè)計等步驟，分別通過產(chǎn)品平臺、過程平臺和供應(yīng)鏈平臺來實現(xiàn)，歸納了大規(guī)模個性化設(shè)計的典型特征：用戶體驗、產(chǎn)品變化和協(xié)同創(chuàng)造，分析總結(jié)了面向大規(guī)模個性化的情感和認知設(shè)計的關(guān)鍵維度［8］。MURTHI等［42］提出了一個個性化設(shè)計的體系框架，包括個性化實現(xiàn)關(guān)鍵階段：識別客戶偏好、匹配客戶需求、識別和匹配過程評估。為了推動大規(guī)模定制向大規(guī)模個性化轉(zhuǎn)變，REI?等［43］提出采用電子商務(wù)服務(wù)的方式來實現(xiàn)大規(guī)模個性化；KUMAR［44］提出了推動大規(guī)格定制向大規(guī)模個性化轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵因素，如客戶/市場共享、IT技術(shù)等；也提出了一個采用效率指標來測量大規(guī)模定制與個性化效率的方法［45］。為了將客戶行為施加到個性化的產(chǎn)品與服務(wù)上，ADOMAVICIUS等［46］提出了一個基于迭代反饋的個性化提供過程，主要包括3個階段：理解客戶需求、投遞個性化產(chǎn)品和測量個性化的影響。

針對大規(guī)模個性化設(shè)計的研究目前還處于起步階段，TSENG和JIAO課題組對面向大規(guī)模個性化設(shè)計的技術(shù)架構(gòu)進行了較多研究。大規(guī)模個性化設(shè)計容易導(dǎo)致模塊數(shù)量失控和成本大幅增加。為了控制成本和實現(xiàn)高效率提供，模塊化設(shè)計原理是必不可少的基本支撐手段，目前未見面向大規(guī)模個性化的模塊化PSS系統(tǒng)的相關(guān)報道。

在大規(guī)模個性化提供模式下，PSS主要矛盾沖突轉(zhuǎn)移至系統(tǒng)內(nèi)部和系統(tǒng)外部沖突上。系統(tǒng)外部體現(xiàn)為個性化和可靠性，利益對象是客戶；而系統(tǒng)內(nèi)部因素是模塊化度、低成本，利益對象是PSS提供商。如何平衡系統(tǒng)內(nèi)部和外部因素，探索多目標之間的沖突消解機制，使得客戶和制造商的滿意度均最大化和雙贏才是PSS系統(tǒng)個性化設(shè)計的最終目標。

表3 面向大規(guī)模個性化的不同類別PSS模塊化特征分析Tab.3 Analysis of modular characteristics of different types of PSSoriented to mass personalization

3 面向大規(guī)模個性化的PSS模塊化設(shè)計基本特征與實現(xiàn)模式

3.1 面向大規(guī)模個性化的PSS模塊化設(shè)計基本特征

表3為面向大規(guī)模個性化的不同類別PSS模塊化特征分析，分別從模塊組成、模塊類別的變化、用戶決策關(guān)注點、設(shè)計優(yōu)化目標和個性化體現(xiàn)形式等方面進行了分析。值得說明的是，不同類型的PSS在模塊組成和配置設(shè)計時模塊類別等方面存在較大不同，見表3。在模塊組成上，面向產(chǎn)品的PSS需提供給用戶物理模塊和相應(yīng)的服務(wù)模塊；對于面向使用的PSS，有的特殊產(chǎn)品，為保證租賃后的產(chǎn)品能有效運行，還需要提供相應(yīng)配套模塊。配套模塊為一種特殊的模塊，主要是為保障面向使用的變壓器和面向結(jié)果的PSS能正常運行而必選提供的，但這些模塊在面向產(chǎn)品的PSS提供時僅為可選模塊。以變壓器為例，在面向使用的變壓器提供時，用戶主要購買變壓器及其配套服務(wù)的使用權(quán)，即租賃變壓器。此時，高低壓開關(guān)控制柜變?yōu)楸剡x模塊，必須要配套才能完成變壓服務(wù)；但在面向產(chǎn)品的變壓器銷售時，高低壓開關(guān)控制柜是可選模塊。在面向結(jié)果的變壓器提供時，部分服務(wù)模塊如回收服務(wù)、金融租賃服務(wù)等不再提供。

