面向时空动态因素的复杂装备产品族适应性设计与评价方法

Product family design and platform-based product development have been a research hotspot in the field of Mass Customization. But the acting mechanisms of requirements changing with time and multiple design features in life cycle to the product family scheme are still not clear. By defining the requirements changing with time as time dynamic factors, and the linking among multiple design features in life cycle as space dynamic factors, this project aims to study the product family adaptive design and evaluation methods based on time and space dynamic factors. With the data mining and relevance analysis methods, the coupling mechanism of time and space dynamic factors acting on the product family design will be researched, so as to set up the product family representation model based on the time and space dynamic factors. The control methods for the multiple types of variables and feasible design regions in the module-scale-based product family architecture will be researched, and robust algorithms with low computational complexity will be developed to achieve the intelligent optimization for product family. The quantitative evaluation indexes, data acquisition methods, and multi-attribute decision methods will be proposed to achieve the visual assessment for product family schemes. The design methods will be illustrated in typical series coal mining machineries, and the prototype software system for product family adaptive design will be developed. The results of the project have important theoretical significance and practical values for product family adaptive design, and will lay a foundation for theories and methods regarding large-scale product family design for resource efficiency.

产品族设计和基于平台的产品开发已成为大规模定制领域的研究热点，然而需求随时间动态变化和生命周期多设计属性，对产品族方案的作用机理尚未明确。将需求随时间的变化定义为时间动态因素；将生命周期多设计属性的关联定义为空间动态因素。本项目研究面向时空动态因素的产品族适应性设计与评价方法。采用数据挖掘和关联分析方法，研究时空动态因素对产品族设计的耦合影响机理，建立产品族时空动态因素表达模型；研究产品族模块化-参数化体系结构中多类型变量和可行设计域的控制方法，开发低复杂度鲁棒性算法实现产品族智能优化；研究产品族适应性的定量评价指标、数据获取方法和多属性决策方法，采用可视化方式实现产品族方案综合评价；将设计理论与方法应用于煤矿综采装备产品，并开发产品族适应性设计原型系统软件。项目研究结果对实现产品族适应性设计具有重要理论意义和实际价值，能为解决产品族的资源效率设计提供理论与方法基础。

项目研究面向时间和空间动态因素的产品族适应性设计理论、技术与评价方法，探讨时空动态因素影响的产品族设计模型，开发智能优化算法解决产品族设计问题，研究产品族设计方案的评价技术，开展实例应用验证并开发软件原型系统。项目取得了以下研究成果：.在产品族设计模型方面，研究了面向早期开发阶段的适应性平台设计法，构建了适应性产品平台模型，采用多样化指数、变化传播指数、通用指数和调节指数，规划产品平台中的基本模块、柔性模块、平台变量和可调节变量，形成考虑客户需求时间变化和生命周期空间因素的适应性平台体系结构设计法；研究了基于相似性分析和独立性分析的模块化产品再设计方法，从生命周期视角分析组件的相似性和独立性，获得产品的绿色模块化改造方案，并总结绿色模块化设计规则；采用形态学分析软件，研究了可持续产品开发模型，获得了支持不同等级可持续产品开发的属性和属性水平，有助于企业的可持续设计与制造升级；提出了使用故障的概念，采用模糊故障模式、影响与危害分析法和生命周期因素评价进行系统可靠性分配。研究了解决产品族设计问题的智能优化算法，提出了基于最小描述长度和成组遗传算法的产品模块化设计技术，并开发了一种遗传免疫算法解决设计结构矩阵模块化问题；设计了基于Stackelberg模型的双层进化算法，采用主从协同进化策略，求解参数化产品族设计问题；实验研究了层次型模块化的粒度最优规划技术，提出一种产品的层次型模块化设计方法。面向产品族设计方案的评价，研究了基于模糊层次分析和模糊理想解排序的多属性决策评价方法，用于评价加工工艺的环境影响；设计了新型的线性度指数，用于评价产品拓扑结构的复杂度；开展了基于有限元仿真实验的模块化结果评价，提出了优化的产品模块化组合方案；完成了环境意识产品设计方法研究综述，综合评价环境意识设计研究现状。将设计理论与方法应用于矿用混凝土喷射机、矿用救生舱和废橡胶回收装备等产品，并开发了绿色模块化设计系统和机电产品模块化参数化设计软件系统，支持企业的产品族设计应用。项目探索了模块化产品族适应客户需求和生命周期的设计方法，为提高资源利用效率的产品族适应性设计提供了理论与方法基础。.项目组成员共发表SCI检索论文4篇，EI期刊检索论文2篇，国际会议论文2篇，核心期刊论文2篇；授权发明专利6项，获得实用新型2项，申请发明专利14项，培养硕士研究生4名，获得省级人才类项目1项。