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。     

基于解析结构模型的产品模块构建及其优化

针对现有产品模块构建过程中存在的问题,通过建立产品零部件量化关联矩阵,采用扩展的解析结构模型对产品综合关联关系进行分解,形成产品初始模块.以关联矩阵为基础,给出了衡量模块聚合度、耦合度和设计需求趋同度的数值量化计算方法,并用上述指标构造了相应的优化数学模型.同时,应用成组遗传优化算法对初始模块进行优化,得到最优模块划分方案,并提供了模块接口的设计策略.最后,以电除尘器为例,验证了该方法的可行性和有效性.     

基于数字孪生的模块粒度优化分析方法

基于数字孪生的实时产品模块化设计与模块粒度优化能增强企业快速响应市场需求的能力。基于数字孪生的实时数据获取与管理能力提出了基于数字孪生的模块粒度优化分析模型。设立了4类关联关系度量标准,并以此构建直接关联关系矩阵。通过Floyd算法计算间接关联度,扩展得到全关联关系矩阵。提出零部件关联强度、关联密度和模块内聚度、耦合度两大类模块粒度分析指标,建立了基于孪生数据库的模块划分分析流程,并设计了保留精英的自适应交叉变异遗传算法对全关联关系矩阵进行优化排序,为模块粒度的划分与优化提供了指导依据。通过某农机制造企业微耕机的变速箱的实例应用,证明了所提方法的可行性,为后续模块化主结构的演化研究奠定了基础。     

考虑变更风险的复杂产品模块划分方法

模块化方法可有效控制复杂产品的研制周期与成本,模块划分是实现模块化的基础.受顾客需求、关键技术及政策、市场等内外部动态因素的影响,持续演化是复杂产品的必然趋势.设计变更是企业实现产品演化的基本手段,为了降低演化的影响,在对复杂产品进行模块划分时,同时考虑功能、结构、变更风险三个因素.首先将复杂网络理论应用于复杂产品结构建模,以零部件为节点,零部件的关联关系为边,建立复杂产品零部件网络模型.然后基于LinkRank的社区发现算法求解出产品模块初始划分方案.其次再利用基于网络相似度优化的社区发现算法得到最终划分方案.最后以某型号摩托车发动机为例验证了所提方法的可行性和有效性.     

面向产品变型设计的模块划分方法

首先进行客户需求分析和功能分解,其次将功能映射到结构以确定结构元,通过对零部件功能和结构相关度分析,分别建立以下3个相关度矩阵——基于客户需求的零部件相关度矩阵、功能相关度矩阵和结构相关度矩阵,分配好各自的权重系数后,综合该3个矩阵建立综合相关度矩阵.由模糊聚类方法得到不同的划分方案.依据信息熵的思想,从面向产品变型设计的角度,提出以装配复杂度、客户参与变型设计复杂度、模块之间独立性与模块内部元素亲密度为优化目标,建立模块划分方案数学评价模型,从而得到较合理的划分方案.最后根据提出的3条调整准则对划分方案进行适当调整以符合实际需要.以电动双梁式桥式起重机中的桥架为例进行模块划分,验证划分方法.     

面向产品配置的模块形成及划分方法

产品配置要考虑客户需求、模块组合复杂度、设计复杂度和成本,合理模块划分是产品配置基础。通过分析客户需求和零部件各相关性因素,建立零部件模糊相似性矩阵,并构建零部件模糊聚类树,描述模块的形成过程。提出采用复合λ对模糊聚类树截距,以组合复杂度、设计复杂度和成本为优化目标进行模块划分。利用遗传算法进行模块划分的优化,得到各λ值,进而得到模块划分的优化结果。此方法不仅考虑零部件之间相关的紧密程度,而且考虑模块划分的目的,以某天文圆顶为例说明了该方法的可行性和适用性。     

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。     

可维修性驱动的模块划分

为保证日益复杂的装备产品快速维修的需求,在产品模块划分过程中,提出面向维修的模块划分方法.在相关因素分析中考虑维修因素,从技术上考虑零件拆分的难易程度,并分布到其他各种零件之间的相关因素中,分别展开每一个相关因素,建立零部件相关因素树.从整体上考虑各相关因素对设计目的的影响程度,对各因素进行权重分配,建立零部件综合相关矩阵,并进行动态的模糊聚类,得到模块划分方案.最后以电冰箱为例进行面向维修的模块划分,结果表明,该方法可有效地实现产品的快速维修.     