3.2 PSS大規(guī)模個性化的實現(xiàn)方式

PSS大規(guī)模個性化的實現(xiàn)可以從4個視角來分析，見表4。分別從PSS類別、PSS提供維度、PSS提供階段和PSS模塊類別等不同視角進行個性化實現(xiàn)方式分析。在用戶根據(jù)自己的個性化需求選擇產(chǎn)品類別時，可選擇3種不同的模式來實現(xiàn)：面向產(chǎn)品的PSS、面向使用的PSS和面向結(jié)果的PSS，實現(xiàn)了一定程度上的類別個性化；在PSS提供階段，可以提供個性化物理產(chǎn)品、個性化服務(wù)，也可以通過個性化供應(yīng)鏈；在PSS產(chǎn)品設(shè)計階段，可通過個性化的物理模塊、個性化的服務(wù)模塊或者兩者集成提供來實現(xiàn)PSS的產(chǎn)品設(shè)計個性化。

表4 PSS的個性化實現(xiàn)方式Tab.4 Ways of realization of personalized PSS

基于對PSS個性化實現(xiàn)方式的分析，PSS模塊化設(shè)計的個性化可從4個方面展開。①廣義需求（含功能需求、性能需求、個性需求和可持續(xù)需求等）獲取的智能感知，通過歷史記錄、信息系統(tǒng)實時監(jiān)測等手段來分析判斷用戶的獨特需求品味和特征，智能感知有一定的不確定性和提前預(yù)知性。②具有可變性和自適應(yīng)性的PSS產(chǎn)品族架構(gòu)。在大規(guī)模個性化設(shè)計階段，必須依靠產(chǎn)品平臺才能實現(xiàn)其大規(guī)模批量化和低成本化，而產(chǎn)品族架構(gòu)規(guī)劃是基于產(chǎn)品平臺的PSS模塊化設(shè)計的核心。傳統(tǒng)產(chǎn)品族架構(gòu)所規(guī)劃的產(chǎn)品模塊化設(shè)計機制、模塊化產(chǎn)品架構(gòu)、基本模塊和關(guān)鍵參數(shù)等都是保持固定和預(yù)先設(shè)計情況下開展面向細分市場的設(shè)計，而在大規(guī)模個性化生產(chǎn)模式下，PSS模塊化產(chǎn)品族架構(gòu)應(yīng)具有可變性和自適應(yīng)性，以支持用戶的個性化需求和不同類別PSS的模塊化實現(xiàn)。③PSS的個性化自適應(yīng)配置設(shè)計。當感知到客戶的個性化特征后，可通過自適應(yīng)配置設(shè)計出一系列個性化的產(chǎn)品與服務(wù)模塊組合來滿足用戶需求；同時，在配置設(shè)計過程中，支持PSS個性化模塊的情感認知再設(shè)計，以滿足用戶的個性化需求與體驗。④PSS的個性化提供過程。配置和提供的產(chǎn)品是滿足用戶需求的，可能是獨一無二的，也可能是與其他用戶一樣的，但可通過投遞過程來實現(xiàn)提供過程的個性化，而模塊化是實現(xiàn)個性化的基礎(chǔ)。

4 面向大規(guī)模個性化的PSS模塊化過程與方法

4.1 面向大規(guī)模個性化的PSS模塊化過程建模方法

面向大規(guī)模個性化的PSS模塊化建模過程主要分為PSS模塊化方案設(shè)計與規(guī)劃、PSS模塊化配置設(shè)計和PSS模塊化實現(xiàn)3個步驟（見圖2）。

圖2 面向大規(guī)模個性化的PSS模塊化過程Fig.2 Modular process of PSSoriented to mass personalization

