产品模块划分方法研究综述

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拈划分是产品拈化的基础，产品拈划分的合理l生直接影响产品的功能、性能、开发时间、成本、拈的通用程度、维修的方便性等1。而拈划分需要考虑的因素涉及产品的设计要素，产品设计时需要考虑：需求、功能、功能连接、性能、原理、行为、结构、结构联接、空间、材料、精度、装配、加工、成本、供应等。因此，模块划分与创建往往与七述部分要素相关，从不同角度对产品进行模块划分可以得到不同的拈划分结果并且具有不同的特点 。目前的拈划分方法主要有基于产品功能的拈划分方法、基于功能和的拈划分方法、面向产品生命周期的拈划分方法等，另外还有-些其它类型的拈划分方法。

2基于产品功能的拈划分方法基于产品功能分析进行拈划分的方法是通过对产品进行功能分析和功能分解来建立产品的功能结构，然后采用聚类分析等方法进行产品拈的划分。

文献13]在对设计任务进行分析的基础上对设计问题进行分解，将产品功能分解为-系列的子功能，并将遗传、技术革新、计划改变、技术参数、样式、通用单元 、工艺组 织、单独实验、独立流通、维修服务、升级和回收等 12个拈划分的通用原则作为子功能成为独立拈的条件，通过对产品的子功能进行功能关联、装配关联 、信息关联和空间关联等方面的关联分析，采用相关的数学聚类方法进行产品拈的划分。

某学者则针对拈划分的聚类方法进行了研究。文献 提出对产品的功能结构图进行分析，根据拈的制造费用和成本效益对产品的零部件进行聚类来完成产品拈的划分。文献呗0提出从并行工程的角度出发，在产品设计的阶段考虑其装配和制造等因素，按照功能相关度采用模糊聚类方法进行功能拈的划分，并根据系统的装配和制造复杂度对拈划分结果进行优化。文献161在对功能定义和功能分解进行分析的基础上研究了功能相关度计算方法和对功能进行表达的标准词语表，应用模糊聚类分析方法实现从功能到拈的聚合，提出了基于熵分析理论的拈划分数目确定方法；该方法基于功能分析建立产品零部件相关度的 A截矩阵，并根据该矩阵判断功零部件之间的聚合性，可以根据来稿日期：2012-07-06基金项目：广西科学研究与技术开发计划项目(桂科攻 l1107002-46，桂科攻 12118017-3)；广西 自然科学基金重点项目(2011GxNsFFO18004)国家 863计划项目(2009AA04Z146)作者简介：洪炎辉，(1973-)，男，硕士，副教授，主要研究方向：机电产品拈化设计技术第5期 谌炎辉等：产品拈划分方法研究综述 265的不同取值产生多个拈划分方案。文献啭 聚类算法用于雷达导引头的功能拈的划分，首先根据导引头设计的实际过程将基于k-平均算法的划分方法进行改进为k-最短距离算法，并以给出了功能拈之间的相异度评价方法。文献吼乖0用独立公理进行产品功能划分，在建立产品设计矩阵的基础上构建产品设计关联矩阵，然后利用可拓聚类算法对该关联矩阵进行聚类运算，以此来完成产品设计的拈划分；并用独立公理对所划分的拈进行功能独立性分析来确定产品拈。

文献 Io]则提出了-种基于广义有向图的功能拈划分方法。为实现功能拈的定量划分，首先研究了基于广义有向图的产品功能描述和建模方法：结合图论中的有向图方法和功能表达的信息流理论 ，用向量表示功能节点的边 ，向量元素表示功能节点之间的流类型，给出了广义链、广义可达性、广义邻接矩阵的定义并形成完整的广义有向图的概念，并采用广义邻接矩阵对产品功能结构模型进行适合于计算机的形式表达。通过对影响产品模块化的外因和内因等因素进行深入分析，提出了对产品进行功能拈划分的需求准则和功能准则，建立了基于广义有向图的量化模型，给出了基于模糊聚类的拈划分步骤，并建立了基于耦合度的对拈划分方案进行评价的数学模型。

