开放式结构产品的模块规划

 产品的多元化和市场竞争使客户对产品的个性化需求不断增加,传统的产品结构难以满足低成本和个性化的需求．开放式结构产品使得产品既拥有大批量定制的优点又能满足客户个性化的需求．开放式结构产品将产品的模块分为通用模块、定制模块和个性化模块．模块划分和模块类型规划是开放式结构产品设计的重要步骤．针对开放式结构产品的设计,提出了一种以公理设计为分析框架、以质量功能展开（QFD）为基本模型的模块划分和分类方法．该方法采用公理设计建立功能需求与概念结构之间的映射关系,通过分析概念结构之间的功能、空间和信息流关系建立了设计关联矩阵,运用系统聚类法对设计关联矩阵进行聚类模块划分,利用QFD规划产品中零部件的类型并建立模块类型规划准则,最后根据零部件类型确定了开放式结构产品的模块类型．应用所提出的方法对玩具喷漆机进行了模块规划,得出了开放式结构玩具喷漆机的结构方案,验证了该方法的有效性和可行性．     

PDM环境下基于SolidWorks的变型设计及自动装配系统

在大批量定制环境下,基于PDM平台开发支持产品快速组合设计的变型设计系统可明显地提高企业设计资源的重用,从而缩短订单产品的设计时间;在综述了系统平台的体系结构和运行流程后,概述了运行平台各子系统的主要功能,在此基础上详细阐述了SolidWorks系统与运行平台的集成、设计与工艺信息的集成、零部件的变型设计和产品模型图的自动装配技术．实践证明,在PDM框架下,通过三维CAD系统的API所开发的设计系统可明显地提高企业设计资源的重用,并缩短订单产品的设计时间．     

基于公理设计的产品结构设计模型研究

目的为了满足客户的实际需求,缩短产品设计周期,避免传统设计方法生成产品结构的过程中易产生设计耦合的潜在问题。方法以结构设计作为主要目的,提出一种基于公理设计的产品结构设计模型(AxiomaticDesignBasedStructuralDesign,ADBSD)。该模型在质量功能展开(QualityFunction Deployment, QFD)的基础上,采用KANO模型的赋值计算规则,获得总体客户功能需求权重值,作为结构设计的总功能需求,输入公理设计框架流程中的"Z"字型映射中;并运用TRIZ技术冲突、发明原理等工具进行设计优化,在设计初期解决设计参数之间的冲突问题,得到完整的产品设计结构。结果通过对小空间自走式消防装备进行设计研究,阐述了运用ADBSD进行产品结构设计的优势,验证了该方法的可行性。结论该模型为产品创新设计过程提供了新思路和理论参考。     

面向产品族的模块化设计方法研究

为使模块化设计中模块之间的功能独立,在基于功能相关与结构相关的模块划分准则的基础上进行模糊聚类,通过设定阀值确定模块划分结果,并在此基础上对划分的模块进行变型设计,组成产品族,为客户的个性化需求提供产品设计方法．     

面向定制的液压机可适应产品平台构建方法研究

基于可适应设计理论研究了汽车门盖包边液压机系列产品的可适应产品平台构建方法,构建了包括CAD和CAE模型以及工艺的液压机可适应模块,使用实验设计技术（DOE）分析了模块的各个设计变量对产品性能的贡献值;综合DOE分析结果和单机产品优化结果确定了液压机的公共设计参数和个性设计参数,在产品族优化的基础上构建可适应产品平台,并给出了汽车包边液压机上横梁可适应产品平台构建的实例．     

通用电机产品族协同设计的模糊优化

产品族设计是大规模定制中的核心内容,许多文献在假定产品特征确定情况下,采用平台参数和非平台参数,提出了大规模定制下的产品族设计优化方法。基于产品族设计理念,针对含有不确定特征的产品族设计中的一种基本类型——产品参数与产品功能之间的映射含有模糊系数的情形,建立一种对平台参数和非平台参数进行协同优化的模糊双层线性规划模型,利用有关模糊算法对模糊条件下的通用电机产品族协同设计进行优化。     

汽车离合器IPPD方法研究

汽车离合器是汽车传动系统的重要起步元件。其传统的设计方法没有在整个产品开发过程中将性能要求、产品特性、工艺过程及过程能力有机地融合,没有考虑离合器产品参数合理的公差范围以及生命周期内尺寸的变化,因此很难满足大规模生产的离合器转矩传递能力和踏板操纵特性的要求。通过建立基于功能—产品特性—工艺及过程能力的汽车离合器IPPD （integrated product and process design,集成产品工艺设计）方法,分析离合器产品特性及工艺参数公差对转矩传递能力和踏板操纵特性的影响,提出了建立精确的传动系统动力学模型的方法,给出了转矩传递能力和踏板操纵特性与产品特性及工艺参数公差的映射关系;在满足可制造性和可装配性的设计要求下,建立了产品特性与工艺过程及参数变化的循环映射关系,采用基于过程能力的稳健公差设计方法进行工艺方案和工艺参数优化。采用所提出的离合器IPPD方法可以更好地使产品满足性能要求,从而为提高离合器设计精度和可靠性提供支撑,为开展离合器的智能设计建立基础。     

