面向大批量定制的产品族模块化动态设计研究-毕业论文.docx

本科毕业论文（设计）论文（设计）题目：面向大批量定制的产品族模块化动态设计研究学 院：机械工程学院专 业：机自职班 级：机自职111 学 号：1120020270 学生姓名： 指导教师： 贵州大学本科毕业论文（设计）诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。特此声明。论文（设计）作者签名： 日 期： 面向大批量定制的产品族模块化动态设计研究摘要经济的飞速发展为人们提供了更多财富，因此人们对于商品和服务的质量要求也不断提升，这就要求企业必须提供特色化的服务和商品，否则就会遭到淘汰。在这样的社会环境中，定制生产成为现时代主流。定制生产这种方式既能给消费者提供理想的产品，又不会减少企业的盈利，符合企业未来生产的发展形势。产品族出现为批量的定制生产创造了可能；产品族是一系列类似的产品，它们在形态、属性、生产技术方面基本相同，并且可以通过使用不同的模块对产品进行特色化处理，从而变成独一无二的商品。上述的几点存在，使得产品族既能低价格地大批量生产，又能形成特色商品，达到消费者的需求，以至于有越来越多的企业选择这种竞争能力强的生产模式。产品族这种方式毫无疑问将当选当代制造业中最受到欢迎的生产方式。本篇文章介绍了产品族中的模块的相关信息，同时也解释了产品族相关的研究报告、规划要求，研究介绍产品族的特性和模块的未来发展。然后研究动态评价理论。之后对产品族模块的区分进行了阐释，利用算法对其计算，研究分析零部件的发展历程。最后，依据相关的实际例子分析、调查研究得到结论。期望这篇文章能够对从事制造的企业的运营有所启发。关键词：大批量定制 产品族 模块划分 关联矩阵目录1.绪论- 1 -1.1课题研究背景：- 1 -1.2 课题研究意义：- 1 -1.3研究或设计的国内外现状和发展趋势- 2 -1.3.1产品族研究方面- 2 -1.3.2产品族模块化划分- 3 -1.4主要研究内容和大纲- 4 -1.4.1主要的研究内容- 4 -1.4.2论文大纲- 4 -2.概念的界定及其特点- 5 -2.1产品族设计- 5 -2.1.1产品族设计概述- 5 -2.2.2.产品族模型的组成- 6 -2.2.3. 产品族设计的特征- 6 -2.2模块化设计- 7 -2.2.1模块划分概述- 7 -2.2.2. 模块划分的原则- 7 -2.2.3模块化生产方式的特点- 8 -3.产品族模块动态划分研究- 9 -3.1产品族与模块演化- 9 -3.2产品模块动态划分因素分析- 12 -3.3产品模块动态划分方法- 14 -3.3.1模块划分原则- 14 -3.3.2 关联矩阵的建立- 16 -4. 产品族模块化动态设计应用- 18 -4.1自卸汽车产品简介- 18 -4.1.1车厢形式- 19 -4.1.2举升机构型式- 19 -4.2自卸汽车模块动态划分- 21 -4.2.1自卸汽车产品分类- 21 -4.2.2模块划分- 23 -4.2.3 模块聚类分析- 27 -4.3自卸汽车产品族的结构建立- 30 -5. 产品族模块动态划分趋势及建议- 33 -6.结论- 34 -参考文献- 36 -1.绪论1.1课题研究背景：受到经济的飞速发展、越来越来多制造业的诞生、消费者对产品要求越来越高等因素的影响，当前的制造业急需建立新的生产模式。(1)市场需求的变化 在经济发展导致生产力提升的情况下，商品的数量已经供过于求，以至于消费者在消费生产中占了优势地位，从而对商品有了越来越苛刻的要求。只有形成特色的产品才能得到青睐。并且市场的需求也是风云莫测、不断变化的，这使得商品的新陈代谢速度加快。谁能更快的更新商品，谁就占据有利地位，时间成为了各个制造业的竞争点。传统消费者只关注的价值和商品质量，而如今的消费者则更加关注商品的特色和时间。（2）知识及信息技术的发展传统的大批量生产已经不能在达到现代市场的要求，不断变化的产品需求和对产品特色的高要求给企业带来了巨大的挑战。于此同时，光纤通信的不断普遍和互联网技术的日新月异同也拓宽了企业感知市场需求的途径。