Abstract ：

目前我国汽车行业快速良性增长使汽车电子产品极具发展潜力。然而行业发展、市场成熟、技术革新及小批量多种类的定制需求都使行业在变化迅速、竞争白热化的同时对产品质量、过程保障及供货能力提出了更严苛的要求。面对此环境，在A公司制造规模持续扩大的同时，既有工艺开发模式却相对低效且开发质量波动较大。为适应苛刻的竞争环境，满足多变的市场需求，提升制造系统的过程质量水平，A公司快速工艺设计的实现刻不容缓。 本课题通过对现状分析，发现“散乱失序、传递脱节、主观臆断”三类设计浪费大量存在于工艺开发过程中，为开发低效的主要原因，使工艺开发信息流动无序且严重依赖设计者经验，开发过程难以标准化结构化，阻碍快速设计的实现。因此，本课题将分两阶段对此现状下快速设计的实现展开研究： 第一阶段，对工艺开发数据进行结构化标准化梳理，依行业特色对工艺开发流程进行合理化调整。以产品族R所衍生产品H为实例，基于既有数据，以特性为基本管理元素，结构化层次化特性管理为管理主轴，使用本地化后的三级QFD作为主要特性承载骨架和管理需求传递工具，标准化后的特性-FMEA关联条目作为特性管理信息载体，形成一个自市场需求起至特性管理方案终，对不同类型特性进行定量管理的全局特性管理拓扑模型，并在此模型基础上生成开发流程，籍此实现对工艺现实的把控。 第二阶段，依快速设计思想，对特性拓扑架构根据需求进行不同粒度的模块化并形成规则。对模块化结果，以产品族为界限，分类并形成最大化产品族特性模型。同时，在上阶段所形成开发流程为蓝本，将传统开发模式调整为“需求甄别-复用新设同步开发”的设计模式，通过选择性的借用既有产品族特性模型和局部重点投入资源定向全新开发相结合，减少重复劳动，提升开发效率。 最终，通过对R族子产品H\I在新旧工艺开发模式下开发工时、特性管理程度的比对，可认为新开发模式已初步实现了工艺的快速设计，特别是针对既有产品族的衍生对象，可在使用较少开发时间的同时，提供质量较高的开发文档输出，已满足本课题实施的初衷。

Keyword ：

FMEA QFD 工艺模块化设计和复用 结构化特性管理 快速设计

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Abstract ：

随着全球买方市场的形成，用户需求差异化日益增多，必须在增加研发产品型号的同时，缩短研发制造周期、加快产品迭代速度。而基于模块化的设计则可配置出尽可能多的产品型号，根据市场需求快速配置出不同的产品，随时调整产品阵容，满足用户差异化需求，为此，本文围绕冰箱模块划分、模块接口设计、用户需求配置、配置平台搭建及应用方面，开展了电冰箱模块设计应用研究，主要研究工作包括： （1）基于用户需求与制造工艺双重约束，开展了冰箱模块划分研究。给出了冰箱模块划分的约束条件；对电冰箱进行了功能分析，依据用户需求相关性、功能相关性、结构相关性，进行了模块层级划分，利用模糊聚类法给出了基于10s装配节拍、成本、供货响应周期的制造工艺模块划分层级评价方法；以W600系列产品在合肥事业部生产为例，基于用户需求与制造工艺双重约束，得出最优划分方案。 （2）基于接口属性和接口关系，开展了接口标准设计。从接口属性和接口关系两个维度对模块接口进行研究，分析了模块接口属性，定义了接口属性编码方法，通过编码实现模块调用配置；通过接口矩阵求解模块接口，定义接口文档编码方法；按照接口结构标准化原则和接口参数优选化原则制定接口标准设计流程；以搁物架模块与内胆模块接口为例，验证了接口标准设计。 （3）基于实例的用户需求，开展了用户需求多样化的产品配置研究。提出了基于实例的模块化产品配置设计流程框架；将用户需求转化，建立了用户需求模型与产品映射关系，并进行了参数化表达；制定了功能模块检索和模块匹配方法；以W600系列冰箱为例，通过产品配置进行了模块的检索与匹配，最终给出了符合用户需求的配置方案。 （4）基于用户需求定制产品，构建了冰箱模块化配置软件平台Teamcenter。配置平台主要包括架构管理、模块库管理、配置管理和技术文档管理四个功能；通过创建产品族架构、设计模块实例库从而构建超级BOM（Bill of Material），完成配置数据库和配置条件准备。基于用户需求配置E-BOM和M-BOM，最终实现用户定制需求配置产品型号。