变型产品数据管理技术及系统的实现方法

产品的变型设计是一个非常复杂的过程，其中涉及到设计过程、设计数据和设计资源的组织和管理。本文将基于产品结构的设计方法和模块化设计方法有机结合，并充分利用参数化、变量化及CBR等技术，实现产品快速变型设计。文中对上述技术的实现方法做了介绍。     

浅析门式起重机变型设计

在基因重组的基础上,提出建立装配变形设计的思想。对所装配产品的变型设计原理和变型设计方法进行分析和研究,通过定义装配产品中零件对象的信息模型,建立零件之间的尺寸约束关系模型。以装配门式起重机的部件刚性支腿为研究对象,构建出模型并验证变型过程。     

面向32 mm系统成组优化的家具基型模块变型设计研究

目的针对家具32 mm系统实现成组优化,提出基型模块变型设计方法。方法先对核心模块、基型模块及其变型设计等核心概念进行定义;再按成组技术要求分析各模块间的相似性和关联度,确定基型模块及其设计参数,对基型模块做变型设计;并以柜类家具为实例阐述具体设计过程。结论对比柜类家具在使用变型设计之前与之后的核心模块孔位加工时间,验证了基型模块变型设计方法的有效性。     

基于优化的产品平台参数规划方法

 为满足客户化和全球竞争的需求,企业要实现大规模定制(mass customization,MC).基于公共产品平台的产品族设计是实现大规模定制的一种有效方式,而平台规划是面向产品族设计方法学的核心内容,也是目前研究中的一个热点问题.基于模型参数的平台设计是其方法之一.针对基于一系列标准可变参数的产品平台,用优化方法对产品平台参数进行规划,以满足各种客户需求.该规划方法无需事先人为指定,而是在满足客户需求的前提下,尽可能提高产品族中设计变量的共性,从而确定最好的产品平台的公共参数及其最优值,以及个性参数及其变化值,并以带式输送机为例验证了该方法.     

盾构螺旋输送机适应性设计智能决策

螺旋输送机作为土压平衡式盾构的重要功能部件之一,常常需要进行设计调整以满足新的工程需求.但是,设计调整容易导致产品指标发生过量变动,进而对产品的可靠性、安全性和可维护性等产生负面影响.为最大化重用已有的、经过工程验证的设计方案,降低设计调整的负面影响,提出了一种盾构螺旋输送机适应性设计智能决策方法.首先,收集盾构螺旋输...     

Product platforms design,selection and customisation in high-variety manufacturing

Product platforms represent an effective strategy implemented by manufacturers to cope with dynamic market demands, decrease lead-time and delay products differentiation. A decision support system (DSS) for product platforms design and selection in high-variety manufacturing is presented. It applies median-joining phylogenetic networks (MJPN) for the platforms design and phylogenetic tree decomposition for platforms selection by determining the product family phylogenetic network and defines the platforms at various levels of assembly corresponding to different trade-offs between number of platforms (variety) and number of assembly/disassembly tasks (customisation effort). Product platforms are reconfigured and customised to derive final product variants. The phylogenetic tree is decomposed in multiple levels, from the native platforms to the final variants. New Platforms Reconfiguration Index (PRI) and Platforms Customisation Index (PCI) were developed as metrics to evaluate the platforms customisation effort. A case study of a large family of plastic valves is used to demonstrate the DSS application. It shows reduction of 60% in platforms variety and increases in platform customisation assembly/disassembly tasks by only 20% leading to significant production and inventory efficiencies and cost savings. This methodology supports companies in the design and selection of best product platforms for high-variety to reduce cost and delivery time.     

Improving cost effectiveness in an existing product line using component product platforms1

Previously, we introduced a new method for improving commonality in a highly customised, low volume product line using component product platforms. The method provides a bottom-up platform approach to redesign family members originally developed one-at-a-time to meet specific customer requirements. In this paper, we extend the method with an activity-based costing (ABC) model to specifically capture the manufacturing costs in the product line, including the cost associated with implementing a platform strategy. The valve yoke example is revisited in this paper, the customised ABC model is defined, two design strategy alternatives are addressed, and the new method is used to determine which alternative is better at resolving the trade-off between commonality, total cost, and product performance. The proposed method shows promise for creating a product platform portfolio from a set of candidate component platforms that is most cost-effective within an existing product line. The proposed method allows for arbitrary leveraging as it does not rely solely on the traditional vertical, horizontal, or beachhead strategies advocated for the market segmentation grid, and this is especially beneficial when applied to an existing product line that was developed one-at-a-time time such that artefact designs are inconsistent from one to another.     

