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.     

基于复杂网络的产品族零部件通用性分析方法

将产品族的主结构采用有向复杂网络的形式加以描述,产品族中的零部件作为网络的结点,零部件之间的隶属关系作为网络的边。运用简单路径搜索等算法对各个结点的介数、数量、次数、入度和出度等参数进行计算,并得出各参数的双对数坐标统计曲线,结果总体上符合幂律分布,表明各参数具有择优特性且产品族零部件关系网是无标度的。建立了零部件通用性的经验公式,对产品族中的零部件通用性进行了统计,得出了产品族的通用件和定制件。在研究中,以某企业工业汽轮机产品族为例,对其零部件通用性进行了分析。     

基于复杂网络与公理设计的产品平台设计方法

在深入分析产品平台定义及特点的基础上,结合复杂网络理论和公理设计中的信息公理,提出一种基于结构的产品平台设计方法。通过计算产品族零部件网络的节点总介数与平均介数确定节点在产品族和产品实例中的重要性,同时结合产品功能分析的结果提炼出平台关键节点。通过计算其他节点与关键节点的关联度,确定平台内的其他重要节点,并采用信息公理评价备选平台的性能,实现循环的设计过程。复杂网络与公理设计的结合使平台设计过程与结果更直观、更科学。以轮式装载机的产品平台设计为例证明了该方法良好的系统性与可操作性。     

配置产品零部件分析方法及其应用研究

针对复杂定制产品结构复杂、零部件数量多、配置设计效率低等问题,对已有产品的零部件类模块及其实例模块的使用次数随产品数变化情况进行了分析,提出了一种零部件用量预测方法;对零部件类模块及其实例零部件的通用性进行了分析,提出一种产品族结构合理化方法。以某工业汽轮机产品为倒对上述方法进行了应用验证。     

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.     

产品平台模块通用性评价与分析

产品平台是大批量定制企业为客户提供多样化产品与减少内部多样化矛盾的重要产品开发策略。在产品零部件实例库基础上,以复杂网络理论和方法为工具,构建复杂产品模块关系网络,运用简单路径的搜索算法,对各个模块重用数和模块实例零部件数等参数进行统计。提出产品平台模块通用性评价方法。实例研究中,用某企业工业汽轮机产品族进行验证,最后对通用模块进行分析。     

基于复杂网络的零部件用量预测方法

在采用有向网络对产品族主结构进行描述的基础上,根据网络中结点入度的双对数坐标分布曲线及其分布规律,提出了产品族零部件关系网络结点入度演化规律,并推导出了结点入度概率密度的解析表达式。通过对零部件种类随产品数变化历史数据的分析,建立了零部件种类与产品数之间的表达关系式。提出了基于给定产品数增量的零部件用量预测方法,以某工业汽轮机产品族数据为例,对部件用量进行了预测,并对预测结果进行了验证,对预测误差进行了分析。     

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。     

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.     

面向复杂模块化产品族演化控制的评价方法

针对模块化产品族的演化控制问题,提出面向模块化产品族复杂程度的网络化评价方法。将产品族中的模块描述为节点,模块间的关系描述为边,并将模块化产品族抽象形成产品系统的模块关系网络。借助模块关系网络,从模块、关系和系统三个层次对产品族进行量化描述,形成由模块信息量、信息耦合比、关重度、关系强度和系统信息结构熵5个量化指标组成的评价体系。基于量化指标的工程意义,设计人员可以对产品族系统进行复杂程度评估和演化状态监控。以某轮式装载机铲斗的模块化系统为例,验证了所提方法的可行性。     

On the module identification for product family development

Modularity is the key to improve the cost-variety trade-off in product family development. This paper presents a methodology for identifying the constituent modules of product family. The methodology includes the following principles: (1) identify and isolate the individualized components into one module so that the product’s differentiation point is postponed; (2) identify and isolate the components with high possibility of being changed in the future into one module in order to improve the stability and commonality in the product family; (3) improve the functional independency of the modules so as to support the module configuration process and the functional extension of the product family; and (4) improve the structural independency of the modules so as to achieve higher efficiency in the module manufacturing process. These four principles are incorporated into a mathematical model and therefore the module identification problem is translated into a multi-objective combinatorial optimization problem. The problem is solved using genetic algorithm (GA). A case study is carried out on a gear reducer. Sensitivity analyses show that relative weights of each principle and different initial numbers of modules result in different module schemes.     

基于可拓理论的产品配置设计

为实现计算机支持下的产品快速响应设计,提出了一种基于物元模型和可拓理论的产品快速配置设计方法.该方法首先建立形式化表达模块和模块族的物元模型.以产品族为基础,针对具体的客户需求,利用质量功能配置瀑布式分解方法对期望产品进行层次性展开,以获得期望模块物元.基于期望模块物元,采用相似匹配算法从模块族中模糊匹配出相似存在模块,以形成产品的初步配置方案.通过解析结构建模方法,确定相似存在模块变换的结构层次.通过相似存在模块的可拓变换,得到具体的期望模块,以建立产品结构方案.最后,以堆垛机为例,验证了产品快速配置设计方法的可行性.     

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.     

配置模块关联系数计算方法及其应用研究

在采用有向网络描述产品族结构的基础上,结合面向对象技术,建立了包含类模块节点及其实例化节点的扩展产品主结构.提出了扩展的产品主结构中各个父节点与其子节点之间,以及同级的各个兄弟节点相互之间的关联系数计算方法.提出了关联系数的传递计算方法.将关联系数计算结果应用于产品配置,为产品配置提供了配置模块选择依据.最后,以某工业汽轮机企业的汽轮机本体为例,对上述方法进行了验证.     