Keyword ：

电冰箱 模块化 模块化配置 模块接口 用户需求

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Abstract ：

近年来，碳排放导致的全球变暖等环境问题日趋严峻。数控珩磨机等数控装备是制造业的核心装备，广泛应用于航空航天、汽车制造、工程机械等领域，在其生命周期中会产生大量的二氧化碳。模块化配置设计是一种有效从源头降低机床装备碳排放的方法，通过模块组合来提供满足客户定制化和多样化需求的产品，有助于提高设计效率、降低成本并减少其生命周期中的温室气体排放量。然而传统配置方法中未考虑碳排放，无法得到模块和产品的碳排放信息，因而不能有效支持低碳配置方案的获得；另外，如何在模块数量增加、求解空间随之增大的情况下，快速找出兼顾多个目标的配置方案也成为一个亟待解决的问题。因此，本文对考虑碳排放的立式数控珩磨机模块化配置方法进行研究，从而为企业快速开发出低成本、高质量且低碳排放的珩磨机产品提供理论和方法指导。本文具体研究工作如下： 针对基于模块化结构的立式数控珩磨机的碳排放建模与量化问题，划定了碳源边界并分析了各生命周期阶段的碳排放来源及特性，建立了模块及整机的碳排放量化模型，并用案例验证了碳排放量化模型的有效性。 针对考虑碳排放的模块库管理问题，首先通过对模块所含各类信息的分析，建立了模块信息模型并制定了模块的编码方案；为对产品族信息统一组织和管理，利用通用物料清单建立了珩磨机产品族结构模型；最后建立了包含碳排放信息的珩磨机模块库，为产品配置奠定了基础。 针对考虑碳排放的产品配置优化问题，提出了一种配置建模-候选模块推理-配置优化-配置验证的多层配置求解流程。首先基于本体方法建立了珩磨机配置知识模型；然后采用基于规则的推理方法确定了满足客户需求的候选模块集；接着建立了以碳排放、成本为目标的多目标配置优化模型，并采用第二代非支配遗传算法求解得到了最优配置方案；最后基于运动仿真技术对配置方案可行性进行验证。结果表明本文所提出的配置方法可有效得到兼顾成本和碳排放的多目标最优配置方案。 基于上述理论和方法，开发了基于B/S架构的原型系统，并用具体实例验证了本文方法的可行性与有效性。

Keyword ：

产品配置 模块化 配置优化 数控珩磨机 碳排放

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目前复杂网络的理论基础已得到深入研究,但其在生产领域的应用状况和趋势分析尚不明确.为此,提出了一个面向离散制造过程的复杂网络理论应用研究框架;通过分析国内外相关文献资料,围绕与制造过程密切相关的产品族/产品设计、零部件制造、产品装配和效能评价4个方面进行综述,对当前取得的成果进行了总结和分析.并通过与Petri网等复杂系统建模方法比较,发现采用复杂网络理论重新定义当前的生产过程,可为生产研究提供新的视角和思路.最后对未来的研究趋势作了进一步展望.

Keyword ：

复杂网络 生产过程 拓扑结构 性能评价

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数控机床的模块化设计是保障其装配制造质量，同时兼顾用户个性化与企业低成本需求的主要途径之一。本文在国家高技术研究发展计划（863计划）与科技重大专项支持下，研究静刚度约束下的机床模块化设计关键技术与方法，旨在为数控机床的设计与制造提供基础理论与关键技术保障，论文的工作主要包括： 分析了模块划分过程中划分粒度对资源最大化利用的影响，并综合考虑机床全生命周期中的相关因素，提出了一种机床多层次柔性模块划分方法，实现了对模块利用率、划分可靠性的提高及其成本的有效控制。 聚焦机床模块的本体属性、领域属性与关联属性，构建了一种基于数据异构问题的机床模块信息模型，提出了面向复杂结构与加载约束的模块刚度属性提取与归一化表征方法，以此为机床整机性能评价提供定量依据。 提出了一种结合QFD(Quality Function Deployment)、装配骨架以及CBR（Case-based Reasoning）的机床配置设计方法，该方法在量化用户模糊需求为机床技术指标的前提下，结合机床装配骨架，构建了技术指标与模块属性需求的映射关系，进一步采用CBR方法，实现了装配骨架缩减模块实例规模下的模块相似性检索，完成了机床的模块化配置设计。 结合机床模块静刚度属性与配置布局方案，构建了基于多体系统理论的机床空间刚度模型，提出了基于低序体阵列的机床加工空间连续刚度求解算法，同时，结合加工工艺，搭建了工艺拟合约束下的机床静刚度测量系统，实现了对机床加工精度的预测评估，为机床模块化设计过程中的性能保障提供了一种新思路。 开发了一种集成模块管理、配置与评价的机床产品族模块化设计原型系统。基于层级模块划分方法，该系统可对模块结构关系、虚拟属性进行多维信息存储；基于实例推理方法，该系统可对模块进行快速配置；基于空间刚度场解算，该系统可对机床模块配置结果进行性能预测。