Modularity analysis and commonality design: a framework for the top-down platform and product family design

With a highly fragmented market and increased competition, platform-based product family design is recognised as an effective method for constructing a product line that satisfies diverse customer demand while keeping design and production cost- and time-effective. Recognising the need for modularity and commonality in platform development, this paper presents a systematic framework to assist in implementing top-down platform and product family design, which aims to achieve system-level modularity for variety generation, and rationalise the commonality configuration for module instantiation. In the first phase of platform development, a robust and flexible product family architecture is constructed to accommodate variations by analysing the external varieties of the generic product architecture, and provide a modularity design space, wherein the design tasks are further decomposed into module instantiation. The second phase of detailed platform development aims to enhance commonality in terms of engineering efficiency by coordinating with the back-end product realisation stage. A tractable optimisation method is used to capture and resolve the trade-off between commonality configuration and individual product performance. A family of power tool designs is used to demonstrate the potential and feasibility of the proposed framework at the system level and detailed design stages.     

基于参数化思维的产品创新设计方法

目的 提出基于参数化思维的产品创新设计方法。针对产品的概念设计阶段,利用参数化的设计思维方法,来创造可以激发设计师灵感的设计环境,启发其更好地进行产品创新设计。方法 依据设计需求对产品进行功能特征的描述与分析,初步确定各功能部件的位置、结构、尺寸等设计参数后,对造型生成进行逻辑推演,在Rhinoceros与Grasshopper组成的参数化设计平台中选定算法并生成造型,最后通过对整体方案的分析、评估及参数化调整,来确定创新性的设计方案。结果 基于参数化思维的产品创新设计方法可有效帮助设计师进行思维发散,设计方案优化程度高、可行性强、拓展空间广,符合理论与实践需要。结论 在工业设计领域,基于参数化思维的产品创新设计方法可弥补传统设计方法的不足,使产品设计更具高效性和创新性,是一种行之有效的产品设计方法。     

Coordinated optimisation of platform-driven product line planning by bilevel programming

Product line planning (PLP) aims at an optimal combination of product feature offerings, suggesting itself to be a determinant decision for a company to satisfy diverse customer needs and gain competitive advantages. Fulfilment of planned product lines must make trade-offs between product variety and production costs. To balance the costs of product lines, manufacturers often adopt a product platform configuration (PPC) approach to redesign product and process platforms by adding new modules to the legacy platforms. The PPC is an effective means of providing product variety while controlling the manufacturing costs. The PLP and PPC problems have traditionally been investigated separately in the marketing research and engineering design fields. It is important to coordinate PLP and PPC decisions within a coherent optimisation framework. This paper proposes a bilevel mixed 0–1 nonlinear programming model to formulate coordinated optimisation for platform-driven product line planning. The upper level deals with the PLP problem by maximising the profit of an entire product line, whilst the lower level copes with the multiple product platforms optimisation for the optimal PPC in accordance with the upper level decisions of product line structure. To solve this bilevel programming model, a bilevel genetic algorithm is developed to find the optimal solution. A case study of coordinated optimisation between an automobile line and its product platforms is presented to demonstrate the feasibility and effectiveness of the proposed bilevel programming in comparison with a typical ‘all-in-one’ approach and a non-joint optimisation programming.     

群智设计发展趋势及分析

目的 通过文献计量分析方法,研究当前众包模式下,以群体智慧协同为主要设计方式的产品设计新范式。方法 以群智设计的概念为基础,采集2000年以来国内外知名的数据库相关研究文献进行统计分析,梳理群智设计的关键要素及典型特征,探讨其与其他产品设计理论与方法之间的异同,总结群智设计的发展趋势,概述群智设计研究存在的挑战。结果 众包模式下的群智设计执行机制灵活、设计创新高效、知识技能广泛,能够应对海量个性化用户需求的挑战,适应现代产品的发展要求。结论 群智设计的关键要素和典型特征区别于现有的典型产品设计方法,阐明了群智设计的本质;群智设计的3个类型和层次模型,概括了群智设计的发展要求;随着众包模式的不断应用,开放平台、用户需求、设计群体三元融合发展,群智设计的研究更加广泛、健全,逐渐从需求、平台和群体等方面向任务分解、群体组织、过程管控等方向发展。     

基于联合分析和模糊聚类的产品族客户需求模型研究

客户需求信息的准确获取与表达是产品族规划的首要环节,针对客户需求模型构建过程中需求信息具有抽象性、模糊性等特点,基于公理设计构建描述客户需求的模型,运用联合分析法对客户需求进行量化,将模糊的客户需求转换为具体的产品设计指标和参数.通过对指标和参数的相关性分析,建立产品设计关联矩阵.采用模糊最大树聚类算法对设计关联矩阵进行聚类分析,以聚类有效性指标为依据,得到最佳聚类阈值,从而获得最优聚类结果.在此基础上,利用最优聚类结果对设计关联矩阵进行解耦,最终得到解耦设计关联矩阵,为参数化产品族规划提供理论依据.最后,以圆柱齿轮减速器产品族规划为实例,验证了该方法的有效性和可行性.