机械化程度不断提高的企业车间，也已经具备快速更新产品的条件，另外相关高新技术的不断涌现都大大提高了制造业的水平和能力。同时产品族的出现也使定制产品的成本可以降低到大批量生产的水平 SIMPSON T W Product platform design and customization:status and promise 2004(38)。大批量定制因为符合当代市场的需求，已经得到了社会各界的肯定，大批量定制将会成为未来制造业的主流已经不容置疑。但是通过何种途径实现规模大的定制，仍然需要进一步的调查。同时，产品族是其正常进行的前提条件。产品族是一系列类似的产品，它们在形态、属性、生产技术方面基本相同，并且可以通过使用不同的模块对产品进行特色化处理，从而变成独一无二的商品。产品族这种方式毫无疑问将当选当代制造业中最受到欢迎的模式。1.2 课题研究意义：制造业在我国GDP中占着很大部分，几乎是我国经济的支柱，但是随着经济飞速发展带来的一系列问题，我国传统制造业逐渐陷入不利地位。消费者对于商品的高要求和特色化，使得我国制造业不得不进行进行改革。只有能够进行大规模定制生产的企业，才能在未来的市场抢占有利位置。要进行大批量的定制生产的工作，首先要建立产品的分组和相关模块。模块化的产品族技术就是指把产品进行分割形成模块，然后通过自由组合模块，生产出具有特色的产品，这种商品既能达到顾客的特色化的需求，又能及时对商品更新、创造，形成功能不同的商品，满足了市场对于商品更新速度要求。如何制造模块和分割模块是目前最大的问题，对于模块的划分不是随意的，会受到多种情况的限制，例如功能是否互通，零件是否能够替换、车间的生产水平等等。可见模块的划分是非常困难多变的，所以此文的研究在理论和实践方面都存在意义。1.3研究或设计的国内外现状和发展趋势 1.3.1产品族研究方面受到经济的飞速发展、越来越来多制造业的诞生、消费者对产品要求越来越高等因素的影响，传统的大批量生产已经不能再达到现代市场的要求，不断变化的产品需求和对产品特色的高要求使得制造业必须改革。为了在世界市场占据有利地位，各个地区的企业都在对制造技术进行改革和创造。根据相关信息显示，全球各地的国家都在加紧研制大规模定制生产的相关工程，促进批量定制生产产品的模式能够尽早得到使用。一系列模块通过研究好的规则和计划进行组合，从而产生很多种不同性质的产品，这些产品统称为产品族。模块具体分为两种，一种是通用模块，通俗上讲就是能够广泛适用的基础模块，它能够极大程度上减少企业生产的花费，简化企业的生产程序。另一种是定制模块，这种模块比较特殊，是为了使产品具有某种特性而适用的，适用度较窄，主要是用来满足消费者对产品特色的需求。所以，企业对于定制模块的选择一定要谨慎，只有拥有了合适的定制模块，才能使得产品丰富多样。产品族规划使得企业在实现产品多样化的基础上也能够缩减生产的成本，这是一种一举两得的生产模式，具有极大的盈利空间。产品族规划既能达到顾客在产品特色化方面的要求，又能提高商品更新变化速度，降低商品更新成本。对于产品本质的改变较少，而是通过添加定制模块直接改变产品性质。对于促进产品的改变的方法有很多种，如果制造企业已经进行了充分的产品规划，就可以直接通过模块的组合缩短产品更新时间，以最低的成品来生产商品。随着专家学者对产品族相关理论的不断研究和探讨，产品族生产模式已经由理论阶段走向了实际使用的阶段。产品族在实际应用过程中的效果十分良好，既能达到消费者对于产品特色化的要求，又能提高产品更新变化速度，降低产品更新的成本。产品族规划使得企业在实现产品多样化的基础上也能够缩减生产的成本，为企业带来了巨大的利润。可见，产品族生产模式在未来一定会得到广泛适用。1.3.2产品族模块化划分模块化技术为大批量的定制生产的诞生创造了可能性，。模块化的产品族技术就是指把产品进行分割形成模块，然后通过自由组合模块，生产出具有特色的产品。它既提高了产品更新的速度，只需要通过简单的模块组合就能够创造不同功能的产品，减少了生产新产品的程序，又极大地削减了生产成本。要使用模块化的产品族技术，最重要的就是对模块进行正确划分，中外许多学者都对此进行了分析和思考。