Keyword ：

本体论 多体系统 刚度建模 模块划分 数控机床

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Abstract ：

随着经济全球化的高速发展，数控机床的发展备受瞩目，设计和制造高精度高可靠性的数控机床产品，对于我国制造业的发展起着关键作用。弧面凸轮机床作为装备制造产业急需的关键装备之一，开发高精度、高可靠性的弧面凸轮机床，对促进我国制造业和机床行业产品结构调整具有重要意义。弧面分度凸轮机构应用广泛，但由于廓面精度高和形状复杂造成的加工制造困难，对其专用加工机床提出了更高的要求，不仅要求其高精度、低成本、高效率，且要求满足客户的个性化需求并缩短机床的设计周期。模块化设计方法作为发达国家机床行业广泛使用的先进设计方法，通过模块的选择和组合实现产品的低成本、高效率设计，在满足客户需求多样性的前提下有效的缩短了机床的设计周期。本文结合“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项“弧面凸轮加工工艺研究及AXT405 弧面凸轮五轴加工中心和AMT406 弧面凸轮六轴磨削中心研制”，采用模块化设计方法对弧面凸轮专用数控机床进行设计和优化，实现面向客户需求的机床产品的快速设计。本文有以下几部分研究内容：1）针对机床产品模块化库的规范化构建问题，研究的机床产品的模块化库构建方法。首先从模块化产品族的角度，分析机床的客户需求；然后通过客户需求分析和产品功能映射，建立由客户需求到模块属性的映射模型；最后定义机床模块的各项属性，构建机床的模块化库，实现机床模块的规范化管理。2）针对机床模块组合设计问题，首先基于模糊识别理论，研究模块选择策略，采用基于规则的方法对模块库中的模块实例进行模糊识别选择，得到符合客户需求的模块选择结果；然后在分析接口特征基础上，构建接口信息模型，通过接口匹配性判断和接口冲突求解，得到接口组合方案，实现机床产品的组合设计。3）针对机床模块化设计中模块与接口性能评估以及整机方案评价与优选问题，采用基于层次分析的模糊评价方法，通过分析机床关键模块的性能及接口性能对整机性能的影响，建立机床性能评价体系。根据模块与接口性能的定量及定性分析结果，并结合专家经验，实现定量指标自动评级与定性指标专家经验评价方式的结合，保证评价结果的客观性和一致性。4）针对机床关键模块的优化设计问题，采用灵敏度分析法对机床关键模块进行结构优化设计。首先采用有限元方法分析关键模块性能，求解性能指标对结构参数的灵敏度；然后基于灵敏度分析结果确定模块关键参数，实现机床关键模块的优化设计，提高了机床关键的模块的动静态性能和热性能。5）基于以上关键技术的研究，设计弧面凸轮机床计算机辅助设计系统的总体结构，并基于Solidworks二次开发平台开发相应的原型系统，为辅助设计人员进行弧面凸轮机床的设计提供了平台。