在PSS模塊化方案設(shè)計與規(guī)劃階段，通過對大量客戶需求和可持續(xù)性需求的獲取，對不同類型的PSS進行方案設(shè)計、模塊劃分與模塊設(shè)計，形成一系列物理與服務(wù)模塊；并對PSS產(chǎn)品族架構(gòu)進行規(guī)劃，建立PSS產(chǎn)品平臺。在PSS模塊化配置設(shè)計階段，根據(jù)某客戶的需求，進行個性化推薦和體驗，建立PSS模塊化實例結(jié)構(gòu)，并對個性化模塊進行情感認知再設(shè)計，使得配置后的PSS盡可能滿足部分客戶的獨特需求。在PSS模塊化實現(xiàn)階段，首先是模塊的智能制造階段，通過對物理模塊和功能性服務(wù)所需要配套的物理模塊進行智能化的制造，讓用戶可追蹤和體驗個人定制產(chǎn)品的制造過程，使用戶獲得制造過程的獨特體驗。在PSS的系統(tǒng)投遞階段，對于面向產(chǎn)品的PSS，其物理投遞過程主要在物理產(chǎn)品銷售階段與服務(wù)運維階段，其個性化的實現(xiàn)主要在于模塊化提供和產(chǎn)品服務(wù)運維階段；對于面向功能的PSS，其形式主要是租賃或共享物理產(chǎn)品，個性化實現(xiàn)在PSS的租賃或共享物理產(chǎn)品期間；對于面向結(jié)果的PSS，主要是銷售產(chǎn)品的功能結(jié)果，個性化是在產(chǎn)品功能結(jié)果向用戶提供期間實現(xiàn)的。

面向大規(guī)模個性化的PSS模塊化過程建模方法主要是通過5個域的轉(zhuǎn)換和4個系統(tǒng)或平臺的支持來實現(xiàn)（見圖3）。SUH［47］提出公理設(shè)計方法并將傳統(tǒng)的物理產(chǎn)品設(shè)計世界分為4個域：用戶域（CA）、功能域（FD）、產(chǎn)品域（PD）和過程域（PD）。然而，PSS設(shè)計理念顯著不同于傳統(tǒng)物理產(chǎn)品，PSS模塊化投遞過程（即投遞域）是PSS個性化提供與服務(wù)體驗的重要組成部分。在本文中，PSS模塊化過程將傳統(tǒng)4個域擴展到5個域。5個域的實現(xiàn)由4個系統(tǒng)或平臺進行支持，分別是PSS設(shè)計系統(tǒng)、PSS產(chǎn)品平臺、PSS制造平臺和PSS服務(wù)平臺。PSS模塊化系統(tǒng)的5個域在映射過程中，需要探索有效方法支持不同域之間的有機集成與轉(zhuǎn)化。

圖3 PSS模塊化系統(tǒng)的5個域映射過程Fig.3 Five-domain mappings process of the modular PSSsystem

圖4 不確定環(huán)境下用戶需求獲取與分析的情景模式Fig.4 User demand acquisition and analysis model under uncertain environment

4.2 面向大規(guī)模個性化的模塊化PSS系統(tǒng)方案設(shè)計

4.2.1 不確定環(huán)境下用戶需求獲取與功能設(shè)計

在面向大規(guī)模個性化的PSS系統(tǒng)模塊化設(shè)計模式下，由于服務(wù)的動態(tài)性、隨機性、無形性以及PSS的多樣性等特征，在劃分PSS的市場區(qū)段、產(chǎn)品與服務(wù)變型及用戶是否使用購買初期的服務(wù)等均充滿了不確定性。在產(chǎn)品設(shè)計初期就考慮產(chǎn)品使用期的功能性服務(wù)和非功能性服務(wù)使得產(chǎn)品大規(guī)模個性化環(huán)境下的模塊化方案規(guī)劃變得更加困難。

不確定環(huán)境下用戶需求獲取與分析的情景模式見圖4，主要是客戶情感需求與產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計的交互過程。在這個過程中，需要主動感知個性化需求，同時設(shè)計師將功能設(shè)計方案動態(tài)實時反饋給客戶，以確定是否是客戶的實際需求。對用戶需求相關(guān)的未知不確定性進行分析，需要找出與其相關(guān)的主要設(shè)計參數(shù)。將不確定性作為需求的一部分分類固化下來，分布于基本需求、個性化需求和生態(tài)性需求中，可以采用Kano模型圖和Kano模型需求歸類矩陣構(gòu)建PSS的個性化需求層次模型，并確定個性化需求項的重要度排序［48］。根據(jù)需求分析的不同類別及需求項重要度，建立功能映射關(guān)系模型，完成功能方案規(guī)劃，通過有效的方法實現(xiàn)合理的功能設(shè)計。Kano的質(zhì)量模型將顧客需求分為基本型需求、期望型需求和興奮型需求?；拘托枨笫穷櫩驼J為在產(chǎn)品中應(yīng)該有的功能或需求；市場調(diào)查中顧客所討論的通常是期望型需求，在實際產(chǎn)品與服務(wù)中實現(xiàn)的越多，顧客就越滿意；興奮型需求是指令顧客想不到的產(chǎn)品特征，如果產(chǎn)品或服務(wù)滿足了這類需求時，顧客對產(chǎn)品就非常滿意。PSS的4種類型產(chǎn)品中，純物理產(chǎn)品和面向產(chǎn)品的PSS為基本型需求，面向使用的產(chǎn)品為期望型需求，面向結(jié)果的產(chǎn)品為興奮型需求。針對每一種類型的PSS，其模塊構(gòu)成中也分為基本功能需求模塊、期望型需求模塊和興奮型需求模塊，需要針對每一種類型進行深入分析。

