复杂模块化产品主从关联设计理论、方法和应用

Complex modular product design is characterized by multi-agent, multi-level and multi-disciplinary, and it is a multi-disciplinary game process for multi-level objects involved by multi-agent. The theory, method and application of leader-follower joint design will be researched systemically in the project for complex modular product. The main idea of leader-follower joint design is: a leader-follower joint design model will be built firstly according the character of multi-agent, multi-level and multi-disciplinary, and then a better design result more accordant to real engineering practice will be acquired by leader-follower game method. The project content will be developed from the levels of theory, method and application. The main content includes: (1) the research of basic principle of leader-follower joint design for complex modular product; (2) the research of leader-follower joint design model for complex modular product; (3) the research of leader-follower joint development methods for complex modular product platform from the views of market position, modular partition and master product structure; (4) the research of leader-follower joint configuration design for complex modular product; (5) the validation of theory and method by typical mechanical product, and a prototype software system will be developed.

复杂模块化设计过程具有多主体、多层次和多学科特征，是多主体参与的、针对不同层次对象进行的、多学科目标优化的博弈过程。本项目以复杂模块化产品为对象，系统地研究产品设计中的主从关联设计理论、方法和应用。其主要思想是：根据复杂模块化设计中的多主体、多层次和多学科的内在特点，建立主从关联设计模型，在此基础上，通过分层次的主从博弈方法获得更加贴合工程实践的设计结果。项目从理论层、方法层和应用层开展研究，主要内容包括：（1）复杂模块化产品主从关联设计的基本原理的研究；（2）复杂模块化产品的主从关联设计模型研究；（3）从平台市场定位、模块划分和构建主结构三个角度研究复杂模块化产品平台的主从关联开发方法；（4）研究复杂模块化产品的主从关联配置设计方法；（5）开发软件原型系统，并以典型机械产品为例进行理论和方法验证。

产品模块化设计是不同设计主体围绕不同设计目标相互博弈，从而达到设计结果综合最优的过程。项目将多层次主从博弈思想应用到模块化设计中，得到了以下几个方面的成果：（1）基于模块化设计过程的多主体、多层次和多学科特征，建立了模块化产品主从关联设计过程模型、数学模型和数据模型，形成了一套面向复杂模块化产品的主从关联设计理论；（2）从产品族市场竞争力、供应链和加工工艺优化等角度，提出了模块化平台的定位、划分和构建方法；（3）提出了面向不同生命阶段视图和全生命周期成本的主从配置设计方法，使得配置后的产品实现生命周期内数据一致性和综合成本最优；（4）提出了支持模块化产品主从关联设计的CGA（Constrained Genetic Algorithm）算法，构建了应用原型系统；（5）以冰箱、轮式装载机等产品的模块化设计为例进行了验证。课程组已在Journal of Cleaner Production、IEEE Transactions on SMC: Systems、International Journal of Computer Integrated Manufacturing、机械工程学报等国内外重要期刊或会议上发表和录用论文17篇，其中SCI/EI刊源或检索论文15篇。培养了毕业博士生4名，毕业硕士生6名。已达到项目的预期研究目标。