Stone 等（2000）完成了启发式模块创建法，其原理是根据分支流以及转换-传输流等对相关的模块进行划分。但是这种划分方法不能满足出设计需求约束的相关要求。Gonzalez-Zugast（2000）运用决策树研究如何选择产品平台，但是也忽略了对零部件的相关研究。 Dahmus（2001）在Stone的研究基础上研究了产品族变异的相关过程，但是使用范围过于狭窄，只能对有关联的产品进行组合。 Siddique（2001）在配置推理规则和图论的表示方法的基础之上发现了最有效的模块分布。Ericsson提出了一种配置模块的途径，通过相关研究分析发现了驱动模块的因素。Gu （1999）提出了一种有效实现产品更新的模块划分方式。Kusiak（1996）研究出了组件互换性模块化、总线型模块化与组件共享型模块化这三种结构。王海军等（2005）经过一系列研究，最后发现了产品族布局的设计方案。潘双夏等（2003）发明了对模块的组合产生新产品的方案的量化评价方法。孟祥慧（2006），研究发现了对模块进行划分的规则。邓可等（2008）运用蚁群聚类算法对模块进行划分。1.4主要研究内容和大纲1.4.1主要的研究内容本文主要的研究内容如下： 第一章：介绍了本文写作的背景，指出了制造业未来的发展情况，然后介绍了本文的大体内容和整体结构。 第二章：介绍了产品族的相关知识，探讨了模块的演变。其次阐释了动态评价相关理论，及其研究和发展，为后而研究制造企业产品族实施过程动态评价与分析打下基础。 第三章：研究如何分割模块、零件在不同时期的联系，建立分割模块的有关模型。 第四章：探讨研究使用机械输送机分割变化的模块的实际情况。 第五章：依据模块动态划分理论，对制造企业产品族实施提供了一些建议。1.4.2论文大纲导论（第一章）相关理论概述（第二章）产品族模块划分研究（第三章）模块动态划分的实例(第四章)（第四章）结论(第五章) 提出问题理论铺垫解决问题分析问题2.概念的界定及其特点2.1产品族设计2.1.1产品族设计概述产品族是一系列模块通过研究好的规则和计划进行组合，从而产生很多种不同性质的产品的总称，换种说法就是在本质相同并且有所关联的一类产品。产品平台是提供给消费者的，消费者可以自行选择需要的功能，并将能运用这功能的应用程序和工具转到平台上，产品族根据产品平台的要求，对产品增加定制模块，来形成产品的特色，从而达到消费者对产品特性化的要求。产品平台和产品族的关系如图 1朱斌, 江平宇. 面向产品族的设计方法学J.机械工程学报, 2006, 42(3): 1-8所示：图 1产品平台与产品族到现在为止，产品生产的平台仍然缺少一个合适定义。通常的产品平台就是指集成了各种应用和零件的平台，通过按照一定规则的组合，从而产生许多产品。这些产品共同使用的元素能够分成四种：模块：主要是零部件，各种工具等；知识：包括设计专利、数学模型等；过程：包括用来组合产品的工具等；组织：包括进行合并的员工队伍等。2.2.2.产品族模型的组成产品族的模型是用来组合形成新产品的，所以对于模块的划分和选择要经过仔细研究和思考，我们的产品族的模型主要包含以下三个部分:(1)功能模型。介绍了产品所包含的功能和功能互相组合的效果。功能模型主要用来确定原理模型。同时也包含设计的相关知识。设计者可以利用这些知识，能够创造新的产品。(2)原理模型。指的是一种方案，通过这种方案能将功能模型组合成为结构模型。也包括方案内的各种知识。(3)结构模型。指的是可以增加产品功能的模块结构。结构模型是通过功能模型组合得到的。它主要是用来阐释产品的结构。2.2.3. 产品族设计的特征大规模定制之所以成为未来发展的趋势，主要是因为它本身巨大的优势。大规模定制有如下几大特点：（1）以客户需求为导向。大规模定制是在消费者需求的基础上进行生产的，不像传统生产模式，通过生产创造需求。大规模定制能够满足消费者需求，能够根据消费者的要求生产消费者真正需要的有特色的产品，依靠的是需求带动生产。（2）依靠现代信息技术和制造技术。