[論文レビュー] Towards Electronic Shopping of Composite Product

Mark Sh. Levin|arXiv (Cornell University)|Mar 3, 2012

Product Development and Customization参考文献 42被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、階層的形態的多基準設計（HMMD）を用いた、複合（モジュラー）製品の電子的ショッピングのためのフレームワークを提案する。これにより、多基準選択、部品からの組み合わせ的合成、複数の製品プロトタイプの集約が可能となる。順序付き優先順位と適合性推定値を統合し、ナップサック型およびマルチチョイス最適化モデルを用いて、顧客中心の最適化された構成を生成する。製品の修理計画や軌道を含む数値例により検証されている。

ABSTRACT

In the paper, frameworks for electronic shopping of composite (modular) products are described: (a) multicriteria selection (product is considered as a whole system, it is a traditional approach), (b) combinatorial synthesis (composition) of the product from its components, (c) aggregation of the product from several selected products/prototypes. The following product model is examined: (i) general tree-like structure, (ii) set of system parts/components (leaf nodes), (iii) design alternatives (DAs) for each component, (iv) ordinal priorities for DAs, and (v) estimates of compatibility between DAs for different components. The combinatorial synthesis is realized as morphological design of a composite (modular) product or an extended composite product (e.g., product and support services as financial instruments). Here the solving process is based on Hierarchical Morphological Multicriteria Design (HMMD): (i) multicriteria selection of alternatives for system parts, (ii) composing the selected alternatives into a resultant combination (while taking into account ordinal quality of the alternatives above and their compatibility). The aggregation framework is based on consideration of aggregation procedures, for example: (i) addition procedure: design of a products substructure or an extended substructure ('kernel') and addition of elements, and (ii) design procedure: design of the composite solution based on all elements of product superstructure. Applied numerical examples (e.g., composite product, extended composite product, product repair plan, and product trajectory) illustrate the proposed approaches.

研究の動機と目的

• 伝統的な電子的ショッピングの限界を克服し、動的で顧客主導の複合製品の構成を可能にする。
• 多基準意思決定および適合性制約を用いて、部品からのモジュラー製品の体系的合成手法を開発する。
• 複数の選択されたプロトタイプを統合して、新たな最適化された複合ソリューションを生成する集約技術を導入する。
• 階層的形態的モデリングと組み合わせ的最適化を通じて、顧客中心の設計を支援する。
• 電子的ショッピングを選択の範囲から、複雑なモジュラーシステムの設計およびカスタマイズへと拡張する。

提案手法

• 複合製品を、部品をリーフノードとする木構造のシステムとしてモデル化する。
• 設計代替案（DAs）に順序付き優先順位を割り当て、異なる部品のDAs間の適合性を推定する。
• 品質と適合性に基づいて、HMMDを用いてDAsの選択と組み合わせを実行する。
• コストと利益の推定値を用いて、ナップサック型問題を用いて部品の追加および拡張手順を解く。
• 予算制約の下で、各部品から1つのDAを選択する新しい設計手順として、マルチチョイス問題を採用する。
• 利益対コスト比（c_i/a_i）に基づく貪欲アルゴリズムを用いて最適化問題を解く。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 電子的ショッピングシステムは、個々の部品からモジュラー製品の組み合わせ的合成をどのように支援できるか？
• RQ2 製品構成における多基準選択と適合性制約を効果的に統合する最適化モデルは何か？
• RQ3 複数の既存する製品プロトタイプをどのように統合して、新たな最適化された複合ソリューションを生成できるか？
• RQ4 順序付き優先順位と適合性推定値は、設計代替案の選択をどのように導くか？
• RQ5 オペレーションズリサーチおよびAI技術を用いて、顧客中心でカスタマイズ可能な製品構成を体系的に生成するにはどうすればよいか？

主な発見

• HMMDフレームワークは、多基準選択と適合性制約を統合することで、最適化された複合製品構成を成功裏に生成した。
• 予算5の場合、追加手順により、E₂⋆D₁⋆X₁⋆Y₃⋆Z₃⋆O₁⋆G₁という解が得られ、合計利益は7となった。
• 予算6の場合、追加手順によりE₅⋆D₁⋆X₁⋆Y₃⋆Z₁⋆O₁⋆G₂が得られ、合計利益は8となった。
• 予算14の場合、新しい設計手順によりE₂⋆D₁⋆X₂⋆Y₂⋆Z₁⋆O₁⋆G₂が得られ、合計利益は14となった。
• 予算17の場合、最適設計はE₅⋆D₃⋆X₁⋆Y₃⋆Z₃⋆O₁⋆G₂となり、合計利益は17となった。
• 数値例は、提案されたフレームワークが実世界の製品構成タスクにおいて実現可能でスケーラブルであることを示している。