Keyword ：

弧面凸轮机床模块化设计优化

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随着智能制造装备技术的快速发展，面向航空航天、船舶、军工和工程机械等领域的复杂精密零件的高效、高质量珩磨加工需要高性能数控珩磨机的支持，这导致了具有“高精度，高表面网纹质量”加工特点的数控珩磨机具有广阔的市场前景，同时，也对数控珩磨机产品的研制提出了更高的要求，不仅要求低成本和高质量，而且希望产品的研发制造周期短，产品品种多样化、系列化，以满足不同用户个性化的加工需求。模块化设计方法作为一种高效且可靠的设计方法，是实现复杂机电产品快速、高效。高质量设计的关键方法，因此，对于数控珩磨机制造业来说，将模块化设计方法应用于数控珩磨机的开设计研发中将在提升产品的设计创新水平、快速应对用户需求、缩短产品研发周期、降低研发成本、提高设计研发质量等方面起着重要作用。据此，本文结合国家科技重大专项项目——“高档立式数控珩磨机与基础制造装备” ，提出了面向立式数控珩磨机的模块化设计方法，具体内容与成果如下： 1）通过分析和总结国内外现有的产品模块划分方法，提出了基于可视化聚类的立式珩磨机模块划分总体方案。以立式珩磨机功能结构分解为基础，完成了基于流分析的零部件关系矩阵的构造，并建立了基于降维算法的零部件关系矩阵可视化表达模型以及基于聚类分析的矩阵模块划分模型。 2）采用产品族数据管理(PFDM)的概念对立式珩磨机多个系列产品的模块设计数据进行了统一管理，进而建立了基于GBOM的珩磨机模块化产品族模型及产品族视图下模块及其接口的编码规则。最后从技术角度实现了产品族模块库的建立，完成了立式数控珩磨机产品模块化数据平台的搭建。 3）提出了一种配置知识表达—配置求解—配置优化—配置验证的多层珩磨机产品配置求解模型。首先基于本体论方法完成珩磨机产品配置知识表达及配置模型构建；其次提出了一种将现有的本体模型约束与产生式规则相结合的配置模型求解策略；再次对于满足约束的配置方案建立了多目标决策优化模型并求解得到最优配置方案；最后提出了基于装配仿真和运动仿真技术的配置方案验证方法并对配置方案的可行性进行了分析评价。 4）开发了一个立式数控珩磨机模块化设计原型系统，并采用具体实例验证了该系统的可行性和有效性。

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模块化设计数控珩磨机模块划分模块库优化配置

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随着全球基础制造业的飞速发展，高速和高精度已经成为数控机床的发展方向，当今市场也对数控机床提出了越来越高的要求，不仅要求其质量好、成本低，而且要求其增加产品品种，满足客户的个性化需求，同时缩短机床的设计制造周期。面向批量定制的生产模式兼具定制生产的个性化和大规模生产的低成本、高效率的特点，可有效解决客户需求的多样化和个性化与产品设计周期最小化之间的矛盾。采用批量定制的产品设计方法进行数控机床的设计和生产对企业有着重要的意义和价值。因此，本文结合“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项“DLH系列高速数控车床及车削中心”，对批量定制的产品设计技术在数控机床中的应用进行研究，主要研究内容如下：1．针对机床组件信息的规范化描述问题，研究了机床组件的编码方法。通过分析编码的作用、原则以及内容，制定了机床组件编码的规则，同时针对组件组合过程中接口的匹配性判断问题，通过机床接口功能和特征的分析，研究了机床组件接口的建模和编码方法，以实现接口间的匹配性判断。2．针对根据客户需求进行机床产品方案的快速设计问题，研究了基于可拓理论的机床产品配置设计方法。首先基于拓扑结构方法进行机床产品的客户需求建模，基于AHP确定客户需求的重要度；然后基于关联矩阵构建了客户需求和机床组件属性间的映射模型；针对机床产品族的结构表达问题，基于GBOM构建了产品族的结构模型；最后基于可拓理论构建机床组件的物元模型，基于可拓距计算组件实例物元与目标物元之间的相似度，从而实现组件的选取和机床产品的配置。3．针对客户的多样性需求所引起的机床组件个性化设计问题，研究了基于事物特性表的机床组件变型设计方法。通过组件尺寸参数分析，建立了组件的变型参数传递结构；在此基础上，基于事物特性表技术对组件的尺寸参数及相互间的关系进行描述，构建了组件的变型设计模型，通过客户定制参数驱动变型设计模型，从而实现机床组件的变型设计。4．设计面向客户需求的高速数控车床产品定制设计系统的总体结构，并基于J2EE平台开发了相应的原型系统，为辅助设计人员进行高速数控车床类产品的定制设计提供了平台。