大规模定制需要依靠现代信息技术对市场进行信息采集，从而能最快地够获知消费者的需求，这样企业就能及时调整产品，来满足消费者的需要。同样，网络的普遍和发展也拓宽了消费者和公司交流的渠道，消费者能够通过网络直接向公司订购产品。高超的制造技术为企业又好又快地生产产品创造了条件。（3）以模块、零件作为制造的重要材料。进行大规模定制的企业可以生产大量的模块和零件，在根据消费者的要求，运用模块和零件对产品族的产品进行组合，从而最快速度生产出消费者理想的产品。（4）以敏捷为标志。运用大规模的定制制造模式的企业所面对的是许许多多的需求，不同的客户对于产品特色有着不一样的要求，这就使得进行定制的企业要具有敏捷性，能够根据消费者种类繁多的需求，低成本、高速度地进行生产。2.2模块化设计2.2.1模块划分概述产品设计一个关键点就是产品的模块化技术。产品的模块化设计，意思就是在对这些产品实施市场预测、功能分析的基础上，合理的分出一些常用的好用的功能模块。然而，每个用户的要求与情况不同，他们对于模块进行选择和组合的要求也不同，所以要设计的东西也不同，即对于产品族设计的模块大致可以划分为：(1)变异模块。这种形式的模块，能用来实现产品族的多样化，可以达到满足顾客需求的作用。同时变异模块的设计参数也可以将其分成变异参数和平台。这里面，变异的模块参数主要是指那些有个性需求的客户的相关设计，而这里的平台参数能很好的满足很问题其需要。像图1中的模块C是一个变异模块虚节点，C1、C2、C3则是变异实例。(2)不可变异模块。顾名思义，指的是那些无法进行参数调节达到改变模块功能的模块，这些模块的功能相对固定，无法轻易改变。详细请见2.3节产品族结构模型图。A、B、D、E这些都是我们所说的不可变异的模块的样子。2.2.2. 模块划分的原则 构建一系列相关的商品最主要的环节就是产品模块划分。为了使改变的少的一些因素集中到一个模块中去，必须要将变化频繁的也集中到一起去。就机械产品而言，产品能发挥的功能和各种作用，也可以称为一般产品所发挥的特定的用途和特性。功能单元格，就是将产品进行有序的分解，一直到把它分解为能够各自独立的处理和有独立的结构为止，一个或多个它就能组成通常所说的模块。划分模块的时候，必须先充分地总结产品的变化规律，然后才能对其产品功能进行进一步分解。在得到它的基本功能单元格之后，再将其根据功能关联程度将其再次划分与组合最后变成模块。 划分模块的时候，必须遵守以下的原则：（1）结构完整，便于模块的修改和替换。（2）为了使得产品的更新与换代，应该讲其中进化较为活跃的和平时相对平静的分开划分为独立的模块。（3）也是起到满足客户的多样要求的效果，可以使客户要求的那部分独立出来做成模型，这样便于快捷的改动这个模块的设计。 （4）同时为了便于模块之间的衔接组装和交换，模块与模块之间的接口理应无限接近标准的要求。2.2.3模块化生产方式的特点 相比较于传统的生产模式，模块化生产模式拥有下面几个特点： 第一点，它是策划方式上不同。划分模块来进行生产，顾名思义，就是有用到不同于传统设计。其中标准化和组合化是两个最主要的特征。其中标准化是模块化设计的特点。其中包括，统一性，组合性，通用性等等。这些特点的综合运用也是标准化的最高形态。其实，企业最大的生产价值在于他的模块化生产。然而，模块化生产的重中之重又是系统中的设计规则。系统规范，就是制约和管理产品的运行与生产的规范。它能使这些产品按照模块的划分，然后依次的组合，从而达到想要的产品设计，也能使每个模块提升和升级改进。 第二点，从制造方面来看。为了满足一些特设市场需要，在生产方式上通常采用划分模块生产方式和同样模块划分的制造方式相结合。要发挥其供应链的大部分优势，当然这个的实施也是在虚拟企业的模块化制造上。当代市场，产品不仅存在的时间短，用户的形形色色的要求也特别复杂。面对如此的市场状况，能不能生存下去的关键点在于能否快速开发出新的产品，快速开发出满足其需求的而且极富竞争力的产品。模块化的制造方式能迅速搜集到所需要的资源，快速便捷的使企业生产的东西适合市场的需要，通过一些措施使得模块的发展变得迅速，高效，这样往往能使客户满意。 第三点，关于装配的方式上来看。