在产品需求建模方法理论研究的基础上，分析了基于产品需求拓扑结构的产品需求建模过程存在的问题及操作的困难性，提出了基于可视化技术的主动性需求拓展概念。进而详细论述了基于产品概念模型的需求拓展的具体实现方法、辅助工具开发及应用实例
　 ０　引言　
　　在并行工程中，产品需求概念不仅是产品最终用户的需求，而且是与产品有关的所有群体（如使用者、设计者、制造者等）的需求。因此，产品用户与产品需求的概念应该是广义的，它应包括与产品相关的所有参与者。产品用户及相应的需求类型如表１所示。

　　在并行工程中，产品需求建模是指产品需求的获取、产品需求的分析、设计问题定义，以至对设计过程的规划。笔者在文献［１～３］中，已系统研究了面向并行工程的产品需求建模理论和方法；提出了基于需求拓扑结构和信息模板的需求获取方法；基于模糊数学的需求信息分析方法，以质量功能展开矩阵为纲领的需求信息映射方法，以及设计过程规划方法。本文在上述基础上，重点分析了基于拓扑结构的被动性需求获取方法的局限性，提出了主动性需求获取和拓展方法，并实际应用于模块化数控机床系统的设计之中。
　　１　基于需求拓扑结构的产品需求建模
　　１．１　产品需求与需求拓扑结构　　
　　产品需求建模力图在产品定义阶段，尽可能地搜集、获取产品的各种需求。从产品全生命周期的观点出发，产品需求包括了产品最终用户需求、设计开发过程的技术需求、管理需求以及协作需求。
　　产品需求拓扑是产品需求获取与组织的基础，ＩＳＯ９００１（４．４．３）产品设计导则中所规定的设计输入的内容［４］，是构造需求拓扑结构的主要依据之一。产品需求拓扑结构呈树状结构，如图１所示。产品需求为根结点、树结点对应具体的需求项。产品用户的详细需求，对应着其层次结构中需求结点的多级分解，不同层次的需求具有继承性。

　　１．２　基于需求拓扑结构的需求建模过程
　　基于产品需求拓扑结构的建模过程［１，２］，如图２所示。该图揭示了在需求信息获取中产品需求拓扑结构、产品用户（顾客、设计人员、制造和管理人员等）、需求信息模板之间的关系。基于产品拓扑结构的需求获取，需求建模过程类似于专家系统技术中知识获取的过程。在产品需求获取中，需求拓扑结构首先确定了需求信息的组织方法与结构，以层次化组织的树结点作为需求获取的问题源，启发引导用户逐次深入地阐述其观点，并利用问题分解（结点细化），产生新的子问题，使需求拓展活动在更深层次上进行。
　　需求信息模板［１］，按需求信息描述规范化规定的特定形式描述，它将需求信息以一致的、简明的、为用户开发者所理解的形式表示出来。同时，将形式化的内容按需求树的组织结构存储于数据库中。基于产品需求拓扑结构及需求信息模板的产品需求获取过程，不仅为市场调研在广度与深度上确定了系统化的组织结构与指南，而且可实现对信息内容描述的完备化和规范化。
　　在产品需求建模过程中，需求分析和后处理是需求获取的后续环节。质量功能配置作为需求分析和后处理的基本框架，通过采用特定的矩阵构造质量屋，以图形形式表示出用户需求、产品工程特性及其相互关系，进而采用模糊数学等方法，将用户需求映射到产品设计、工艺、制造过程各个阶段。在文献［３］中详细论述了产品需求建模中，需求分析和后处理的方法及相应辅助工具的功能与实现。
　　２　主动性需求拓展原理
　　２．１　基于产品需求拓扑的需求获取过程困难性分析
　　基于ＰＲＴ的需求获取过程中，ＰＲＴ只起到了与产品用户交互的“问题生成器”的作用。其中，产品用户则需不断就所提问题进行回答，用户始终处于一种被动状态，参与兴趣不高、回应质量低、回应数量少；由于ＰＲＴ生成的问题针对性差，使用户对一些问题的回答模糊、不准确，甚至无法回答，其结果是使需求获取空间的有效域大大降低。造成这种建模过程困难的原因，主要是在需求拓展中缺乏对目标产品的必要信息描述，产品用户与目标产品间没有建立起必要的联系。在建模过程中，割裂了需求建模与产品开发过程的内在联系。对需求建模过程特性的研究［１］表明，应用可视化技术，将有助于提高产品需求建模的效率。

　　在产品定义过程，通过分析被加工对象工艺信息和用户要求，自动选取相应的设计规范和标准，与图５　主动性需求拓展应用系统与实例用户交互确定加工设备的功能、技术参数、结构布局形式等，产生各种可行的初始设计方案。在机械ＣＡＤ图形环境支持下产生三维总体布局和尺寸联系图，以可视化图形方式帮助设计者理解、预见设计结果，向用户直观、形象地展示设计方案，用经过渲染的三维造型图对机床进行全方位外观显示和运动仿真，并与用户交互。用户和设计人员可一起确定加工设备的功能领域、功能行为过程、技术参数、性能，共同完成产品的定义。随着设计进程，产品形态将以不同的可视化形式支持产品需求建模向广度和深度扩展，通过需求建模过程和产品开发过程的耦合，完成并行设计全过程。
计算机集成制造系统-CIMS　　 郭伟,于鸿彬,王凤岐,陈永亮