面向产品多样性和绿色性的模块化设计与评价方法研究

目前的产品模块化设计主要是以实现功能为前提面向多样化的大规模定制设计，或者面向全生命周期的绿色设计，而同时实现多样性和绿色性的模块化设计方法还没有系统的研究。本项目将研究面向产品多样性和绿色性的模块化设计与评价方法。首先建立基于功能流的系列产品的要素（零部件）之间的依存关系模型及可视化方法，重点分析研究各要素之间的输入输出的依存关系的强弱。然后根据要素接口和输入输出参数的一致性或者类似性对要素进行检索与合并，生成系列产品间的共用模块。为了提高产品的绿色性，以尽可能保持模块内要素的全生命周期属性的一致性为条件进行模块的重组。最后对模块化设计方案进行环境影响和经济性评价。以此为基础，研发以模块化设计和评价工具为中心的计算机辅助设计的原型系统，并通过案例研究对所提出的模块化设计方法和原型系统进行可行性和有效性验证。通过本研究为面向用户和环境的产品开发提供理论基础扎实、实用性强的设计和评价方法。

目前的产品模块化设计主要是以实现功能为前提面向多样化的大规模定制设计，或者面向全生命周期的绿色设计，而同时实现多样性和绿色性的模块化设计方法还没有系统的研究。该项目将产品多样性与绿色性相结合，提出了系列新的模块化绿色产品簇设计方法。首先针对在保证产品多样性(用户需求)前提下提高产品绿色型(可回收和可再利用性)的要求，通过功能数据转换、优化约束和优化目标函数的建模、基于并行GGA的优化，得到了系列产品的公用模块和个性化模块，并通过全生命周期性能评价得到反映用户和环境要求的模块化的系列产品。本项目还进行了基于同异比的模块化绿色产品族设计研究。该方法设计过程包括产品族建模和模块聚类两大部分。在产品族建模部分，首先分析功能及产品的共同性程度，并以此为约束，对产品各功能进行分类，最后形成产品平台优化的前提条件。在模块聚类部分，首先分析和量化功能映射得到的零部件间一般相关关系和绿色相关关系，然后建立零件间的相关关系矩阵。再以此为基础，采用改进的谱系聚类方法，对零件进行模块划分，最终得到产品族平台和个性化的模块。本项目还提出了基于QFD的模块化系列产品平台建立的方法。该方法包括两大阶段六个步骤，第一阶段通过对不同市场细分中顾客和环境需求的获取，得出产品零部件的多样性程度；第二阶段通过系列产品的模块划分及QFD模块质量屋的展开，将零部件的多样性程度转化到模块上面，并完成系列产品平台的建立。本项目还进行了面向方案设计阶段的产品生命周期设计方法研究。即针对方案设计阶段产品生命周期设计的几个关键问题：产品生命周期需求的获取和表达、产品生命周期需求分配和转化以及产品生命周期方案设计评价与决策，提出了面向方案设计阶段的产品生命周期设计框架、面向方案设计阶段的产品生命周期设计方法和基于仿真的产品生命周期方案设计评价方法。以上述研究为基础，研发了以生命周期建模、模块优化、评价工具和数据库建立为中心的环境调和型产品计算机辅助设计原型系统，并通过案例研究对所提出的设计方法和原型系统进行了可行性和有效性验证。本研究为我国环境调和型产品开发提供了理论基础扎实、实用性强的设计和评价方法。本研究的主要成果包括：共发表18篇论文，其中SCI论文3篇，EI论文8篇；获得1项软件著作权，2项发明专利；毕业硕士生6人、博士生1人；以第一申请人获上海市科技进步二等奖；以第一作者出版专著1部。