机械产品设计的模块划分方法研究.pdf

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1、第３期张建民等．机械产品设计的模块划分方法研究２５３机械产品设计的模块划分方法研究张建民周俊刘卫艳（上海工程技术大学机械工程学院）摘要针对功能-结构集成模块划分方法的不足，基于功能相似性和结构关联性，提出一种面向产品创新设计的模块划分方法。将功能-结构关系矩阵转化为结构间的功能相似矩阵，与结构间的关系矩阵相结合，构成关联矩阵，然后进行模块划分，分析评价出最佳划分模块。以装载机装载装置设计的模块划分为例，对所提方法进行验证，结果表明：划分结果与实际相符。关键词机械产品设计模块划分关联矩阵聚合度分离度中图分类号ＴＨ１２２文献标识码Ｂ文章

2、编号１０００-３９３２（２０１７）０３-０２５３-０５机械产品的模块化设计可以缩短产品的开发１产品关联矩阵的建立周期、提高效率，快速响应市场需求，提高设计标１．１功能相似矩阵准化、系列化程度，实现优化设计，有利于产品维将产品的总功能Ｆ分解成ｆ１、ｆ２、…、ｆｍ共ｍ个功能元。Ｒ、Ｒ、…、Ｒ表示ｎ个结构零件。ｒ修、升级和再利用，便于工厂和产品的重组，延长１２ｎｉｊ表示ｆ对Ｒ的影响程度，其功能相关性准则见表产品的使用寿命。因此，面向产品创新设计的模ｉｊ１。块划分对产品设计具有重要意义。近年来，国内外学者对机械产品设计的模块表１功能相关性准

3、则划分方法进行了广泛研究。ＧｕＰ和ＳｏｓａｌｅＳ提出标度含义了一种面向产品全生命周期的模块划分方法，针１ｆｉ对Ｒｊ没有影响对每个阶段的设计目标构造相关矩阵，通过对每２ｆｉ对Ｒｊ有细微影响个设计目标的模块划分结果进行对比分析，得到３ｆｉ对Ｒｊ有影响［１］了较为满意的结果。陈继文等主要从客户需４ｆｉ对Ｒｊ有较大影响求、流和技术的角度出发，研究了一种面向创新设５ｆｉ对Ｒｊ有很大影响［２］计的功能模块动态划分方法。周开俊等提出了一种面向产品创新设计的功能模块划分方法，在相应的功能关系矩阵Ｒ可表示为：考虑功能单元之间流的邻接关系的基础上，根据

4、Ｒ＝［ｒ］ｉｊｍ×ｎ功能模块的聚合度和分离度构造优化目标函数，采用数量积法，通过下式将功能关系矩阵转［３］从抽象层面上对产品功能模块进行划分。魏锋化为模糊相似矩阵：等针对跨国石油公司专业软件利用率低、管理难１，ｉ＝ｊｓ＝１ｍ（１）ｉｊ度大及重复投资等问题，利用其海外ＩＴ资源共享{∑ｗｒｒ，ｉ≠ｊｋｉｋｋｊｃｋ＝１和服务中心，设计了一个模块划分专业软件，并进ｍ［４］其中，ｃ＝ｍａｘ（∑ｗｋｒｉｋｒｋｊ），ｗｋ为功能元对产行了实际部署应用。ｉ≠ｊｋ＝１品零件结构影响的权重；ｓ为零件结构ｉ和零件结在此，笔者提出一种基于功能相似性和结构ｉｊ

5、构ｊ在功能元方面的相似度，由此可以得到零件关联性的面向产品创新设计的模块划分方法，从结构关于功能的相似矩阵：而更好地提高机械产品设计的协调性。作者简介：张建民（１９８９-），硕士研究生，从事产品服务系统设计、机械产品设计的研究，ｊｉａｎｍｉｎｌｖｌｄ＠１６３．ｃｏｍ。２５４化工自动化及仪表第４４卷Ｓｉｊ＝［ｓｉｊ］ｎ×ｎ系，主要包括装配、排列、定位及联接等。表２主１．２结构关联矩阵要从配合方式、联接类型和接触类型３个方面衡结构相关性是指零部件之间的空间和几何关［５］量了子结构之间的相关性。表２结构相关性结构相关性准则相关度相关性分析

6、子结构间配合方式１．０两子结构之间为永久联接，不可拆分０．８两子结构之间的配合有严格的公差要求０．６两子结构之间的配合有公差要求但不严格０．４两子结构之间的配合有尺寸要求０．２两子结构之间有联接关系，但没有配合要求０．０两子结构之间没有联接关系子结构间联接类型１．０两子结构之间为永久联接，不可拆分，如焊接０．８两子结构之间为固定联接，难以拆分，如采用压力建立的联接０．６两子结构之间为固定联接，较难拆分，如键槽０．４两子结构之间为固定联接，容易拆分，如螺栓、销联接０．２两子结构之间为移动联接，可以拆分，如移动副联接０．０两子结构之间没

7、有联接关系子结构间接触方式１．０两子结构之间为多面接触０．８两子结构之间为多点接触０．６两子结构之间为单面接触０．４两子结构之间为单线接触０．２两子结构之间为单点接触０．０两子结构之间无接触结构关联矩阵Ｒ′为：和结构关联矩阵联系在一起，构成产品关联矩阵Ｒ′＝［ｒｉｊ′］ｎ×ｎＣｉｊ：Ｒ′＝Ｗ１′Ｒ１′+Ｗ２′Ｒ２′+Ｗ３′Ｒ３′（２）ｗｒ+ｗｒ′，ｉ≠ｊｆｉｊｓｉｊＣ＝（３）其中，Ｒ′为子结构配合关联矩阵，表示子结ｉｊ{ｊ１１，ｉ＝构ｉ和子结构ｊ之间的配合关联度；Ｒ′为子结构２式中ｒ′———结构关联矩阵的元素；ｉｊ联接关联度，表示子

8、结构ｉ和子结构ｊ之间的联接ｗ———功能关联矩阵的权重系数；ｆ关联度；Ｒ′为子结构接触关联矩阵，表示子结构ｉ３ｗ———结构关联矩阵的权重系数。ｓ和子结构ｊ之间的接触关联度；Ｗ′、Ｗ′、Ｗ′为结１２３２结构模块划分构关联准则的权重系数。准