在装配上，要以模块为基本的单位，首先要组装成不同的相互不相干的功能模块，然后可以依照产品的结构和一些功能，选择相应的模块，从而满足客户的需求。模块化的装配，大大提高了原本装备的效率，既节省了时间，也提高了装配的水平。模块化的装配时当代满足客户多种多样的需要的必备的一点。 第四点，要从模块的质量和它的维修方式上。模块化的生产方式，其实还是可以大幅降低其被检验的成本以及维修成本。相比于传统模式下，那种生产步骤极其繁琐，要检测的东西多，差异也大，不同的公司不同产品也有很大的不同。精密性的不同也很重要，大多数的零件要全都查下来逐一检验很麻烦。然而模块化的生产方式解决了这个问题。它所特有的相对独立性，减少了企业的数量，极大的降低了不合格率，从而使得检验的时间和成本得到了很大的降低，质量也就提高了不少。还有维修，相对于以前的极大的紧密性，现在的维修方法只需要拆下单独的产品，使得过程简便化，同样减少了成本。 第五点，也是最后一点。它主要是在于企业的库存上。以前的传统生产的方式下的产品堆积严重，不仅增加了不必要的成本，而且也是企业的货存自己周转起来十分困难。模块化的生产，在减少产品数量和种类的同时，减少 了产品库存，也间接的减少了这些成本。这样看来传统模式下的零部件占用大多数空间和很多机会成本的问题也将得到它的解决。其原因也可以解释为模块化生产的组合性，使其每个都是有独立功能的实体。3.产品族模块动态划分研究通过对产品的需求量进行预算，结合产品功能分析将产品分成一些小的模块，并将相同的模块进行大批量的生产，或设计出一系列通用的功能模块。根据模块间功能、性能以及规格等之间的特点结合消费者需求选择不同的模块进行组合，形成客户所需要的产品设计方法就是本文所说的模块划分技术。这是模块划分技术的延伸，在产品族研究中意义重大。本文依据产品零部件构和功能上的关联值对零部件在产品生命周期不同阶段的相关性进行分析。根据模块划分的原则进行模块划分模型的构造。3.1产品族与模块演化根据产品族演进不同的驱动模式和大批量定制规模，产品族演进创新表现出三种形式：跳跃式、渐进式以及快速突破式。在这种表现形式下，产品定制程度也由深变浅，创新风险由高变低，如机床产品批量小，品种多，定制程度深，演进创新模式多数表现为跳跃式，轮式装载机批量一般，品种多，定制程度较浅，演进创新模式多数表现为渐进式，手机等电子产品生产批量大，定制程度浅，通常在较短时间内快速突破。产品演进创新无论是哪一种模式和表现形式，产品族演进。产品升级换代不但可以直接增加产品的销量、增强市场的竞争力、加大产品成本和价格上的优势，而且还可以带来技术能力的供给、企业管理水平的提升等间接经济效益。因此，产品族演进及实施过程终究是一个“矛盾体”，主要表现为产品族实施过程企业的综合绩效与成本之间的平衡关系。产品族演进及实施整个过程始终都伴随着矛盾，在产品族生命周期中，当相对稳定的市场客户需求出现时，产品族运行处于稳定状态，企业的利润逐渐达到最大，当新的产品出现或者潜在需求变为现实需求时，当前产品渐渐走向衰退，制造企业该采取怎样的的应对措施来保证尽量用最低的成本来实现综合绩效最大化，还是要靠产品演进创新。产品族实施过程模式的选取成为制造企业赢得市场的关键点。同时分析内外部因素是解决产品族演进及实施环节过程中的矛盾的首要问题。在产品族实施过程中，市场需求的种类和数量与企业的生产能力存在矛盾，即批量-成本问题，核心技术指标与现有技术存在矛盾，即通用性-个性矛盾以及模块化-集成化等之间的矛盾。另外，同行业之间存在竞争矛盾，新技术注入到新产品中往往会引起现有产品份额缩减，给企业带来较大的竞争压力和销售冲击。因此，企业需要在产品研发方面投入大量人力财力填补同行业新产品竞争带来的不良影响，同时企业需要在产品族结构上做战略调整。市场需求、同行业之间的竞争、核心技术应用以及政策与投资环境等是产品族演进过程中的外部影响因素，即产品族演进及实施过程外部影响因素即为产品族演进外部动因。这些因素一方面既限制了当前产品族结构的发展，同时也是企业产品族发展的能力考验，并诱发了产品族的一系列权衡问题。