專利名稱：：一種機械電子產(chǎn)品的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊化方法及評估方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及在機械電子產(chǎn)品領(lǐng)域產(chǎn)品開發(fā)中的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊化方法及評估方法。
背景技術(shù)：
：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是機械電子產(chǎn)品開發(fā)的核心，它直接影響著產(chǎn)品開發(fā)過程、開發(fā)人員組織結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品生產(chǎn)配送、以及產(chǎn)品市場戰(zhàn)略。在機械電子產(chǎn)品開發(fā)中，常常根據(jù)系統(tǒng)工程理論把復雜產(chǎn)品分解成為規(guī)模較小的、易于開發(fā)的、有較為獨立功能的、可獨立(或相對獨立)進行開發(fā)的子系統(tǒng)(模塊)，在各子系統(tǒng)開發(fā)完成后再對所有的子系統(tǒng)進行集成，來完成產(chǎn)品的總體功能。對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行這種合理的模塊劃分，可以提升產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的合理化程度，使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊化劃分更加適合開發(fā)人員組織結(jié)構(gòu)的規(guī)劃和產(chǎn)品開發(fā)過程的安排，可以更好地繼承隱含在現(xiàn)有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中的企業(yè)知識，促進企業(yè)對現(xiàn)有知識的利用和在現(xiàn)有知識基礎(chǔ)上的創(chuàng)新，更加有利于從生命周期的下游環(huán)節(jié)(如，制造、運送、維護，以及回收報廢等)及時汲取反饋信息，更方便從產(chǎn)品全生命周期的角度來考慮產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的合理性。但是，如果產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的模塊劃分不當就會造成子系統(tǒng)之間的聯(lián)系過多，而難以完成各子系統(tǒng)的集成；會使各開發(fā)團隊之間產(chǎn)生過多的交互，增加產(chǎn)品開發(fā)的時間和團隊間的交互成本；會增加開發(fā)過程的迭代次數(shù)，延長產(chǎn)品開發(fā)的周期。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊劃分在產(chǎn)品開發(fā)中是至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)。目前對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行模塊劃分主要使用功能結(jié)構(gòu)圖、最優(yōu)化等方法，這些對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行模塊劃分的技術(shù)和方法，普遍是以創(chuàng)建目標產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)為開始，然后通過模塊或者分組把子功能歸入模塊中。這些方法在一定程度上實現(xiàn)了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的模塊劃分，但是仍然存在著如下不足(1)過分依賴于產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)，離開功能結(jié)構(gòu)的前提就無法進行下去；(2)只能用于開發(fā)新產(chǎn)品的模塊化結(jié)構(gòu)，不能對已經(jīng)有的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行模塊化分析，不利于企業(yè)對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)知識的總結(jié)、回顧和提升；(3)對模塊內(nèi)部以及模塊之間的零部件接口表達過于抽象，很難理解，不利于跨領(lǐng)域或跨學科的交互；(4)很難進行普通模塊和集成化模塊的劃分；(5)不利于將智能算法引入產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的模塊劃分中。