还有-些不采用聚类的产品功能拈划分方法。文1-1 提出-种基于产品功能结构的启发式拈创建方法来进行产品功能拈的划分 ：从产品功能模型出发根据主流原则、支流原则和流转换原则等判断准则，将产品的能量流、物料流和信号流等并以客户需求为衡量尺度 ，将功能与需求的关系定量化 ，并以此作为拈划分与拈发展的依据。文献f 3提出了结合功能分解和子功能之间相关度计算的拈划分方法，研究了设计问题的分解、子功能成为独立拈的条件 、子功能之间的相关度计算 、拈的形成等内容。文献提出了面向产品创新设计的功能 戈j法：该方法首先构造产品功能单元与客户需求之间的相关度模糊相似矩阵，然后以功能拈内部的聚合度与功能拈之间的分离度作为拈划分的优化条件，并把功能单元之间流的关系作为评判拈划分的依据，最后采用遗传算法对产品进行拈的划分；并指出了在大规模定制模式下对产品进行功能拈划分的3个主要目标：(1)合适的拈数量并能通过拈组合来满足客户的多样性和个性化的需求；(2)拈之间应该具有旧能小的耦合性 ，便后续设计、制造等任务的并行开展；(3)拈间的接口设计要尽量标准化 ，这样既便于指导设计人员开展设计工作 ，同时也能在各拈内部以低成本实现预定的多样化功能。文献提出以功能分解为基础，基于用户需求获韧功能确定等建立产品功能模块划分过程模型，然后综合考虑功能相关、物理相关、时间相关、装配相关等相关准则进行产品的功能拈划分。文献提出了基于混合 PSO的复杂产品功能拈划分方法，建立产品组件和功能拈的贡献度矩阵作为进行功能拈划分的数学模型，然后基于混合 PSO方法进行功能拈的划分。

3基于功能和结构的拈划分方法在进行拈划分时同时考虑产品功能和结构等方面的影响，在这方面的主要研究有：文献认为影响产品拈化最重要的因素是产品设计中功能域与物理结构域之间的对应程度和产品物理结构间相互影响程度的最携，并在此观点的基础上定义了部件互换拈化、部件共享拈化和总线拈化三种拈化方式来描述拈化产品中的拈组合方式，从而形成不同类型的产品系列，产品拈化需要建立产品的功能结构和各子功能并将相关的功能元素组合成拈。文献通过分解产品的功能和结构特征，基于零部件之间的特征关联采用矩阵方法来分析零部件之间相似程度，并基于相似度进行产品拈的划分。文献首先对零件进行几何结构相关性、功能相关性和物理相关性等关联分析，从而得到零部件之间的关联度并建立产品的关联矩阵，然后采用层次分析法确定影响拈形成的因素的权重分并应用模糊聚类分析方法进行拈划分，最后采用多专家的综合评判法对不同阈值情况下的拈划分方案进行评价，从而给出了-种面向大批量定制的产品拈化方法。

文献基于产品的功能-行为-结构(FPBS)提出了-种拈化方法：首先基于产品的设计模型对产品功构、行为、结构、接口等要素进行相关l生分析，从而建立功能-结构单元的相关度计算模型，然后采用模糊聚类算法自底向上进行功能、结构单元的聚合来实现产品拈的划分和创建。文献提出根据启发式的拈划分规则来实现从功能结构向拈结构的映射，并在对拈的相关矩阵进行定性分析的基础上进行拈的聚类，从而确定出具有通用性能的功能拈并将其作为产品平台。

