肖人彬，賴榮燊，李仁旺

(1.華中科技大學(xué) 人工智能與自動(dòng)化學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.廈門理工學(xué)院 機(jī)械與汽車工程學(xué)院，福建 廈門 361024；3.浙江理工大學(xué) 機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院，浙江 杭州 310018)

1 問(wèn)題的提出

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、5G、人工智能等新一代信息通訊技術(shù)的持續(xù)突破和新能源、新材料、3D打印、智能制造等先進(jìn)技術(shù)的快速發(fā)展，新一輪工業(yè)革命正在來(lái)臨，人類社會(huì)跨入了以數(shù)據(jù)為關(guān)鍵生產(chǎn)要素的數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代[1]?？v觀人類文明的發(fā)展歷史，科學(xué)技術(shù)的每一次重大突破都將推動(dòng)生產(chǎn)方式、生活方式和思維方式的深刻變革和演化發(fā)展[2]。我國(guó)政府順勢(shì)而為，積極應(yīng)對(duì)，國(guó)務(wù)院于2015年發(fā)布的《中國(guó)制造2025》全面部署了建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)的實(shí)施戰(zhàn)略，旨在推動(dòng)新一代信息技術(shù)與制造技術(shù)的融合發(fā)展[3]，其中制造業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化是新一輪工業(yè)革命的核心技術(shù)，是“中國(guó)制造2025”的主攻方向[4]。大規(guī)模定制[5]則是當(dāng)前智能制造的主流生產(chǎn)模式之一，它與大規(guī)模生產(chǎn)和大規(guī)模個(gè)性化[6]共同形成長(zhǎng)尾生產(chǎn)方式[7]，這3種生產(chǎn)模式相互關(guān)聯(lián)并且各有獨(dú)特之處。

追溯人類生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)可以發(fā)現(xiàn)，早期生產(chǎn)設(shè)備配置簡(jiǎn)單，主要依賴工匠制作經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)技能，其基本形式采用的是作坊生產(chǎn)方式。作坊生產(chǎn)以單件/小批量和定制化為主要特征，效率低、成本高，質(zhì)量難以保證且生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，但因其完全按照客戶的確定需求進(jìn)行生產(chǎn)，故能充分滿足客戶特定要求，本質(zhì)上是一種客戶化生產(chǎn)，或者是定制化生產(chǎn)(Customized production，簡(jiǎn)記為C)。20世紀(jì)初，以福特T型車裝配流水線為代表的標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)橫空出世，大幅度提升生產(chǎn)效率，而且成本低廉、產(chǎn)品質(zhì)量有可靠保障，在人們生活水平較低且商品緊缺的年代獲得巨大的成功，但是由于產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過(guò)程均由企業(yè)主導(dǎo)且基本沒(méi)有客戶參與，故難以滿足客戶的多樣化、個(gè)性化需求，它是一種大批量生產(chǎn)方式，稱為大規(guī)模生產(chǎn)(Mass production，簡(jiǎn)記為M)。從滿足客戶需求和生產(chǎn)效率/成本這兩個(gè)最主要的指標(biāo)來(lái)看(前者代表客戶方，后者代表生產(chǎn)方)，定制化生產(chǎn)與大規(guī)模生產(chǎn)優(yōu)缺點(diǎn)正好相反，具有明顯的互補(bǔ)性。粗淺看來(lái)，似乎不可調(diào)和，很難將兩者融合為一體。但標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法、信息通訊技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，使得定制化生產(chǎn)與大規(guī)模生產(chǎn)的融合成為可能。

1970年，未來(lái)學(xué)家Toffler提出一種全新的生產(chǎn)方式設(shè)想，即“以類似于大規(guī)模生產(chǎn)的時(shí)間和成本提供滿足客戶特定需求的產(chǎn)品和/或服務(wù)[8]”，此種生產(chǎn)方式于1987年被Davis首次定義為“大規(guī)模定制(Mass customization，簡(jiǎn)記為MC)[9]”，其核心為“產(chǎn)品或服務(wù)品種定制化與多樣化急劇增加，滿足個(gè)性化定制需求的同時(shí)不相應(yīng)增加成本，最大優(yōu)點(diǎn)在于提供戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值[10]”。大規(guī)模定制生產(chǎn)方式既能滿足客戶的定制化需求，又能在大量定制產(chǎn)品的生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)接近大規(guī)模生產(chǎn)的效率/成本指標(biāo)的目標(biāo)，從而在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中贏得優(yōu)勢(shì)[11]。若將滿足客戶需求的指標(biāo)用客戶參與度來(lái)衡量，則圖1直觀地刻畫(huà)出客戶參與度與效率/成本二維結(jié)構(gòu)下定制化生產(chǎn)、大規(guī)模生產(chǎn)和大規(guī)模定制這三種生產(chǎn)模式的定位，其中，大規(guī)模定制生產(chǎn)集成了定制化生產(chǎn)充分滿足客戶個(gè)性化需求和大規(guī)模生產(chǎn)效率高、成本低的優(yōu)勢(shì)。

21世紀(jì)以來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和人們生活水平、健康意識(shí)的顯著提升，醫(yī)療、健康器械和裝飾類、康復(fù)類穿戴產(chǎn)品大量涌現(xiàn)，這類產(chǎn)品的客戶本身具有完全獨(dú)特性，產(chǎn)品制造精度或與人體貼合度等要求極高，故其設(shè)計(jì)與制造的個(gè)性化特征日益突出，更加明顯。此外，產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造很大程度上依賴于客戶高度個(gè)性化信息以及顯性、隱性需求的獲取和挖掘分析，故對(duì)客戶參與度的要求急劇增加，并且呈現(xiàn)出大幅提升的態(tài)勢(shì)。現(xiàn)有大規(guī)模定制生產(chǎn)所依托的產(chǎn)品平臺(tái)技術(shù)和可重構(gòu)制造系統(tǒng)等難以充分滿足此類產(chǎn)品的個(gè)性化要求，由此急需一種與客戶參與度更高要求相適應(yīng)同時(shí)保持良好的效率/成本指標(biāo)的生產(chǎn)模式，這就是大規(guī)模個(gè)性化生產(chǎn)(Mass personalization，簡(jiǎn)記為MP)，其在客戶參與度與效率/成本二維結(jié)構(gòu)下的定位如圖1所示。

