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制造业服务化已经成为制造业发展的重要趋势之一,制造服务已经成为新的盈利方式和价值创造模式。要通过制造服务系统来满足客户需求,需要首先解决制造服务系统创新设计及其运作管理方法的问题。工业产品服务系统通过产品、服务及其支撑网络集成一体的解决方案,为装备产品的制造与服务融合提供了新的路径,成为制造服务系统的典型形态。因此以工业产品服务系统为对象展开研究,具有现实需求。在相关研究领域中,具体来说涉及以下几方面的问题:(1)iPS~2的系统结构是什么?(2)针对iPS~2的系统结构,应该采用什么样的设计方法和设计过程才能满足设计要求?(3)如何进行iPS~2的需求分析并提取工程特性,并根据工程特性设计产品、服务以及制造服务过程网络?(4)如何基于iPS~2的系统结构,确定其商业模式、盈利方式以及运作管理机制和管理方法?针对前述所涉及的主要的问题,本文进行相关研究工作并得到了相关成果:(1)基于能力观,论述了工业产品服务系统的技术哲理,分析了工业产品服务系统基于能力视角与传统的基于资源视角的差异,并论述了工业产品服务系统的运作机制在于需求双方的双边交互,而非传统意义的单边交互。基于四层元模型建模架构和服务蓝图的基本思想,建立了工业产品服务系统地元模型。在工业产品服务系统元模型的基础上,提出基于多视图的工业产品服务系统设计方法体系框架和技术创新策略,构建了工业产品服务系统设计的过程模型。(2)按照设计过程模型,分别对需求侧、供给侧(方案层)、供给侧(平台层)以及运行机制的设计方法进行了研究。基于知识工程方法,综合应用粗糙集、知识验证、多视图集成等方法,给出了iPS~2的需求本体设计方法。通过基于平台配置设计与相似性推理,研究了iPS~2的产品服务组合的设计方法。通过网络拓扑形态分析和组织建模方法,研究了iPS~2的价值网络的设计方法。(3)研究了iPS~2的商业模式和运作管理机制,并给出了其综合效能的评价方法体系。(4)在方法框架的基础上,结合云计算架构,研究了工业产品服务系统应用支撑平台的原型架构,并给出了应用实例。本文的研究提供了iPS~2的需求建模方法、产品服务组合设计方法、制造服务价值网络设计方法以及商业运作管理方法,能够对制造服务系统的创新设计和管理提供技术支持和决策支持,有助于制造企业的战略规划决策和转型升级。