面向可適應(yīng)性的產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)方法與應(yīng)用研究.pdf

1、可適應(yīng)設(shè)計(jì)（AD）是面向產(chǎn)品生命周期，將滿足不同需求及需求變化的可適應(yīng)性作為重要評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以提供具有柔性、易定制性、可重用性、可擴(kuò)展性的產(chǎn)品為目標(biāo)的全新設(shè)計(jì)方法。通過可適應(yīng)設(shè)計(jì)，用戶不僅可以得到價(jià)格低廉、“一物多用”的新型產(chǎn)品，還能夠通過零部件替換滿足未來的需求。本文基于公理設(shè)計(jì)方法探討如何從模塊化的設(shè)計(jì)角度來研究和提高產(chǎn)品的可適應(yīng)性。從需求分析出發(fā)，以公理設(shè)計(jì)方法中設(shè)計(jì)域之間的層級(jí)映射為框架，以設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣為分析工具，采用優(yōu)化聚類算法

2、，從底層參數(shù)級(jí)到上層零部件級(jí)設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)進(jìn)行模塊化可適應(yīng)的設(shè)計(jì)研究，以開發(fā)和設(shè)計(jì)多樣化的高可適應(yīng)性新型產(chǎn)品。
　　 首先，綜述了目前模塊化設(shè)計(jì)、產(chǎn)品族設(shè)計(jì)、可適應(yīng)設(shè)計(jì)及相關(guān)領(lǐng)域的理論方法和研究現(xiàn)狀，分析了可適應(yīng)設(shè)計(jì)與模塊化設(shè)計(jì)之間關(guān)系。
　　 其次，以公理設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)域?yàn)檠芯恐骶€，針對(duì)面向可適應(yīng)性的模塊化體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)探討并提出了若干新方法。具體包括：
　　 (1)針對(duì)產(chǎn)品可適應(yīng)性評(píng)價(jià)問題，基于公理設(shè)計(jì)和功

3、能模塊獨(dú)立條件矩陣分別從參數(shù)級(jí)和模塊級(jí)分析了功能要求和設(shè)計(jì)參數(shù)的一一對(duì)應(yīng)程度，并通過接口標(biāo)準(zhǔn)化程度、功能兼容性、拆卸可逆性三個(gè)指標(biāo)評(píng)定接口的可適應(yīng)性；基于Kano需求模型對(duì)產(chǎn)品通過適應(yīng)性變化達(dá)到客戶滿足的程度進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并以臺(tái)式打孔裝訂機(jī)為例進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明：該方法不僅能從結(jié)構(gòu)上對(duì)產(chǎn)品可適應(yīng)性進(jìn)行度量，更能反映出設(shè)計(jì)的不足，對(duì)進(jìn)一步的改良設(shè)計(jì)提供有價(jià)值的借鑒。
　　 (2)在模塊劃分方法方面，基于公理設(shè)計(jì)通過微分分析將設(shè)計(jì)矩

4、陣轉(zhuǎn)化成設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣，并分別構(gòu)建設(shè)計(jì)參數(shù)從功能域、過程域和結(jié)構(gòu)域角度考慮的相關(guān)性設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣；從考慮模塊的加工效率出發(fā)，建立了設(shè)計(jì)參數(shù)關(guān)于過程域中過程變量的相似性矩陣，通過基于最小描述長(zhǎng)度的遺傳算法對(duì)其進(jìn)行聚類分析，以打孔裝訂機(jī)的打孔裝置為實(shí)例實(shí)現(xiàn)了模塊的合理劃分。結(jié)果表明，該方法考慮因素較以往方法更全面、更直觀，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)產(chǎn)品實(shí)際情況對(duì)各交互關(guān)系有所偏重，快速得到合理的定量化分析結(jié)果。
　　 (3)針對(duì)模塊劃分過程中的耦合

5、設(shè)計(jì)參數(shù)容易導(dǎo)致反復(fù)迭代的問題，基于公理設(shè)計(jì)和基于三角模糊數(shù)的層次分析法獲得設(shè)計(jì)參數(shù)的量化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣，建立了工作量變化矩陣模型，給出了設(shè)計(jì)模態(tài)和關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)的定義，并由此判斷給定設(shè)計(jì)是否收斂和識(shí)別出關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)。最后通過打孔裝訂機(jī)的切管裝置實(shí)例驗(yàn)證表明，該方法可以判斷給定設(shè)計(jì)的收斂性，并能識(shí)別出影響設(shè)計(jì)反復(fù)迭代的關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)。
　　 (4)針對(duì)現(xiàn)有兩大產(chǎn)品平臺(tái)設(shè)計(jì)方法提供平臺(tái)定制能力有限的問題，提出了可適應(yīng)平臺(tái)的概念。基于灰色

6、關(guān)聯(lián)和模糊聚類相結(jié)合的方法對(duì)客戶需求進(jìn)行量化聚類分析，以對(duì)識(shí)別可適應(yīng)平臺(tái)的構(gòu)成元素提供依據(jù)；基于公理設(shè)計(jì)推導(dǎo)出設(shè)計(jì)參數(shù)構(gòu)成公共平臺(tái)參數(shù)的數(shù)學(xué)模型，利用敏感設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣對(duì)公共平臺(tái)參數(shù)和定制參數(shù)進(jìn)行了區(qū)分。最后，通過臺(tái)式打孔裝訂機(jī)產(chǎn)品族可適應(yīng)平臺(tái)的分析實(shí)例驗(yàn)證表明，該方法彌補(bǔ)了現(xiàn)有兩種平臺(tái)設(shè)計(jì)方法的缺點(diǎn)，可以同時(shí)從橫向和縱向上提高了平臺(tái)的定制能力和可適應(yīng)能力。
　　 開發(fā)了面向產(chǎn)品可適應(yīng)性的模塊化設(shè)計(jì)系統(tǒng)MDSA，介紹了系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)