上述4種主要生產(chǎn)模式的基本發(fā)展路徑為：C→M→MC→MP。對(duì)于圖1所示的二維結(jié)構(gòu)而言，效率/成本指標(biāo)通常處于優(yōu)先考慮的位置，即一個(gè)適用的生產(chǎn)模式必須具有良好的效率/成本指標(biāo)。大規(guī)模定制和大規(guī)模個(gè)性化可以實(shí)現(xiàn)接近大規(guī)模生產(chǎn)的效率/成本，而定制化生產(chǎn)由于效率/成本指標(biāo)的欠缺而逐漸式微，下面不再涉及。

從供求關(guān)系來(lái)看，大規(guī)模生產(chǎn)與大規(guī)模定制均由企業(yè)主導(dǎo)。前者主要通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研分析并由企業(yè)直接設(shè)計(jì)制造產(chǎn)品后投放市場(chǎng)，客戶只能從市場(chǎng)現(xiàn)有最終產(chǎn)品中進(jìn)行選擇；后者基于市場(chǎng)調(diào)研分析對(duì)市場(chǎng)進(jìn)行細(xì)分，企業(yè)面向一個(gè)或多個(gè)細(xì)分市場(chǎng)開(kāi)發(fā)模塊化或參數(shù)化產(chǎn)品族，客戶可根據(jù)自身需求基于既定的產(chǎn)品族體系結(jié)構(gòu)在較為有限的范圍內(nèi)選擇模塊實(shí)例或功能參數(shù)。而大規(guī)模個(gè)性化則由客戶主導(dǎo)，企業(yè)基于客戶個(gè)性化需求開(kāi)展產(chǎn)品設(shè)計(jì)，并在產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)全流程與客戶實(shí)時(shí)交互，及時(shí)捕捉客戶體驗(yàn)以修正設(shè)計(jì)方案。由此可見(jiàn)，大規(guī)模生產(chǎn)、大規(guī)模定制和大規(guī)模個(gè)性化三種生產(chǎn)模式對(duì)客戶參與的依存性逐漸增強(qiáng)，即大規(guī)模生產(chǎn)的客戶參與度要求較低，大規(guī)模定制生產(chǎn)處于中間狀態(tài)，大規(guī)模個(gè)性化生產(chǎn)的客戶參與度要求最高，如圖2所示。

為了適應(yīng)大規(guī)模定制生產(chǎn)模式的要求，相應(yīng)的大規(guī)模定制化設(shè)計(jì)(Design for Mass Customization，DFMC)[12]方法與技術(shù)發(fā)展起來(lái)，大規(guī)模定制化設(shè)計(jì)方法主要面向細(xì)分市場(chǎng)(Market Segment)或少數(shù)市場(chǎng)(Market of Few)開(kāi)展產(chǎn)品平臺(tái)規(guī)劃和產(chǎn)品(族)設(shè)計(jì)，基于模塊化或參數(shù)化產(chǎn)品平臺(tái)配置產(chǎn)品變型，實(shí)現(xiàn)以接近大規(guī)模生產(chǎn)的質(zhì)量、效率、成本滿足客戶的定制需求。而適應(yīng)大規(guī)模個(gè)性化生產(chǎn)模式的大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)(Design for Mass Personalization，DFMC)[13]的研究尚不充分，處于起步階段。有鑒于此，本文下面從整體層面進(jìn)行系統(tǒng)性探究。

圖1 客戶參與度與效率/成本二維結(jié)構(gòu)下的生產(chǎn)模式定位

圖2 生產(chǎn)模式對(duì)客戶參與度的依存性描述

2 研究現(xiàn)狀及分析

作為大規(guī)模定制的高級(jí)發(fā)展階段，大規(guī)模個(gè)性化旨在通過(guò)客戶參與價(jià)值共創(chuàng)(Value Co-creation)過(guò)程并充分體驗(yàn)企業(yè)排他的或首選的個(gè)性化服務(wù)，真正實(shí)現(xiàn)面向個(gè)人市場(chǎng)[14](Market of one)高度個(gè)性化，其最顯著特征在于客戶體驗(yàn)。為兼顧大規(guī)模個(gè)性化生產(chǎn)模式的客戶參與度和效率/成本目標(biāo)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已就大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)方法開(kāi)展了一些研究。

2005年，Adomavicius等[15]基于迭代反饋原理提出了面向過(guò)程視角的個(gè)性化實(shí)現(xiàn)與優(yōu)化流程，構(gòu)建了“理解客戶需求—傳輸個(gè)性化產(chǎn)品—測(cè)量個(gè)性化影響”的迭代過(guò)程，并進(jìn)一步分解為數(shù)據(jù)收集、客戶建檔、推薦匹配、傳輸展示、影響評(píng)估和策略調(diào)整等6個(gè)階段。2007年，Jiao等[16]提出了面向大規(guī)模定制和個(gè)性化的情感設(shè)計(jì)分析模型，應(yīng)用環(huán)境智能、關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘等技術(shù)呈現(xiàn)、評(píng)價(jià)和滿足客戶情感需求，輔助個(gè)性化產(chǎn)品生態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)決策。2010年，Tseng等[13]從設(shè)計(jì)角度總結(jié)了大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)區(qū)別于大規(guī)模定制化設(shè)計(jì)的兩大特征，即擴(kuò)大產(chǎn)品設(shè)計(jì)空間和重視無(wú)形的客戶體驗(yàn)，提出了以產(chǎn)品生態(tài)系統(tǒng)為內(nèi)核、以產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)全過(guò)程技術(shù)架構(gòu)為背景、以客戶積極參與價(jià)值共創(chuàng)為驅(qū)動(dòng)力的大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)系統(tǒng)方法。2013年，Zhou等[17]總結(jié)了大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)的典型特征，即客戶體驗(yàn)、產(chǎn)品變化和協(xié)同創(chuàng)造，從客戶情感與認(rèn)知需求的呈現(xiàn)、分析和實(shí)現(xiàn)等關(guān)鍵維度綜述了面向大規(guī)模個(gè)性化的情感和認(rèn)知設(shè)計(jì)方法。2014年，王忠杰等[18]提出了一種支持大規(guī)模個(gè)性化功能需求的服務(wù)組合方法，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化成本有效性和客戶滿意度目標(biāo)。2016年，Hu等[19]提出了面向產(chǎn)品大規(guī)模個(gè)性化的開(kāi)放式產(chǎn)品設(shè)計(jì)概念。Jiang等[20]針對(duì)大規(guī)模個(gè)性化和開(kāi)放式創(chuàng)新環(huán)境，提出兼具分布式、適應(yīng)性和自組織性特征的社群化制造新模式，將眾包理念擴(kuò)展到制造領(lǐng)域，通過(guò)分散的社交媒體建立信息物理社會(huì)網(wǎng)絡(luò)，將各種社區(qū)形成復(fù)雜動(dòng)態(tài)的自治系統(tǒng)，共同創(chuàng)建定制化、個(gè)性化的產(chǎn)品或服務(wù)。2017年，Zheng等[21]提出基于客戶體驗(yàn)的大規(guī)模個(gè)性化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)系統(tǒng)框架，并以智能呼吸面罩為例闡述了個(gè)性化產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程。2018年，針對(duì)大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)容易導(dǎo)致模塊數(shù)量失控和成本大幅增加問(wèn)題，李浩等[22]提出面向大規(guī)模個(gè)性化的產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)方法。2020年，李強(qiáng)等[23]將云制造技術(shù)應(yīng)用于大規(guī)模個(gè)性化領(lǐng)域，提出一種創(chuàng)新性的基于客戶需求的大規(guī)模個(gè)性化的交互式云模式。