产品族演进驱动力除外部影响因素外，产品族内部动因也是产品族演进的重要动力，组成产品的模块或子系统之间接口及其关系是维持产品族结构稳定的重要指标，同时也是产品族面向不同的细分市场快速配置的保障，如IBM利用模块化技术对笔记本电脑进行设计，在相同的主授平台上可以快速配置出客户满意的产品。此外，企业内部资源配置、产品族实施过程优化能力、产品协同制造能力、现代信息技术应用能力以及企业内部管理能力等都会直接影响到产品族的演进创新过程。产品族演进创新是内因和外因共同作用的结果。相对于产品族演进外部动因，内因更具有能动性和可控性。产品族实施过程及演进创新动力机制如下图所示： 产品族演进动力机制产品族在很大程度上受客户需求、核心技术、市场竞争的影响，并在此影响的驱动下，产品族不断向高要求高目标演进发展，反馈到产品族层次模型中，体现了功能需求在核心技术的推动下的改变，从而导致产品物理结构的变化，使对应的物理模块也要发生变化，进而模块逐渐且不断的改进、更新和完善。产品族随时间演进过程如下图所示：产品族的演变最终导致产品模块结构的进化，根据模块的定义，模块在产品系统中是一种具有特定的功能且能独立存在的单元，并且其具有的功能一般不依附于其它功能而相对独立的存在，同时也不受其它功能的影响。因此，产品族模块的演化是根据市场需求，企业内外部因素的变化情况而变化的。综合各种因素，模块演化如下表所示：3.2产品模块动态划分因素分析以模块化、产品技术为基础的产品族随时间的变化逐渐向高层次演进，它的核心思想就是通过共用模块或零部件，充分简化产品设计复杂性并减少生产成本，在此前提下，生产出一系列相似产品使客户的多样化定制需求得到充分的满足。产品族受许多因素的影响，为了获得更多更优质的市场需求，在原有产品的基础上，升级、扩展或者更新换代产品模块、零部件，同时充分利用当前核心技术、学习了解市场知识情况以及提升制造能力，最终实现企业的低投入高回报，并促使产品族不断的向前演进。产品族演化过程的实质就是使组成产品的模块不断“升级-扩展-创新-再升级-再扩展-又创新···”周而复始的动态过程。因此，在产品族演化过程中，客户需求、核心技术、行业竞争以及市场环境成为了关键因素。在特定的市场环境下，市场需求的变化、核心技术的发展以及激烈的市场竞争成为驱动产品族演进的关键点，决定了产品族演化过程的模式。客户需求、行业竞争、核心技术、市场环境与产品族演进的逻辑关系如下图所示： 需求、技术、市场环境与产品演进之间的关系需求驱动的产品族演进模式是一种产品由内而外的，连续的，循序渐进的变化过程，在可预知市场需求的情况下，产品族设计者将以客户需求作为产品设计的理念，打造出适合当前市场的创新产品。因此，客户需求是促进产品演进创新的根本动力也是最终目的，成为了产品族生命周期中最关键的影响因素之一。核心技术发展使产品族演进模式出现跃进式变化，企业充分利用目前核心科技对产品族进行创新，从而很好的满足市场客户对新产品的潜在需求。在模块化产品族设计中具体体现为产品模块零部件的升级更换或用更高层次的组件替换原用零部件，从而生产出质量更优越，成本更低的多样化产品，最终使企业获得更多利益。行业竞争主要表现为同类企业对市场占有率、产品优势以及销售利润的争夺，也是促进产品族升级，更好满足客户需求的动力所在。企业要想获利并且在激烈的市场竞争中获得优势，只有不断更新升级产品，从而驱动产品族不断演进。客户需求定制化、产品创新技术日新月异、行业竞争越来越激烈，产品族创新所涉及的因素也随之增加，越来越复杂。因此，很难明确判断是哪种因素影响产品族演进变化，本质上来说，产品族演进过程是一种极其复杂、不确定的市场条件下的综合作用模式，其创新过程图如下所示： 产品族演进驱动模式总之，产品族演进及实施过程是一种以客户需求为导向，以核心技术为支撑，在行业激烈竞争形势下的动态过程。3.3产品模块动态划分方法3.3.1模块划分原则不论是在模块化设计初期还是后来的模块化改造，模块划分都具有共同的特点。据此，建立模块划分的原则：(1)功能独立性原则。模块之间不能存在功能耦合，功能的独立性是模块化设计的基本原则，功能模块之间相对独立、较少耦合有助于设计、制造、装配过程的并行进行，能够缩短产品开发周期、降低产品成本；(2)结构完整性原则。