4.2.2 PSS模塊劃分方法

PSS模塊劃分主要是完成不同類型PSS的模塊劃分，PSS模塊包括物理模塊與服務(wù)模塊。面向大規(guī)模個性化下的物理與服務(wù)模塊劃分是一個交互式設(shè)計過程，即基于客戶的需求先進行服務(wù)模塊劃分；然后，基于劃分后的服務(wù)模塊劃分物理模塊；最后，基于劃分后的物理模塊進行服務(wù)模塊的完善。這一過程可以看成一個基于客戶需求和服務(wù)商設(shè)計需求的主從雙層規(guī)劃決策過程。

經(jīng)過前期研究分析，主層為服務(wù)模塊劃分層，從用戶最大個性化和服務(wù)體驗的角度出發(fā)；從層為物理模塊劃分層，考慮性能、質(zhì)量、成本等綜合因素，并基于服務(wù)商的視角進行的設(shè)計，以性價比最高和易于柔性制造為目標。它們之間是交互循環(huán)的關(guān)系，確保用戶和服務(wù)商的利益均衡，具體過程見圖5。

圖5 面向大規(guī)模個性化的PSS模塊劃分過程Fig.5 Module partition process of PSSoriented to mass personalization

在大規(guī)模個性化設(shè)計中，將設(shè)計行為納入“社會-經(jīng)濟-環(huán)境-人”的系統(tǒng)中，旨在平衡環(huán)境、社會和經(jīng)濟三方面的設(shè)計實踐與設(shè)計管理。在模塊劃分評價指標方面，采取體現(xiàn)生態(tài)性評價方式。基于雙層規(guī)劃的PSS模塊劃分過程最重要的步驟是制定合理的模塊劃分評價指標體系。雖然PSS模塊劃分需要考慮到生態(tài)學(xué)評價原則，然而任何模塊化系統(tǒng)所需要遵循的基本準則必須得到保證，如功能獨立性原則、弱耦合原則、粒度適中原則等，而對于PSS系統(tǒng)的特色指標為面向服務(wù)的原則，即在物理模塊設(shè)計過程中，要考慮服務(wù)過程的便利性，同時支持功能性服務(wù)的運行；在服務(wù)模塊設(shè)計時，考慮服務(wù)過程、服務(wù)類等特殊存在形式。

4.3 面向大規(guī)模個性化PSS的模塊配置優(yōu)化決策

4.3.1 多層次個性化優(yōu)化決策框架

與傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計過程相比，PSS的個性化自適應(yīng)配置設(shè)計與優(yōu)化決策更強調(diào)服務(wù)方案的個性化推薦、用戶個性化體驗與服務(wù)商模塊主從決策優(yōu)化和基于情感認知的個性化模塊再設(shè)計。這些研究內(nèi)容更能體現(xiàn)出面向大規(guī)模個性化的PSS模塊化設(shè)計的特殊之處：自適應(yīng)性、個性化極致體驗和系統(tǒng)參與方的高滿意度。多層次個性化自適應(yīng)配置設(shè)計分為5個層次，分別為需求獲取層、個性化推薦層、個性化服務(wù)方案層、模塊配置提供層、情感再設(shè)計層（見圖6）。

圖6 個性化PSS優(yōu)化配置設(shè)計過程Fig.6 Configuration design process of personalized PSS

