面向復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品的模塊化產(chǎn)品平臺(tái)設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)全球化以及產(chǎn)品多樣化的發(fā)展,先進(jìn)的設(shè)計(jì)制造模式、現(xiàn)代管理方法以及高級(jí)信息技術(shù)的應(yīng)用成為制造企業(yè)改革的必然趨勢(shì)。大批量定制是當(dāng)今制造企業(yè)廣泛推崇的生產(chǎn)模式,模塊化產(chǎn)品平臺(tái)能夠?qū)ζ涮峁┝己玫闹С?。但模塊化產(chǎn)品平臺(tái)作為一種先進(jìn)而系統(tǒng)的設(shè)計(jì)管理方式,需要建立在系統(tǒng)論及先進(jìn)設(shè)計(jì)方法學(xué)的基礎(chǔ)上。本文以復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品為對(duì)象,在深入分析模塊化理論與設(shè)計(jì)方法學(xué)研究現(xiàn)狀后,提出了構(gòu)建模塊化產(chǎn)品平臺(tái)的多層次方法學(xué)體系及實(shí)施過程模型。對(duì)不同模塊化層次中的

2、關(guān)鍵問題進(jìn)行了深入研究,并結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目對(duì)已有產(chǎn)品模塊化進(jìn)行了方法學(xué)的驗(yàn)證和應(yīng)用實(shí)施。
　　 第一章結(jié)合哲學(xué)思想對(duì)方法學(xué)的產(chǎn)生、發(fā)展和成果進(jìn)行了論述,探討了設(shè)計(jì)方法學(xué)的相關(guān)概念和定義,對(duì)設(shè)計(jì)方法學(xué)研究現(xiàn)狀進(jìn)行了評(píng)述,并對(duì)系統(tǒng)化設(shè)計(jì)、公理設(shè)計(jì)以及TRIZ理論等主流的設(shè)計(jì)理論進(jìn)行了比較分析。在此基礎(chǔ)上,對(duì)模塊化設(shè)計(jì)的相關(guān)定義與概念進(jìn)行了明確,結(jié)合模塊化以及設(shè)計(jì)方法學(xué)方面的研究成果提出了模塊化設(shè)計(jì)的方法學(xué)策略。最后,總結(jié)了模塊化設(shè)計(jì)方法

3、學(xué)研究的必要性和創(chuàng)新性,給出了論文的主要內(nèi)容和組織架構(gòu)。
　　 第二章首先從模塊化理論、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法以及PDM發(fā)展三方面對(duì)模塊化設(shè)計(jì)方法的需求進(jìn)行了分析。對(duì)本文涉及的已有產(chǎn)品、新產(chǎn)品、產(chǎn)品平臺(tái)、產(chǎn)品族、模塊類型以及模塊化產(chǎn)品平臺(tái)等概念進(jìn)行了定義,并提出了以已有產(chǎn)品為對(duì)象的模塊化產(chǎn)品平臺(tái)建模體系。圍繞該體系,在深入分析模塊化產(chǎn)品平臺(tái)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,從方法層、技術(shù)層以及數(shù)據(jù)層對(duì)模塊化設(shè)計(jì)方法中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了明確。將技術(shù)體系與模塊化產(chǎn)

4、品平臺(tái)模型相結(jié)合,提出了基于模塊化主結(jié)構(gòu)提取過程的已有產(chǎn)品多層次設(shè)計(jì)過程模型。
　　 第三章對(duì)已有產(chǎn)品的產(chǎn)品層模塊化設(shè)計(jì)過程進(jìn)行了建模,并對(duì)新產(chǎn)品的產(chǎn)品層模塊化進(jìn)行了比較研究。分階段地分析了產(chǎn)品層模塊化的特點(diǎn)、各階段的目標(biāo)以及目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的具體方法。針對(duì)過程中的產(chǎn)品平臺(tái)劃分評(píng)價(jià)的問題,本文通過計(jì)算產(chǎn)品族復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)總介數(shù)與平均介數(shù)確定節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中和產(chǎn)品實(shí)例中的重要性,同時(shí)結(jié)合產(chǎn)品功能分析的結(jié)果提煉出平臺(tái)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。通過計(jì)算關(guān)聯(lián)度,確

5、定平臺(tái)內(nèi)的其它節(jié)點(diǎn),并采用信息公理評(píng)價(jià)備選平臺(tái)的性能,實(shí)現(xiàn)循環(huán)的設(shè)計(jì)過程。本章最后從產(chǎn)品層面對(duì)已有產(chǎn)品和新產(chǎn)品模塊化產(chǎn)品主結(jié)構(gòu)的生成、演變過程進(jìn)行了對(duì)比。
　　 第四章對(duì)已有產(chǎn)品的部件層/零件層模塊化設(shè)計(jì)過程進(jìn)行了建模,并對(duì)新產(chǎn)品進(jìn)行了比較研究,討論了產(chǎn)品層、部件層、零件層模塊化的關(guān)系。分階段地闡述了部件層/零件層模塊化的特點(diǎn)、各階段的目標(biāo)以及目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的具體方法。對(duì)ATO、MTO和ETO模塊進(jìn)行了定義,深入分析了已有產(chǎn)品中ATO

6、和MTO模塊在設(shè)計(jì)過程中特點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法差異。針對(duì)模塊劃分后的評(píng)價(jià)問題,提出了基于全生命周期的產(chǎn)品模塊模糊評(píng)價(jià)方法。首先對(duì)生命周期評(píng)價(jià)要素進(jìn)行建模,提出了模塊評(píng)價(jià)的生命周期七要素,然后采用三角模糊數(shù)進(jìn)行模塊的綜合評(píng)價(jià)。
　　 第五章針對(duì)新產(chǎn)品模塊化概念設(shè)計(jì)過程中的原理解、變型解及其組合方法進(jìn)行了深入研究,基于發(fā)明問題解決原理(TRIZ)和形態(tài)學(xué)方法在產(chǎn)品設(shè)計(jì)原理求解中具有的時(shí)序相關(guān)性與功能互補(bǔ)性,提出了集成形態(tài)學(xué)矩陣和TRIZ原理

7、的設(shè)計(jì)過程模型。將形態(tài)學(xué)分析的適用范圍拓展到概念層,展開原理解的組合性分析;將沖突解決原理在原理解的產(chǎn)生與設(shè)計(jì)解耦兩方面進(jìn)行綜合應(yīng)用。并以手持電鉆和手動(dòng)剃須刀的創(chuàng)新研發(fā)過程為例,驗(yàn)證了面向新設(shè)計(jì)的雙矩陣應(yīng)用過程以及面向變型設(shè)計(jì)的嵌套子循環(huán)實(shí)現(xiàn)過程,證明了該模型及方法在針對(duì)不同設(shè)計(jì)問題時(shí)的靈活性與可操作性。
　　 第六章將本文的模塊化產(chǎn)品平臺(tái)設(shè)計(jì)過程模型以及相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)、方法在某工程機(jī)械企業(yè)進(jìn)行了驗(yàn)證和實(shí)施。從產(chǎn)品層、部件層、零