模块化产品设计中模块间的关联分析与解耦策略

在模块化产品设计过程中,模块之间往往存在着关联关系,使得设计更复杂,进而增加产品开发周期和成本。针对模块化产品设计中模块间的耦合关联问题,基于设计结构矩阵(DSM)表示产品零件之间的关联关系,分析模块间的相互作用,确定关联模块的主控零件和依赖零件;分析主控零件的关联传播路径,计算模块关联依赖度,确定模块的优先级顺序。然后根据产品结构及其零部件的复杂性,分析主控关联零件的影响,从模块间的关联依赖度、关联零件变更传播的影响及提高模块的适应性等几个方面,提出关联模块的解耦策略。通过起重机抓斗实例阐述了产品模块化设计关联分析过程与解耦方法。     

可变功能机械基于APD网络模型的变更传播过程分析

变更设计是实现可变功能机械再设计的1个重要方法。为研究可变功能机械再设计中变更传播的过程,提出变更传播路径和变更风险分析的方法。从可变功能机械产品概念设计角度出发,建立可变功能机械产品开发(Adapt-function mechanical Product Development,APD)网络模型,根据传播类型提出传播链和传播网的概念,描述变更在APD网络中的传播路径。通过分析节点之间的依赖程度和节点对变更传播的吸收能力,可以确定变更传播在APD网络中的可能路径,并基于此进行变更风险值的计算,预测不同变更设计方案给产品带来的风险,供设计人员在可变功能机械变更设计中选择合理的设计方案。最后,以可变功能电动剃须刀的变更设计为例,验证该变更传播过程分析方法的可行性。     

基于有向加权网络模型的复杂产品多源设计变更传播路径优化

提出一种基于有向加权网络模型的复杂产品多源设计变更路径优化方法。首先,以零部件为节点,零部件之间的物理连接关系为边构建复杂产品结构的有向网络模型。采用Linkrank算法计算零部件连接重要度,考虑节点出度和入度定义变更传播指数,进而结合设计任务执行时间及变更传播概率计算变更传播强度(Change propagation intensity, CPI),并以此作为边的权重,建立变更分析网络模型。其次,选取多个零件作为多个变更源,通过改进的蚁群算法对复杂产品多源设计变更搜索累积变更传播强度最小的最优传播路径。最后,以某型号直流电钻行星轮齿轮箱多源设计变更为例验证了方法的可行性和有效性。     

基于产品结构界面关联模型的协调设计技术

为解决复杂产品参数级的冲突定位与设计协调问题,以产品自顶向下分解过程为指导,提出了基于产品界面接口参数的继承传递和关联定义的层次化的界面关联约束网络建模方法;通过分析界面接口参数传递路径,提出了以约束传递路径分析为核心的一致性、完整性校验方法,消除了产品界面关联约束的冗余和冲突;提出了基于产品界面关联模型进行参数变更影响分析的方法,实现了参数变更传递路径、传播范围和影响程度的精细化定量分析,为产品设计冲突的定位和快速协调提供了支持.     

汽车模块化产品平台方法研究

在现有产品平台的基础上,针对现有方法中存在的问题和不足进行了完善和补充,提出了汽车模块化产品平台的设计方法。以客户需求为核心,通过QFD工具建立需求与模块以及模块与模块之间的映射关系,并在此基础上分析模块变更影响,计算出模块变异指数、模块变更传播指数和模块变更影响指数;基于模块变异指数、模块变更传播指数和模块变更影响指数识别出各模块类型,并构建模块实例,形成模块化产品平台。最后以汽车产品为对象构建了模块化产品平台,并在此基础上完成汽车系列产品设计,验证了方法的有效性。     

基于设计结构矩阵的工程变更传播研究

针对以往工程变更管理中预测变更传播影响研究的不足,具体分析了水波式传播、开花式传播与雪崩式传播三种变更传播类型的特点。基于设计结构矩阵和图论,提出了一种通过零件聚类和分级来预测变更传播影响的方法,并通过一个真空吸尘器变更设计的实例验证了该方法的可行性。     

基于KBOM的BOM工程变更研究

为了对产品族中的BOM变更进行有效管理,通过对产品生命周期中的BOM演进的研究,揭示了以KBOM为知识源的BOM视图演进规律,深入剖析了KBOM的知识内涵,进而研究了基于KBOM的BOM工程变更物理模型,揭示了变更请求、评估、实施、传播等变更环节间的内在联系,给出了变更影响分析和评估模型,给出了变更实施、传播实现策略,以此为基础建立了BOM结构工程变更信息模型,开发了相应的软件模块,通过软件后期的实施应用,验证了文中所述方法的可行性和有效性。     

