產品平台的柔性化設計理論、方法及套用研究

《產品平台的柔性化設計理論、方法及套用研究》是依託中國礦業大學，由李中凱擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：產品平台的柔性化設計理論、方法及套用研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李中凱
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

產品平台設計是實現產品內部通用性和外部多樣化平衡的一項重要技術。針對單一模組化或參數化平台設計中動態需求回響能力不足的問題，本項目研究基於異域融合與並行最佳化的產品平台柔性化設計理論與方法，在客戶需求和產品性能域，提出動態需求信息向產品性能區間和敏感設計變數的遞歸映射方法，通過質量功能配置、灰度預測和變數敏感度聚類，準確識別敏感變數的調節頻寬；在設計變數和模組結構域，採用設計結構矩陣和變化傳播分析法，進行核心柔性模組的粒度最優規劃，清晰分離易變組件；在定製產品域，建立多柔性模組的分解-協調模型，使用並行最佳化算法求解，避免串列進化造成的公共變數衝突，提高定製產品的設計效率；開發產品平台柔性化設計原型系統，並在典型產品的系列化設計中進行套用驗證，實現產品平台設計中功能屬性、設計變數和模組結構的集成，有效支持產品的單元技術創新，並提高動態需求的快速回響能力。

結題摘要

產品平台是系列產品所共享的通用特徵、技術與組件集合，是實現大規模定製的有效技術。產品平台柔性化設計是以模組化和參數化產品體系結構為核心，是支持實例產品的模組化功能替換和參數化性能調節的產品平台設計模式，有助於基於平台的適應性產品開發。本項目面向柔性產品平台的構建目標，研究了基於客戶需求域、產品性能域、設計變數域和模組結構域融合的柔性平台設計理論與方法。設計了基於聯合分析和定量指數的柔性產品平台多目標規劃方法，採用聯合分析獲得產品屬性對客戶滿意度的效用值，建立定量的平台通用性和產品多樣化指數，採用多目標進化獲得平台中核心產品功能屬性的規劃方案。研究了客戶需求驅動的柔性平台功能模組識別方法，使用模糊Kano模型分類客戶需求，提出基於需求類別的層次擴展法，構建物料流、能量流和信號流表達的產品功能模型，使用啟發規則劃分產品的功能模組，並分析了基本模組、柔性模組和個性模組屬性。設計了基於擁擠距離排序的多目標文化粒子群最佳化算法，採用文化進化框架動態調節粒子群進化參數，支持實例產品的多目標性能最佳化設計，獲得產品設計變數的合理取值。提出了基於設計結構矩陣的柔性平台模組化再設計方法，採用流轉關係和幾何連線表達組件之間的連線強度，採用可視化組件聚類技術，實現柔性平台的結構模組設計並分析結構模組的類別。建立產品平台的一級評價指標和細分評價指標，研究了基於模糊層次分析和證據理論的產品平台方案評價方法。開展了基於數字樣機的產品性能仿真試驗，建立實例產品的數字樣機模型，並使用有限元方法進行結構與性能最佳化。將所提出的設計理論與方法在系列化礦山機電產品，如大型液壓支架和礦用救生艙等產品中進行套用驗證。開發了柔性產品平台設計原型系統軟體，輔助企業建立產品平台體系結構。項目探索了支持適應性設計的柔性產品平台體系結構設計技術，為柔性化產品平台的設計提供了理論與方法基礎。項目組成員共發表SCI檢索論文2篇，EI期刊檢索論文5篇，EI會議檢索論文4篇，核心期刊論文3篇；項目負責人出版專著1部，申請發明專利1項，授權實用新型1項，獲得軟體著作權登記2項，培養碩士研究生2名。