基于复杂网络的订单产品模块化设计方法研究

【摘要】：大批量定制（Mass Customization，MC）是一种面向21世纪的主流生产模式。模块化技术能够有效地支持产品的快速设计，是实现大批量定制的关键技术之一，其基本思想是将产品划分为一系列模块，通过模块的不同组合得到不同功能的产品。本文将复杂网络理论引入到订单产品模块化设计之中，研究了基于复杂网络的产品零部件网络建模与分析方法，通过研究复杂网络社团的层次性和重叠性，分析订单产品的产品结构特点，构建订单产品的零部件关系网络表示方法，指出订单产品零部件关系网络中的网络簇(社团结构)的实质可以看作是产品的模块。提出了基于节点的度的LFM(Largest Fitness Measure)优化算法，并将其应用于订单产品的模块化设计之中。该算法能够在体现产品族网络的层次性和重叠性同时，快速划分出合理的产品模块。分析了产品零部件的度分布与模块化程度之间的关系，利用网络模块性评价函数(即Q函数)，能够对模块划分结果进行有效评价。以中央空调设备产品设计为例，对上述方法进行了系统性和可行性验证。 论文主要研究内容如下： 第一章主要阐述了课题背景、大批量定制、复杂网络及模块化设计的国内外研究现状，介绍了课题来源及论文的主要研究内容与论文框架。 第二章对复杂网络的基本概念进行了介绍，分析了复杂网络的几种基本模型及其性质，在此基础上提出并构建了基于复杂网络的产品模块化设计方法体系结构。 第三章介绍了面向大批量定制的产品开发设计原理与过程，指出零部件通用性分析的必要性和一般方法。通过构建产品族零部件关系网络，分析零部件分布的网络特性，并对复杂网络的简单路径搜索算法进行了研究，将简单路径搜索算法应用于零部件通用性分析之中。 第四章分析了复杂网络的层次性和重叠性，主要研究了复杂网络社团聚类方法，分析了一些常用的社团聚类算法，并对LFM算法进行优化，提出了基于节点的度的LFM算法并将其应用于产品模块化设计中。该算法能够同时体现网络的层次性和重叠性，比较符合实际存在的网络。分析了产品零部件度分布于模块化程度之间的关系，通过计算网络模块度函数Q值对模块化程度进行评价。 第五章以中央空调设备的产品模块化设计为例，建立产品族零部件关系网络模型，根据建立的零部件关系网络图分析零部件的通用性，基于改进的LFM算法识别出产品的模块，并对产品模块程度进行分析评价。 第六章对论文的研究工作进行了总结与展望。