上述研究重點(diǎn)關(guān)注客戶參與個(gè)性化產(chǎn)品或服務(wù)的價(jià)值共創(chuàng)過(guò)程，初步形成大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)方法基本構(gòu)想，為促進(jìn)大規(guī)模個(gè)性化生產(chǎn)模式發(fā)展與實(shí)踐應(yīng)用提供支持。然而，因受經(jīng)濟(jì)和科技水平等限制，大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用研究進(jìn)展較為緩慢。隨著數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)[24-26]、3D打印[27-28]、韌性制造[29-31]等技術(shù)的快速發(fā)展，同時(shí)客戶對(duì)與人體直接接觸、關(guān)乎人體健康與生命安全等方面的個(gè)性化產(chǎn)品需求日益強(qiáng)烈，大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)方法研究已成為產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)領(lǐng)域的關(guān)注熱點(diǎn)。為此必須充分運(yùn)用新一代信息技術(shù)和制造技術(shù)優(yōu)勢(shì)開(kāi)展高度個(gè)性化產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，快速精確地滿足客戶個(gè)性化需求，實(shí)現(xiàn)效率/成本最大化和積極的客戶體驗(yàn)。

下面分析說(shuō)明DFMP的概念內(nèi)涵并與DFMC進(jìn)行比較。

3 DFMP及其與DFMC比較

3.1 DFMP概念及其內(nèi)涵

傳統(tǒng)的大規(guī)模定制化設(shè)計(jì)方法已不能有效應(yīng)對(duì)客戶高度個(gè)性化需求。換言之，大規(guī)模定制化設(shè)計(jì)為客戶提供的產(chǎn)品或服務(wù)選項(xiàng)有限，客戶參與價(jià)值共創(chuàng)的程度較低，甚至可能因配置過(guò)程不順暢造成負(fù)面的客戶體驗(yàn)。特別地，隨著客戶對(duì)醫(yī)療健康、彰顯個(gè)性等方面的產(chǎn)品或服務(wù)需求更加關(guān)注，如直接與人體接觸的可穿戴設(shè)備、植入人體的醫(yī)療器械、體現(xiàn)地位或偏好的珠寶產(chǎn)品等，滿足客戶需求的產(chǎn)品或服務(wù)往往因人而異、精度要求極高，客戶完全無(wú)法接受大規(guī)模定制化設(shè)計(jì)提供的“折中”產(chǎn)品或服務(wù)，且對(duì)效率/成本要求仍舊很高。因此，客戶參與價(jià)值共創(chuàng)的體驗(yàn)對(duì)產(chǎn)品或服務(wù)成敗的影響至關(guān)重要，大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)應(yīng)運(yùn)而生。

大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)可以用一個(gè)四元組的形式來(lái)表示：

DFMP=，

其中MO，RM，DO，MS分別表示大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)的市場(chǎng)定位、實(shí)現(xiàn)方法、設(shè)計(jì)目標(biāo)和制造系統(tǒng)。大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)是指面向個(gè)人市場(chǎng)(MO)客戶高度個(gè)性化需求，企業(yè)、客戶、供應(yīng)商和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)(或個(gè)人)等基于數(shù)據(jù)平臺(tái)和產(chǎn)品平臺(tái)協(xié)同設(shè)計(jì)(RM)，并通過(guò)韌性制造平臺(tái)(MS)生產(chǎn)效率/成本和客戶參與度俱佳(DO)的個(gè)性化產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)過(guò)程。

DFMP內(nèi)涵的主體內(nèi)容在于：①客戶需求個(gè)性化程度極高，每一個(gè)體即為一個(gè)市場(chǎng)，且個(gè)體差異性明顯，其需求無(wú)法通過(guò)企業(yè)預(yù)先定義的產(chǎn)品(模塊組合)得以確切滿足；②客戶個(gè)性化需求包含顯性和隱性需求，其中，顯性需求直接由客戶在交互平臺(tái)上描述，而隱性需求需要企業(yè)基于數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行挖掘；③面向大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)的開(kāi)放式結(jié)構(gòu)產(chǎn)品平臺(tái)包含通用功能模塊和接口，可以兼容不同創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)(或個(gè)人)開(kāi)發(fā)的定制模塊和個(gè)性化模塊，實(shí)現(xiàn)近似大規(guī)模生產(chǎn)的成本和效益；④制造平臺(tái)具備可重構(gòu)能力和高韌性，可以高效地組合制造資源生產(chǎn)個(gè)性化產(chǎn)品以及快速進(jìn)行極端生產(chǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)近似大規(guī)模生產(chǎn)的速度和質(zhì)量。大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)是大規(guī)模定制化設(shè)計(jì)在新一代信息技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)環(huán)境下的進(jìn)一步發(fā)展，與大規(guī)模定制化設(shè)計(jì)緊密關(guān)聯(lián)又具有自身的獨(dú)特性。

