基于广义功能建模的复杂产品模块化设计技术研究

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1、国内图书分类号：THl22国际图书分类号：080202西南交通大学研究生学位论文密级：公开年级三委二二级姓名韭d!墓申请学位级别王堂亟±专业扭越剑造丛墓自动丝指导老师工国宣塾援二零一四年五月五日ClassifiedIndex：TH122U．D．C：080202SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisModularDesignMethodforComplexProductbasedonGeneralizedFunction．．StructureModeling—Grade：2011Candidate：ZHANGXia

2、oyingAcademicDegreeAppliedfor：MasterDegreeofEngineeringSpeciality：MechanicalManufacturing&AutomationSupervisor：profDINGGuofuMay．5，2014西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本

3、学位论文属于1．保密口，在年解密后适用本授权书；2．不保密囱，使用本授权书。(请在以上方框内打“寸’)学位论文储签名：豫J、定日期：如／弘。∥、了⋯⋯：J嘲醐：乒，肜、C7～工4y、西南交通大学硕士学位论文主要工作(贡献)声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：1．在传统功能结构建模方法的基础上，提出了广义功能结构模型的构建方法，并实现了复杂机械产品高速列车转向架的功能结构建模。2．在功能结构模型的基础上，构建了联系因子强度定义体系和基于零部件的数值型DSM。以最小联系信息流量为目标函数，基于遗传聚类方法实现了复杂产品转向架的模块划分。3．在工程变更产生原因

4、和传播原理分析的基础上，提出了一种基于变更风险的模块化评估方法，并以转向架的模块划分结果为对象，进行风险矩阵的计算和处理，从模块抗干扰能力和传播干扰能力两方面对其进行了客观评价。4．在产品模块化的基础上提出了模块接口标准化的系统性方法，包括了接口特性分析，接口数据结构构建，接El基型的确定，接口的系列化和接口标准化编码。并实现了转向架轮对轴箱模块和侧梁模块接口的标准化。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均己

5、在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：殁J、芨日期：乃／段∥、)西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘要随着工业的生产化以及人们对产品个性化需求的提高，模块化设计己成为多数机械产品所采用的一种先进的设计方法。通常产品概念设计决定着产品研发70％的成本和效率，若在产品概念设计时期实现有效模块划分将有益于整个产品的设计过程。此外，随着产品功能的不断增加，使得产品功能、结构具有高度的耦合性，不利于实现模块化设计，但随着产品生命周期不断缩短和创新能力的不断增强，复杂产品的模块化设计仍是一个有效的手段。针对以上要求，

6、本文提出了一套系统性的面向复杂机械产品概念设计阶段的模块化设计及评价方法。首先在研究传统功能结构建模方法的基础上，提出了广义功能结构模型的构建方法。基于运行活动图进行顶层抽象功能分解，再通过改进广义工艺功能分析法实现次级功能的分解和功构映射，从而有效克服了复杂机械产品项层功能分解和耦合功能相关性分析困难等问题。其次，从功能、物理、几何三个方面进行了零部件之间的联系因子相关性分析，并基于层次分析法和刻度标定法实现了联系因子的定量化计算。然后结合设计结构矩阵基本理论和功能结构模型构建了零部件的DSM数值化矩阵，通过智能遗传聚类算法实现了复杂机械产品的模块划分。针对模块

7、划分结果，提出了一种基于变更风险的模块化评估方法。在零件的变更传播有效路径分析和零部件重要度分析的基础上，构建了变更传播的直接可能性矩阵、三个传播深度的间接可能性矩阵和影响度矩阵，以此得到了各个模块的综合风险矩阵。通过对综合风险矩阵的行列归一化处理，实现了面向抗干扰能力和传播干扰能力的模块化性能评估。最后，在模块设计和性能评估完成的基础上，从功能、几何、材料、制造四个方面进行了模块接口特性的分析，建立了模块接口数据结构体系，同时基于层次分析法实现了接口基型结构的构建和接口系列化流程、标准化编码规则的制定，从而形成了一套系统的模块接口标准化设计方法，一并以高速列车转

8、向架为对象