A task-oriented modular and agent-based collaborative design mechanism for distributed product development

The rapid expansion of enterprises makes product collaborative design （PCD） a critical issue under the distributed heterogeneous environment, but as the collaborative task of large-scale network becomes more complicated, neither unified task decomposition and allocation methodology nor Agent-based network management platform can satisfy the increasing demands. In this paper, to meet requirements of PCD for distributed product development, a collaborative design mechanism based on the thought of modularity and the Agent technology is presented. First, the top-down 4-tier process model based on task-oriented modular and Agent is constructed for PCD after analyzing the mapping relationships between requirements and functions in the collaborative design. Second, on basis of sub-task decomposition for PCD based on a mixed method, the mathematic model of task-oriented modular based on multi-objective optimization is established to maximize the module cohesion degree and minimize the module coupling degree, while considering the module executable degree as a restriction. The mathematic model is optimized and simulated by the modified PSO, and the decomposed modules are obtained. Finally, the Agent structure model for collaborative design is put forward, and the optimism matching Agents are selected by using similarity algorithm to implement different task-modules by the integrated reasoning and decision-making mechanism with the behavioral model of collaborative design Agents. With the results of experimental studies for automobile collaborative design, the feasibility and efficiency of this methodology of task-oriented modular and Agent-based collaborative design in the distributed heterogeneous environment are verified. On this basis, an integrative automobile collaborative R＆D platform is developed. This research provides an effective platform for automobile manufacturing enterprises to achieve PCD, and helps to promote product numeralization collaborative R＆D and management development.     

基于公理设计和设计关联矩阵的产品平台设计新方法

产品平台是产品族设计的核心内容,合理地构建产品平台是提高产品设计可适应能力的关键。以公理设计为指导框架,以功能需求分析为出发点,提出一种产品平台设计新方法。该方法借鉴Kano模型,从用户需求的角度,将产品功能要求分为基本功能要求、期望功能要求和附加功能要求;基于公理设计原理,将产品功能要求映射为产品设计参数,建立设计矩阵;通过分析设计参数与各类功能要求之间的影响,构建产品设计关联矩阵,利用可拓聚类算法对设计关联矩阵进行聚类运算,将实现产品族基本功能要求的模块定义为公用模块;在此基础上,通过分析设计参数的灵敏度来选择公共平台参数,利用聚类分析以规划它们在产品平台中的共享策略。通过电力液压块式制动器产品族的平台设计实例,验证了该方法的有效性和可行性。     

基于功构单元的产品族规划方法

为更好地支持面向客户的产品多样化设计,提出了一种基于功构单元的产品族规划方法。该方法中,针对聚类细分的产品族客户需求,对其基本功能、扩展功能展开FBS(功能-行为-结构)进行功构分解,建立不同层次的功构单元;通过质量功能配置方法确定产品族及其功构单元的特征参数及其取值范围;采用功能流和IDEF0相结合的方法建立产品族FBS功构分解的底层功构单元的功能模型;基于该功能模型,通过谱系聚类建立产品族的不同层次的功构模块,确定基本功构模块、扩展功构模块;并由此通过功构单元结构及其特征参数的综合而建立基本模块族、扩展模块族,从而实现产品族规划。该方法应用于堆垛机的产品族规划,建立了堆垛机的功构模块及其产品族结构模型,从而验证了其可行性和有效性。     

基于功构单元的产品族规划方法

为更好地支持面向客户的产品多样化设计,提出了一种基于功构单元的产品族规划方法。该方法中,针对聚类细分的产品族客户需求,对其基本功能、扩展功能展开FBS(功能-行为-结构)进行功构分解,建立不同层次的功构单元;通过质量功能配置方法确定产品族及其功构单元的特征参数及其取值范围;采用功能流和IDEF0相结合的方法建立产品族FBS功构分解的底层功构单元的功能模型;基于该功能模型,通过谱系聚类建立产品族的不同层次的功构模块,确定基本功构模块、扩展功构模块;并由此通过功构单元结构及其特征参数的综合而建立基本模块族、扩展模块族,从而实现产品族规划。该方法应用于堆垛机的产品族规划,建立了堆垛机的功构模块及其产品族结构模型,从而验证了其可行性和有效性。
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Forecast method for used number of parts and components based on complex network

Applying directed complex network to model the main structure of a product family, according to in-degree bi-logarithmic coordinate distribution curve and distribution rule of nodes of the network, in-degree evolving rule of nodes of the network is presented and analytic expression of in-degree probability density of nodes is derived. Through the analysis of the relation between existing kinds of components and existing product numbers, an expression of the relation between kinds of components and product numbers is derived. A forecast method for the increment of component numbers and parts based on the increment of products is presented. As an example, the component numbers of an industrial steam turbine product family is forecasted, forecast result verified and forecast error analyzed. __________ Translated from Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2006, 42(6) (in Chinese)     

基于功能蚁树的定制客户动态聚类

在分析定制客户需求特点和产品族模型构成的基础上,提出了一种根据功能结构模型进行定制客户动态聚类划分的新方法。采用面向对象的技术,将功能作为产品族的特征属性与产品族结构封装,建立了产品族功能结构模型;应用蚂蚁聚集行为的聚类方法,以产品族功能结构模型为分类模式,设计了基于功能蚁树的客户动态聚类算法。并以多功能沥青混凝土摊铺机产品的定制客户聚类划分为例,进行聚类分析,聚类结果能直观地反映各功能结构模块动态需求变化。