基于CATIA的蝶阀产品关联设计技术

关联设计技术是以参数化设计技术为基础,把单个模型的参数化设计上升到模型与模型之间的参数或几何元素的驱动关联关系,着重强调产品模型内部各个零部件之间的关联,进而实现产品的关联设计。通过对蝶阀产品的结构分析,划分出了蝶阀产品关联设计模型体系,并以蝶阀阀体模型设计为例,证实了关联设计技术在蝶阀产品设计中的可行性。     

一种求解绿色模块划分的蚁群算法

以双梁桥式起重机桥梁作为实例,研究了基于零件基本单元的产品绿色模块划分问题,既考虑模块之间功能相关性和结构相关性,又考虑零件本身的绿色属性,以模块内部最大聚合度、模块之间最小耦合度和模块组合绿色度最高为目标函数,建立了产品绿色模块划分的优化模型,提出一种蚁群算法求解方案,通过十次实验均求出最优模块划分,最后对参数的合理选取和实验结果进行讨论分析,验证其合理可行性,具有极大的生产实用性。     

基于BOM的复杂产品模块划分方法研究

提出了一种基于产品物料清单(BOM)且适合于复杂产品的模块划分方法。首先基于复杂产品的BOM,形成以零部件为节点的产品结构树(PST),然后通过分析同一节点内零部件的几何、功能和物理相关性得到关联矩阵(CM)并生成关联图(CG),根据关联图计算在不同划分情况时的模块化度(DM),在结构树范围内选择最优的模块化度确定模块的划分。最后以轮式装载机的工作装置为例说明该方法的合理性和有效性。     

基于人工免疫改进算法的稳健产品平台模块划分

针对产品平台设计中的产品模块划分问题,引入稳健设计思想,指出稳健产品平台模块划分就是使产品平台模块划分结果对不可控的客户需求变化不敏感。基于零部件关联度矩阵和表征客户偏好的功能贡献度矩阵,构建了稳健产品平台设计中的准则函数和噪声函数。通过疫苗接种策略改进传统人工免疫算法,对模块划分问题进行多目标优化求解。以多目标优化问题中的非支配解为疫苗,依照二进制基因位选取机制对子代注入疫苗,从而提高子代获得优良基因的概率。该方法在某型号动车组车厢产品模块划分中进行应用,并与几种传统的多目标优化算法进行比较,结果验证了方法的有效性和优越性。     

基于网络分析法的模块化产品平台中零部件模块通用性分析

为了更加科学地评价模块化产品平台中零部件模块的通用性,运用网络理论建立产品族的结构网络,提出一种基于网络分析法的模块通用性分析方法.以零部件或零部件模块为节点,以零部件或零部件模块之间的隶属关系为边,构建产品族结构的零部件网络和零部件模块网络;分析零部件模块的出度、人度、介数、使用产品数和使用次数的物理意义和计算方法;分析五个参数的相关性,设计基于网络模型的零部件模块通用性指标.在工业汽轮机产品族的应用中,对汽轮机模块的通用性进行计算和分析,并与企业中零部件的实际应用情况比较,结果表明网络分析法和通用性指标能定量、合理地进行零部件模块通用性分析.     

混凝土泵车的产品模块建模方法研究

针对泵车产品设计成本高和开发周期长的问题,采用模块化建模方法建立了泵车模块化产品开发平台。以泵车销轴为例,通过模块几何形状和结构参数分析,建立了销轴模块的主模型、主文档,生成了不同的销轴工程图实例。对泵车一级模块和二级模块的模块接口进行了类别划分。根据产品数据管理系统(PDM)和产品主结构,构建了订单产品模块化设计需要的模块分类树,划分出了泵车的基本模块、必选模块和可选模块,在此基础上进行了产品结构参数系列化设计和产品结构模块系列化设计。泵车模块建模方法在企业的实践结果表明:该方法减少和优化了约30%的零部件品种规格,缩短了近50%的产品研发时间,在降低生产成本的同时还提升了泵车产品的研发质量和品牌竞争力。     

