面向模块扩展的产品模块化设计关键技术研究

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2、科专业：航空宇航制造工程指导教师：杨海成教授2015年11月ResearchonModuleExpansionofProductModularDesignByQiaoHuUndertheSupervisionofProfessorYangHai-chengADissertationSubmittedtoNorthwesternPolytechnicalUniversityInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofPhilosophyInAeronauticalandAstro

3、nauticalManufacturingEngineeringXi’anP.R.ChinaNovember2015摘要摘要模块化设计方法使企业能够提供多样化的产品以适应市场变化形势，但是为了在竞争中获得更大的优势，必须更贴近客户，根据客户需求快速的为客户提供个性化的产品。客户需求是动态变化的，当现有模块不能满足新的客户需求时，需要对模块进行扩展，推出新模块，形成新产品，以满足不断变化的客户需求。模块的扩展不是孤立的，如何将模块扩展融入模块化设计过程、如何确定模块扩展方向、如何快速有效的实现模块扩展等问题对模块化设计提出了新的要求。因此，本文针对模

4、块化设计中模块扩展的关键技术展开了一系列研究，论文的主要研究内容如下：1)建立一种基于功能块的产品组织模型。从产品配置角度出发，研究了复杂产品背景下，产品配置面临的模块数量大、模块间关系复杂等问题。提出以客户需求和模块的对应关系为基础，形成模块集合，构建功能块。功能块将复杂的模块间关联关系限制在内部，功能块间不存在或仅存在少数的关联，可以将模块扩展限制在功能块内部，对以功能块为基础形成的产品组织模型影响较小。通过对功能块和模块结构进行规范，以提高功能块和模块的可扩展性。2)提出一种基于矩阵的产品模块规划方法。根据客户需求和模块间关联关系，建立设计依

5、赖矩阵。基于设计依赖矩阵分析客户需求和模块的关联关系，将产品模块按照客户需求划分为若干集合。将模块关联关系分为强关联和弱关联，基于设计依赖矩阵聚类结果，结合模块间关联关系，建立产品模块设计结构矩阵。通过设计结构矩阵聚类，形成兼顾客户需求和模块几何关联的产品模块规划方案。以客户需求为基础形成的模块规划方案将产品模块划分为若干内部高耦合、外部低耦合的模块集合，是建立功能块的基础。3)提出一种基于多色集合的产品配置模型。基于功能块将产品配置的各个要素映射为多色集合的元素、统一颜色等，基于需求与产品系列的关系、需求与模块的关系以及性能与模块的关系，建立多层

6、多色集合围道矩阵，在此基础上构建产品配置的多层多色集合求解模型。所建立的多色集合求解模型能够快速配置得到满足客户需求的产品方案，且配置结果具有多样性。基于多色集合的产品配置模型使用布尔矩阵进行信息与逻辑关系表示。添加或删除功能块或模块，形成新的配置规则时，只需调整对应的布尔矩阵，对功能块或模块的扩展有较强的适应能力。4)提出一种复杂网络脆性理论支持的产品模块演化模型。从生产阶段模块的使用情况出发，采用复杂网络理论构建产品模块网络。在分析产品模块网络的脆弱性和鲁棒性的基础上，综合考虑到货率、完成率和使用率等因素，建立了产品模块网络的脆性风险熵函数，作

7、为产品模块网络稳定性的不确定性的表征。考虑脆性风险来源，从设计角I西北工业大学博士学位论文度提出模块演化方法以提高产品模块网络稳定性。建立产品模块网络的动态演化模型，指导模块演化带来的产品模块网络变化。通过推动模块的演化，研发新模块、去除冗余模块，优化产品模块的组织结构，确定模块化设计中的模块扩展方向。5)提出一种基于变更路径预测的自适应模块建模方法。使用图论的方法，将模块中的参数表示为有向图的顶点，参数间的关系对应有向图的边，建立邻接矩阵（设计结构矩阵）描述模块中各参数的关联性，通过设计结构矩阵聚类分析预测模块内的可能变更路径。将模块变更路径与路

8、径相关信息进行结构化存储，提高变更路径及其相关信息的可扩展性。整合结构化信息与全约束模块实例，建立自适应模块。根据各变更路