面向可適應性的產(chǎn)品模塊化設計方法與應用研究.pdf

1、可適應設計（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性作為重要評價標準，以提供具有柔性、易定制性、可重用性、可擴展性的產(chǎn)品為目標的全新設計方法。通過可適應設計，用戶不僅可以得到價格低廉、“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。本文基于公理設計方法探討如何從模塊化的設計角度來研究和提高產(chǎn)品的可適應性。從需求分析出發(fā)，以公理設計方法中設計域之間的層級映射為框架，以設計結構矩陣為分析工具，采用優(yōu)化聚類算法

2、，從底層參數(shù)級到上層零部件級設計參數(shù)對產(chǎn)品的結構進行模塊化可適應的設計研究，以開發(fā)和設計多樣化的高可適應性新型產(chǎn)品。
　　 首先，綜述了目前模塊化設計、產(chǎn)品族設計、可適應設計及相關領域的理論方法和研究現(xiàn)狀，分析了可適應設計與模塊化設計之間關系。
　　 其次，以公理設計的設計域為研究主線，針對面向可適應性的模塊化體系結構的設計探討并提出了若干新方法。具體包括：
　　 (1)針對產(chǎn)品可適應性評價問題，基于公理設計和功

3、能模塊獨立條件矩陣分別從參數(shù)級和模塊級分析了功能要求和設計參數(shù)的一一對應程度，并通過接口標準化程度、功能兼容性、拆卸可逆性三個指標評定接口的可適應性；基于Kano需求模型對產(chǎn)品通過適應性變化達到客戶滿足的程度進行了評價，并以臺式打孔裝訂機為例進行了驗證。結果表明：該方法不僅能從結構上對產(chǎn)品可適應性進行度量，更能反映出設計的不足，對進一步的改良設計提供有價值的借鑒。
　　 (2)在模塊劃分方法方面，基于公理設計通過微分分析將設計矩

4、陣轉化成設計結構矩陣，并分別構建設計參數(shù)從功能域、過程域和結構域角度考慮的相關性設計結構矩陣；從考慮模塊的加工效率出發(fā)，建立了設計參數(shù)關于過程域中過程變量的相似性矩陣，通過基于最小描述長度的遺傳算法對其進行聚類分析，以打孔裝訂機的打孔裝置為實例實現(xiàn)了模塊的合理劃分。結果表明，該方法考慮因素較以往方法更全面、更直觀，設計者可以根據(jù)產(chǎn)品實際情況對各交互關系有所偏重，快速得到合理的定量化分析結果。
　　 (3)針對模塊劃分過程中的耦合

5、設計參數(shù)容易導致反復迭代的問題，基于公理設計和基于三角模糊數(shù)的層次分析法獲得設計參數(shù)的量化設計結構矩陣，建立了工作量變化矩陣模型，給出了設計模態(tài)和關鍵設計參數(shù)的定義，并由此判斷給定設計是否收斂和識別出關鍵設計參數(shù)。最后通過打孔裝訂機的切管裝置實例驗證表明，該方法可以判斷給定設計的收斂性，并能識別出影響設計反復迭代的關鍵設計參數(shù)。
　　 (4)針對現(xiàn)有兩大產(chǎn)品平臺設計方法提供平臺定制能力有限的問題，提出了可適應平臺的概念?；诨疑?/p>

6、關聯(lián)和模糊聚類相結合的方法對客戶需求進行量化聚類分析，以對識別可適應平臺的構成元素提供依據(jù)；基于公理設計推導出設計參數(shù)構成公共平臺參數(shù)的數(shù)學模型，利用敏感設計結構矩陣對公共平臺參數(shù)和定制參數(shù)進行了區(qū)分。最后，通過臺式打孔裝訂機產(chǎn)品族可適應平臺的分析實例驗證表明，該方法彌補了現(xiàn)有兩種平臺設計方法的缺點，可以同時從橫向和縱向上提高了平臺的定制能力和可適應能力。
　　 開發(fā)了面向產(chǎn)品可適應性的模塊化設計系統(tǒng)MDSA，介紹了系統(tǒng)軟件實現(xiàn)