基于残缺信息模糊聚类的产品模块划分方法研究

为了解决含有残缺信息的产品模块划分问题,提出了一种基于改进WDS算法的产品模块划分方法。该方法利用改进WDS算法,将产品零部件划分为完整信息零部件和残缺信息零部件,并分别进行模块划分,同时引入平均模糊熵作为模块划分评判标准。最后,以3D打印机的模块划分作为实例,对比分析了完整信息产品和残缺信息产品的模块划分结果,验证了该方法的可行性。     

基于层次分析法的清障救援车模块划分技术研究

针对清障救援车辆,提出了一种基于模块化理论的模块划分方法,充分考虑了清障救援车辆产品从设计、装配到使用过程中的阶段特性,从功能、结构、材料、使用寿命、接口关系及回收利用等方面制订了该类型车辆产品的模块划分准则,并基于层次分析法构建了清障救援车零部件综合相关性矩阵。结合模糊聚类分析方法,进行产品零部件模块聚类划分,并基于模块内聚合度与模块间耦合度关系评价,选取最优阈值,优化模块划分方案。最后以某重型清障救援车产品为例,验证了该划分方法的合理性。     

考虑用户体验的产品服务系统模块重要度判定方法

针对制造业和服务业深度融合下的产品服务系统方案设计日益关注用户体验的问题,提出考虑用户体验的产品服务系统模块重要度判定方法以支持模块的再设计。针对专家评价过程中语言术语的犹豫性和每个语言术语偏好程度的不同,采用概率语言术语集评价用户需求重要度和用户需求与模块的关联关系,基于质量功能展开确定面向需求的模块重要度;采用因子分析确定体验维度,根据粗糙集确定体验维度重要度,采用概率语言术语集评价体验维度与模块的关联关系,确定面向体验的模块重要度;最后根据面向需求的重要度和面向体验的模块重要度确定模块重要度,并以某企业改进智能机器人产品服务系统模块重要度研究分析为例,验证了所提方法的有效性。     

基于失效模式传递网络模型的产品再制造模块化方法

绿色再制造是支持再循环经济的关键技术，而产品模块化可以有效促进再制造，提高产品再利用性。针对绿色再制造的产品模块化问题，提出一种基于失效模式传递网络模型的产品模块化方法。分析产品零部件失效模式，构建了失效模式—循环再利用方式传递网络模型，应用模糊集合理论构造不同层次之间的模糊关系矩阵，通过逐层映射以判析各零部件的循环再利用方式。综合分析零部件间功能—结构的关联关系及再制造特性的关联关系，考虑到产品寿命终结阶段再制造性指标的信息不完整性和模糊性，建立了综合关联矩阵。以零部件功能和结构的关联关系为聚类基础，基于传递闭包的聚类算法，获得不同的零部件聚类方案，建立产品模块化层次结构，以模块独立性和再制造性的最小描述长度为准则，实现模块的合理划分。以永磁减速起动机为例，验证了所提方法的有效性。     

基于最大适应度优化算法的订单产品模块化设计方法

通过研究复杂网络社团的层次性和重叠性,分析订单产品的产品结构特点,将复杂网络技术引入订单产品模块化设计中,构建订单产品的零部件关系网络表示方法,指出订单产品零部件关系网络中的网络簇(社团结构)可以看作是产品的模块.提出基于节点度的最大适应度优化算法,并将其应用于订单产品的模块化设计中.该算法能够在体现产品族网络层次性和重叠性的同时,快速划分出合理的产品模块.利用网络模块性评价函数(即Q函数),对模块划分结果进行了有效评价.以注塑机产品的模块化设计为例验证了该方法的系统性和可行性.     

机电产品多策略模块划分方法

为解决机电产品开发中客制化、技术进化和通用化三种策略之间的矛盾,提出机电产品多策略模块划分方法。该方法首先采用多策略质量功能展开方法,构建主参数分布模型和演进模型;其次采用基于流准则的功能模块划分方法初步划分模块;然后针对多策略设计目标分析模块与主参数的关系,提出分离准则和实例设计准则对划分结果进行评估。通过电冰箱产品族的模块划分验证了方法的有效性和可行性。