基于模糊一致判断矩阵的设计变更传播CPM模型

在产品的概念设计阶段,针对产品设计过程中组件变化引起的变更传播问题,建立CPM(Change Prediction Method)模型;采用模糊一致判断矩阵计算CPM模型中变更可能性和变更影响,分析组件变更传播风险,减少CPM模型中主观性带来的不确定性;结合仿人形机器人腿部的概念设计实例建立CPM模型,并通过CPM模型预测设计组件变化的传递过程和变化路径。     

基于产品特征网络的变更传播评价方法

针对零部件特征划分组合不唯一的问题,提出"三维实体+2D特征+连接关系"表达的零件特征划分方法;定义了特征之间的强弱连接关系,并构造了产品特征网络模型。基于特征强弱连接网络模型,定义了特征节点的3种离散状态,给出了变更传播指数的含义,分析了产品特征变更传播的两种类型及其概率计算方法,并对产品特征网络变更影响程度进行了评估。通过某航天产品的阀体的特征网络构建及其变更实例分析,验证了所提评估模型的可行性。     

基于设计结构矩阵的工程变更影响分析

作为产品开发过程中的一项重要活动,工程变更会不同程度地延长产品开发时间,增加开发成本,对工程变更进行有效管理的能力反映了企业的敏捷性。由于变更传播的复杂性,工程变更管理研究中缺乏工程变更影响分析的有效方法。基于设计结构矩阵,建立工程变更影响分析模型,提出对工程变更的直接与间接影响进行分析的具体方法;综合变更的可能性影响和风险,并结合相关的变更影响计算方法实现了分析工程变更影响程度的预测手段。通过一个摩托车发动机变更设计的实例验证了所提出的计算模型的可行性。     

基于最小波及效应的企业本体演化方法研究

本体演化会影响依赖本体的服务,使其重新修订和重新部署。面对同一变更需求,不同演化实现方法造成的影响范围差别很大。提出了一种基于最小波及效应(MRE)的本体演化算法。基于本体图模型建立了本体邻接矩阵和可达矩阵,凭借矩阵变换与运算对本体演化中节点组级与节点级的波及效应进行了深入的分析和量化。MRE算法将本体演化过程转变为求图的最短路径过程,通过搜索一条影响值最小的变更路径来减小本体演化的影响范围。通过实际应用验证,MRE算法的时间代价与变更影响范围大大小于现有算法。     

异构模块组合耦合分析的完全关联矩阵

针对异构模块组合的耦合分析问题,提出一种完全关联矩阵(Comprehensive dependency matrix,CDM),不仅表达参数和功能间的直接关联,同时包含了间接关联(变更传播)信息。提出一种基于进化策略的耦合分析方法,给出耦合分析的适应度函数和针对问题的进化算子。对CDM进行聚类(耦合)分析可以正确认识设计中参数和功能的耦合关系;在构造CDM的同时对设计变更传播进行分析,从而可以更全面地表达和分析异构模块组合的耦合关联关系,为异构模块组合耦合分析提供方法支持。     

尺寸关联更改传播路径生成方法

从更改尺寸在零件间以及零件相关尺寸间传播的角度,探讨了基于关联的尺寸更改传播路径搜索方法。建立了尺寸关联更改传播模型,用以描述尺寸特性间的逻辑与层次关系;运用矩阵运算方法,基于零件间的尺寸关联,建立了以零件为节点的关联更改传播网络,将尺寸更改传播系数作为路径评价指标对路径进行了优选;建立了表征更改零件的尺寸参数与被影响零件之间关联的集值矩阵、中间转换矩阵及向量值矩阵;采用内积运算方法,建立了更改尺寸与被影响零件尺寸参数间的关联映射关系,确定了更改尺寸在产品中的传递过程与路径;最后,以尺寸更改在印纸覆膜机中的传播过程为例验证了本方法的有效性。     

基于矩阵的工程变更雪崩传播预测方法

为预防和控制高风险、高花费的工程变更雪崩传播,减小产品开发Hub节点间的相互影响,提出一种基于矩阵和产品开发Hub节点的雪崩传播预测方法。介绍了作为基础的设计结构矩阵、设计依赖矩阵模型和Hub节点的获取方法;根据设计结构矩阵的聚类结果,以Hub节点为核心构建了设计依赖矩阵;针对该矩阵提出了依赖分析算法,得到了预测雪崩传播的重要矩阵模型——联系依赖矩阵;以联系依赖矩阵为基础,以预测影响范围为媒介,计算传播过程中被影响的Hub节点数目,以此作为判断雪崩传播是否发生的依据,并提出了预防和控制雪崩传播的方法。以某型号摩托车发动机为例说明了所提方法的应用及其合理性。     