在保证功能独立性的前提下，应使划分得到的模块在结构上相对独立，以便于产品的设计、制造和装配；(3)模块内部的强耦合性原则。通常，一个产品有几个子系统组成，而模块划分则是组合这些子系统。；(4)模块之间的弱耦合性原则。模块之间的弱耦合性有利于模块的变型、升级，还有利于模块化产品的装配和多样化；(5)模块数量适度原则。过多的模块数量虽然易于实现变型设计，但是模块之间接口的复杂性也随之增加，不利于快速装配。最重要的是模块单元的设计与制造成本以及装配成本都受到模块划分的影响，而且影响程度相对比较大。因为模块越是分解的细致，那么相对应的模块的数量也将增多，这样的一个最大的好处就是能够满足不同用户的个性化要求，同时也相当程度上提升整个模块系统柔性，然而缺点不但导致增加设计的复杂程度而且无形之中增加了装配接口同时引起装配以及制造的成本剧增。相反，如果分解的过粗，不但降低了模块数量而且降低了转配以及制造的成本，但这也无形之中减少了产品的多样性，进而直接降低客户对产品的满意程度。对于公司中已经制造成熟了的产品，应该充分的利用这些资源与工艺技术，以此来降低设计的成本以及制造装配成本。因此，在划分模块数目时鼻祖要考虑到以最廉价的方式获得最大的收益。产品族模块划分的基本思路为：依据模块划分原则，将系列产品分解为若干基本元素进行相关度计算建立零部件关联矩阵求解模块划分模型聚合成模块。功能模块往往只表明一种特定的功能，并没有特定的结构模式。产品的功能一般都分为不同的等级，结合这一特性，为了更好地了解产品的功能结构，掌握产品的功能子单元，我们往往需要对产品进行功能分解。分解需要注意产品的功能独立性，结合相关知识，从上向下进行产品功能的分解。分级特性使产品均具有一系列的子功能，我们就可以对产品逐层进行分解，不同层次间采用树状结构进行区分。零件是功能模块的组成部分，最下方的子功能是整个功能模块的基础，一般由少量的零件实现。如图3-1所示，将功能模块分成i个子功能，T表示产品的全部功能需求，子功能分别采用T1、T2······Ti表示 ，由R表示由不同子功能组成的零件，由R1、R2······Rj对不同零部件进行表述。产品总功能T子功能T1子功能T2子功能Tr······零部件R1零部件R2零部件Rk零部件Rj············ 产品功能分解功能分解能够最大化的实现产品功能的细分，这些子功能之间体现出了产品功能间的整体框架。在原理域内结合功能的粒度进行持续分级分解，如果该子功能原理简单则停止分解。3.3.2 关联矩阵的建立采用数值的方案进行模块整体规划来进行产品零部件之间的关联操作。为了得到产品元件之间的交互数值进行相关性分析，用元件之间的关联关系对0,1之间的数值进行定义。这个的含义就是0代表零关联，1代表关系很大，0到1代表关系性越来越强，零部件自身的关联关系即为 1。通过这些关联值来确定零部件的关联矩阵。下表根据0,1之间的不同等级级别的数值来确定各个部件之间的相关性。关联度数值定义序号 关系类型相关度数值关系描述1极强1.0二者不可拆分2较强0.8二者联接密切，关联度高3适度0.6二者有一定联系和关联4一般0.4二者相互连接少，关联性低5较弱0.2二者基本相互独立6无0二者互不影响结合零部件的具体特性， 功能由设计者定制后，根据表 给出的零部件与功能的关联度， 即可确定相互关联矩阵 ，1矩阵中，（，）表示产品要实现的功能，（，）表示组成的零部件，i（，）表示零部件对功能的支持程度。3.3.3零部件模糊等价聚类为了建立分类零部件（ 简称组件） 集合上的模糊等价关系 ， 首先计算各个组件之间的相似性。在组件集合上的模糊相似关系定义为 × ， ， ， ， ， ， 表示分类组件 和 的相似程度。根据本文模块划分的实际情况， 采用如下方式计算组件的相似性矩阵元素 ：（1）由于分类组件对象的结构比较复杂， 且一般都不在 ， 区间， 为了消除原始数据值的大小对算法的影响， 应该对数据进行标准化处理， 再归一化处理。