本專利申請人在論文《基于設(shè)計結(jié)構(gòu)矩陣的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊聚類方法》(華南理工大學學報，2006，11)和論文《基于遺傳算法的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)聚類重組》(機械科學與技術(shù)，2006,11)中給出了基于設(shè)計結(jié)構(gòu)矩陣(DSM)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊化方法，但是這種方法存在如下不足:(1)在模塊化的過程中沒有考慮到弱聯(lián)系的撕裂，會使得元素之間的弱聯(lián)系影響并復雜化模塊劃分的過程；(2)在模塊化過程中采用的是循環(huán)査找的方式，操作比較復雜，結(jié)果很難確保最優(yōu)性；(3)在對模塊化結(jié)構(gòu)進行評價時，沒有同時考慮到模塊內(nèi)部和模塊之間各元素之間的聯(lián)系，當模塊之間有較多聯(lián)系的時候，會使模塊化的結(jié)果偏離實際情況；(4)在進行模塊化評估時，沒有考慮到bus類與其他元素的聯(lián)系，會一定程度的影響模塊化結(jié)果的評價。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明將針對現(xiàn)有機械電子產(chǎn)品的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊劃分方法的不足，提出了一種用設(shè)計結(jié)構(gòu)矩陣和聯(lián)系信息流量進行機械電子產(chǎn)品的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊化和方案評估的方法。本發(fā)明機械電子產(chǎn)品的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊化方法按如下步驟進行(A)確定DSM模型的行列元素，確定各行列元素之間的聯(lián)系以及聯(lián)系的方向性；確定各行列元素之間的依賴強度，得到數(shù)值化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)DSM模型；檢査DSM模型中各個元素及其關(guān)系，査漏補缺，剔除冗余；(B)在模塊劃分之前對弱聯(lián)系暫時進行撕裂處理，把弱聯(lián)系的聯(lián)系強度暫時降為O;(C)檢査經(jīng)過弱聯(lián)系撕裂的DSM模型，找出所在行和列的單元格值均為0的獨立元素，在經(jīng)過弱聯(lián)系撕裂的模型中，暫時刪除獨立元素及其所在的單元格；(D)對得到的DSM模型執(zhí)行行列變換，使模型中的非零單元格盡可能地靠近模型的對角線位置，分別對兩個目標元素進行行元素對調(diào)和列元素對調(diào)；(E)找出與大部分其它行列元素都有聯(lián)系的Bus類元素，并通過行列變換將Bus類元素移到行列元素隊列的最后，組成Bus模塊；(F)根據(jù)所得到的DSM模型中非零單元格的密集程度將非Bus類元素劃分成為若干個模塊，使得非零單元格盡量被包含在模塊內(nèi)部，并使模塊的數(shù)量合理；(G)把步驟(C)中暫時刪除的獨立元素增加到DSM模型中行列元素隊列的最前面；(H)把步驟(B)中被撕裂的弱聯(lián)系增加到DSM模型中。本發(fā)明機械電子產(chǎn)品的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊化評估方法采用如下步驟(A)計算每一個模塊內(nèi)部的聯(lián)系信息流量(B)計算目標DSM模型總體的普通模塊內(nèi)部聯(lián)系信息流量(C)計算目標DSM模型Bus類模塊內(nèi)部聯(lián)系信息流量(D)計算目標DSM模型總體的普通模塊之間的聯(lián)系信息流量(E)計算目標DSM模型總體的Bus類模塊之間的聯(lián)系信息流量(F)計算目標DSM模型在該模塊劃分方案下的總體的聯(lián)系信息流量。