基于功能流的复杂产品模块划分方法研究

为更好实现复杂产品的模块化设计,在基于功能-结构的概念模型中引入模块划分技术,结合复杂产品设计的特点,提出了一种基于功能流的复杂产品模块划分模型;通过功能流将需求分析、功能分解、功能实现和模块划分统一起来.分析了复杂产品概念设计的功能分解和设计功能之间的联系和转化及功能模块划分.并结合汽轮机设计的应用实例,验证了该方法的有效性.     

基于道路3D模型的自行路面划线车设计

随着我国基础道路建设的发展,道路标识线的建立和养护需求日渐增大。通过分析传统路面划线车的优缺点,结合道路3D模型建立技术,提出一种通过使用操作终端来控制自行路面划线车运行的控制模型。根据控制模型与基于功能流的模块划分方法,确定了产品的总功能;分析产品运行过程,将总功能拆分为若干个子功能;分析了各个子功能间的关联性和独立性,将子功能归入到功能模块中。最终制订出路面划线车及其操作终端的功能模块划分方案,并进行了划线车及操作界面的设计。     

产品模块划分方法研究综述

模块化设计通过合理的产品模块化体系,快速地组合成满足客户需求的个性化产品,同时又因为通用模块的批量生产和管理降低成本。从而有效解决产品在低成本、高质量和满足顾客的个性化需求之间的矛盾。作为产品模块化设计的关键技术,模块划分一直是工程领域研究的热点问题。将目前已有的模块划分方法归纳为基于功能的模块划分方法、基于功能和结构的模块划分方法和面向产品生命周期的模块划分方法等几种类型,并对模块划分方法进行了分析和总结。     

斗式提升机模块化快速设计关键技术研究

模块化设计是缩短产品设计周期、快速响应市场需求、实现大批量定制和敏捷制造的重要设计方法.由于机械产品功能结构的多样性和复杂性,实施模块化设计过程中的诸多问题依然没有通用的、完善的解决方法.文中以斗式提升机产品模块化设计为例,探讨了大型复杂机械产品模块化设计中的两个关键问题,即模块划分和模块检索方法问题.首先,针对大型复杂机械产品的结构特点,提出了基于用户量化参数与产品零部件关联度的模块划分方法,之后,针对复杂客户需求下模块检索问题,提出了以区间距为度量方式的模块检索方法,解决了模块具有多种属性且属性值为区间值时的定量检索问题;并在此基础上实现了斗式提升机模块化产品的成本预算,最后,给出了斗式提升机模块化设计原型系统总体结构和工作流程,验证了模块划分和检索方法的可行性.     

面向可变功能机械的模块划分方案复杂度分析

模块划分方案的复杂度直接影响可变功能机械产品模块化设计的质量,合理的模块划分方案是开展此类产品设计开发的基础。基于功能-行为-结构模型对产品各构件进行相关度分析,建立相关度矩阵,应用模糊聚类法得到多种模块划分方案。依据信息熵理论,以模块化产品设计中的装配复杂度和设计复杂度为评价目标,建立模块划分方案复杂度的数学评价模型。对不同模块划分方案的复杂度进行比较,得到较合理的模块划分方案,并以可变功能榨汁机为例验证了方法的可行性。     

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。     

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.     

桥式起重机的模块化配置设计研究

为实现桥式起重机各级功能部件的选型优配设计,提出模块化配置设计方法。对模块化配置设计的关键技术模块划分进行了研究,阐述了基于公理化设计和对象建模理论构建的模块化配置设计表达模型,基于顾客需求分析对桥式起重机的功能结构进行合理的模块划分,依据顾客需求与机械产品性能的关系度最佳值选取最佳匹配实例。模块化配置设计的实现可以保证起重机产品的功能和结构设计具有很大的灵活性和应变性,提高了桥式起重机产品设计的效率。     

基于功能聚类映射的应急救援器材箱模块化设计方法

在设计满足用户某种特殊需求的新产品时,通过将该设计问题抽象化或使用黑箱法,可得到产品系统所要实现的总功能.将复杂的总功能分解成易于实现的简单功能元,利用功能分析、相关性聚类及功能-结构映射理论,实现功能模块的划分以及结构模块的创建.结合广义模块的概念,对所设计产品进行产品族规划并创建模块库.以应急救援器材箱为实例,验证所建立的基于功能聚类映射的产品模块化设计的可行性.     

多视角的特征关联模块划分方法

为了满足客户对产品的多样化需求,在模块划分过程中从产品的定制化需求、产品功能、产品结构和绿色度等多视角考虑,提出了一种多视角的特征关联模块划分方法.首先,分析客户的多样化需求,研究关于模块划分的各视角特征信息并建立其相应的特征模型与关联矩阵.其次,利用层次分析法分析不同视角在设计过程中所占有的重要程度,依据不同视角的重要程度进行特征的关联.然后建立综合特征关联矩阵,采用遗传算法进行求解.最后,以冲击电钻为实例,建立其相应的产品模型且应用遗传算法对其进行模块划分,验证所提多视角特征关联模块划分方法的有效性.     