PSS模塊配置設(shè)計的交互式體現(xiàn)在個性化服務(wù)方案層和模塊配置提供層之間。個性化服務(wù)方案層是用戶個性化選擇和設(shè)計的模塊層，主要決策和設(shè)計主體是用戶；主要滿足用戶的關(guān)注點和選擇及設(shè)計需求，模塊粒度較粗。零部件層是粒度較細的模塊層，是制造商基于用戶選擇和設(shè)計后的個性化方案，在此基礎(chǔ)上進行的模塊設(shè)計優(yōu)化與改進后的層次。

4.3.2 基于協(xié)同過濾的服務(wù)方案個性化推薦方法

為了幫助客戶更高效和精準地進行個性化選擇和推薦，PSS制造商或服務(wù)商可以按照客戶的瀏覽習(xí)慣、消費習(xí)慣、使用情況、需求特征等對PSS服務(wù)方案進行個性化推薦?；ヂ?lián)網(wǎng)和電子商務(wù)的快速發(fā)展使企業(yè)能夠收集到大量的用戶信息，為個性化推薦提供了基礎(chǔ)。向客戶個性化推薦的內(nèi)容包括，不同類型PSS方案，不同類型PSS的模塊化構(gòu)成，可選擇以及可個性化設(shè)計的模塊族等。推薦算法（或推薦策略）是整個PSS服務(wù)方案個性化推薦系統(tǒng)中最核心的部分，在很大程度上決定了推薦系統(tǒng)的性能優(yōu)劣。基于用戶的協(xié)同推薦主要過程為：篩選出對象中的集合型指標符合用戶的個性化需求的對象，將不符合用戶需求偏好的對象刪除；根據(jù)客戶對感興趣的服務(wù)方案模塊進行偏好打分，得到一個評分集合；根據(jù)相關(guān)相似性算法進行相關(guān)性評價；通過上面提出的相關(guān)相似性度量方法得到目標用戶的最近鄰居，下一步需要產(chǎn)生相應(yīng)的推薦；對所有未評分的推薦對象的評分；基于個性化服務(wù)方案層和模塊配置提供層的聯(lián)合循環(huán)優(yōu)化，開展雙層設(shè)計決策。常見的相似性計算有歐幾里德距離評價和皮爾遜相關(guān)度評價等方法。

4.3.3 用戶個性化體驗與服務(wù)商模塊配置優(yōu)化主從決策方法

根據(jù)用戶服務(wù)方案的個性化推薦結(jié)果，可以快速發(fā)現(xiàn)用戶的偏好，個性化推薦高效地為用戶提供了較好的PSS類別及主要物理與服務(wù)模塊。然而，還需要通過交互式模塊配置設(shè)計方法和面向情感認知的再設(shè)計方法對模塊進行配置和個性化，以滿足用戶的個性化需求與服務(wù)體驗。個性化服務(wù)方案層與模塊配置層交互式設(shè)計過程中需要解決用戶和服務(wù)商之間的交互式機制和配置優(yōu)化目標函數(shù)設(shè)置等難題。

個性化服務(wù)方案層與模塊配置提供層交互式設(shè)計過程是一個主從雙層決策問題。個性化服務(wù)方案層是從用戶最大個性化和服務(wù)體驗的角度出發(fā)，直接參與個性化物理與服務(wù)模塊的設(shè)計，以及選擇模塊的定制選擇；模塊配置提供層設(shè)計是基于個性化服務(wù)方案的配置結(jié)果，以利潤率最高和易于柔性制造為目標。它們之間是交互循環(huán)的關(guān)系，確保用戶和服務(wù)商的利益均衡。在交互式PSS模塊配置設(shè)計過程中，配置設(shè)計的總目標是配置出用戶個性化體驗最大與服務(wù)商易于柔性制造且利潤率最高的PSS實例。然而，針對不同類型的PSS，其具體優(yōu)化目標也有較大的區(qū)別，如面向產(chǎn)品的PSS配置優(yōu)化目標更強調(diào)PSS生命周期內(nèi)的可擴展性、可升級性和服務(wù)便利性；面向使用的PSS在配置優(yōu)化時，針對不同層次的用戶，會有質(zhì)量和可靠性等級的差別，同時也需要考慮到使用過程中制造商提供服務(wù)的便捷性；而用戶對面向結(jié)果的PSS功能與性能要求最高，必須要保障提供的物理產(chǎn)品與服務(wù)在運行過程中的故障率最低，確保用戶生產(chǎn)及使用PSS時的無故障性與服務(wù)體驗。因此，需要針對不同類型PSS設(shè)置不同的配置約束目標。