3.2 DFMP與DFMC比較

大規(guī)模定制化設(shè)計(jì)是指企業(yè)采取延遲策略，應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)、產(chǎn)品平臺(tái)規(guī)劃和產(chǎn)品族設(shè)計(jì)等方法快速得到滿足客戶定制需求的配置方案，通過(guò)可重構(gòu)制造系統(tǒng)(Reconfigurable manufacturing systems，RMS)向客戶快速提供高質(zhì)量低成本定制化產(chǎn)品的系統(tǒng)過(guò)程，也是企業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新的重要途徑[32]。所謂延遲策略[33]，即根據(jù)客戶影響定制產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造的階段，確定按訂單銷售(Sale-to-order，STO)、按訂單裝配(Assemble-to-order，ATO)、按訂單制造(Make-to-order，MTO)、按訂單設(shè)計(jì)(Engineering-to-order，ETO)等4個(gè)不同層次的大規(guī)模定制水平，并盡可能將客戶訂單分離點(diǎn)(Customer Order Decoupling Point，CODP)向產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造鏈條的后端移動(dòng)；模塊化設(shè)計(jì)是指企業(yè)通過(guò)模塊的不同組合快速配置并提供產(chǎn)品和/或服務(wù)的過(guò)程，是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定制構(gòu)想的一種有效方法[34]；基于平臺(tái)的產(chǎn)品族開(kāi)發(fā)是指基于產(chǎn)品族體系結(jié)構(gòu)，識(shí)別通用模塊、變型模塊和個(gè)性模塊，構(gòu)建產(chǎn)品平臺(tái)，并根據(jù)客戶定制需求配置變型產(chǎn)品的過(guò)程[35-36]；可重構(gòu)制造系統(tǒng)兼具專用流水線與柔性制造系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)以應(yīng)對(duì)全球化帶來(lái)的挑戰(zhàn)，主要目標(biāo)在于增強(qiáng)制造系統(tǒng)面對(duì)不可預(yù)知的產(chǎn)品需求的響應(yīng)能力[37]，提高生產(chǎn)效率和延長(zhǎng)制造系統(tǒng)使用壽命。

隨著新一代信息技術(shù)、制造技術(shù)等快速發(fā)展以及客戶高度個(gè)性化需求日益強(qiáng)烈，主要基于模塊化或參數(shù)化產(chǎn)品平臺(tái)配置產(chǎn)品變型以滿足定制需求的大規(guī)模定制化設(shè)計(jì)方法的局限性凸顯，主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：第一，客戶沒(méi)有完全參與產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程，而且設(shè)計(jì)人員沒(méi)有充分考慮到客戶參與價(jià)值共創(chuàng)的客戶體驗(yàn)重要性，導(dǎo)致客戶無(wú)法獲得融入產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程的成就感以及對(duì)產(chǎn)品個(gè)性化或排他性的認(rèn)同感。第二，客戶大多通過(guò)企業(yè)提供的特定配置器或定制平臺(tái)參與價(jià)值共創(chuàng)，而且定制產(chǎn)品的設(shè)計(jì)參數(shù)、體系結(jié)構(gòu)以及功能模塊實(shí)例變型等都已由設(shè)計(jì)人員預(yù)先確定，導(dǎo)致可選配置方案有限、客戶定制過(guò)程操作困難等問(wèn)題。第三，大規(guī)模定制化設(shè)計(jì)主要面向特定的細(xì)分產(chǎn)品，普遍通過(guò)按訂單配置模式“折中”滿足明確的客戶需求，無(wú)法有效捕捉客戶潛在需求并確切滿足高度個(gè)性化的客戶需求，真正實(shí)現(xiàn)面向個(gè)人市場(chǎng)的設(shè)計(jì)。

針對(duì)客戶需求個(gè)性化程度不高的情況，企業(yè)采用大規(guī)模定制化設(shè)計(jì)方法提供的產(chǎn)品不一定完全吻合客戶需求，但不影響客戶使用，且客戶可以“容忍”這種不一致。然而，對(duì)于某些涉及生命健康、高端消費(fèi)類產(chǎn)品或領(lǐng)域，客戶顯性及隱性需求(如個(gè)人品味、特質(zhì)、先天需求和經(jīng)驗(yàn)等)個(gè)性化程度極高，真正實(shí)現(xiàn)個(gè)性化設(shè)計(jì)并降低生產(chǎn)成本尤為重要，大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)成為大規(guī)模定制化設(shè)計(jì)發(fā)展的必然趨勢(shì)?；谖墨I(xiàn)[2]，總結(jié)促成大規(guī)模定制向大規(guī)模個(gè)性化轉(zhuǎn)化的驅(qū)動(dòng)因素如下：第一，新一代信息技術(shù)發(fā)展(如移動(dòng)互聯(lián)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、電子商務(wù)等)，為廣泛收集客戶個(gè)性化需求提供技術(shù)條件。第二，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的發(fā)展使得有效且高效地分析和挖掘客戶個(gè)性化需求成為可能。第三，客戶價(jià)值共創(chuàng)理念日益深入人心。第四，制造技術(shù)快速發(fā)展(如增材制造、可重構(gòu)制造、韌性制造、社群化制造等)，為快速低成本生產(chǎn)個(gè)性化產(chǎn)品提供保障。第五，大規(guī)模定制化設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用發(fā)展(如模塊化、延遲差異化、產(chǎn)品平臺(tái)與產(chǎn)品族等)，有助于進(jìn)一步減少制造成本和縮短周期時(shí)間。