支持再制造升级的机械产品绿色模块划分方法研究

针对产品过时或淘汰造成的资源无法有效回收利用问题,对机械产品再制造升级的性能需求进行了研究,提出了一种基于设计结构矩阵的产品绿色模块划分方法。定义了产品零部件之间的功能、结构、回收模式等再制造升级的绿色属性;根据层次分析法计算得出了各属性的所占权重,在此基础上建立了产品零件的综合关联度矩阵;根据产品的设计需求、经济性和环境属性等要求,基于全链接层次聚类法进行了模块聚类,得到了机械产品可再制造升级模块划分方案;最后,以永磁同步曳引机为研究对象,对所提方法的可行性进行了验证。研究结果表明:该方法能有效地对机械产品进行可再制造升级模块划分,模块内部零件之间的联系紧密,且具有很高的装配性,模块之间又有很高的独立性,易于机械产品的再制造升级。     

基于模块化的工程机械零部件通用性设计方法

为提高工程机械的通用性、互换性和设计灵活性,提出了基于模块化的零部件通用性设计方法,即在用户需求与机械功能分解基础上,依据模块化理论,以基于信息流的方法进行了系统模块的初步划分,进而通过计算各模块以及未划分功能元之间的相关度形成最终模块划分方案。将功能模块映射为结构模块,对其现有产品零部件结构作了比较分析,对于通用可行性较高的结构模块进行了通用化方案设计。将该方法应用于典型轮式推土机和装载机的行驶传动系统的通用性设计,证明了其可行性和有效性,为工程机械产品零部件结构的模块化和通用化提供借鉴。     

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。     

产品模块可拓变型设计方法

为更好地支持产品多样化设计,提出了一种基于功构变换的产品模块可拓变型设计方法.针对产品模块变型设计需求,采用功能-行为-结构的迭代映射方法,建立存在模块的功构分解模型.通过数学模型中功构的可拓变换与分解,建立期望模块的功构分解模型,并采用功能流和功能模型IDEF0相结合的功能建模方法,建立期望模块的功能模型;基于功能模型的约束,通过结构单元的删除和聚合,进行模块功构要素可拓变换的传导变换分析,展开期望模块功构综合与结构设计,从而实现模块的变型设计.将该方法应用于堆垛机推拉机构的变型设计,双倍程推拉机构变型为三倍程推拉机构,验证了该方法的可行性和有效性.     

面向产品创新设计的功能模块动态划分方法研究

针对面向产品创新设计的功能模块划分中没有考虑技术进化的问题,从客户需求、流、技术的角度出发,研究功能模块动态划分方法。以产品的功能结构为基础,建立了功能相关矩阵。基于模糊等价矩阵的动态聚类分析,动态划分产品的功能模块。以模块内平均聚合度和模块间平均分离度来评价不同模块划分结果。多绳金刚石串珠锯功能模块动态划分实例说明了该方法具有较强的分辨性,可以进行面向产品创新设计的功能模块动态划分。
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一种无人机干扰器的创新设计

无人机干扰事件频繁发生,使得反无人机产品需求得到极大提升。通过用户需求、模块划分和结构设计,从功能出发对无人机干扰器模块进行系统整合、结构材料的优化匹配和款型确定方案。产品利用三根天线对无人机所有工作频率进行定向干扰,将天线等器件隐藏于壳体中,外观设计成枪械类产品,使用再生壳体材料,达到一体化并且具备抗冲击力强不易碎裂的功能。通过3D打印机制作出模型对产品进行反复验证,达到设计最优并验证产品可靠性。     

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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基于公理设计的机械系统稳健性分析及应用

以用户需求为切入点,对产品的功能语义和功能需求进行元模型描述,将用户需求转化为功能要求。以公理设计为指导框架,基于独立公理和Z字形映射方式,寻找并确定设计参数,明确功能要求之间及其与设计参数的相互关系,建立完整设计矩阵。将公理设计矩阵转换为设计结构矩阵并对其进行重构,生成几个相互之间具有较小依赖度的聚类耦合模块,得到系统稳健关联矩阵。然后将各个模块之间的关联参数作为可控因素,通过试验设计分析其对目标影响的重要程度并实施针对性的控制与调整,从而提升机械产品系统的稳健性。基于所提出的稳健性分析方法进行了起重机小车的设计,说明了该方法的应用过程,证明该方法是可行性的。     

基于功能-行为-结构的产品概念模块设计研究

为更好地实现产品的模块化设计，在基于功能-行为-结构的产品概念设计过程中引入模块划分技术，提出了一种基于功能-行为-结构的产品概念模块设计方法和过程模型；分析了根据产品的总体技术目标特征，进行产品功能、行为、概念结构求解与功能分解的迭代过程的产品概念设计分解方法。为描述概念产品，将黑箱法和IDEF0功能描述方法相结合，建立了产品功能-概念结构模型。在此基础上，建立了产品概念要素（功能、行为、概念结构、接口）的相关关系分析方法，进而采用模糊聚类算法进行产品概念要素聚合，以实现产品概念模块的划分。该方法应用于堆垛机货叉机构的概念设计过程，实现了货叉机构的概念模块的设计。