面向客户价值的智能产品概念设计方法(数智化时代产业智联生态系统创新理论研究丛书)_明新国、厉秀珍、张先燏著_9787547863879

本书在分析国内外研究及工业实践的基础上,围绕智能产品各个阶段的设计,介绍和阐述了智能产品概念设计框架、智能产品的客户需求识别与分析、客户需求向技术属性转化、智能产品监测与控制功能的设计、智能产品优化与自主功能的设计等内容,重点介绍了基于客户价值最大化的智能产品需求分析方法,基于改进的模糊TOPSIS智能产品需求转化方法,面向智能产品的监测、控制、优化及自主功能的设计方法等;并在上述理论、方法与技术研究的基础上,选用智能冰箱与智能扫地机器人作为案例分别验证了技术的可行性。
本书为一套完整的框架、理论、方法和技术体系,且理论在企业中得到了验证,既可以作为企业和政府管理人员的培训教材、高等院校管理专业师生的参考教材,也可以作为从事生产性服务业相关工作人员的参考用书。

当前，一些先进技术的发展使产品经历了四个阶段的演变：第一个阶段是传统产品，主要由机械类和电子类零部件组成，数字化技术能准确描述产品信息，提高了产品运行效率；第二阶段是智能产品，主要有物理模块、智能模块和连接模块组成，能增强传统产品和服务的功能；第三个阶段是产品系统，将智能产品集成到产品系统中，采用预测算法和强大的数据分析工具优化系统性能，实现跨企业合作；第四个阶段是系统的系统，产品系统被集成到其他系统中，通过与其他系统配合来增强智能产品的功能和提高工作效率，实现跨行业合作。从产品演变过程可以看出智能产品是产品发展的必然结果，也是演变的核心。传统产品只有升级为智能产品才能衍生出后续的产品系统和系统的系统，而产品系统和系统的系统都是围绕智能产品提供服务，目的使智能产品功能更强大。
然而智能产品发展仍处于初级阶段，还面临五个方面的挑战：第一，智能产品战略仍在制定中，企业投入的人力和资金过少，不利于智能产品后续发展；第二，智能产品要经历三个阶段，包括制定产品战略、验证产品功能和在各个职能部门中大规模部署；第三，智能产品研究跨越多个学科，将智能产品置于物联网中实现研发、制造、服务等多个领域的跨学科协作；第四，智能产品要将软件设计放在首位，需要软件设计团队作支撑；第五，在设计后期，甚至是售后服务中，智能产品作为载体仍在不断创造价值。这些挑战迫使企业的传统部门结构转型，这种转型以智能产品研发为起点，辐射到整条产品价值链中。
因此，本书基于这一需求，结合工业场景中实际相关案例的分析，梳理智能产品概念设计方法要素及其特点，针对智能产品概念设计理论体系与关键技术开展系统性的研究。本书分为8章，第1章介绍智能产品背景、发展与设计的定义；第2章介绍智能产品概念设计框架；第3章介绍基于客户价值最大化的需求识别方法与分析技术；第4章介绍客户需求向技术属性转化技术；第5章介绍智能产品监测与控制功能的设计技术；第6章介绍智能产品优化与自主功
能的设计技术；第7章和第8章分别介绍智能冰箱和智能扫地机器人的概念设计案例。本书内容有助于指导传统企业在产品智能化转型升级中克服瓶颈问题，为智能产品在我国的发展推波助澜。
本书主要内容来源于实际工业需求，探讨了智能产品概念设计理论体系、技术方法与面向客户的相关解决方案实现过程中长期面临的若干关键问题，并从理论和实操层面提出解决方案，对企业实现产品智能化转型具有良好的理论指导与借鉴。因此，本书不仅可以作为企业和政府管理人员的培训教材、高等院校管理专业师生的参考教材，还可以作为从事生产性服务业相关工作人员的参考用书。
上海交通大学机械与动力工程学院的明新国教授、厉秀珍博士、张先熵博士参与了全书的编著工作。感谢上海交通大学机械与动力工程学院的李淼博士、石易达硕士研究生等人，他们参与了全书的整理与修订工作。同时，感谢大规模个性化定制系统与技术全国重点实验室陈录城、盛国军、鲁效平等专家对本书的指导与支持。
作者
2024年1月