Tseng等[13]從市場(chǎng)定位、驅(qū)動(dòng)、客戶需求、客戶參與、生產(chǎn)方式、質(zhì)量效益、產(chǎn)品類型等方面對(duì)大規(guī)模定制與大規(guī)模個(gè)性化進(jìn)行的比較。此外，Jiao等[38]從產(chǎn)品變化程度、客戶體驗(yàn)和價(jià)值共創(chuàng)等方面對(duì)大規(guī)模定制和大規(guī)模個(gè)性化進(jìn)行比較?；谏鲜鲅芯恳约按笠?guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)四元組定義，本文聚焦產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)視角分析大規(guī)模定制化設(shè)計(jì)與大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)之間的異同(見(jiàn)表1)。前者主要以企業(yè)利潤(rùn)最大化為目標(biāo)，定位于預(yù)先定義的特定細(xì)分市場(chǎng)，基于模塊化或參數(shù)化產(chǎn)品平臺(tái)，由設(shè)計(jì)人員或由客戶通過(guò)定制平臺(tái)確定配置設(shè)計(jì)方案，通過(guò)可重構(gòu)制造系統(tǒng)快速提供定制產(chǎn)品或服務(wù)以滿足功能、性能或外觀等顯性客戶需求；后者主要以有效且高效地滿足客戶個(gè)性化需求和客戶體驗(yàn)為目標(biāo)，定位于大規(guī)模個(gè)人市場(chǎng)(即每一個(gè)人即為一個(gè)細(xì)分市場(chǎng))，并使每一客戶積極參與產(chǎn)品價(jià)值共創(chuàng)全過(guò)程，開(kāi)展基于產(chǎn)品平臺(tái)的配置設(shè)計(jì)以及面向高度個(gè)性化客戶需求的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，獲得產(chǎn)品和服務(wù)配置方案和創(chuàng)新方案，基于可重構(gòu)及韌性制造系統(tǒng)提供滿足顯性及隱性個(gè)性化需求(主要包含情感、認(rèn)知需求和客戶體驗(yàn)等)的產(chǎn)品或服務(wù)和積極的客戶體驗(yàn)。大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)從設(shè)計(jì)空間及客戶體驗(yàn)兩個(gè)維度開(kāi)辟大規(guī)模定制化設(shè)計(jì)的新的研究方向[13]，旨在通過(guò)提供高度個(gè)性化且具有積極客戶體驗(yàn)的獨(dú)特產(chǎn)品或服務(wù)以有效且高效地滿足客戶個(gè)性化需求，其核心在于構(gòu)建基于開(kāi)放式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)平臺(tái)和積極客戶參與的產(chǎn)品生態(tài)系統(tǒng)[39]。

表1 大規(guī)模定制化設(shè)計(jì)與大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)比較

4 DFMP的基本框架與關(guān)鍵技術(shù)

4.1 DFMP的基本框架

基于大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)內(nèi)涵分析及其與大規(guī)模定制化設(shè)計(jì)比較，構(gòu)建大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)基本框架，如圖3所示。該框架主要包含數(shù)據(jù)基礎(chǔ)層、技術(shù)支撐層、客戶交互層、協(xié)同設(shè)計(jì)層和控制決策層。其中，數(shù)據(jù)基礎(chǔ)層為大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)提供多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，包含客戶需求描述與體驗(yàn)反饋、線上瀏覽記錄與購(gòu)買歷史、生活習(xí)慣、專業(yè)方向、健康狀況與興趣愛(ài)好等個(gè)性化信息、產(chǎn)品生命周期數(shù)據(jù)、模塊功能性能及供應(yīng)商數(shù)據(jù)等，為挖掘客戶隱性需求、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案與制造工藝過(guò)程等提供數(shù)據(jù)支撐；技術(shù)支撐層涉及數(shù)據(jù)采集、傳輸與挖掘分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造、客戶交互等環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)，如物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)挖掘(聚類、分類、關(guān)聯(lián)、預(yù)測(cè)分析等)、可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)高效地展現(xiàn)個(gè)性化設(shè)計(jì)方案和采集客戶體驗(yàn)數(shù)據(jù)，并針對(duì)既定目標(biāo)挖掘數(shù)據(jù)間存在的規(guī)律性；客戶交互層主要是指基于互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)等技術(shù)構(gòu)建的客戶參與價(jià)值共創(chuàng)的網(wǎng)絡(luò)交互平臺(tái)，是客戶參與設(shè)計(jì)、接收設(shè)計(jì)方案、跟蹤進(jìn)度和反饋信息以促進(jìn)創(chuàng)新的主要渠道；協(xié)同設(shè)計(jì)層是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)的核心環(huán)節(jié)，以開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品設(shè)計(jì)平臺(tái)為中心，將個(gè)性化產(chǎn)品或服務(wù)分解成通用模塊、定制模塊和個(gè)性化模塊，且模塊間設(shè)置通用接口，可以兼容企業(yè)、客戶、供應(yīng)商、創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的模塊實(shí)例；控制決策層基于客戶需求和客戶體驗(yàn)等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)、制造、配送、使用維護(hù)、回收處理等環(huán)節(jié)，提升客戶滿意度。

圖3 大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)基本框架

面向個(gè)人市場(chǎng)高度個(gè)性化的客戶需求的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，聚焦個(gè)性化需求識(shí)別與可視化、產(chǎn)品價(jià)值共創(chuàng)與客戶體驗(yàn)評(píng)價(jià)、個(gè)性化需求的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)、產(chǎn)品精準(zhǔn)制造等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，構(gòu)建以開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品設(shè)計(jì)平臺(tái)為核心的大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)流程，如圖4所示。其主要過(guò)程描述如下：首先，大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)過(guò)程始于客戶域與設(shè)計(jì)域之間不同交互渠道以及從其他各種異構(gòu)數(shù)據(jù)源收集數(shù)據(jù)，并基于數(shù)據(jù)構(gòu)建最全面準(zhǔn)確的消費(fèi)者個(gè)人信息檔案；其次，設(shè)計(jì)人員基于客戶個(gè)性化需求和開(kāi)放式產(chǎn)品平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)與客戶共同設(shè)計(jì)個(gè)性化產(chǎn)品和服務(wù)生態(tài)系統(tǒng)，并通過(guò)可視化工具將方案信息模型和/或物理原型呈現(xiàn)給客戶；然后，基于可重構(gòu)、韌性制造系統(tǒng)生產(chǎn)個(gè)性化產(chǎn)品交予客戶；最后，使用準(zhǔn)確性、消費(fèi)者生命周期價(jià)值、忠誠(chéng)度價(jià)值和購(gòu)買經(jīng)驗(yàn)等指標(biāo)評(píng)估個(gè)性化產(chǎn)品和服務(wù)的有效性，并根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的反饋應(yīng)用促進(jìn)大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)全過(guò)程的良性循環(huán)。

