数据驱动的产品族绿色化再设计系统方法研究

产品族设计是满足客户个性化需求的有效手段,已在很多企业中得以成功实践。随着更为严格的法律法规出台和大众环境意识提升,产品族绿色化再设计势在必行。通过选取合适的产品族生命周期数据,提出了数据驱动的产品族绿色化再设计系统方法,并详细阐述了该系统方法的关键环节与使能技术/思路,主要包含数据驱动的绿色性能评估(Data-driven Green Performance Evaluation,DGPE)、数据驱动的绿色平台规划(Data-driven Green Platform Planning,DGPP)和数据驱动的绿色配置设计(Data-driven Green Configuration Design,DGCD)等,以期为企业开展产品族绿色化再设计实践提供有效指导。     

[数据驱动的产品设计]基于复杂网络的专利数据驱动的产品创新设计

为了解决已有专利辅助产品设计研究方面存在的问题，提出了基于复杂网络的专利数据驱动产品创新设计方法。通过构建专利分类号共现网络，结合网络度中心性算法对分类号节点重要性进行评价，找出关键分类号。对分类号相关专利进行分析，并抽取原理知识，利用形态学矩阵构建功能原理映射关系，结合频繁子图中的apriori关联规则算法计算原理组合的支持度，以获取最佳组合方案，同时利用组合方案相关专利提取结构关键词，建立专利结构网络，结合结构洞挖掘关键元件，并开展产品创新设计。以卫浴花洒作为研究实例，找出混合其他物质功能作为设计需求，通过挖掘相关专利的原理，发明了一款带有可调节功能的新型混合花洒，验证该方法的有效性。     

模块化产品族演进创新方法研究

针对当前产品族动态演进机制和系统化创新方法研究的不足,提出模块化产品族在技术层次上的创新演进方法。通过构建产品族的需求—功能—技术(Requirement-function-technology,R-F-T)映射关系模型,分析当前模块化产品族的技术状况,并通过GM(1,1)模型预测模块化产品族的未来技术重要度情况;在企业内部数据的支持下,通过对模块化产品族初始问题的分析,集成应用创新思维通用理论和传统TRIZ(OTSM–TRIZ)的问题流网络(Problem flow network,PFN)技术识别并解决产品族中多个冲突问题;在技术重要度预测和新功能模块—技术关联矩阵(Function module-technical matrix,FMTM)的基础上,以平台比率为依据,通过计算概念化产品族中功能模块的多样性程度,获得概念化产品族规划方案。对小型轮式装载机产品族进行了实例分析,并验证了该方法的有效性。     

ARIZ在解决装载机驱动桥壳断裂问题中的应用

ARIZ是TRJZ理论中关于发明问题的解决算法,集成了TRIZ的多个工具,给出了从问题分析到方案解评价的整个流程.在分析了装载机驱动前后桥疲劳断裂原因的基础上,对系统进行功能模型分析、根本原因分析、资源分析,详细介绍应用ARIZ算法解决装载机驱动桥壳断裂问题的方法.     

面向绿色性能优化的产品族模块再设计优先次序识别

针对产品族绿色化过程中模块再设计优先次序识别问题，基于产品族层次结构模型提出功能模块通用性指标，以反映模块类型对再设计优先次序的影响；构建模块实例生命周期绿色性能评估模型，采用模糊层次分析法和灰色关联分析法来评价模块实例的绿色性能；以绿色性能评价值与通用性指标值之比来确定模块再设计优先次序；通过实例验证了所提方法的可行性和有效性。     

基于语义关联的专利有害性能知识挖掘研究

为向产品设计过程提供更加丰富的知识来源,进一步获取专利深层信息,提出了基于语义关联的专利有害性能知识挖掘方法。首先,对产品有害性能进行定义和分类,据此对产品专利分布以及语义特点进行分析;其次,结合行业专利全文信息,引入word2vec算法构建文本向量空间,并利用余弦算法计算不同单词的语义距离,进而实现同义词合并;再次,利用词性组合以及依存关系获取行业专利技术背景中有害性能关键词,结合四种分类规则获取结构对象与有害性能的关联关系,并构建有害性能数据库;最后,针对设计方案元件关键词,检索关联有害性能知识,结合频次公式计算元件不同有害性能发生的概率。选择国内花洒产品专利为应用实例,与其他三种算法进行比较,验证了所提方法的可行性及有效性。     

一种面向产品族设计的模块动态规划方法

针对产品族设计中的模块规划问题,研究和分析了产品族核心系统的模块化理论和实施方法,对产品生命周期中的各种动态要素进行了分析;根据核心系统零部件成本等市场因素的动态变化对模块规划的影响,从可维护性和经济性考虑,提出一种产品族核心系统模块动态规划方法;通过建立功能关联矩阵和动态关联权重矩阵,采用模糊聚类方法对功能关联矩阵中的组件进行聚类,通过取适当的α截集,将产品族中的核心系统划分为多个子功能模块,结合动态关联权重分析对模块部件进行动态评价,并提取出动态评价值较高的部件,为设计阶段重点考虑这些部件提供了理论依据,减少了后期维护成本.通过装载机液压传动系统的模块规划和后期维护数据,证明了该方法的可行性.     

基于客户评论与性能—结构映射的 产品绿色创新设计方法

日益突出的环境问题驱动企业开展产品绿色创新设计。针对如何利用客户评论开展产品绿色创新设计这一问题,首先建立绿色性能词典,提出基于客户评论数据挖掘的产品绿色性能评价方法;进而构建绿色性能—关注度矩阵以识别优先改善的绿色性能,构建绿色性能—结构关联矩阵以识别优化对象,并提出基于TRIZ的产品绿色创新设计方法;最后以扫地机器人为例详细阐述所提方法的实施流程并提出创新设计方案。所提方法可为企业成功开展基于客户评论的产品绿色创新设计提供有效指导。