面向大規(guī)模個性化PSS的模塊設(shè)計實際上是一個以個性化服務(wù)方案層為主，與模塊配置提供層為次的主從迭代過程。圖7描述了面向大規(guī)模個性化的PSS主從關(guān)聯(lián)模塊設(shè)計決策過程?；趥€性化推薦的結(jié)果，首先根據(jù)客戶需求進行面向服務(wù)的配置，主要有面向產(chǎn)品的PSS、面向功能和面向結(jié)果的PSS，以個性化體驗和滿意度最大化為考察標準，選擇一種服務(wù)方案。在此基礎(chǔ)上，基于已有的個性化服務(wù)方案進行模塊配置提供層的配置與設(shè)計，即通過物理模塊、服務(wù)模塊或者集成服務(wù)的物理模塊進行組合、個性化模塊的設(shè)計來實現(xiàn)優(yōu)化服務(wù)方案，確保服務(wù)商的利益。但是模塊配置提供層的配置與設(shè)計結(jié)果影響了個性化服務(wù)方案的用戶滿意度和體驗，因此個性化服務(wù)方案又需要基于模塊配置提供層的結(jié)果對服務(wù)方案進行適當?shù)恼{(diào)整。PSS模塊設(shè)計的決策過程具有以下特點：①參與個性化設(shè)計決策的主體是客戶和服務(wù)商，且兩者具有不同的決策目標；②客戶首先基于用戶體驗和個性化最大化確定PSS服務(wù)方案，服務(wù)商基于個性化服務(wù)方案確定PSS的模塊配置與設(shè)計方案，因此PSS配置設(shè)計過程是一個以客戶為主者，企業(yè)為從者的決策過程；③個性化服務(wù)方案的決策結(jié)果對模塊配置提供方案有影響，同樣地模塊配置提供方案也會影響個性化服務(wù)方案滿意度的達成，這種相互耦合、相互關(guān)聯(lián)使得PSS個性化設(shè)計是在服務(wù)方案和實現(xiàn)方案間反復(fù)迭代的過程。

圖7 用戶個性化體驗與服務(wù)商模塊配置優(yōu)化主從決策過程Fig.7 Bi-level decision-making process of module configuration optimization between customer personalized experience and service provider

4.4 模塊化服務(wù)鏈供應(yīng)配置方法

模塊化服務(wù)鏈供應(yīng)配置是基于服務(wù)平臺開展的優(yōu)化設(shè)計，但服務(wù)平臺中的PSS實例結(jié)構(gòu)樹來源于產(chǎn)品平臺。PSS實例結(jié)構(gòu)樹是根據(jù)用戶需求，在產(chǎn)品平臺上配置出來的客戶需要的個性化產(chǎn)品與服務(wù)結(jié)構(gòu)。因此，服務(wù)鏈的運行與PSS的產(chǎn)品實例結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。模塊化的服務(wù)鏈設(shè)計有利于服務(wù)供應(yīng)鏈的優(yōu)化與創(chuàng)新，在共同的設(shè)計規(guī)則之下，各模塊相互作用，滿足用戶的個性化需求與服務(wù)體驗。常見的典型服務(wù)鏈有投遞運輸服務(wù)鏈、施工安裝服務(wù)鏈、MRO服務(wù)鏈、運行監(jiān)控服務(wù)鏈等。對于面向使用的PSS和面向結(jié)果的PSS，其服務(wù)鏈更側(cè)重于服務(wù)過程體驗，即以過程型服務(wù)模塊為主。過程如下：

（1）分析服務(wù)鏈模塊類別，完成模塊類別劃分。在模塊化服務(wù)鏈中，首先根據(jù)用戶的需求啟動服務(wù)任務(wù)。然后，根據(jù)服務(wù)模塊劃分方法，將服務(wù)任務(wù)劃分為若干子模塊。針對這些子模塊類別以及模塊間的約束規(guī)則，從實例庫中選擇符合用戶滿意度的模塊，尋找到每個子模塊的實例。這些實例就形成了一系列模塊化服務(wù)鏈方案。形成服務(wù)鏈方案的第一步是對服務(wù)鏈配置的模塊類別進行劃分，可將其劃分為基本模塊、可選模塊和個性化模塊。

