产品平台的柔性化设计理论、方法及应用研究

产品平台设计是实现产品内部通用性和外部多样化平衡的一项重要技术。针对单一模块化或参数化平台设计中动态需求响应能力不足的问题，本项目研究基于异域融合与并行优化的产品平台柔性化设计理论与方法，在客户需求和产品性能域，提出动态需求信息向产品性能区间和敏感设计变量的递归映射方法，通过质量功能配置、灰度预测和变量敏感度聚类，准确识别敏感变量的调节带宽；在设计变量和模块结构域，采用设计结构矩阵和变化传播分析法，进行核心柔性模块的粒度最优规划，清晰分离易变组件；在定制产品域，建立多柔性模块的分解-协调模型，使用并行优化算法求解，避免串行进化造成的公共变量冲突，提高定制产品的设计效率；开发产品平台柔性化设计原型系统，并在典型产品的系列化设计中进行应用验证，实现产品平台设计中功能属性、设计变量和模块结构的集成，有效支持产品的单元技术创新，并提高动态需求的快速响应能力。

产品平台是系列产品所共享的通用特征、技术与组件集合，是实现大规模定制的有效技术。产品平台柔性化设计是以模块化和参数化产品体系结构为核心，是支持实例产品的模块化功能替换和参数化性能调节的产品平台设计模式，有助于基于平台的适应性产品开发。. 本项目面向柔性产品平台的构建目标，研究了基于客户需求域、产品性能域、设计变量域和模块结构域融合的柔性平台设计理论与方法。设计了基于联合分析和定量指数的柔性产品平台多目标规划方法，采用联合分析获得产品属性对客户满意度的效用值，建立定量的平台通用性和产品多样化指数，采用多目标进化获得平台中核心产品功能属性的规划方案。研究了客户需求驱动的柔性平台功能模块识别方法，使用模糊Kano模型分类客户需求，提出基于需求类别的层次扩展法，构建物料流、能量流和信号流表达的产品功能模型，使用启发规则划分产品的功能模块，并分析了基本模块、柔性模块和个性模块属性。设计了基于拥挤距离排序的多目标文化粒子群优化算法，采用文化进化框架动态调节粒子群进化参数，支持实例产品的多目标性能优化设计，获得产品设计变量的合理取值。提出了基于设计结构矩阵的柔性平台模块化再设计方法，采用流转关系和几何连接表达组件之间的连接强度，采用可视化组件聚类技术，实现柔性平台的结构模块设计并分析结构模块的类别。建立产品平台的一级评价指标和细分评价指标，研究了基于模糊层次分析和证据理论的产品平台方案评价方法。开展了基于数字样机的产品性能仿真试验，建立实例产品的数字样机模型，并使用有限元方法进行结构与性能优化。将所提出的设计理论与方法在系列化矿山机电产品，如大型液压支架和矿用救生舱等产品中进行应用验证。开发了柔性产品平台设计原型系统软件，辅助企业建立产品平台体系结构。项目探索了支持适应性设计的柔性产品平台体系结构设计技术，为柔性化产品平台的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2篇，EI期刊检索论文5篇，EI会议检索论文4篇，核心期刊论文3篇；项目负责人出版专著1部，申请发明专利1项，授权实用新型1项，获得软件著作权登记2项，培养硕士研究生2名。