面向全生命周期的小型农业作业机模块化结构演化与更新机理研究

Global agricultural manufacturing is taking on challenges that farmers' demands are responded rapidly such as multiple functions. In order to reduce the costs in multi-varieties and single function production, it has scientific significance to study the internal structure relations and evolution/updating mechanism, and can optimize product design and improve value-added services. Evolution description mechanism for modular structure is analyzed. In view of the “physical structure-network toplogy” mapping rules, the modular structure is mapped into community network. The characteristics of community network are presented in detail. By virtue of analyzing characteristics of module network, the evolution relation model is established for modular structure. Combined with evolutionary dynamics algorithm, the methods of module coupling optimization, evolution controlling during the course of whole life cycle and dynamic updating are proposed for modular structures of small agricultural machinery. The applications are developed aimed at tillers which launch by data association, charateristics evolution and structure updating for modular structure in different life-cycle phases. The study in this project reveals the internal structure relations and macro features of small agricultural machinery which provides guidance for product design,quality control and value-added services in the scientific level.

全球农机制造企业正面临快速响应农户多功能产品需求的挑战。为了解决目前多品种、功能单一的生产特点所带来的制造成本高的问题，研究面向全生命周期的小型农业作业机模块化结构的内部关系规律和演化更新机理对指导产品开发设计和服务增值具有科学意义。本课题基于系统学原理、多粒度层次性原理及网络建模原理，研究模块化结构的作用原理和演化描述机制。基于物理结构-网络拓扑结构映射原理，将小型农业作业机模块化结构映射为社区结构网络，分析模块关系网络特性，建立模块化结构演化关系模型，并结合演化动力学算法，提出小型农业作业机模块化结构的模块耦合度优化方法、全生命周期的演化控制方法以及动态更新方法。以耕整机械为例，对产品模块化结构在产品全生命周期不同阶段间数据关联、特性演化、结构更新等进行实例应用，以期揭示出小型农业作业机模块化结构在全生命周期的关联规律和整体特性，从而能科学层面上指导产品设计、质量控制和服务增值。

通过整合农业机械全生命周期内的各种资源，实现农业机械的模块化设计、智能设计是我国农机领域的发展趋势。小型农业作业机模块化产品结构全生命周期演化能极大地提高制造企业利润率和用户服务效率，提高用户的个性化需求满意度，为后续小型农业作业机多功能集成机的开发、设计、制造打下扎实的基础。. 本项目分析了演化起因、演化管控、演化周期及模块之间的关联关系，提出了小型农业作业机模块化产品结构全生命周期演化体系。构建了零部件关联关系的全关联关系矩阵，通过保留精英的自适应交叉变异遗传算法对全关联关系矩阵进行优化分析，提出了模块粒度优化分析方法。搭建了四层次模块化产品结构演化建模体系，提出了全生命周期演化模型，构建了生命周期不同阶段的功能树、原理结构树、加工装配树与需求树及属性建模、关系建模规范。提出了模块化产品结构全生命周期演化控制方法，指出一种面向不同对象的零件-工艺-设备关联关系拓扑视图生成方法用于定制产品生产过程的管理。提出了模块化产品结构全生命周期演化更新方法，通过分析演化更新的驱动因素、层面以及方式，给出了相应的更新过程以指导不同对象间的交互更新。. 以微耕机为例进行应用，研究结果表明，提出的模块化产品结构全生命周期演化模型，解释了模块之间的相互作用与融合规律。提出的模块粒度优化方法、演化控制方法和更新方法，理清了模块的关联关系，形成了一个完整的模块化产品结构演化方法体系，验证了各方法的可行性与连贯性，可将该方法体系推广到其它类型产品的演化管控中。