(G)對多個方案分別進行總體聯(lián)系信息流量，以總體聯(lián)系信息流量為評價標準，選擇總聯(lián)系信息流量最低的模塊劃分方案作為最終的模塊劃分方案。本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果是(1)產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)和管理人員運用該方法可以更加直觀和高效的進行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊劃分。(2)能夠更加方便地對已有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行模塊化分析，使企業(yè)能夠及時對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相關(guān)知識進行總結(jié)、回顧和提升。(3)與現(xiàn)有技術(shù)相比該方法操作更加便捷、模型更加能夠反映工程實際、模塊化劃分結(jié)果更加接近綜合最優(yōu)。圖1是本發(fā)明實施例中的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型矩陣圖。具體實施例方式本發(fā)明機械電子產(chǎn)品的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊化方法按如下八步驟進行第一步，確定DSM(設(shè)計結(jié)構(gòu)矩陣)模型的行列元素，確定各行列元素之間的聯(lián)系以及聯(lián)系的方向性；確定各行列元素之間的依賴強度，得到數(shù)值化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)DSM模型；檢查DSM模型中各個元素及其關(guān)系，查漏補缺，剔除冗余。第二步，弱聯(lián)系撕裂。在進行數(shù)值化DSM模型模塊劃分的時候，為了降低模塊劃分的復雜程度，防止弱聯(lián)系對模塊結(jié)果的過分影響，在模塊劃分之前對弱聯(lián)系暫時進行撕裂處理，也即把弱聯(lián)系的聯(lián)系強度暫時降為O，在模塊劃分完成后再把弱聯(lián)系增加到模型中。第三步，獨立元素的識別與分離。檢查經(jīng)過弱聯(lián)系撕裂的DSM模型，找出所在行和列的單元格值均為0的元素，即獨立元素。在經(jīng)過弱聯(lián)系撕裂的模型中，獨立元素與其它行列元素沒有任何聯(lián)系，因此不需要進行模塊劃分，可以暫時刪除獨立元素及其所在的單元格，在模塊劃分完成后，再將獨立元素增加到DSM模型中行列元素的最前方。第四步，行列變換。對經(jīng)過上述步驟后得到的DSM模型執(zhí)行行列變換，也即進行一系列的位置對調(diào)運算，使模型中的非零單元格盡可能地靠近模型的對角線位置。對DSM模型進行的行列變換是由多個位置對調(diào)步驟組成，每一個位置對調(diào)步驟就是兩個目標元素之間的位置對調(diào)。實現(xiàn)一個完整的位置對調(diào)步驟，需要分別對兩個目標元素進行行元素對調(diào)和列元素對調(diào)。進行行元素對調(diào)時，兩個目標元素所在列的全部單元格也隨之進行對調(diào)；進行列元素對調(diào)時，兩個目標元素所在行的全部單元格也隨之進行對調(diào)。第五步，Bus類元素的識別。找出那些與大部分其它行列元素都有聯(lián)系的Bus類元素。并通過行列變換將Bus類元素移到行列元素隊列的最后，組成Bus模塊。第六步，模塊劃分。根據(jù)前面四步所得到的DSM模型中非零單元格的密集程度將非Bus類元素劃分成為若干個模塊，使得非零單元格盡量被包含在模塊內(nèi)部，并使模塊的數(shù)量合理。第七步，把獨立元素增加到DSM模型中行列元素隊列的最前面。第八步，把被撕裂的弱聯(lián)系增加到DSM模型中。本發(fā)明基于聯(lián)系信息流量的機械電子產(chǎn)品模塊劃分的評估與擇優(yōu)通過基于行列變換的模塊劃分方法得出的模塊劃分方案常常并不唯一，為了從經(jīng)過行列變換所得到的多種模塊劃分方案中選出較為優(yōu)秀的模塊劃分，就需要對這些模塊結(jié)果進行有效的評價，并在評價的基礎(chǔ)上進行擇優(yōu)。這就需要建立評價標準和評價方法對這些可能的劃分方案進行評估。對于目標DSM模型，規(guī)模為S，模型中第i行第j列的單元格(i，j)的值為di,j，也就是說第i個列元素與第j個行元素之間的聯(lián)系權(quán)重為di,j(K"S，""S，且當i=J'時4尸0)。