4面向产品生命周期的拈划分方法面向产品生命周期进行拈划分的方法是从客户需求的角度出发，引入产品生命周期的概念对产品进行拈的划分。文献提出了-种面向产品生命周期工程的的集成式产品拈化方法，该方法将产品拈化过程分为问题定义、交互分析和拈形成三个阶段，面向产品生命周期工程的可回收、可升级、可重用等多个目标进行拈化的分析和划分，采用模糊数学中权的概念进行产品的功能结构分析，应用定量分析方法衡量拈化划分的好坏。文献提出了从产品生命周期的不同角度将产品结构划分为拈的分解算法。文献通过分析产品生命周期中各类因素对产品零部件关联的影响，根据功能流图对产品进行拈的定性划分，然后在此基础上建立了面向产品生命周期的产品零部件关联矩阵对拈划分进行定量分析和优化。文献研究了在批量客户化生产模式下的拈划分方法，综合考虑客户对产品的多品种小批量的功能需求和对产品大批量生产的低成本的要求，合理有效的进行拈划分；基于模糊聚类分析方法和信息熵理论 ，在产品生命周期内考虑客户需求、产品装配、维修成本等综合因素的拈划分方法。对拈聚类的相关准则进行分析，给出了基于信息熵的量化评价方法并建立了相应的数学评价模型。文献提出了拈划分过程中的多角度和多层次特陛，根据面向生命周期的不同阶段将拈划分分为面向设计、面向制造、面向装配、面向使用和维修和面向回收等不同层次的拈划分方法，以用户需求为依据定义关联矩阵并进行产品的拈划分。文献对产品结构的能量属性进行研究，通过分析产品生命周期的能量消耗来建立产品的系统资源和能量流框图，并建立产品全生命周期能量模型。分析产品结构与产品生命周期各阶段能量消耗之间的关系，从材料相容性、装配与拆卸、使用过程能量转递、零件寿命和回收处理等方面进行分析，从机械设计与制造No.5Malv.2013而得到产品要素之间各种关联度的计算方法；采用模糊聚类算法进行产品结构要素组合优化，提出产品结构要素能量聚类的优化模型。

5其它拈划分方法除了上述类型的拈化方法之外，目前还存有-些拈划分方法。文献提出了-种基于网络的复杂产品拈定义及其方法，将复杂产品定义为接口和部件的网络并通过分析节点之间的关联性来进行拈的划分。为了从系统设计的层次对电子产品进行拈化设计，文献基于分析设计矩阵的提出了-种拈识别方法，用设计矩阵来表达设计参数和功能需求之间的关联关系，并在设计矩阵的聚类分析中成功的应用了制造单元和成组技术之间的相似f生算法。文献提出依据公理化设计理论，通过系统的分析功能需求空间、拈化功能空间和拈部件空间之间的映射关系，并对其进行分类，该方法综合考虑了产品性能和生产成本等因素；文献也认为公理设计适合于在拈化设计方法中应用。文献基于复杂网络提出了-种面向产品族的拈化方法，首先采用复杂网络对产品族结构进行描述，应用相关参数对边介数和最佳分类数Q进行计算，在反复计算边介数的基础上得到Q函数的分布曲线和聚类图，并得到产品拈划分结果 ，该方法进-步提出了根据零部件使用情况对拈划分结果进行调整和优化的措施。文献在进行拈化设计的过程中同时考虑产品的绿色设计，采用层次分析法分析对绿色拈化设计方法进行研究并分析了其设计的基本流程，该方法基于零件合并准则对零件进行合并，基于绿色准则和功能准则对拈进行划分，能够同时保证产品的环境属性和功能屙陛。文献提出了拈柔性划分方法，首先提出了对产品进行拈划分原则的四个评价指标和基于三维维系的拈划分原则，然后通过强调对已有产品族的拈化改造，以流程框架图的形式给出了拈划分方法的内容和步骤，并明确了划分拈的具体数学实现方法。文献通过分析客户需求和零部件相关陡建立模糊相似性矩阵，采用复合的模糊聚类树截距对成本、设计复杂和度组合复杂度进行优化，利用遗传算法进行拈的划分并对划分结果进行优化。文献对机床拈划分的基本原则和影响因素等进行了研究并提出了拈划分的与通用模型，以某重型机床厂大量重型数控机床为研究对象，对其功能要求、结构形式和品种系列等进行分析，构造出了能满足机床总体功能要求的功能拈的集合。

6总结从研究情况来看，现有的拈划分方法主要采用自底向上的、基于底层零部件的聚类方法。但对于结构复杂、零部件数量庞大的复杂产品来说，这些方法具有计算量大、拈划分过程复杂等问题。同时在拈的划分过程的关联度等均由人为决定，使得人为因素对拈的划分影响很大，结果因人而异。另外，对于拈划分方案和拈划分粒度的评价等方面的研究也比较少。因而要研究人为主观因素影响小 、相对计算量孝通用性好的拈化划分方法，同时要加强对拈划分方案和拈划分粒度的评价方面的研究。