（2）建立服務(wù)模塊選擇準則。傳統(tǒng)供應(yīng)鏈中的模塊評價準則從單一的成本準則轉(zhuǎn)向服務(wù)鏈中以質(zhì)量、服務(wù)、準時交貨、柔性、信息等多準則方向發(fā)展，模塊決策模型也從單一的買方庫存成本模型轉(zhuǎn)向雙方相互協(xié)調(diào)模型，客戶與模塊服務(wù)商的關(guān)系由敵對狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛押脜f(xié)作的“戰(zhàn)略伙伴”關(guān)系。在服務(wù)供應(yīng)模塊選擇準則中，以服務(wù)價格、服務(wù)質(zhì)量、服務(wù)交貨期、服務(wù)商能力、可持續(xù)性等為綜合目標。針對不同類型的PSS，這幾種約束準則的權(quán)重系數(shù)不同，其中，可持續(xù)性準則體現(xiàn)在服務(wù)能否給客戶提供附加值、模塊的綠色度等。

（3）服務(wù)鏈優(yōu)化配置設(shè)計。服務(wù)鏈優(yōu)化配置設(shè)計并不是實時執(zhí)行和完成的，而是一個特定的時間段內(nèi)動態(tài)完成服務(wù)模塊的增加或修正。服務(wù)鏈優(yōu)化配置設(shè)計過程是基于基本模塊、可選模塊和個性化模塊的組合優(yōu)化配置。通過采取適當?shù)膬?yōu)化配置方法，理清服務(wù)模塊之間的關(guān)聯(lián)耦合關(guān)系，針對不同的客戶，快速配置出能滿足用戶個性化需求的服務(wù)鏈解決方案。

（4）個性化模塊的再設(shè)計。情感認知設(shè)計是通過客戶個體對生理喚起的評價和對環(huán)境感知而產(chǎn)生的，情感化設(shè)計核心主要在于引發(fā)用戶認知愉悅從而為用戶帶來積極的情緒體驗。在大規(guī)模個性化PSS設(shè)計過程中，可通過情感認知設(shè)計對部分個性化模塊進行，如物理模塊的包裝、外觀造型、色彩、材料和肌理等，服務(wù)模塊的服務(wù)過程參數(shù)，增加服務(wù)過程用戶個性化需求，使得配置后的模塊盡可能滿足部分客戶的獨特需求。

5 結(jié)語

本文對面向大規(guī)模個性化的PSS模塊化設(shè)計基本特征與實現(xiàn)模式、模塊化過程模型、系統(tǒng)方案設(shè)計方法、模塊配置優(yōu)化決策和模塊化服務(wù)鏈供應(yīng)配置方法等進行了系統(tǒng)的歸納總結(jié)，對于持續(xù)地推進產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計、制造業(yè)服務(wù)化和大規(guī)模個性化設(shè)計具有一定的參考價值。

針對PSS大規(guī)模個性化研究，以下幾個子方向?qū)⒊蔀檠芯苛咙c：①客戶的個性化需求獲取與個性化推薦技術(shù)?；陂_放式的個性化配置平臺，可以根據(jù)客戶的瀏覽習(xí)慣、消費習(xí)慣、使用情況、需求特征等進行個性化PSS方案的快速精準推薦。②面向大規(guī)模個性化的PSS模塊化架構(gòu)研究，該架構(gòu)具有可變性和自適應(yīng)性特征，以支持用戶的個性化需求和不同類別PSS的模塊化實現(xiàn)。③PSS的研究延伸到服務(wù)供應(yīng)鏈集成設(shè)計過程中，PSS的個性化提供在模塊化服務(wù)鏈供應(yīng)中得到充分發(fā)揮。

在未來的研究中，筆者將主要研究大規(guī)模個性化的PSS系統(tǒng)方案設(shè)計、模塊配置優(yōu)化決策和模塊化服務(wù)鏈供應(yīng)配置方法等，突破關(guān)鍵技術(shù)方法，完成信息系統(tǒng)開發(fā)。