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基于公共产品平台的产品族设计技术研究

秦红斌  
【摘要】: 大批量定制(Mass Customization, MC)生产模式旨在满足客户个性化需求的同时保持大批量生产的效率和成本。产品族开发是实现大批量定制的一个有效方式,已被工业界和学术界广泛认同。本文通过对大批量定制设计研究现状和发展趋势的分析,对基于公共产品平台的产品族设计方法及其关键技术进行了详细的研究。主要工作包括如下几个方面: 基于公理设计理论阐述了产品族设计原理,分析并说明了基于公共产品平台的产品族设计方法及其优势。在此基础上,通过分析产品族设计过程,提出了基于平台的产品族设计研究框架。 详细研究了公共产品平台(Common Product Platform, CPP)的构成技术。讨论了CPP规划中所采用的相关技术,重点研究了CPP通用化问题:平台的识别以及平台元素的获取。提出了公共产品平台体系结构的分层构筑方法,并进行了形式化表达;研究了平台元素识别与自动提取方法,提出了一种基于图论的聚类分析(GTBCA)新方法,通过客观揭示已有设计资源中核心元素的标准化潜力,采用定量分析模型来帮助工程技术人员进行合理的平台规划和构建,并基于GTBCA方法和Pareto排序法进行了平台元素的通用化设计。通过一个抽油机例子和端盖零件的通用化设计对所提出方法的有效性进行了论证。 研究了基于CPP的产品族进化的三个主要阶段:初始平台体系结构的选择与产品族的建立、平台的升级与产品族的进化以及平台体系结构的整体更新与新一代产品族的产生。同时指出了这三个阶段的决策是通过对产品族设计进行综合评价来实现的,并重点研究了平台及其派生族成员产品的评价方法。给出了CPP综合评价体系结构,并从技术性和经济性两大方面详细研究并量化了平台通用性、平台派生产品的效率以及平台效益等方面的评价指标,提出了基于AHP-GCD方法的平台综合评价决策模型,考虑了平台发展的动态性,将定性分析与定量分析相结合,实现了对CPP各阶段更为合理、有效而全面的评价。通过冰箱产品族和平台例子对所提出方法的有效性进行了论证。 建立了产品族基因建模基本理论框架。从一个新的角度——现代达尔文主义学说对产品族设计系统进行了分析,在此基础上,建立了产品族基因建模体系结构,分析了产品族模型的基因表达,提出了产品族基因建模中心法则,并对其中各个信息遗传机制进行了详细的分析和论述,给出了相应的信息基因转录、逆转录、基因转译、基因直译以及基因突变的算法。研究了产品族基因建模及配置推理的实现技术,重点对基于事物特性和事物特性表的产品族信息基因表述、特性基因操作、平台基因库的构建、基于CBR的族成员配置推理技术等方面的实现技术进行了研究。 初步开发了一个基于Internet的产品族开发辅助工具(TAPFD)原型系统,基本实现了客户与订单管理、公共产品平台开发与管理、产品族基因建模、产品配置以及快速设计等功能模块,并以游梁式抽油机和自行车产品族为例,分析和验证了上述理论成果的正确性和有效性。


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