假设有 个组件对象， 并都具有 维特征数据，则设 ， ， ， 为 组对象的第 维特征的各个元素值， 标准化处理方法如下：（2）（3）式中： 和 分别表示 维特征的数学期望与方差； 表示最终的标准化元素值， 归一化数据后得到组件对象集上的模糊相似关系矩阵 ， 根据传递闭包原理构造模糊等价矩阵 ， 作合成运算过程表示如下：（4）合成运算过程中， 找到这样的自然数 ,使得 S ， 此时 。根据模块划分的实际情况分别对截集系数 取不同的值， 得到不同的集合（ ） ， 就得到了不同的模块分类。4. 产品族模块化动态设计应用面向批量定制的产品协同开发平台的实施需要众多相关技术的支撑,如客户定制需求的获取与规范技术、协同设计技术、协同制造技术、CAE信息化服务技术、产品族建模技术、客户满意度综合评价技术、产品网络描述技术以及知识仓库技术等。面向批量定制模式的产品协同设计是以产品族模型规划为基础,针对客户个性化需求目标,采用并行工作方式进行的产品协同设计活动"即利用产品族生存周期比单个特定产品实例生存周期长的时间裕度,建立企业明确产品类目的动态可变产品族共性特征模型,以设计的重用性为支撑,主要通过模块配置以及参数化和变量化变型设计方法来获得规范的实例化过程,实现客户需求信息在产品功能原理解、产品结构形式解、产品构件细节设计等关联流程中的快速映射。因此,论文将在第三章以基于平台框架体系开展的定制产品设计作为专题进行详细的讨论,提出其流程建模的原理与方法,并从提高产品性能。本文已经就模块化划分做了研究，下面一章将以自卸汽车改装产品为例子为本文提出的模块划分提供佐证。4.1自卸汽车产品简介所谓自卸汽车，就是汽车车厢里具有自动倾斜装置，此装置能够控制自动倾斜的汽车。在进行建筑的建设过程中，自卸汽车可以进行装、卸、运的功能，常常用来运输砂石料等建筑材料，其功能强大且用起来轻松方便。因为汽车车厢内具有自动倾斜装置，这就大大降低卸料的劳动力与时间，提高了劳动生产率，缩短工期，降低成本，是工程建设中非常关键的一种工具。自卸式汽车主要由上装与二类底盘构成。上装部分主要由车厢、车架、液压举重机构以及附属的构件所构成，而车厢结构与液压举重结构因厂家的不同而不同；二类底盘并不是一般的汽车底盘，他必须具有国家承认的合格证，而且这种合格证必须通过国家相关部门承认，这种底盘相对比较特殊，不但可以用于专用汽车改装，而且能够用于特种车改装。除了这些与一般载重汽车不同，其他诸如底盘、驾驶室构造以及发动机均相同。具体工作原理如下：液压泵一般通过机器内部的部分装置来控制出油，然后油可以通过内部的输油管道直接进入到预压液压泵，这样就可以控制整个车厢的倾斜。在自卸汽车倾斜来倾斜物料的操作中，主要以后向倾较多，而如果想要车厢停止在某一位置，可以通过控制操作系统来控制活塞杆。此外，车厢复位通过液压以及自身重力作用来完成。下面笔者通过车厢以及举升机构的形式来具体分析自卸式汽车的结构特点4.1.1车厢形式车厢结构按照不同用途通常分为矿用铲斗车厢与普通矩形车厢，如图4.1所示。（a）普通矩形车厢 （b）矿用铲斗车型图4-1 普通矩形车厢与矿用铲斗车厢散落货物的运输主要通过普通矩形车厢来完成，其结构相对简单，后板带有自动开合机构来确保货物安全卸下。普通矩形车厢板厚一般为：地板6mm-12mm，边板4mm-8mm，前板4mm-6mm，后板5mm-8mm。与普通矩形车不同，大石块等相对较大的物体通常采用矿用铲斗车厢来完成。矿用铲斗车车厢内部设计较复杂，板较厚，这样能够降低大块物料对车的碰撞与冲击。此外，为了抵抗车厢内的抗冲击以及增加车厢的刚度，需要在车地板上焊接角钢。4.1.2举升机构型式在国内举升机构的型式通常有F式三角架放大举升结构、T式三角架放大举升结构、双缸结构、前顶举升、双面侧翻。具体样式如图4.2。（a）F式三角架放大举升结构 (b) T式三角架放大举升结构(c) 双缸结构 (d) 前顶举升(e) 双面侧翻图5-2 举升机构形式目前我国装卸汽车中使用最多的一种举升结构是三角架放大式举升结构。大概具有8-40t的举重能力，车厢长度为4.4-6m。这种结构具有造价低、结构成熟、举升平稳特点，但美中不足的是主车架上平面与车厢地板的闭合高度过大。6x4自卸汽车结构中多使用双