基于设计关联矩阵与可拓聚类产品模块划分方法.pdfVIP

第29卷第1期 机械设计 v01．29No．1 201 2年1月 JOURNALOFMACHINEDESIGN Jan． 2012 基于设计关联矩阵与可拓聚类的产品模块划分方法‘ 程贤福，陈诚 (华东交通大学机电工程学院，江西南昌330013) 摘要：针对大规模定制与产品平台战略技术，模块化设计是一种有效的设计方法，而模块的划分是该方法的关键。 文中结合公理设计与设计结构矩阵，利用独立公理进行产品功能划分，建立产品设计矩阵，再结合设计矩阵与设计结构 矩阵，构建产品设计关联矩阵，然后利用可拓聚类算法对该关联矩阵进行聚类运算，以此来完成产品设计的模块划分；并 将所划分的模块用独立公理再次做功能独立性分析，最终确定产品模块。最后以桥式起重机起重小车模块划分为例．验 证了该设计方法有效性和可行性，提高了产品设计效率，降低了设计成本。 关键词：独立公理；模块设计；设计关联矩阵；可拓聚类 中图分类号：THl22文献标识码：A 文章编号：1001—2354(2012)01—0005—05 市场竞争的加剧以及产品更新换代速度加快，迫 得到满足功能和结构均独立的产品模块。 使制造企业采取一种新的开发策略：使得产品在满足 功能的前提下实现快速响应设计及制造。而模块设计 1 公理设计与设计关联矩阵 可以通过功能、用途不同的各模块互联结合，实现产品 的多样性，正好满足了这一需求。近年来，国内外学者 1．1公理设计 从产品模型的内涵、特点、框架等方面作了深入的研 公理设计是20世纪70年代美国麻省理工大学 究。高飞等…根据产品的子功能及其相互间的关系来 Suh教授提出的关于设计领域的一种设计决策方 划分设计模块；孟祥慧等悼。通过研究配置模块的功能 独立性和结构独立性，实现了模块转化的可靠性和通 法L 用性；张国军等”1将设计矩阵转化成基于功能要求的 由设计参数构成的设计结构矩阵，较好地解决了模块 析过程，FRs是设计目的的描述。根据公理设计提出 o通过制造和装配过程中的 功能耦合问题；Tsaiyt等H 的4个域的关系(如图l所示)，对于每一对相邻的域， 功能设计研究，得出模块形成的最优方式，并对模块的 左边域表示“要实现什么”，右边域表示“打算如何实 设计制造顺序进行了排列；Salhiehs等1将模块的形 现左边域所规定的目标”。可知功能独立与结构独立 成过程分解成4阶段，并通过零件之间特征指标的关 并非同一概念，在功能需求(FR)向低层分解时，低层 联度形成模块；Gup等¨1提出了面向全生命周期的集 FR与高层设计参数(Design 成模块化设计方法，并对产品模块化的构建做了优化 设计。上述模块划分方法较好地解决了某些方面的产 析了每一级设计变量的相互影响关系，确保其满足独 品模块划分，但是没有对产品模块进行功能独立性分 立公理的要求，设计就是在各个域中曲折进行设计问 析或模块聚类方法不够简捷等。 题的求解，直到分解的子问题都已经解决为止。 文中提出基于独立公理分析产品功能，建立产品 设计矩阵与设计结构矩阵的关联，根据产品功能(零 件)间的物质、能量、信息、结构、作用力的交互关系等 因素，