該模型的任意一模塊劃分方案共劃分為N(1《N《S)個普通模塊、一個Bus類和1(0《1《S)個獨立元素。從左上方到右下方N個普通模塊依次被記為CL，CL2，……，CLN，其中任意一個普通模塊CLi的所包含的第一個模塊元素的位置編號為mi，CL,的所包含的最后一個模塊元素的位置編號為仏，模塊CLi的規(guī)模S,"'-"(""^"'")。Bus類CLb中第一個元素的位置編號為mb，最后一個元素的位置編號規(guī)模為nb，CLb的模塊規(guī)模為基于聯(lián)系信息流量的機械電子產(chǎn)品模塊劃分的評估與擇優(yōu)可以按照以下七個步驟來完成第一步，計算每一個模塊內(nèi)部的聯(lián)系信息流量目標DSM模型中模塊任意一個模塊CU的模塊內(nèi)部聯(lián)系信息流量可以用式(l)來計算。1(巧一nOW—Z/=0A=0(1)對每一個模塊都進行上述計算就得出了每一個模塊內(nèi)部的聯(lián)系信息流量。第二步，計算目標DSM模型總體的普通模塊內(nèi)部聯(lián)系信息流量對于在第一步中求出的所有模塊的聯(lián)系信息流量進行求和，就可以得出目標DSM模型總體的普通模塊內(nèi)部聯(lián)系信息流量。『('")=y1^"")'=i'(2)第三步，計算目標DSM模型Bus類模塊內(nèi)部聯(lián)系信息流量<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>目標DSM模型Bus類模塊內(nèi)部聯(lián)系信息流量可以用式(3)來計算。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>第四步，計算目標DSM模型總體的普通模塊之間的聯(lián)系信息流量任意兩個普通模塊CLj到CL,之間的聯(lián)系信息流量可以用式(4)計算，其中的系數(shù)"反映了普通模塊數(shù)目對聯(lián)系信息流量的影響重要程度。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>目標DSM模型總體的普通模塊之間的聯(lián)系信息流量可以用式(5)計算，其中的通過式(5)計算。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>第五歩，計算目標DSM模型總體的Bus類模塊之間的聯(lián)系信息流量Bus模塊與任意一普通模塊CLk之間的聯(lián)系信息流量(包括模塊CU到Bus模塊的聯(lián)系信息流量和Bus模塊到模塊CU之間的聯(lián)系信息流量)可以用式(6)計算。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>目標DSM模型總體的Bus類模塊之間的聯(lián)系信息流量可以用式(7)計算，其中的^')通過式(6)計算。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>第六步，計算目標DSM模型在該模塊劃分方案下的總體的聯(lián)系信息流量。目標DSM模型在該模塊劃分方案下的總體的聯(lián)系信息流量可以通過式(8)計算，其中的『('")、W。'")、及W—分別為式(2)、式(3)、式(5)、及式(7)的計算結(jié)果。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>第七步，對多個方案分別進行總體聯(lián)系信息流量，以總體聯(lián)系信息流量為評價標準，選擇總聯(lián)系信息流量最低的模塊劃分方案作為最終的模塊劃分方案。實施例以某型號渦輪增壓器為例，經(jīng)過識別，所得到DSM模型的行列元素為渦輪進氣殼、渦輪排氣殼、底支架、渦輪噴嘴環(huán)、壓氣機葉輪、軸承減振器、擴壓器、渦輪動葉、進氣消音濾清器、滾珠軸承、鬼油盤、軸承座、壓氣機出口渦輪殼、隔熱屏、轉(zhuǎn)軸。對這15個行列元素依次分別進行編號為A0。識別各行列元素之間的聯(lián)系，并對所得四向量模型進行降維，可以得到，單向量、數(shù)值化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型矩陣Dtur如圖l所示。對矩陣D旨所示的某型號軸流渦輪增壓器的DSM模型進行基于行列變換模塊劃分，多種方案，下面是其中比較典型的三種。模塊方案一模塊一(A、D、H、B、N、C)，模塊二(1、E、G、M)，模塊三(K、J、F、L)，Bus模塊(0);模塊方案二模塊一(A、D、H)，模塊二(B、N、C)，模塊三(1、E、G、M)，模塊四(K、J、F、L)，Bus模塊(0);模塊方案三模塊一(A、D、H、B、N、C)，模塊二(1、E、G、M)，模塊三(K、J、F、L、0)。