圖4 大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)流程

4.2 DFMP的關(guān)鍵技術(shù)

互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)不僅需要快速、高效、精確地滿足客戶高度個(gè)性化需求，還應(yīng)該體現(xiàn)客戶分享、參與以及自我實(shí)現(xiàn)等人文關(guān)懷。大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)是大規(guī)模定制化設(shè)計(jì)朝著面向更為聚焦的個(gè)性化客戶需求方向發(fā)展的必然選擇，因此，除保證大規(guī)模定制化設(shè)計(jì)成功實(shí)踐的關(guān)鍵技術(shù)外，如模塊化設(shè)計(jì)和個(gè)性化組合技術(shù)等，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、3D打印和韌性制造等是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵支撐技術(shù)。

4.2.1 客戶參與設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)交互平臺(tái)

客戶參與設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)交互平臺(tái)，顧名思義，是客戶參與個(gè)性化產(chǎn)品價(jià)值共創(chuàng)的網(wǎng)絡(luò)窗口，以個(gè)性化需求驅(qū)動(dòng)，客戶與設(shè)計(jì)人員共同設(shè)計(jì)個(gè)性化產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)積極客戶體驗(yàn)的創(chuàng)新平臺(tái)[40-41]，是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)的必要支撐條件，其作用在于收集客戶相關(guān)個(gè)性化信息、理解客戶顯性和隱性個(gè)性化需求、展現(xiàn)個(gè)性化產(chǎn)品模型等，主要涉及多源異構(gòu)數(shù)據(jù)收集與存儲(chǔ)、高效數(shù)據(jù)挖掘、智能互聯(lián)、虛擬現(xiàn)實(shí)、混合現(xiàn)實(shí)、可視化等技術(shù)，典型案例如海爾推出的以客戶需求為主導(dǎo)的大規(guī)模定制平臺(tái)COSMOPlat，實(shí)現(xiàn)客戶全流程參與個(gè)性化產(chǎn)品設(shè)計(jì)?？蛻魠⑴c設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)交互平臺(tái)有效打破專業(yè)知識(shí)壁壘和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的規(guī)則性制約，聚集散亂的客戶創(chuàng)意、顯性和隱性個(gè)性化需求等創(chuàng)新設(shè)計(jì)素材，極大地提升產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)效率和降低創(chuàng)新設(shè)計(jì)成本。

4.2.2 開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品平臺(tái)(Open Architecture Product Platform，OAPP)

開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品是指基于具有通用接口的產(chǎn)品平臺(tái)，客戶通過(guò)選擇定制模塊變型或可擴(kuò)展參數(shù)水平和共同參與設(shè)計(jì)個(gè)性化零件而得到的滿足客戶個(gè)性化需求的產(chǎn)品[39，42-43]。開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品平臺(tái)通過(guò)定義通用接口(如機(jī)械、電氣和/或軟件接口等)，允許集成來(lái)自不同生產(chǎn)商(不一定非要是平臺(tái)制造企業(yè))的模塊和客戶自行設(shè)計(jì)的個(gè)性化零件，在一定范圍內(nèi)調(diào)整產(chǎn)品功能和性能，以確切地滿足客戶人性化需求和客戶體驗(yàn)。換言之，制造企業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)品平臺(tái)及產(chǎn)品體系結(jié)構(gòu)，然后面向潛在定制或個(gè)性化模塊定義通用接口，最后客戶通過(guò)選擇自己喜歡的模塊進(jìn)行組合得到最終的個(gè)性化產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案。

4.2.3 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)

隨著互聯(lián)網(wǎng)在社會(huì)連通性、知識(shí)連通性與推理兩個(gè)維度的演化發(fā)展，當(dāng)前已進(jìn)入WEB 4.0時(shí)代(Ubiquitous Web)，即互聯(lián)網(wǎng)能夠在任何時(shí)候、任何地方提供任何需要的數(shù)據(jù)、信息或知識(shí)。在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)技術(shù)在大規(guī)模定制和大規(guī)模個(gè)性化的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中發(fā)揮至關(guān)重要的作用[44]。一方面，依托大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、電子商務(wù)等相關(guān)技術(shù)運(yùn)用，企業(yè)更加廣泛地獲取客戶相關(guān)個(gè)性化信息，并用于分析和理解消費(fèi)者的行為特征和個(gè)性需求；另一方面，依托數(shù)據(jù)資源的積累和數(shù)據(jù)能力的提升，企業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘分析方法(如聚類、分類、預(yù)測(cè)、關(guān)聯(lián)規(guī)則等)更方便準(zhǔn)確地提煉面向個(gè)性化產(chǎn)品需求分析、設(shè)計(jì)和制造的相關(guān)規(guī)律。

肖人彬等[24，25，32，45]提出數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品/產(chǎn)品族創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法和數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)的大數(shù)據(jù)制造服務(wù)新模式，為面向數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)研究奠定基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展有助于個(gè)性化需求的準(zhǔn)確獲取、有效傳遞、高效滿足，進(jìn)而促進(jìn)企業(yè)前端個(gè)性化需求挖掘與后端個(gè)性化需求實(shí)現(xiàn)，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模個(gè)性化。

4.2.4 3D打印

3D打印，亦稱為增材制造，是基于堆積原理以逐層增加材料方式生成三維實(shí)體的先進(jìn)制造技術(shù)，通過(guò)將零件三維模型切成一定厚度的薄片，應(yīng)用3D打印設(shè)備逐層打印薄片并疊加成形出三維實(shí)體零件。3D打印技術(shù)突破傳統(tǒng)車、銑、刨、磨等“減材制造”技術(shù)的諸多局限，以其在定制、成本、速度、結(jié)構(gòu)、靈活等方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，迅速在機(jī)械制造、醫(yī)療衛(wèi)生、航空航天、清潔能源等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[27]。

