模块化定制产品的复杂性分析及设计方法研究

Modular customized product is characterized by multi-hierarchy, multi-scale, coupling and dynamics. Its design process is a dynamic process for different objects of multi-hierarchy. As the research object to customized products, the project systematically studies product complexity, the theory, method and application of multi-level dynamic optimization design. The main idea of modular design is: a network model of product structure is will be built according to the character of multi-hierarchy, multi-scale, coupling and dynamics, and then a better multiple design result more accordant to real engineering practice will be acquired by hierarchy analysis, multi-hierarchy modular planning and modularity evaluation methods. . The project content will be developed from the levels of theory, method and application. The main content includes: (1) the research of basic characters of modular design for customized product; (2) the research of complexity including hierarchy, modular diversity and coupling between modules; (3) the research of modular design method based on product structure network models from the views of multi-hierarchy module division, calculating modularity, main-structure optimization and detecting key modules; (4) the validation of theory and method by typical mechanical product.

模块化定制产品具有多层次、多尺度、耦合性和动态性等复杂特性，其设计过程是针对不同层次的不同对象进行异构的、多目标优化的动态过程。本项目以定制产品为研究对象，系统地研究产品模块化设计中的复杂性、多层次动态优化设计理论、方法和应用。其主要思想是：根据复杂模块化设计的多层次、多尺度、耦合性和动态性的内在特点，建立产品结构的网络模型，在此基础上，研究复杂模块化产品的层次性原理和分解方法，通过多层次模块规划方法和模块度评价方法获得更加贴近工程实践的多重设计结果。. 项目从理论层、方法层和应用层开展研究，主要内容包括：（1）定制产品模块化设计的基本特性研究；（2）分析模块化定制产品的层次性、模块多样性和模块间耦合性等复杂特性；（3）从多层次模块划分、模块度计算、主结构优化和关键模块发现等角度研究基于产品结构网络模型的模块化设计方法；（4）以典型机械产品为例进行理论和方法验证。

本项目以复杂网络理论和网络分析方法为基础，通过对真实机械产品系统的网络模型研究，分析产品族结构网络的拓扑特征和演化规律，提出零部件模块通用性的度量方法以及如何构建产品族主结构，研究基于谱分解的复杂定制产品层次化结构的模块划分方法和模块度评价算法，为建立模块化产品平台奠定基础。主要研究内容包括以下方面：.1）研究产品族结构的两种网络模型的构建方法、拓扑特征和演化过程等，是构建产品族主结构和模块化产品平台的基础。.2）分析模块化产品平台的构成元素和特性，研究基于网络模型的零部件类通用性指标和模块分类方法，详细阐述构建产品族主结构的过程和方法。.3）研究基于余弦相似度模型的多层次模块谱聚类方法，分析模块间的耦合性并提出耦合度的计算方法，研究基于拓展的加权模块度EWQ的模块度评价算法。.4）提出模块化产品平台的分层构造模型，分析平台中模块不同的演化情况，研究模块化产品平台的动态优化过程。.5）分别从产品级模块化、部件级模块化和零件级模块化三个层次，探讨复杂定制产品的多层次模块化规划方法。