产品服务系统能够改善制造企业的定价能力和收入模式,提升企业整体的竞争优势,帮助企业在日益增长的全球竞争和以客户为中心的业务环境中实现经营的差异化。制造企业开始重视向产品服务系统模式的转变,产品服务系统设计是该转变过程中的关键环节。本文围绕产品服务系统设计中的方案配置和健壮性展开研究,提出一种产品服务系统方案配置优化方法,设计了相应的配置优化求解算法,并基于产品服务系统模型进行健壮性仿真分析,探索产品服务系统面对不同干扰时的健壮性表现。多层复杂网络关注网络多级多层的复杂特性,有助于梳理分析大规模复杂系统各组成部分之间的关系。本文基于多层复杂网络构建产品服务系统模型,为方案配置优化和健壮性分析提供模型基础。全文主要研究内容如下:(1)将产品零部件、服务活动和资源三类元素映射为不同网络层的节点,分析归类了三类元素间的相互关系,提出了元素间相互关系到节点间边缘的映射规则。详述了服务活动间逻辑关系的映射规则,对服务流进行恰当的建模。基于多层复杂网络理论构建了由产品网络层、服务网络层、资源网络层以及网络层间连边集合组成的产品服务系统多层复杂网络模型。提出了基于复杂网络统计特性参数的网络模块划分方法,提供了对应的模块化度量指标。(2)设计了Part Rank算法,计算零部件重要度和服务活动的跨网络重要度。提出基于多层复杂网络模型的产品服务系统方案配置优化方法,将服务活动选择与服务资源分配相结合。以执行总时间、执行总成本和平均执行可靠性为目标函数,将约束条件下的配置问题转化为多目标优化问题,设计了相应的配置优化求解算法。通过基于服务网络层的深度优先遍历搜索服务活动集合,确保服务活动间逻辑关系的完整性;对基于Pareto改进的多目标离散布谷鸟搜索算法加以改进并用于服务活动的资源分配,使资源分配严格满足优化约束。通过案例实验验证了该方法可以保留更多有效的非支配解,并为高重要度的服务活动分配更有利的资源方案。(3)给出不同网络层在随机干扰与有意干扰模式下的干扰规则,其中产品网络层、服务网络层以及资源网络层的有意干扰规则分别与零部件节点度、服务活动节点度以及资源负载有关。为产品服务系统多层复杂网络设计了相应的结构健壮性指标和功能健壮性指标。通过案例仿真分析发现有意干扰比随机干扰对产品服务系统健壮性的影响更大,为提高健壮性给出相应的优化策略。本研究构建的多层复杂网络模型为产品服务系统研究提供了理论基础,提出的产品服务系统方案配置优化方法实现了更快速、更准确的方案配置,案例应用证明了该方法的可行性与有效性。对网络模型的健壮性分析反映了产品服务系统的健壮性,为产品服务系统的深入研究提供了理论支持。