基于设计结构矩阵、最小描述长度理论与可适应性评价的产品模块化设计方法

针对产品模块化设计过程中易受设计人员个人经验等主观因素的影响,导致产品设计效率不高,甚至设计不合理等问题,提出一种基于设计结构矩阵(Design Structure Matrix,DSM)、最小描述长度理论(Minimum Description Length,MDL)与可适应性评价的产品模块化设计方法。以电动卡丁车模块化设计为例,在模块划分阶段,分析产品各零部件间的关系,构建综合设计结构矩阵,采用层次分裂聚类算法和K-Means聚类算法对矩阵进行分析,得到多种模块划分结果;在方案评价阶段,先通过对比两种不同算法方案的MDL值结果,筛选出更合理的算法方案,再通过可适应性评价方法针对算法方案进行评价,得出最终结果。研究结果验证了基于DSM,MDL与可适应性评价的产品模块化设计方法在模块化设计过程中的合理性和可行性,为产品模块化开发过程中的模块合理划分提供参考。

基于设计结构矩阵、共同度量指标和最小描述长度原则的产品模块优化研究

针对目前产品设计过程中出现的结构划分模糊、易受设计人员个人主观因素影响,导致产品设计效率不高等问题,提出一种基于设计结构矩阵(Design Structure Matrix,DSM)、共同度量指标(M G&G)和最小描述长度原则(Minimum Description Length,MDL)优化产品模块的方法。以智能仓储物流系统中常见的物流装备穿梭车为例,构建产品模型结构关系DSM矩阵图,再结合M G&G指标和MDL指标,分析产品模型模块化程度,改变组件之间的关联关系,并采用该方法优化了穿梭车系统模块。研究结果证明了基于DSM、M G&G指标和MDL的方法在产品模块优化过程中的合理性和可行性,为产品开发、设计和优化提供了部分参考。

基于设计结构矩阵的多领域协同设计

将矩阵方法应用到复杂产品的多领域协同设计中,在分析多领域协同设计耦合关系的基础上,用设计结构矩阵来描述多领域协同设计的工作流程,并通过设计结构矩阵的初始化和重构方法来解决多领域协同设计中的耦合问题,以缩短产品设计周期,降低开发成本。

公理化设计矩阵与设计结构矩阵同步演化机制研究

针对公理化设计与设计结构矩阵二者之间具有互补性的特点,提出了公理化设计矩阵与设计结构矩阵同步演化的设计思想,具体研究了公理化设计矩阵与设计结构矩阵同步演化的内在机制,包括同步演化的步骤与相应的算法。重点在于提出了复合矩阵的新概念,以此作为公理化设计矩阵转化为相应设计结构矩阵的桥梁。同时,通过具体案例阐述了公理化设计矩阵与设计结构矩阵之间同步演化的过程。

基于设计结构矩阵的工程变更影响分析

作为产品开发过程中的一项重要活动,工程变更会不同程度地延长产品开发时间,增加开发成本,对工程变更进行有效管理的能力反映了企业的敏捷性。由于变更传播的复杂性,工程变更管理研究中缺乏工程变更影响分析的有效方法。基于设计结构矩阵,建立工程变更影响分析模型,提出对工程变更的直接与间接影响进行分析的具体方法;综合变更的可能性影响和风险,并结合相关的变更影响计算方法实现了分析工程变更影响程度的预测手段。通过一个摩托车发动机变更设计的实例验证了所提出的计算模型的可行性。

基于设计结构矩阵变更的设计过程动态规划

在分析传统设计结构矩阵的基础上,将设计结构矩阵扩展为动态设计结构矩阵和静态设计结构矩阵,动态设计结构矩阵连接了设计过程,静态设计结构矩阵用于设计过程的规划,通过映射来实现两者的连接。设计活动改变时,变更动态设计结构矩阵并映射到静态设计结构矩阵,对静态设计结构矩阵进行重构得到设计活动优化的执行序列并实现其动态规划。以某天文望远镜的关键部件设计过程为例,说明了该方法的可行性和实用性。

基于公理化设计矩阵与设计结构矩阵同步演化的产品设计

基于公理化设计与设计结构矩阵具有互补性这一特点,提出了公理化设计矩阵与设计结构矩阵同步演化的设计思想.讨论了如何通过公理化设计矩阵与设计结构矩阵的同步演化来实现产品创新设计中的发散与收敛思维,即通过公理化设计矩阵进行功能需求的发散性求解,基于设计结构矩阵进行收敛行评价.最后通过轧纸机构设计实例,具体阐述了公理化设计矩阵与设计结构矩阵同步演化过程.

