復雜產(chǎn)品系統(tǒng)模塊化關鍵技術研究與應用.pdf

1、作為衍生于大技術系統(tǒng)的新興概念，復雜產(chǎn)品系統(tǒng)（ Complex Products and Systems）在工程裝備、航空航天等我國優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略領域當中，扮演著不可替代的重要角色。隨著科技進步，復雜產(chǎn)品系統(tǒng)中與各子系統(tǒng)相關的技術演進不斷加快，新興顧客需求連續(xù)涌現(xiàn)，現(xiàn)有顧客需求持續(xù)變化，客觀上要求復雜產(chǎn)品系統(tǒng)的研發(fā)效率需要不斷提高，以應對復雜多變的市場環(huán)境。
　　現(xiàn)有復雜產(chǎn)品系統(tǒng)的研究主要集中在概念特點闡釋、創(chuàng)新機理探索和研發(fā)運作

2、管理等與復雜產(chǎn)品系統(tǒng)全新研發(fā)相關的因素上，缺少在已有若干變型產(chǎn)品基礎上，通過設計知識重用和修改進行改型設計以提高研發(fā)效率的研究。模塊化設計被廣泛應用于大規(guī)模定制領域，是通過產(chǎn)品結構、設計變量的規(guī)范化以提高產(chǎn)品研發(fā)效率的有效方法。與傳統(tǒng)大規(guī)模定制產(chǎn)品相比，復雜產(chǎn)品系統(tǒng)具有高度復雜（包括功能復雜、子系統(tǒng)/零部件數(shù)量龐大等）和顯著異質性（包括功能、原理、結構等異質性）等特點，而傳統(tǒng)模塊化設計理論中的技術方法難以有效應對這些特點。以提高已有復雜

3、產(chǎn)品系統(tǒng)功能和結構標準化程度為動因，圍繞復雜產(chǎn)品系統(tǒng)模塊化產(chǎn)品結構的構建和模塊參數(shù)取值規(guī)劃總結出兩個科學問題，重點研究復雜產(chǎn)品系統(tǒng)模塊劃分、模塊劃分方案評價和模塊參數(shù)取值規(guī)劃三個關鍵技術，用以構建復雜產(chǎn)品系統(tǒng)參數(shù)化模塊結構，推動復雜產(chǎn)品系統(tǒng)結構從集成式結構向模塊化結構的演進，提高復雜產(chǎn)品系統(tǒng)改型設計中設計知識的重用率和改型效率。主要包括以下研究內容：
　?。?）闡釋了復雜產(chǎn)品系統(tǒng)的概念、梳理了復雜產(chǎn)品系統(tǒng)的特點，總結了復雜產(chǎn)品系統(tǒng)

4、和模塊化設計理論的研究現(xiàn)狀，分析了復雜產(chǎn)品系統(tǒng)設計理論研究特別是將模塊化設計理論和方法應用到復雜產(chǎn)品系統(tǒng)時存在的問題，歸納了復雜產(chǎn)品系統(tǒng)模塊化的相關技術，包括模塊劃分、模塊劃分方案評價及模塊參數(shù)取值規(guī)劃，回顧了相關研究進展和存在的不足。
　?。?）提出了基于權重復雜網(wǎng)絡社區(qū)發(fā)現(xiàn)技術的復雜產(chǎn)品系統(tǒng)模塊劃分方法。首先，提出了基于關聯(lián)矩陣的復雜產(chǎn)品系統(tǒng)功能/結構異質性消減方法；其次，為構建復雜產(chǎn)品系統(tǒng)零部件權重復雜網(wǎng)絡模型，將零部件映射

5、為網(wǎng)絡節(jié)點，零部件之間的關聯(lián)關系和關聯(lián)關系強度映射為權重復雜網(wǎng)絡的邊和邊權，研究了功能和結構關系強度的定量化方法；最后，采用改進的 GN算法實現(xiàn)復雜產(chǎn)品系統(tǒng)零部件權重復雜網(wǎng)絡的社區(qū)結構發(fā)現(xiàn)，通過網(wǎng)絡模塊度的不同取值獲取若干模塊劃分方案，形成方案集，為后續(xù)模塊劃分方案評價提供數(shù)據(jù)基礎。
　?。?）提出了基于區(qū)間直覺模糊理論的復雜產(chǎn)品系統(tǒng)模塊劃分方案評價方法。基于產(chǎn)品生命周期理論建立了復雜產(chǎn)品系統(tǒng)模塊劃分方案評價指標體系，基于指標間關

6、聯(lián)系數(shù)的標準偏差確定評價指標的權重，采用區(qū)間直覺模糊數(shù)表達評價結果，采用Karnik-Mendel算法實現(xiàn)其數(shù)學運算。引入?yún)^(qū)間直覺模糊交叉熵衡量區(qū)間直覺模糊集形式的備選方案和正/負理想解的相對貼近度，基于 TOPSIS框架獲取模塊劃分方案的排序，從而獲得最終的模塊劃分方案，用以支持后續(xù)模塊參數(shù)取值規(guī)劃。
　　（4）提出了基于顧客需求分布的復雜產(chǎn)品系統(tǒng)模塊參數(shù)取值規(guī)劃技術。在構建了復雜產(chǎn)品系統(tǒng)模塊響應顧客需求的網(wǎng)絡模型后，問題被剝離

7、成三個階段：首先，利用QFD對顧客需求進行調研和分析，確定與模塊參數(shù)的取值范圍；其次，采用模糊聚類方法實現(xiàn)顧客需求的聚類，通過聚類有效性指標確定最優(yōu)的顧客需求聚類方案，顧客需求的聚類數(shù)即模塊參數(shù)的取值個數(shù)；最后，通過提取顧客需求聚類中心的分布特征，綜合所有相關顧客需求的分布特征可獲取模塊參數(shù)取值的分布特征，結合取值個數(shù)、取值范圍和模塊參數(shù)取值構建可供改型設計直接應用的復雜產(chǎn)品系統(tǒng)模塊型譜。
　?。?）將研究成果應用于典型產(chǎn)品，提供

8、了應用示范。以大噸位履帶起重機產(chǎn)品為應用對象，將研究成果應用于其模塊化設計中。包括大噸位履帶起重機模塊產(chǎn)品架構的構建和模塊參數(shù)的取值規(guī)劃，其中前者又包括模塊劃分和模塊劃分方案評價。驗證了所提的復雜產(chǎn)品系統(tǒng)模塊化技術的可行性和有效性。
　　本文為實現(xiàn)復雜產(chǎn)品系統(tǒng)模塊化建立了完善的方法體系，為復雜產(chǎn)品系統(tǒng)的模塊化產(chǎn)品結構構建和模塊參數(shù)取值規(guī)劃提供了技術方法支持，為該課題的進一步研究打下了基礎，并結合企業(yè)實際將文中所提的技術方法應用到大