[发明专利]一种机械电子产品的产品结构模块化方法及评估方法

说明书

技术领域

本发明涉及在机械电子产品领域产品开发中的产品结构模块化方法及评估方法。

背景技术

产品结构是机械电子产品开发的核心，它直接影响着产品开发过程、开发人员组织结构、产品生产配送、以及产品市场战略。

在机械电子产品开发中，常常根据系统工程理论把复杂产品分解成为规模较小的、易于开发的、有较为独立功能的、可独立(或相对独立)进行开发的子系统(模块)，在各子系统开发完成后再对所有的子系统进行集成，来完成产品的总体功能。对产品结构进行这种合理的模块划分，可以提升产品结构的合理化程度，使产品结构模块化划分更加适合开发人员组织结构的规划和产品开发过程的安排，可以更好地继承隐含在现有产品结构中的企业知识，促进企业对现有知识的利用和在现有知识基础上的创新，更加有利于从生命周期的下游环节(如，制造、运送、维护，以及回收报废等)及时汲取反馈信息，更方便从产品全生命周期的角度来考虑产品结构的合理性。但是，如果产品结构的模块划分不当就会造成子系统之间的联系过多，而难以完成各子系统的集成；会使各开发团队之间产生过多的交互，增加产品开发的时间和团队间的交互成本；会增加开发过程的迭代次数，延长产品开发的周期。产品结构模块划分在产品开发中是至关重要的一个环节。

目前对产品结构进行模块划分主要使用功能结构图、最优化等方法，这些对产品结构进行模块划分的技术和方法，普遍是以创建目标产品的功能结构为开始，然后通过模块或者分组把子功能归入模块中。这些方法在一定程度上实现了产品结构的模块划分，但是仍然存在着如下不足：(1)过分依赖于产品的功能结构，离开功能结构的前提就无法进行下去；(2)只能用于开发新产品的模块化结构，不能对已经有的产品结构进行模块化分析，不利于企业对产品结构知识的总结、回顾和提升；(3)对模块内部以及模块之间的零部件接口表达过于抽象，很难理解，不利于跨领域或跨学科的交互；(4)很难进行普通模块和集成化模块的划分；(5)不利于将智能算法引入产品结构的模块划分中。

本专利申请人在论文《基于设计结构矩阵的产品结构模块聚类方法》(华南理工大学学报，2006，11)和论文《基于遗传算法的产品结构聚类重组》(机械科学与技术，2006，11)中给出了基于设计结构矩阵(DSM)的产品结构模块化方法，但是这种方法存在如下不足：(1)在模块化的过程中没有考虑到弱联系的撕裂，会使得元素之间的弱联系影响并复杂化模块划分的过程；(2)在模块化过程中采用的是循环查找的方式，操作比较复杂，结果很难确保最优性；(3)在对模块化结构进行评价时，没有同时考虑到模块内部和模块之间各元素之间的联系，当模块之间有较多联系的时候，会使模块化的结果偏离实际情况；(4)在进行模块化评估时，没有考虑到bus类与其他元素的联系，会一定程度的影响模块化结果的评价。

发明内容

本发明将针对现有机械电子产品的产品结构模块划分方法的不足，提出了一种用设计结构矩阵和联系信息流量进行机械电子产品的产品结构模块化和方案评估的方法。

本发明机械电子产品的产品结构模块化方法按如下步骤进行：

(A)确定DSM模型的行列元素，确定各行列元素之间的联系以及联系的方向性；确定各行列元素之间的依赖强度，得到数值化产品结构DSM模型；检查DSM模型中各个元素及其关系，查漏补缺，剔除冗余；

(B)在模块划分之前对弱联系暂时进行撕裂处理，把弱联系的联系强度暂时降为0；

(C)检查经过弱联系撕裂的DSM模型，找出所在行和列的单元格值均为0的独立元素，在经过弱联系撕裂的模型中，暂时删除独立元素及其所在的单元格；

(D)对得到的DSM模型执行行列变换，使模型中的非零单元格尽可能地靠近模型的对角线位置，分别对两个目标元素进行行元素对调和列元素对调；

(E)找出与大部分其它行列元素都有联系的Bus类元素，并通过行列变换将Bus类元素移到行列元素队列的最后，组成Bus模块；

(F)根据所得到的DSM模型中非零单元格的密集程度将非Bus类元素划分成为若干个模块，使得非零单元格尽量被包含在模块内部，并使模块的数量合理；

(G)把步骤(C)中暂时删除的独立元素增加到DSM模型中行列元素队列的最前面；

(H)把步骤(B)中被撕裂的弱联系增加到DSM模型中。

本发明机械电子产品的产品结构模块化评估方法采用如下步骤：

(A)计算每一个模块内部的联系信息流量

(B)计算目标DSM模型总体的普通模块内部联系信息流量