復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)模塊化關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用.pdf

1、作為衍生于大技術(shù)系統(tǒng)的新興概念，復(fù)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(lǐng)域當(dāng)中，扮演著不可替代的重要角色。隨著科技進(jìn)步，復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)中與各子系統(tǒng)相關(guān)的技術(shù)演進(jìn)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(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)的研發(fā)效率需要不斷提高，以應(yīng)對復(fù)雜多變的市場環(huán)境。
　　現(xiàn)有復(fù)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(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)全新研發(fā)相關(guān)的因素上，缺少在已有若干變型產(chǎn)品基礎(chǔ)上，通過設(shè)計知識重用和修改進(jìn)行改型設(shè)計以提高研發(fā)效率的研究。模塊化設(shè)計被廣泛應(yīng)用于大規(guī)模定制領(lǐng)域，是通過產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、設(shè)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(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)具有高度復(fù)雜（包括功能復(fù)雜、子系統(tǒng)/零部件數(shù)量龐大等）和顯著異質(zhì)性（包括功能、原理、結(jié)構(gòu)等異質(zhì)性）等特點，而傳統(tǒng)模塊化設(shè)計理論中的技術(shù)方法難以有效應(yīng)對這些特點。以提高已有復(fù)雜

3、產(chǎn)品系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化程度為動因，圍繞復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)模塊化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的構(gòu)建和模塊參數(shù)取值規(guī)劃總結(jié)出兩個科學(xué)問題，重點研究復(fù)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(guān)鍵技術(shù)，用以構(gòu)建復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)參數(shù)化模塊結(jié)構(gòu)，推動復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從集成式結(jié)構(gòu)向模塊化結(jié)構(gòu)的演進(jìn)，提高復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)改型設(shè)計中設(shè)計知識的重用率和改型效率。主要包括以下研究內(nèi)容：
　?。?）闡釋了復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)的概念、梳理了復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)的特點，總結(jié)了復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)

4、和模塊化設(shè)計理論的研究現(xiàn)狀，分析了復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計理論研究特別是將模塊化設(shè)計理論和方法應(yīng)用到復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)時存在的問題，歸納了復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)模塊化的相關(guān)技術(shù)，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(guān)研究進(jìn)展和存在的不足。
　?。?）提出了基于權(quán)重復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)社區(qū)發(fā)現(xiàn)技術(shù)的復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)模塊劃分方法。首先，提出了基于關(guān)聯(lián)矩陣的復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)功能/結(jié)構(gòu)異質(zhì)性消減方法；其次，為構(gòu)建復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)零部件權(quán)重復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型，將零部件映射

5、為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，零部件之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系和關(guān)聯(lián)關(guān)系強度映射為權(quán)重復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的邊和邊權(quán)，研究了功能和結(jié)構(gòu)關(guān)系強度的定量化方法；最后，采用改進(jìn)的 GN算法實現(xiàn)復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)零部件權(quán)重復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的社區(qū)結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，通過網(wǎng)絡(luò)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(chǔ)。
　　（3）提出了基于區(qū)間直覺模糊理論的復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)模塊劃分方案評價方法?；诋a(chǎn)品生命周期理論建立了復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)模塊劃分方案評價指標(biāo)體系，基于指標(biāo)間關(guān)

6、聯(lián)系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差確定評價指標(biāo)的權(quán)重，采用區(qū)間直覺模糊數(shù)表達(dá)評價結(jié)果，采用Karnik-Mendel算法實現(xiàn)其數(shù)學(xué)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(fù)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。
　?。?）提出了基于顧客需求分布的復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)模塊參數(shù)取值規(guī)劃技術(shù)。在構(gòu)建了復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)模塊響應(yīng)顧客需求的網(wǎng)絡(luò)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(jìn)行調(diào)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(biāo)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(guān)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(jié)合取值個數(shù)、取值范圍和模塊參數(shù)取值構(gòu)建可供改型設(shè)計直接應(yīng)用的復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)模塊型譜。
　?。?）將研究成果應(yīng)用于典型產(chǎn)品，提供

8、了應(yīng)用示范。以大噸位履帶起重機產(chǎn)品為應(yīng)用對象，將研究成果應(yīng)用于其模塊化設(shè)計中。包括大噸位履帶起重機模塊產(chǎn)品架構(gòu)的構(gòu)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(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)模塊化技術(shù)的可行性和有效性。
　　本文為實現(xiàn)復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)模塊化建立了完善的方法體系，為復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)的模塊化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)構(gòu)建和模塊參數(shù)取值規(guī)劃提供了技術(shù)方法支持，為該課題的進(jìn)一步研究打下了基礎(chǔ)，并結(jié)合企業(yè)實際將文中所提的技術(shù)方法應(yīng)用到大