明新国博士，上海交通大学机械与动力工程学院教授，新加坡制造技术研究院研究科学家和美国麻省理工学院访问学者，入选2016、2017年度爱思唯尔中国高被引学者（工业和制造工程领域）。曾任中国服务型制造联盟专家委员会副主任委员、中国工业服务联盟专家组组长、国家智能制造标准体系建设指南修订工作组专家、上海交大生产性服务业创新中心主任、上海市推进信息化与工业化融合研究中心主任。主要从事工业人工智能、工业互联网、工业大数据、智能制造系统、智能产品创新生态系统、服务型制造、绿色设计和供应链、精益企业与管理等领域研究。承接或参加国家和上海市资助的产品研发设计、智能制造、服务型制造、绿色制造、工业互联网、工业大数据等产学研合作项目70余项；发表论文200余篇；出版专著5部。

厉秀珍，2017年3月博士毕业于上海交通大学。从事自动驾驶领域的工作，致力于算法的研究与优化，包括激光SLAM、VSLAM、定位算法、点云深度学习及地图引擎等内容。

张先燏博士，上海交通大学机械与动力工程学院助理研究员、硕士生导师。长期担任20余种国际知名期刊审稿专家，5种期刊的客座编辑、编委或青年编委。主要从事智能制造、工业智能化、大规模个性化定制、企业数字化转型等领域研究，承接或参研20余项国家自然科学基金面上项目、国家智能制造专项、上海市专项等。在物联网、智能制造等方向，参与多项国际、国家及行业的相关标准的研制与制定。现为海尔卡奥斯（COSMOPlat工业互联网平台）工业智能研究院新一代工业智能技术领域特聘专家、邦得科技控股集团智能智造高级顾问、中国自动化学会3D打印与社会制造专业委员会委员、IDS（国际数据空间）中国研究实验室日常运营负责人、新一代工业智能技术联合研究中心技术负责人。发表SCI期刊及国际学术会议论文50余篇。

