[01193114]基于模式识别和优化的复杂机械产品模块化设计方法研究

一、任务来源 本项目来源于河南省教育厅自然科学研究计划项目,项目编号：2011B460020。 二、应用领域和技术原理 1、应用领域 本项目研究成果可以应用于各种类型的制造企业。 2、技术原理 针对复杂机械产品模块化设计中产品族规划和组合配置推理等技术方法的研究现状,结合复杂机械产品单元化、模块化设计与制造的技术特征,面向产品生命周期研究基于功能-行为-结构等多视图的模块化集成设计方法,围绕模块化产品族规划和配置推理闭环过程,研究以产品模块划分为牵引的任务/技术映射关系,针对多视图产品建模、模块划分、模块组合配置推理和产品族规划和结构优化等关键技术问题,分析研究其最佳实施技术,拟解决产品族多目标规划、模块的细粒度配置推理和产品族结构进化等问题,以适应当前的模块化产品族规划和配置推理应用的需求。 三、性能指标 本项目研究复杂产品模块化设计的若干关键方法与技术,包括模块化设计的建模、模块划分、产品族表达及配置推理理论与方法等,突破该方法体系实施的具体技术难点,开发有效支撑模块化设计业务开展的原型系统平台,并在企业运营完善。 四、与国内外同类技术比较 模块化设计是实现大规模定制条件下并行工程和DFX理念的基本手段和使能技术,在产品研发、过程管理及组织管理等方面具有较长发展历史,形成了诸多理论与方法,但缺乏针对复杂产品模块化设计的可实施、可操作的技术体系,本项目属于较新的研究内容。本项目针对模块化设计建模、模块划分、模块配置三个理论与技术难题,提出了系统的解决方法,在国际知名期刊和国内顶级期刊发表了多篇高水平论文。与国内外同类技术相比,目前处于先进水平。 五、成果的创造性、先进性 1、提出了基于多视图模式分析的模块化产品设计方法及其技术体系。以公理化设计、稳健设计等方法为指导,建立了以产品建模、模块化划分、产品族规划、配置推理为核心的模块化闭环设计技术框架,丰富和完善了模块化设计理论。 2、提出了基于关联约束网络模型构建产品模型的方法。以关联为核心建立了产品的多视图网络模型,实现了多层次关联耦合因素的形式化表达,解决了面向模块化设计的细粒度模型建模问题;提出了基于关联模式识别的模块划分方法和算法,基于模糊模式识别和遗传算法的模块布局划分方法,实现了模块化布局规划,建立了接口关联参数配置和产品布局的优化机制。 六、经济效益与社会效益 1、经济效益分析 该项目研究的模块化设计方法与技术、提出与开发的设计业务及流程在郑州宇通客车股份有限公司的初步运行,产品开发时间缩短15%,开发成本降低10%,设计重用率达到35％以上,平均每年为企业增加服务利润800万元以上。该项目研究的模块化设计方法与技术、提出与开发的设计业务及流程在许昌烟草机械有限责任公司的初步运行,产品开发时间缩短30%,开发成本降低20%,设计重用率达到35％以上,平均每年为企业增加服务利润200万元以上。本系统经过完善后推广,必将产生更大的经济效益。 2、社会效益分析 项目成果成功应用后,所产生的主要社会效益： （1）有助于提高企业快速应对市场变化与客户需求变更的响应能力,更全面和深入地考虑产品对研发、制造、环境和社会等诸多方面的影响,通过产品模块化实现设计阶段对产品生命周期多阶段目标的满足。 （2）通过项目实施,企业研发逐渐实现标准化与规范化,提高了企业知识积累与利用的能力,在增加利润的同时,实现可持续发展与创新。也有助于推动我国制造业转型升级、增加产品附加值、走向价值链高端。