對這三種方案進行聯(lián)系信息流量評估可以得到如表1所示的結(jié)果。以模型的總體聯(lián)系信息流量為標準，方案一的總體聯(lián)系信息流量比方案二降低了38.9%，方案一的總體聯(lián)系信息流量比方案三降低了66.7%，因而方案一要優(yōu)于方案二和方案三，故而選擇模塊劃分方案一作為最終的模塊劃分方案。模塊劃分方案一的模塊情況如圖l所示。表1模塊方案聯(lián)系信息流量的評估結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>權(quán)利要求1.一種機械電子產(chǎn)品的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊化方法，其特征是按如下步驟進行(A)確定DSM模型的行列元素，確定各行列元素之間的聯(lián)系以及聯(lián)系的方向性；確定各行列元素之間的依賴強度，得到數(shù)值化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)DSM模型；檢查DSM模型中各個元素及其關(guān)系，查漏補缺，剔除冗余；(B)在模塊劃分之前對弱聯(lián)系暫時進行撕裂處理，把弱聯(lián)系的聯(lián)系強度暫時降為0；(C)檢查經(jīng)過弱聯(lián)系撕裂的DSM模型，找出所在行和列的單元格值均為0的獨立元素，在經(jīng)過弱聯(lián)系撕裂的模型中，暫時刪除獨立元素及其所在的單元格；(D)對得到的DSM模型執(zhí)行行列變換，使模型中的非零單元格盡可能地靠近模型的對角線位置，分別對兩個目標元素進行行元素對調(diào)和列元素對調(diào)；(E)找出與大部分其它行列元素都有聯(lián)系的Bus類元素，并通過行列變換將Bus類元素移到行列元素隊列的最后，組成Bus模塊；(F)根據(jù)所得到的DSM模型中非零單元格的密集程度將非Bus類元素劃分成為若干個模塊，使得非零單元格盡量被包含在模塊內(nèi)部，并使模塊的數(shù)量合理；(G)把步驟(C)中暫時刪除的獨立元素增加到DSM模型中行列元素隊列的最前面；(H)把步驟(B)中被撕裂的弱聯(lián)系增加到DSM模型中。2.—種機械電子產(chǎn)品的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊化評估方法，其特征是采用如下歩驟(A)計算每一個模塊內(nèi)部的聯(lián)系信息流量；(B)計算目標DSM模型總體的普通模塊內(nèi)部聯(lián)系信息流量；(C)計算目標DSM模型Bus類模塊內(nèi)部聯(lián)系信息流量；(D)計算目標DSM模型總體的普通模塊之間的聯(lián)系信息流量；(E)計算目標DSM模型總體的Bus類模塊之間的聯(lián)系信息流量；(F)計算目標DSM模型在該模塊劃分方案下的總體的聯(lián)系信息流量；(G)對多個方案分別進行總體聯(lián)系信息流量，以總體聯(lián)系信息流量為評價標準，選擇總體聯(lián)系信息流量最低的模塊劃分方案作為最終的模塊劃分方案。全文摘要本發(fā)明公開了一種機械電子產(chǎn)品的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊化方法及評估方法，先得到數(shù)值化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)DSM模型；再對模型執(zhí)行行列變換，組成Bus模塊；根據(jù)DSM模型中非零單元格的密集程度將非Bus類元素劃分成為若干個模塊，最后將獨立元素增加到DSM模型中行列元素隊列的最前面和把被撕裂的弱聯(lián)系增加到DSM模型中，對多個方案分別進行總體聯(lián)系信息流量，以總體聯(lián)系信息流量為評價標準，選擇總體聯(lián)系信息流量最低的模塊劃分方案作為最終的模塊劃分方案。運用該方法可更加直觀和高效地進行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊劃分，能夠及時對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相關(guān)知識進行總結(jié)、回顧和提升，操作更加便捷、模型更加能夠反映工程實際、模塊化劃分結(jié)果更加接近綜合最優(yōu)。文檔編號G06K9/62GK101430762SQ20081015503公開日2009年5月13日申請日期2008年10月24日優(yōu)先權(quán)日2008年10月24日發(fā)明者劉建剛,春楊申請人:江蘇工業(yè)學院