基于模糊设计结构矩阵的产品设计过程模块化分解

为了对产品设计过程进行有效规划和管理,提出一种基于模糊设计结构矩阵的设计过程模块化分解方法。在分析产品设计过程相似性特征的基础上,给出了设计过程的模块化规划原理和实施框架,提出了设计过程模块及其入出项的概念。采用权重有向图和模糊设计结构矩阵对设计过程中设计活动的信息依赖进行定量表示,利用传递闭包法得到模糊等价矩阵,进而将设计过程划分为设计结构矩阵,并确定出各个设计结构矩阵的入出项。最后,以某铝型材产品设计过程为例,说明了所提出的产品设计过程模块化分解方法的实际应用。

基于设计结构矩阵的工程变更传播研究

针对以往工程变更管理中预测变更传播影响研究的不足,具体分析了水波式传播、开花式传播与雪崩式传播三种变更传播类型的特点。基于设计结构矩阵和图论,提出了一种通过零件聚类和分级来预测变更传播影响的方法,并通过一个真空吸尘器变更设计的实例验证了该方法的可行性。

设计结构矩阵在复杂产品协同设计过程的应用

将矩阵方法应用到复杂产品的开发过程中,用DSM (设计结构矩阵)量化表达复杂产品的设计流程,并通过DSM的分析与重构进行复杂产品的协同设计规划,以缩短产品设计周期,降低开发成本。

基于设计结构矩阵族的过程建模方法研究

针对产品开发过程中迭代多和协同效率低的问题,提出基于设计结构矩阵族(DSMF)的过程建模方法.基于传统的设计结构矩阵(DSM)理论,分析了基于行为、零部件和参数的DSM应用间的关系.将各类矩阵按照其拓扑关联系统地集成起来,构成DSMF,以矩阵族形式建立了DSMF模型.利用对模型中子矩阵的变换,研究了优化过程结构的策略,并用于减震器贮液筒的设计建模和优化.结果表明,与传统方法相比,该建模方法更好地描述了过程中设计行为、零部件和参数间的复杂迭代关系,建立了信息完整和层次分明的过程模型,为深入至参数层的过程结构优化提供支持.

基于动态设计结构矩阵的复杂产品配置过程规划技术

为降低复杂产品配置任务间的耦合程度,减少配置过程的迭代次数,优化产品配置设计过程,以动态设计结构矩阵(Design structure matrix,DSM)为工具研究了产品配置过程的规划技术。研究基于数据流图的产品配置过程任务建模,在此基础上通过映射得到配置过程DSM,并将其拓展为三视图结构,通过视图间的双重映射获得配置过程动态DSM,使客户需求和最新配置知识在产品配置过程中得以动态反映。用矩阵的分解和撕裂算法对配置过程进行规划,重组配置任务,优化任务执行次序,为协同配置设计任务分配提供基础。以大型电除尘装备为例子分析配置设计过程规划技术的具体实现。

基于设计结构矩阵的模块化产品族设计方法研究

为解决产品族设计中的模块化和核心平台的确定问题,本文针对产品族的产品相似性和零部件的可替换性等特点,从功能和结构两个层次进行界面关联并构建量化的设计结构矩阵,然后进行信息处理和部件的敏感性分析。通过部件之间关联信息量及其比例的分析,规划了产品族开发顺序,从任务聚合的角度实现部件聚合。综合考虑两种层次的界面关联分析,在实现产品族模块化的基础上确定了核心平台。最后,以咖啡机为例说明了上述方法。

基于关联矩阵与设计结构矩阵的计算模型求解顺序规划

结合关联矩阵与设计结构矩阵,提出计算模型的求解顺序规划算法。关联矩阵可以描述计算模型与设计参数之间的关系,设计结构矩阵用来表示计算模型之间的依赖关系。基于少数已知设计参数,通过关联矩阵进行输入输出传播,可确定部分计算模型与相关设计参数的关系,并识别出耦合模型集。对耦合模型集进行解耦,使耦合集内计算模型之间的反馈量最小,通过遗传算法确定耦合集内计算模型的最优求解顺序。将耦合集内的计算模型当作一个宏计算模型,与其他的计算模型形成整体设计结构矩阵;通过对整体设计结构矩阵的下三角化,可得到所有计算模型的求解顺序。通过一个飞机重量计算例子,验证了以上提出的算法。