复杂产品工程变更传播路径动态优化

为优化复杂产品工程变更传播路径,减少零部件变更对复杂产品设计的影响,提出复杂产品工程变更传播路径动态优化方法。构建特性关联网络描述复杂产品设计结构,研究并揭示该网络中不同特性在变更时对其上、下游特性的影响机制;针对变更对上、下游特性的影响分别具有随主观变动和客观性确定的特点,设计集成上游影响特性动态优化和下游影响特性动态搜索的变更传播路径动态优化方案,从全局的角度获得对复杂产品设计影响最小的变更传播路径。通过对比分析和案例应用,验证了所提方法的准确性与适用性。     

基于小世界网络模型的复杂产品设计变更传播研究

为了从复杂产品开发自身固有的网络拓扑结构出发来研究变更的传播机制,采用小世界网络理论分析方法,对产品开发网络拓扑结构统计特性进行分析,建立了基于小世界聚类特性的变更传播模型。结合变更传播强度,对变更分步传播的过程进行了描述,用改进蚁群算法求得影响产品交货期的变更传播路径及相应的关键节点。用该模型对真空吸尘器产品的变更传播过程进行分析,结果表明,该方法可以有效地找到系统中花费时间最长的设计变更链,从而为产品设计改进提供了重要依据。     

商用航空发动机构型变更影响的评估方法

民用航空产品技术复杂,产品数据量大,构型变更频繁,其构型变更管理工作面临巨大的挑战。为了限制不受控的、不必要的变更的扩散,构型变更的过程中必须进行变更影响评估来确定最佳变更方案,兼顾降低变更风险和满足产品需求。基于多域矩阵,建立构型变更影响评估模型,通过产品组件将变更选项和产品需求衔接起来,结合相关变更传播预测计算方法,实现了对构型变更影响的评估,并通过商用航空发动机风扇转子及增压级单元体的构型变更验证了该方法的有效性。     

基于公理设计和模块关联矩阵的产品族设计耦合分析

针对产品族设计耦合问题,分析比较了其与单一产品设计耦合的异同之处,提出了一种基于公理设计和模块关联矩阵的耦合分析方法。以公理设计为指导,进行功能需求分析及类型划分;分析了产品族客户需求、功能要求、设计参数和模块之间的对应关联关系,考虑适应性设计参数的影响度并将其分为两类以确定产品族的共性和差异性;从策略层面减弱产品族设计的耦合性。从操作层面的角度,根据设计参数零部件间的综合关联关系,通过聚类重构生成几个相互之间具有较小依赖度的模块,分析设计参数间的变更传播关系,建立产品族模块关联矩阵;从模块内部的耦合和模块之间的耦合两方面探讨了关联特性。最后通过电力液压盘式制动器实例阐述了产品族设计耦合分析过程。     

基于CPM的零件多关联更改传播风险预测

针对零件更改触发的更改传播现象加大了产品设计开发的周期和成本等问题,提出了基于更改预测方法(CPM)的零件多关联更改传播风险预测研究,系统的评估受更改传播影响后各个零件的更改风险值以降低产品开发设计的周期和成本。在梳理零件间复杂关联关系的基础上,融合两个维度关联关系,即纵向基于映射的零件—功能关联关系与横向基于约束的零件—结构关联关系,构建了零件多关联更改传播矩阵;根据上述两个维度的零件多关联更改传播矩阵,提出基于CPM方法的零件多关联更改传播风险预测算法;计算获取了某一零件更改时其余各零件受更改传播影响的风险优先级及零件多关联更改传播风险矩阵。通过实例验证了该风险预测方法的可行性。     

基于CMDB的ITIL决策支持研究

基于CMDB数据库建立配置项关联关系有向图,在此基础之上在三个环节实现对ITIL提供决策支持:在事件管理环节基于数据挖掘分析事件关联度并找出问题,利用智能数据挖掘方法对事件构造分类模式,任一分类模式代表一类事件,也就是亟待解决的一个问题;在问题管理环节基于模糊有向图及智能算法进行故障诊断,用智能优化算法对所有可能的问题传播路径进行搜索,分析查找出问题背后隐藏的真实深层次根源;在变更管理环节建立评价变更影响度的指标体系,建立故障树并确定变更节点故障概率,使用定量及定性指标集成分析方法评估变更影响度,最后通过实例验证了方法有效性。