面向客戶對(duì)產(chǎn)品高度個(gè)性化設(shè)計(jì)要求，如新型藥物劑型[46]、假體[47]、植入物[48]、牙科助具、可穿戴設(shè)備、高級(jí)運(yùn)動(dòng)裝備等量身定制需求，3D打印具有無(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì)：一方面，基于逆向工程設(shè)計(jì)方法和3D掃描儀可快速構(gòu)建個(gè)性化零件的三維信息模型，擴(kuò)大產(chǎn)品設(shè)計(jì)自由度，實(shí)現(xiàn)完全個(gè)性化定制設(shè)計(jì)；另一方面，3D打印不依賴與任何標(biāo)準(zhǔn)模板，不受傳統(tǒng)加工設(shè)備限制，可經(jīng)濟(jì)高效地按照客戶個(gè)性化設(shè)計(jì)方案生產(chǎn)任何復(fù)雜結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，高度符合每個(gè)客戶的個(gè)性化需求，使客戶享受最為舒適的產(chǎn)品和服務(wù)體驗(yàn)，已成為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模個(gè)性化產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造的關(guān)鍵支撐技術(shù)。

4.2.5 韌性制造系統(tǒng)

韌性是指系統(tǒng)抵御災(zāi)變以及災(zāi)變發(fā)生后快速恢復(fù)等能力[49]，通常用遭受災(zāi)變后恢復(fù)到平衡狀態(tài)的速度進(jìn)行評(píng)估，速度越快則韌性越強(qiáng)。韌性制造系統(tǒng)面對(duì)機(jī)器故障、自然災(zāi)害、恐怖襲擊、傳染病大流行等內(nèi)外部破壞性事件時(shí)展現(xiàn)出極強(qiáng)的適應(yīng)和功能恢復(fù)能力，其韌性內(nèi)涵主要體現(xiàn)在集中控制以建立多層防護(hù)和自動(dòng)調(diào)節(jié)以適應(yīng)環(huán)境變化兩個(gè)方面，并通過(guò)剛?cè)峤Y(jié)合的制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及基于知識(shí)和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)反饋控制實(shí)現(xiàn)。

韌性制造系統(tǒng)通過(guò)材料、設(shè)計(jì)、制造技術(shù)、產(chǎn)品服務(wù)與循環(huán)利用等全鏈條優(yōu)化創(chuàng)新，適應(yīng)客戶個(gè)性化需求的快速變化并高效率、高質(zhì)量地完成生產(chǎn)任務(wù)以實(shí)現(xiàn)積極的客戶體驗(yàn)；通過(guò)優(yōu)化原材料或零部件供應(yīng)商布局、制造系統(tǒng)布局、產(chǎn)品銷售和服務(wù)網(wǎng)絡(luò)布局，平衡制造系統(tǒng)節(jié)拍、使用可重構(gòu)機(jī)床和可移動(dòng)堆棧，消除瓶頸工藝對(duì)生產(chǎn)效率的影響，并通過(guò)優(yōu)化調(diào)度緩解或消除機(jī)器故障的負(fù)面效應(yīng)；基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建制造系統(tǒng)數(shù)字孿生模型，通過(guò)工業(yè)大數(shù)據(jù)挖掘快速檢測(cè)故障信息并及時(shí)采取有效的控制措施，實(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)的智能控制。韌性制造系統(tǒng)以其強(qiáng)大的抵御災(zāi)變和功能恢復(fù)能力，成為大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)必不可少的支撐技術(shù)。

5 典型應(yīng)用

隨著大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)關(guān)鍵支撐技術(shù)的快速發(fā)展，以近似大規(guī)模生產(chǎn)的成本效益滿足客戶高度個(gè)性化需求成為現(xiàn)實(shí)?；陂_(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品設(shè)計(jì)平臺(tái)，大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)在脊柱側(cè)彎矯形器、植入性醫(yī)療器械和呼吸面罩等與人體健康和生命安全密切相關(guān)的產(chǎn)品中得以成功應(yīng)用。

5.1 脊柱側(cè)彎矯形器大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)

因脊柱側(cè)彎患者在性別、年齡、體型、脊柱特征、側(cè)彎類型和側(cè)彎位置等方面存在顯著差異，脊柱側(cè)彎矯形器具有高度個(gè)性化特征，若矯形器不合體，則矯形效果差甚至產(chǎn)生負(fù)面健康影響。為了滿足脊柱側(cè)彎患者高度個(gè)性化需求，張玉芳等[50]提出了基于3D打印技術(shù)的個(gè)性化脊柱側(cè)彎矯形支具數(shù)字化設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)流程如見(jiàn)圖5所示，具體說(shuō)明如下：

圖5 脊柱側(cè)彎矯形器(大規(guī)模)個(gè)性化設(shè)計(jì)流程(改編自文獻(xiàn)[37])

采集患者軀干X射線斷層掃描(CT)圖像和體表點(diǎn)云數(shù)據(jù)，運(yùn)用醫(yī)學(xué)圖像處理軟件、三維掃描儀和有限元分析軟件等構(gòu)建患者軀干骨骼—肌肉—體表三維模型；基于患者軀干三維模型和三點(diǎn)受力原理等設(shè)計(jì)矯形器參數(shù)模型；基于虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等技術(shù)，模擬患者穿戴過(guò)程并仿真分析人體組織受力情況，據(jù)此改進(jìn)設(shè)計(jì)方案；應(yīng)用3D打印技術(shù)快速生產(chǎn)個(gè)性化矯形器；采集患者穿戴個(gè)性化矯形器的體驗(yàn)數(shù)據(jù)并對(duì)患者進(jìn)行穿戴滿意度評(píng)價(jià)。實(shí)例表明，個(gè)性化設(shè)計(jì)矯形器貼合患者體表，具有良好的矯形效果。

5.2 植入性醫(yī)療器械大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)

植入性醫(yī)療器械在惡性腫瘤、腦血管病、心臟病等致死率高的疾病治療中應(yīng)用廣泛，醫(yī)學(xué)美容整形外科也是植入性醫(yī)療器械應(yīng)用的重要領(lǐng)域。除材料生物相容性外，植入性醫(yī)療器械的精準(zhǔn)性要求極高。例如，當(dāng)前眾多骨缺損患者因缺乏理想植入物而成為功能受限者，患者骨缺損情況因人而異，具有高度個(gè)性化特征，個(gè)性化植入物設(shè)計(jì)制造已成為精準(zhǔn)醫(yī)療的關(guān)鍵。針對(duì)大尺寸個(gè)性化的聚醚醚酮(Poly-ether-ether-ketone，PEEK)植入物，李滌塵等[48]提出一種胸骨假體精準(zhǔn)設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)流程如見(jiàn)圖6所示，具體說(shuō)明如下：