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批量定制数控机床产品设计

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随着全球基础制造业的飞速发展，当今市场对高档数控机床产品提出了越来越高的要求：既要求其产品向多样化、小批量方向发展；又要求其具有功能齐全、稳定性高和高效率等多种特性；同时还希望机床的生产制造期能够缩短和性能价格比率更为合理等。作为一种高效的、可靠的设计方法，模块化设计是实现数控机床快速设计的关键技术，对数控机床生产制造企业来说，采用模块化设计方法进行数控机床的生产设计，具有重要的意义和价值。 本文对模块化设计的研究现状和发展趋势进行分析总结，就模块化设计的通用方法和技术进行了研究，并在此基础上提出了面向产品族的数控机床模块化设计方法，通过对数控机床进行总体功能设计—功能分解—功能模块求解等一系列工作来完成对数控机床的模块划分过程；接着对数控机床单元模块的属性进行研究，并依此制定了机床单元模块编码规则；同时还从设计需求分析、实现方法和系统构架等三个方面研究了数控机床单元模块数据库和数控机床标准件数据库的构建方法；从数控机床产品配置原理、配置模型建立和配置求解策略等三方面对数控机床整机优化配置技术进行了研究。同时论文以THM系列卧式加工中心等几款机床为例对数控机床模块化设计方法进行了验证。 本文提出的数控机床模块化设计方法以及所开发的数控机床模块库和整机优化配置系统将应用于沈机集团昆明机床有限责任公司和陕西秦川机械发展有限公司的实际产品开发和数据管理当中。这些也都已经得到了企业工程设计人员的认可，能够有效增加企业的快速应变能力，缩短产品的设计周期，降低产品的开发成本，提高产品质量。

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模块化设计数控机床模块库模块属性优化配置

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面向质量的大批量定制设计是一种适应新市场环境的产品族设计方法，它通过将面向质量的设计与大批量定制设计有机结合，来提高多样化定制产品的质量和顾客满意度。研究面向质量的大批量定制设计对提升大批量定制企业市场竞争力和获利能力具有重要作用。在国家863/CIMS主题项目和国家973计划项目的资助下&#61472，本文系统地研究了面向质量的大批量定制设计方法与关键技术。建立了面向质量的大批量定制设计研究框架，该框架包含三个层次：面向质量的大批量定制设计过程逻辑、面向质量的大批量定制设计关键支撑技术以及面向质量的大批量定制设计计算机原型系统实现。在分析面向质量的大批量定制设计过程质量保证逻辑的基础上，总结了实现面向质量的大批量定制设计的四大关键支撑技术：基于知识挖掘的产品族需求建模、面向质量的产品族结构生成、面向性能的产品族结构参数规划以及顾客需求驱动的产品优化配置。所建立的研究框架为实现面向质量的大批量定制设计系统奠定了基础。研究了基于知识挖掘的产品族需求建模技术。提出了顾客需求获取与顾客需求转换相结合、面向特定细分市场的产品族需求建模方法。该方法以企业已有历史数据为基础，考虑产品族设计的通用性要求，运用模糊聚类进行产品细分，以粗糙集提取产品族技术需求映射规则，实现基于知识推理的市场顾客需求向产品族设计规范的映射。提出了面向质量的产品族结构生成方法。该方法考虑后续配置和参数变型设计阶段的信息需求，以扩展域结构模板为中介生成包含产品族功能、结构、制造过程及其属性等信息的设计空间；以该设计空间为基础综合分析产品构成零部件的交互作用关系，并以产品族构成模块内部耦合度最大、模块之间耦合度最小、模块通用度最大为目标，建立产品族结构优化数学模型，求解该模型得到能够有效生成顾客满意定制产品的产品族结构优化方案。提出了面向质量的产品族结构参数规划方法。该方法以设计参数和性能指标之间的不确定关系为基础，采用方差分析从设计参数中识别对性能指标有显著影响的可调节参数，并应用支持向量回归建立可调节参数与性能指标关系的高精度近似模型。该模型为实现满足顾客不同性能需求的参数变型设计提供支持。提出了顾客需求驱动的产品优化配置方法。该方法以模块化产品族结构为基础，通过与顾客交互采用联合分析和效用理论获得顾客主观偏好的量化表示，分析基于模块结构和制造过程的产品成本构成；在此基础上，建立以定制产品顾客满意度与成本比值最大为目标、以顾客定制需求满足为约束的产品优化配置数学模型；并通过将嵌套式编码和多约束处理引入遗传算法实现对该组合优化问题的快速求解。该方法为大批量定制企业以合理成本快速生成顾客满意的定制产品提供了一种有效的途径。开发了面向质量的大批量定制设计原型系统。该原型系统主要包括四个构成子系统：产品族需求建模子系统、产品族结构生成子系统、产品族结构参数规划子系统以及产品优化配置子系统。通过实例验证，表明系统结构可以有效地支持面向质量的大批量定制设计过程。

Keyword ：

大批量定制产品族结构建模产品优化配置面向质量的产品设计需求建模

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