基于设计结构矩阵理论的产品开发过程建模及仿真优化

为更好地刻画产品开发过程和流程优化,提出了基于设计结构矩阵理论的产品开发仿真模型,并据此模型设计流程优化算法。模型采用蒙特卡罗仿真方法模拟产品开发过程,用以估算产品开发时间、费用,以及按要求完工的概率。该仿真模型考虑了任务执行时间的不确定性和任务之间的顺序约束关系,同时还考虑了项目执行过程中的返工迭代和学习效应。在考虑顺序约束关系的条件下,利用遗传算法优化任务执行顺序。算例分析表明,该优化算法可以使项目的成功率提高17%。

基于公理化设计矩阵与设计结构矩阵集成的研究

分析公理化设计与设计结构矩阵的优缺点,利用二者的优势互补性,提出了公理化设计矩阵与设计结构矩阵集成思想,详细研究了公理化设计与设计结构矩阵集成的方法与步骤,并提出了基于公理化设计矩阵与设计结构矩阵集成的框架模型,促成产品功能与结构的同步演化;开发了计算机辅助概念设计系统以支持公理化设计与设计结构矩阵的集成;最后以自动化物料运输系统为实例,详细阐明了公理化设计矩阵与设计结构矩阵集成的过程。

基于设计结构矩阵的产品结构模块聚类方法

阐述了当前产品结构模块聚类方法中存在的不足,并通过基于设计结构矩阵(DSM)的聚类方法较好地解决了这些不足.给出建立产品结构DSM模型的方法,并基于五点刻度法对产品结构DSM模型进行数字化.在聚类的过程中开发了基于产品结构DSM联系强度的聚类算法和基于联系成本的择优算法.以某摩托车发动机为例进行了实际建模、聚类运算及聚类择优,得出了优化的模块聚类结果.

基于层次化设计结构矩阵的复杂产品研发过程研究

诸如卫星、雷达、飞行器等复杂产品研发普遍采用'分解—综合'的设计模式以降低研发的复杂程度,但复杂系统分解得到的分系统之间、分系统内部组件之间及其不同学科之间在研发过程中相互关联,造成研发活动之间数据交互复杂,研发活动迭代频繁,使得产品研发过程分析、管理困难。针对复杂产品采用的'分解—综合'设计模式,基于系统层次分解定义不同级别组件对应的研发活动、计算模型和指标参数,进而基于系统架构建立层次化设计结构矩阵(Multi-level design structure matrix,MDSM),利用层次化设计结构矩阵分析不同层次的研发活动之间的数据依赖关系,并自动生成复杂产品研发流程的过程逻辑,最终实现基于输入/输出数据模板和消息驱动的层次化、模块化、集成化的复杂产品研发全局流程模型。

基于耦合强度设计结构矩阵的复杂产品配置模型优化及应用

针对复杂产品内部结构耦合性强、配置设计求解效率和准确性低的问题,提出基于耦合强度设计结构矩阵的复杂产品配置模型优化技术。定义了产品配置结构体,基于结构体之间的父子逻辑关系和约束关系,对配置模型进行耦合分析,并对结构体间的耦合关系进行量化。通过映射得到配置模型耦合强度设计结构矩阵,对其进行分解变换并给出的聚合强度指数函数进行判定,得到结构体聚合集。采用基于净供给度解耦算法撕裂聚合集,重组配置结构体,优化配置模型。该技术在高档数控机床配置设计中得到了应用与验证,提高了数控机床的配置效率与准确性。

基于设计结构矩阵的复杂产品开发项目规划模型

提出了基于设计结构矩阵的复杂产品开发项目规划模型,包括采用返工概率设计结构矩阵模型来描述产品开发子项目内部任务的串行迭代关系,以及计算由于迭代造成任务工期的增加量对子项目实施周期的影响;在子项目设计结构矩阵模型的基础上建立项目整体(包含多个子项目)的设计结构矩阵模型,并结合分区操作计算项目的总周期。通过仿真可以识别和量化子项目内部任务的串行迭代对项目周期的影响,预见项目周期,找出影响项目周期的关键子项目和关键任务。