圖6 植入性醫(yī)療器械(大規(guī)模)個(gè)性化設(shè)計(jì)流程(改編自文獻(xiàn)[33])

基于患者CT掃描數(shù)據(jù)構(gòu)建患者骨缺損三維模型；基于醫(yī)生臨床經(jīng)驗(yàn)等制定術(shù)前規(guī)劃并設(shè)計(jì)個(gè)體化胸骨假體方案；基于虛擬現(xiàn)實(shí)和有限元分析等技術(shù)以及植入材料力學(xué)特性等分析胸骨假體力學(xué)性能、假體與宿主骨固定可靠性和客戶體驗(yàn)，據(jù)此開(kāi)展胸骨假體迭代優(yōu)化設(shè)計(jì)；基于3D打印技術(shù)建立胸骨假體物理原型。實(shí)例表明，基于患者個(gè)性化數(shù)據(jù)和醫(yī)工交互緊密結(jié)合，將個(gè)性化設(shè)計(jì)胸骨假體替代自體骨骼能夠有效減輕疼痛和實(shí)現(xiàn)功能修復(fù)。

5.3 呼吸面罩大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)

健康相關(guān)的可穿戴設(shè)備因與人體手腕、手指、耳廓或鼻梁等部位直接貼合，具有高度個(gè)性化特征，且穿戴舒適度對(duì)客戶體驗(yàn)和滿意度產(chǎn)生重要影響。針對(duì)智能個(gè)性化呼吸面罩，Zheng等[21]提出了基于客戶體驗(yàn)的大規(guī)模個(gè)性化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方法，設(shè)計(jì)流程如見(jiàn)圖7所示，具體說(shuō)明如下：

將產(chǎn)品分解為通用零件、定制零件和個(gè)性化零件，其中，定制零件和個(gè)性化零件都可以通過(guò)適應(yīng)性強(qiáng)的界面輕松更改或升級(jí)，而對(duì)于參數(shù)化設(shè)計(jì)，新產(chǎn)品能夠按比例放大或縮小某些特定參數(shù)，即內(nèi)置靈活性；開(kāi)發(fā)客戶友好的配置系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)客戶根據(jù)系統(tǒng)定義的規(guī)則自由選擇特定屬性參數(shù)或定制零件，促進(jìn)客戶價(jià)值共創(chuàng)過(guò)程；通過(guò)眼動(dòng)儀和攝像頭分別捕捉客戶凝視點(diǎn)和面部表情，結(jié)合數(shù)據(jù)分析得到客戶體驗(yàn)；應(yīng)用3D掃描儀建立個(gè)性化零件參數(shù)化信息模型；使用3D打印快速制作個(gè)性化零件原型；將帶有微處理器的傳感器嵌入產(chǎn)品原型，測(cè)試客戶使用產(chǎn)品原型過(guò)程并記錄客戶體驗(yàn)數(shù)據(jù)；開(kāi)發(fā)智能手機(jī)APP監(jiān)控客戶使用情況，通過(guò)客戶友好界面和低能耗協(xié)議及時(shí)提供反饋信息，并開(kāi)發(fā)物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things，IoT)平臺(tái)，所有監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)從手機(jī)傳輸?shù)狡脚_(tái)，并以該平臺(tái)作為數(shù)據(jù)中心；采集客戶使用數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)人員據(jù)此開(kāi)展產(chǎn)品改進(jìn)設(shè)計(jì)。

6 展望

通過(guò)剖析互聯(lián)網(wǎng)4.0環(huán)境下大規(guī)模定制的局限性，本文基于大規(guī)模定制化設(shè)計(jì)與大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)的比較分析，提出大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)基本框架和實(shí)施流程，闡述客戶參與設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)交互平臺(tái)、開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品平臺(tái)、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、3D打印和韌性制造等支撐大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，最后介紹大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)在脊柱側(cè)彎矯形器、植入性醫(yī)療器械和呼吸面罩等產(chǎn)品中的典型應(yīng)用。

盡管新一代信息技術(shù)和制造技術(shù)為大規(guī)模個(gè)性化提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，當(dāng)前大多企業(yè)仍處于大規(guī)模定制或淺層個(gè)性化定制階段，尚未真正實(shí)現(xiàn)大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)，如服裝個(gè)性化設(shè)計(jì)仍采用上門量體方式獲得人體關(guān)鍵尺寸，而非采用三維測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)構(gòu)建精確的人體三維參數(shù)化信息模型，且無(wú)法實(shí)時(shí)精確捕捉客戶體驗(yàn)和滿意度。針對(duì)這一現(xiàn)狀，大規(guī)模個(gè)性化設(shè)計(jì)研究的重點(diǎn)方向主要?dú)w結(jié)為以下三個(gè)方面：第一，充分利用數(shù)字孿生、虛擬現(xiàn)實(shí)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)物理世界與虛擬世界的互聯(lián)、產(chǎn)品和服務(wù)的虛實(shí)映射等，建設(shè)全流程、全方位、社群化的網(wǎng)絡(luò)交互平臺(tái)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)收集客戶關(guān)聯(lián)信息、精確挖掘客戶隱性個(gè)性化需求并提供個(gè)性化推薦服務(wù)、高質(zhì)量展示個(gè)性化產(chǎn)品或服務(wù)、采集并分析客戶體驗(yàn)數(shù)據(jù)以改進(jìn)產(chǎn)品或服務(wù)個(gè)性化設(shè)計(jì)等功能。第二，面對(duì)個(gè)人市場(chǎng)的高度個(gè)性化客戶需求，優(yōu)化開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品平臺(tái)設(shè)計(jì)，基于社群化設(shè)計(jì)與制造資源優(yōu)化配置有效且高效地實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的高質(zhì)量與低成本。第三，基于知識(shí)推送的大規(guī)模個(gè)性化智能設(shè)計(jì)[51]，提高設(shè)計(jì)專業(yè)水平及設(shè)計(jì)效率。