支持新产品快速设计的复杂产品系统功能模块化方法

The function modularization could effectively support the new product-rapid development of complex products and systems (CoPS).Nevertheless, the available function modularization approaches mainly focus on the mass customization products with high standard functions and components. Research on the function modularization for CoPS that is always highly complex and deeply coupled is insufficient. Toward this end, this project intends to study the function modularization technique promoting the new product-rapid development of CoPS, including function modeling, function module partition, module partition schemes evaluation, prototype decision support system development and case study. The innovation points of this project are: (1) The community detection of weighted and directed complex network and random walking theory are introduced to the function module partition process, the weight and direction of the edge is used to characterize the correlation intension and direction of the function flow between function elements; this approach gives consideration to both the quantification of function correlation intension and function flow direction, and could deal with the high complexity and deep coupling of CoPS. (2) The module partition schemes evaluation approach based on multiple attributes grouping evaluation theory is presented, the fuzziness and hesitation in the quantification process for qualitative indices are disposed by multiple fuzzy theory, the VIKOR method is established to obtain the final module partition scheme, according to which, the function module structure is constructed to support the rapid development of CoPS.

功能模块化可有效支持复杂产品系统的新产品快速设计，但现有方法大都针对功能、结构标准化程度较高的大规模定制产品，对于具有高度复杂性和深度耦合性的复杂产品系统的功能模块化，尚缺乏有效的理论方法支持。针对此类问题，本项目将开展支持新产品快速设计的复杂产品系统功能模块化方法研究，包括功能模型构建、模块划分、划分方案评价、原型系统开发和实例验证。项目创新点为:（1）基于权重有向复杂网络社区发现方法和随机游走理论实现功能模块划分，边的权重和方向分别用于描述功能元间的功能流强度和方向，方法兼顾了功能元间功能流强度和方向的定量化，可有效处理复杂产品系统的高度复杂性和深度耦合性；（2）提出了基于多属性群决策理论的模块划分方案评价方法，采用混合模糊理论处理定性指标评价中的模糊性和犹豫性，采用多准则妥协解排序法获取最终的模块划分方案，并据此建立模块化功能结构，为实现复杂产品系统的快速设计奠定基础。

本项目对复杂产品系统新产品设计快速设计的功能模块化方法展开研究，可在概念设计阶段实现复杂产品系统的模块化设计，对相关科学问题的研究有效提高了复杂产品系统新产品设计的效率，减低研发成本。研究内容包括：基于权重有向复杂网络的复杂产品系统功能网络模型构建、基于社区发现理论的复杂产品系统功能模块划分、混合模糊环境下复杂产品系统功能模块划分方案评价及原型系统开发。项目研究取得了以下成果。.（1）在复杂产品系统功能结构建模的基础上，引入复杂网络的概念。将子功能抽象成网络中的节点，将子功能之间的联系（能量、物料、信号）抽象成网络中的有向边，建立复杂产品系统功能加权有向网络模型。基于LinkRank社区发现算法，实现对功能网络的社区发现，即复杂产品系统功能模块划分。算法既考虑了网络节点间联系的强弱程度，也考虑了网络中边的方向性。.（2）构建了使用收敛算法整合相似度确定决策者权重的方法模型；构建了基于投影思想整合最大熵原理确定指标权重的方法模型。论述了处理混合模糊环境下权重未知的FMADM问题的方法流程。.（3）根据所提框架、方法和技术进行了原型系统的总体设计、数据库设计及功能设计与实现。.基于权重有向复杂网络社区发现理论的复杂产品系统功能模块化方法是本项目的核心，该框架相较于传统模块化方法，具有建模简单易懂，参数确定便捷，优化结果可靠的特点，可有效支持复杂产品系统在概念设计阶段的设计规划、组织管理及并行工程，具有重要的理论及实际意义。