基于概念设计的复杂产品系统功能模块配置方法研究

论文摘要

复杂产品系统作为工业制造领域的高端代表,其创新、研发和制造水平是一个国家综合国力的重要体现,对于国家国防实力的提升、社会经济的快速发展及基础建设水平的提高发挥着基础且关键的作用。但是,由于技术难度高、研发周期长及研发成本高等系列问题导致复杂产品系统很难快速满足市场需求并严重阻碍了企业的国际化发展道路。复杂产品系统新产品的研发和制造并没有太多可以参考的产品架构和相关基础数据,因此如何在概念设计阶段快速实现复杂产品系统的功能模块设计与配置是一个非常有价值的问题,但是目前相关研究还不是很丰富。基于此,本文提出系列方法解决以上问题,具体研究内容如下:（1）基于LinkRank社区聚类算法实现了复杂产品系统概念设计阶段的功能模块划分,为其尽早开始并行工程提供了理论层面的支撑。该方法首先通过功能黑箱模型构建起了复杂产品系统功能模型,然后基于给定的映射规则将功能模型映射为功能网络模型,最后运用LinkRank社区聚类算法实现了复杂网络的社区聚类,即完成了整体功能模型的模块划分。（2）基于加权有向复杂网络实现了复杂产品系统概念设计阶段的关键功能模块的识别,为提高系统可靠性及预防设计变更提供了技术指导。该方法首先将获得的产品功能模块划分方案通过转化规则转化为功能网络模型,接着采用LeaderRank复杂网络关键节点识别算法找到了功能网络模型中的关键节点即关键功能模块,最后采用基于复杂网络的SIR模型验证了识别模块的正确性。（3）基于多目标优化模型实现了考虑产品族演化的复杂产品系统功能模块配置难题求解,给定的配置方案不仅满足当前的顾客需求也更符合未来产品的趋势。该方法首先获得了产品族演化指标和顾客需求指标,然后构建了同时考虑以上两个指标的多目标配置优化模型,最后基于NSGA-II算法实现了多目标优化模型的求解,给出顾客可选的Pareto配置方案。（4）本文以大吨位履带式起重机的研发为案例,研究其概念设计阶段的关键问题。首先,运用社区聚类算法给出其功能模块划分方案,然后基于给定的模块划分方案通过LeaderRank算法识别出该功能网络中的关键功能模块,以此为基础给出具体的模块研发策略,最后基于给定的模块产品族系统考虑演化因素构建了多目标优化模型并对实际的顾客需求进行了功能模块配置,配置方案达到预期要求并满足顾客需求。以上研究均涉及到复杂产品系统的功能模块,功能模块划分是关键功能识别的基础,关键功能模块识别则是模块化产品族研发的理论指导,基于产品族可以实现复杂产品系统的功能模块配置。因此,通过以上系列研究可实现从模块生成到模块配置整个概念设计阶段的功能模块配置优化,即广义范畴下的功能模块配置。以上研究可以帮助企业进一步缩短产品研发周期、实现降本增效的终极目标,为企业实践提供了理论支持。该论文有图48幅,表11个,参考文献120篇。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王召同

导师: 李玉鹏

关键词: 复杂产品系统,社区聚类,算法,模型,大吨位履带式起重机

来源: 中国矿业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 数学,数学,机械工业

单位: 中国矿业大学

分类号: TH213.7;O157.5;O224

DOI: 10.27623/d.cnki.gzkyu.2019.000138

总页数: 126

文件大小: 3494K

下载量: 149

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