面向產品多樣性和綠色性的模組化設計與評價方法研究

《面向產品多樣性和綠色性的模組化設計與評價方法研究》是依託上海交通大學，由於隨然擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：面向產品多樣性和綠色性的模組化設計與評價方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：於隨然
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

目前的產品模組化設計主要是以實現功能為前提面向多樣化的大規模定製設計，或者面向全生命周期的綠色設計，而同時實現多樣性和綠色性的模組化設計方法還沒有系統的研究。本項目將研究面向產品多樣性和綠色性的模組化設計與評價方法。首先建立基於功能流的系列產品的要素（零部件）之間的依存關係模型及可視化方法，重點分析研究各要素之間的輸入輸出的依存關係的強弱。然後根據要素接口和輸入輸出參數的一致性或者類似性對要素進行檢索與合併，生成系列產品間的共用模組。為了提高產品的綠色性，以儘可能保持模組內要素的全生命周期屬性的一致性為條件進行模組的重組。最後對模組化設計方案進行環境影響和經濟性評價。以此為基礎，研發以模組化設計和評價工具為中心的計算機輔助設計的原型系統，並通過案例研究對所提出的模組化設計方法和原型系統進行可行性和有效性驗證。通過本研究為面向用戶和環境的產品開發提供理論基礎紮實、實用性強的設計和評價方法。

結題摘要

目前的產品模組化設計主要是以實現功能為前提面向多樣化的大規模定製設計，或者面向全生命周期的綠色設計，而同時實現多樣性和綠色性的模組化設計方法還沒有系統的研究。該項目將產品多樣性與綠色性相結合，提出了系列新的模組化綠色產品簇設計方法。首先針對在保證產品多樣性(用戶需求)前提下提高產品綠色型(可回收和可再利用性)的要求，通過功能數據轉換、最佳化約束和最佳化目標函式的建模、基於並行GGA的最佳化，得到了系列產品的公用模組和個性化模組，並通過全生命周期性能評價得到反映用戶和環境要求的模組化的系列產品。本項目還進行了基於同異比的模組化綠色產品族設計研究。該方法設計過程包括產品族建模和模組聚類兩大部分。在產品族建模部分，首先分析功能及產品的共同性程度，並以此為約束，對產品各功能進行分類，最後形成產品平台最佳化的前提條件。在模組聚類部分，首先分析和量化功能映射得到的零部件間一般相關關係和綠色相關關係，然後建立零件間的相關關係矩陣。再以此為基礎，採用改進的譜系聚類方法，對零件進行模組劃分，最終得到產品族平台和個性化的模組。本項目還提出了基於QFD的模組化系列產品平台建立的方法。該方法包括兩大階段六個步驟，第一階段通過對不同市場區隔中顧客和環境需求的獲取，得出產品零部件的多樣性程度；第二階段通過系列產品的模組劃分及QFD模組質量屋的展開，將零部件的多樣性程度轉化到模組上面，並完成系列產品平台的建立。本項目還進行了面向方案設計階段的產品生命周期設計方法研究。即針對方案設計階段產品生命周期設計的幾個關鍵問題：產品生命周期需求的獲取和表達、產品生命周期需求分配和轉化以及產品生命周期方案設計評價與決策，提出了面向方案設計階段的產品生命周期設計框架、面向方案設計階段的產品生命周期設計方法和基於仿真的產品生命周期方案設計評價方法。以上述研究為基礎，研發了以生命周期建模、模組最佳化、評價工具和資料庫建立為中心的環境調和型產品計算機輔助設計原型系統，並通過案例研究對所提出的設計方法和原型系統進行了可行性和有效性驗證。本研究為我國環境調和型產品開發提供了理論基礎紮實、實用性強的設計和評價方法。本研究的主要成果包括：共發表18篇論文，其中SCI論文3篇，EI論文8篇；獲得1項軟體著作權，2項發明專利；畢業碩士生6人、博士生1人；以第一申請人獲上海市科技進步二等獎；以第一作者出版專著1部。