第1章智能产品概念设计概述 …………………………………………………1
1.1 智能产品的背景与发展……………………………………………1
1.2 智能产品及其设计的定义………………………………………4
1.2.1智能产品的定义 …………………………………………4
1.2.2智能产品设计的定义 ……………………………………5
1.3智能产品设计基础技术研究现状与分析………………………6
1.3.1客户需求识别与分析技术 ………………………………7
1.3.2 客户需求向技术属性转化技术 …………………………9
1.3.3 监测与控制功能的设计技术……………………………11
1.3.4 优化与自主功能的设计技术……………………………13
第2章智能产品概念设计框架………………………………………………16
2.1 智能产品概念设计特征定义 …………………………………16
2.2 智能产品特点分析 ………………………………………………18
2.2.1 智能产品技术架构……………………………………18
2.2.2 智能产品工作原理………………………………………20
2.3 智能产品概念设计框架 ………………………………………22
2.3.1总体设计框架……………………………………………22
2.3.2 总体设计流程……………………………………………23
第3章基于客户价值最大化的需求识别方法与分析………………………27
3.1智能产品的需求识别与分析总体流程 ………………………27
3.2客户需求分析 …………………………………………………28
3.2.1客户需求特点………………………………………………29
3.2.2客户需求分类……………………………………………29
3.3面向客户需求的功能需求识别 ………………………………31
3.3.1功能需求特点………………………………………………31
3.3.2功能需求分类……………………………………………32
3.3.3 客户需求与功能需求的映射关系……………………33
3.4 价值博弈分析 ……………………………………………………34
3.4.1产品成本与客户价值识别……………………………34
3.4.2其他利益相关者要价与客户出价的博弈……………36
3.4.3产品成本与客户价值评价……………………………38
第4章客户需求向技术属性转化……………………………………………40
4.1客户需求向技术属性转化的总体流程 ………………………40
4.2智能产品的技术属性识别 ……………………………………42
4.2.1技术属性识别特点………………………………………43
4.2.2技术属性关系分析………………………………………43
4.2.3构建技术属性层次结构…………………………………44
4.3 技术属性重要度评价 ………………………………………45
4.3.1客户需求向技术属性映射………………………………45
4.3.2基于改进的模糊 TOPSIS的技术属性重要度
评价……………………………………………………46
4.4技术冲突解决 ……………………………………………………50
4.4.1技术冲突识别……………………………………………50
4.4.2基于改进的TRIZ理论的技术冲突解决……………52
第5章智能产品监测与控制功能的设计……………………………………55
5.1 智能产品的模块划分 …………………………………………55
5.2监测功能的设计技术 ……………………………………………58
5.2.1面向智能产品的WSN 设计 ……………………………59
5.2.2传感节点工作原理………………………………………60
5.2.3基于K-means算法的数据融合技术 ………………61
5.2.4监测功能成熟度的评价方法……………………………63
5.3控制功能的设计技术 ………………………………………65
5.3.1面向智能产品的远程控制系统设计……………………66
5.3.2自整定模糊PID控制器的设计……………………66
5.3.3控制功能成熟度的评价方法…………………………71
第6章智能产品优化与自主功能的设计………………………………………72
6.1 优化功能的设计技术 ……………………………………………72
6.1.1面向智能产品的ILCS设计 ……………………………72
6.1.2迭代学习控制算法及其收敛性分析…………………74
6.1.3优化功能成熟度的评价方法……………………………78
6.2自主功能的设计技术 ……………………………………………78
6.2.1面向智能产品的ANFIS设计 ……………………………78
6.2.2面向智能产品的多智能体系统设计…………………81
6.2.3自主功能成熟度的评价方法……………………………84
6.3智能产品系统集成设计 ………………………………………85
第7章面向客户价值的智能冰箱概念设计…………………………………88
7.1设计背景 ………………………………………………………88
7.2基于客户价值最大化的智能冰箱需求识别与分析 ………89
7.2.1智能冰箱的客户需求分析……………………………89
7.2.2智能冰箱的功能需求识别………………………………90
7.2.3智能冰箱的价值博弈分析………………………………91
7.3 智能冰箱的客户需求向技术属性转化 ………………………93
7.3.1智能冰箱的技术属性识别………………………………93
7.3.2智能冰箱的技术属性重要度评价……………………96
7.3.3智能冰箱的技术冲突解决………………………………99
7.4智能冰箱监测与控制功能的设计……………………………102
7.4.1智能冰箱的模块划分 ………………………………102
7.4.2 智能冰箱监测功能的设计 …………………………105
7.4.3智能冰箱控制功能的设计 …………………………108
7.5智能冰箱优化与自主功能的设计……………………………110
7.5.1智能冰箱优化功能的设计 …………………………111
7.5.2智能冰箱自主功能的设计 ……………………………113
7.5.3智能冰箱系统集成设计 ………………………………117
第8章面向客户价值的智能扫地机器人概念设计 ………………………119
8.1智能扫地机器人技术架构……………………………………119
8.2智能扫地机器人的客户需求识别与分析……………………121
8.2.1智能扫地机器人的客户需求分析 …………………122
8.2.2智能扫地机器人的功能需求识别 …………………123
8.2.3智能扫地机器人的价值博弈分析 …………………124
8.3 智能扫地机器人的客户需求向技术属性转化………………130
8.3.1智能扫地机器人技术属性识别 ……………………131
8.3.2智能扫地机器人的技术属性重要度评价 …………134
8.3.3智能扫地机器人的技术冲突解决 ………………138
8.4 智能扫地机器人的监测与控制功能的设计…………………142
8.4.1智能扫地机器人的模块划分 ………………………142
8.4.2智能扫地机器人监测功能的设计 …………………145
8.4.3智能扫地机器人控制功能的设计 …………………148
8.5 智能扫地机器人的优化与自主功能的设计…………………150
8.5.1智能扫地机器人优化功能的设计 …………………151
8.5.2智能扫地机器人自主功能的设计 …………………154
8.5.3智能扫地机器人系统集成设计 ……………………157
附录英文缩略语 ………………………………………………………………159
参考文献 ……………………………………………………………………………161
致谢 ……………………………………………………………………………172

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