复杂模块化系统的演化机理和控制方法研究

现代工程系统大多数是复杂系统。由于模块化技术能够降低系统的复杂性，所以越来越多的工程系统采用了模块化设计技术，形成了复杂模块化系统。将模块化系统中模块表示为节点，模块间的关系表示为边，则复杂模块化系统就形成复杂网络。本项目拟以复杂机械系统为对象，借助复杂网络技术进行模块化系统的演化规律和控制方法研究，为机械产品的设计提供定量化的参考依据。主要内容包括：（1）复杂模块化系统的基本特性研究；（2）复杂模块化系统的演化机理研究，包括：模块化系统的演化模型，演化动力学研究，随时间的演化机理以及在资源有限情况下的演化机理研究。（3）复杂模块化系统的控制方法研究，包括：复杂模块化系统的解耦方法，模块演化的控制方法，模块化系统的优化分解方法以及模块化系统的质量控制方法。（4）复杂模块化系统的实证和应用研究。

在工程系统中，由于采用模块化设计技术可以实现系统功能的分配和隔离，使问题的发现和设计技术的改进变得容易，降低了工程系统的复杂性，因此大量的工程系统都采用模块化设计技术，从而形成了复杂模块化系统。为了探寻模块化系统在设计过程中蕴含的科学规律，从科学层面指导产品系统的设计制造，控制产品系统质量，课题从模块化网络建模－网络特征计算－演化控制分析－工程实践应用四方面开展了研究，并取得了预期的研究成果。在分析了模块化系统特点的基础上，建立了基于统一事物特性机制的复杂模块化网络。并对复杂模块化网络的拓扑特性，如入度、度分布、路径长度、集聚系数和介数等进行了计算。结果表明复杂模块化关系网络是小世界网络。根据模块化系统的小世界网络特点和模块化产品的工程特点，提出了适合模块化网络的演化机理。在此基础上，给出了模块化网络拓扑特征和网络结构的时间演化规律。根据上述演化规律分析，可以得到模块化系统中一些重要工程特征，有利于控制模块化系统向有利的方向发展。以轮式装载机为应用对象，进行了应用验证。建立了支持轮式装载机模块化网络建模、演化分析、设计决策支持的原型软件。课题组已在《机械工程学报》、《计算机集成制造系统》等国内重要期刊或会议上发表和录用论文20篇，其中EI收录或刊源论文15篇。出版国家级教材1本。项目部分成果与其它成果一起获得2010年浙江省科技进步二等奖1项。基于本项目已培养博士生6名，硕士生5名。