面向復雜機電產品的模塊化產品平臺設計方法研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟全球化以及產品多樣化的發(fā)展,先進的設計制造模式、現(xiàn)代管理方法以及高級信息技術的應用成為制造企業(yè)改革的必然趨勢。大批量定制是當今制造企業(yè)廣泛推崇的生產模式,模塊化產品平臺能夠對其提供良好的支持。但模塊化產品平臺作為一種先進而系統(tǒng)的設計管理方式,需要建立在系統(tǒng)論及先進設計方法學的基礎上。本文以復雜機電產品為對象,在深入分析模塊化理論與設計方法學研究現(xiàn)狀后,提出了構建模塊化產品平臺的多層次方法學體系及實施過程模型。對不同模塊化層次中的

2、關鍵問題進行了深入研究,并結合實際項目對已有產品模塊化進行了方法學的驗證和應用實施。
　　 第一章結合哲學思想對方法學的產生、發(fā)展和成果進行了論述,探討了設計方法學的相關概念和定義,對設計方法學研究現(xiàn)狀進行了評述,并對系統(tǒng)化設計、公理設計以及TRIZ理論等主流的設計理論進行了比較分析。在此基礎上,對模塊化設計的相關定義與概念進行了明確,結合模塊化以及設計方法學方面的研究成果提出了模塊化設計的方法學策略。最后,總結了模塊化設計方法

3、學研究的必要性和創(chuàng)新性,給出了論文的主要內容和組織架構。
　　 第二章首先從模塊化理論、系統(tǒng)設計方法以及PDM發(fā)展三方面對模塊化設計方法的需求進行了分析。對本文涉及的已有產品、新產品、產品平臺、產品族、模塊類型以及模塊化產品平臺等概念進行了定義,并提出了以已有產品為對象的模塊化產品平臺建模體系。圍繞該體系,在深入分析模塊化產品平臺特點的基礎上,從方法層、技術層以及數(shù)據(jù)層對模塊化設計方法中的關鍵技術進行了明確。將技術體系與模塊化產

4、品平臺模型相結合,提出了基于模塊化主結構提取過程的已有產品多層次設計過程模型。
　　 第三章對已有產品的產品層模塊化設計過程進行了建模,并對新產品的產品層模塊化進行了比較研究。分階段地分析了產品層模塊化的特點、各階段的目標以及目標實現(xiàn)的具體方法。針對過程中的產品平臺劃分評價的問題,本文通過計算產品族復雜網(wǎng)絡的節(jié)點總介數(shù)與平均介數(shù)確定節(jié)點在網(wǎng)絡中和產品實例中的重要性,同時結合產品功能分析的結果提煉出平臺關鍵節(jié)點。通過計算關聯(lián)度,確

5、定平臺內的其它節(jié)點,并采用信息公理評價備選平臺的性能,實現(xiàn)循環(huán)的設計過程。本章最后從產品層面對已有產品和新產品模塊化產品主結構的生成、演變過程進行了對比。
　　 第四章對已有產品的部件層/零件層模塊化設計過程進行了建模,并對新產品進行了比較研究,討論了產品層、部件層、零件層模塊化的關系。分階段地闡述了部件層/零件層模塊化的特點、各階段的目標以及目標實現(xiàn)的具體方法。對ATO、MTO和ETO模塊進行了定義,深入分析了已有產品中ATO

6、和MTO模塊在設計過程中特點和設計方法差異。針對模塊劃分后的評價問題,提出了基于全生命周期的產品模塊模糊評價方法。首先對生命周期評價要素進行建模,提出了模塊評價的生命周期七要素,然后采用三角模糊數(shù)進行模塊的綜合評價。
　　 第五章針對新產品模塊化概念設計過程中的原理解、變型解及其組合方法進行了深入研究,基于發(fā)明問題解決原理(TRIZ)和形態(tài)學方法在產品設計原理求解中具有的時序相關性與功能互補性,提出了集成形態(tài)學矩陣和TRIZ原理

7、的設計過程模型。將形態(tài)學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生與設計解耦兩方面進行綜合應用。并以手持電鉆和手動剃須刀的創(chuàng)新研發(fā)過程為例,驗證了面向新設計的雙矩陣應用過程以及面向變型設計的嵌套子循環(huán)實現(xiàn)過程,證明了該模型及方法在針對不同設計問題時的靈活性與可操作性。
　　 第六章將本文的模塊化產品平臺設計過程模型以及相應的關鍵技術、方法在某工程機械企業(yè)進行了驗證和實施。從產品層、部件層、零