專利名稱:成熟產(chǎn)品功能分析方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種成熟產(chǎn)品功能分析方法,屬于機(jī)械設(shè)計(jì)與自動(dòng)化領(lǐng)域。
背景技術(shù):
產(chǎn)品的功能分析是產(chǎn)品模塊化的基礎(chǔ),功能分析不管對產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)還是已有產(chǎn)品的改型設(shè)計(jì)都是必不可少的。功能分解的一般過程是從產(chǎn)品的總功能開始,采用向后推進(jìn)的方法尋找實(shí)現(xiàn)當(dāng)前功能的手段,直到最后功能為止。現(xiàn)有的文獻(xiàn)往往是按照公理化設(shè)計(jì)(Axiomatic Design, AD)的理論,提出了“功能域-物理域-原理域”的功能分解方法, 將功能轉(zhuǎn)換成行為描述,但其基本思路還是遵從一般功能分解過程。對于完全創(chuàng)新的產(chǎn)品而言,上述方法是符合設(shè)計(jì)者思維習(xí)慣,有利于產(chǎn)品創(chuàng)新,但功能分解粒度的難以確定。對于成熟產(chǎn)品同樣面臨功能分解粒度問題。但目前已有專利中,未見有針對成熟產(chǎn)品的功能分析方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)方法的不足,提供了成熟產(chǎn)品功能分析方法。本發(fā)明的主要技術(shù)內(nèi)容如下一種成熟產(chǎn)品功能分析方法,包含以下步驟(1)、對產(chǎn)品功能進(jìn)行描述,定義了功能層次矩陣和功能關(guān)系矩陣對功能進(jìn)行描述,同時(shí)構(gòu)建功能元列表;O)、基于功能元列表,分析一類產(chǎn)品包含的功能元,功能元指在本行業(yè)設(shè)計(jì)中沒有必要分解的功能,并用功能層次矩陣和功能關(guān)系矩陣表示功能元之間的關(guān)系;(3)、采用模糊設(shè)計(jì)中λ -截距矩陣的方法對功能關(guān)系矩陣進(jìn)行處理,得到該產(chǎn)品的功能樹,實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品自底向上的功能分解。上述步驟(3)中功能樹用二元組表示FT = (F,F(xiàn)E),F(xiàn)是功能樹中的節(jié)點(diǎn)集,即功能集;FE是功能樹中邊的結(jié)合表示功能間的附屬和約束關(guān)系;功能樹的根結(jié)點(diǎn)代表整機(jī)的功能,葉結(jié)點(diǎn)表示零部件的功能;功能樹中如果葉節(jié)點(diǎn)沒有分叉,此葉節(jié)點(diǎn)為不可在分的功能元;功能樹中葉節(jié)點(diǎn)按重要度I排序,在同一層中左邊的葉節(jié)點(diǎn)重要度大于右邊重要度。上述步驟⑴中功能層次矩陣是ηΧη上三角矩陣,η = |F|即所述功能樹中的節(jié)點(diǎn)集總數(shù),對角元素為功能的編號,非對角元素為0或1,設(shè)i,j為樹中的節(jié)點(diǎn),(i,j)為連接i與j的邊,(i,j) e FE時(shí)非對角元素為1,否則為0 ;所述功能矩陣中同層的功能可以互換,功能樹對應(yīng)的功能層次矩陣并不唯一;為了使功能樹和功能層次矩陣一一對應(yīng),按照功能樹中I的排序確定在功能層次矩陣中的位置,I指具有同一父功能的同層字功能的重要度。上述功能層次矩陣有以下的屬性(1)、功能層次矩陣與功能樹相互唯一確定,一一對應(yīng);(2)、功能層次矩陣對角元素描述了節(jié)點(diǎn)功能信息;
(3)、功能層次矩陣列的順序反應(yīng)出同層節(jié)點(diǎn)的重要度排序信息。上述步驟(1)中功能關(guān)系矩陣指功能元之間的相互連接關(guān)系和強(qiáng)度。上述的功能元具有載體,所述的載體是元模塊,所述元模塊由功能元映射得到;功能元與元模塊的關(guān)系為一對多映射;不同的行業(yè)可根據(jù)自身的特點(diǎn)給出符合自身需求的功能元列表,并對功能元進(jìn)行分類編號,同時(shí)建立與之對應(yīng)的元模塊列表,功能元列表和元模塊列表具有映射關(guān)系。上述的功能元的提取是建立在成熟產(chǎn)品結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的,功能元的提取具有以下準(zhǔn)則(1)元模塊應(yīng)具有獨(dú)立性,而在結(jié)構(gòu)上具有整體性和封裝性;(2)在設(shè)計(jì)過程中,對元模塊只進(jìn)行選配、組合,最多包括變型設(shè)計(jì),不進(jìn)行適應(yīng)性或創(chuàng)新設(shè)計(jì);(3) 一個(gè)功能元對應(yīng)多個(gè)元模塊,一個(gè)元模塊只對應(yīng)一個(gè)功能元。上述步驟(3)中的功能樹的構(gòu)建方法如下(1)、對已有產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,根據(jù)分析結(jié)合功能元列表,提取出產(chǎn)品所包含的全部功能元;(2)、分析各功能元之間的關(guān)系,計(jì)算每一個(gè)功能元之間的關(guān)聯(lián)強(qiáng)度構(gòu)造功能關(guān)系矩陣;(3)、依據(jù)功能關(guān)系矩陣用模糊數(shù)學(xué)中的λ -截距矩陣的方法進(jìn)行功能元的聚類, 得到父功能;(4)、復(fù)步驟(3)直到父功能為產(chǎn)品的總功能。本發(fā)明提供的一種成熟產(chǎn)品功能分析方法,與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯優(yōu)勢和有益效果(1)本發(fā)明用功能層次矩陣和功能關(guān)系矩陣表示功能及其之間的關(guān)系有利于計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)。(2)本發(fā)明建立了功能元列表,以此為基礎(chǔ)進(jìn)行功能分解避免了粒度的過粗或過細(xì)的問題。。(3)本發(fā)明描述了功能元列表的結(jié)構(gòu)和元模塊列表的對應(yīng)關(guān)系,結(jié)合功能分解結(jié)果和“功能-結(jié)構(gòu)”映射關(guān)系,可為成熟產(chǎn)品的模塊化打下了基礎(chǔ)。上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述,為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段, 并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施,以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。本發(fā)明的具體實(shí)施方式
由以下實(shí)施例及其附圖詳細(xì)給出。
圖1為功能串聯(lián)關(guān)系的關(guān)系圖及功能關(guān)系矩陣表達(dá);圖2為功能并聯(lián)關(guān)系的關(guān)系圖及功能關(guān)系矩陣表達(dá);圖3為功能反饋關(guān)系的關(guān)系圖及功能關(guān)系矩陣表達(dá);圖4為功能樹的示意圖;圖5為功能樹同層功能關(guān)系示意圖;圖6為功能樹中功能元關(guān)系示意圖7為功能層次矩陣示意圖;圖8為功能關(guān)系矩陣示意圖;圖9為功能元列表與元模塊列表示意圖;圖10為功能樹的構(gòu)建流程示意圖;圖11為實(shí)施例中功能元之間關(guān)系示意圖;圖12為圖11中對應(yīng)的功能關(guān)系矩陣示意圖;圖13為實(shí)施例中子功能之間關(guān)系示意圖;圖14為圖13中對應(yīng)的功能關(guān)系矩陣示意圖;圖15為實(shí)施例中功能分析得到的功能樹與功能層次舉證示意圖。
具體實(shí)施例方式為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效,以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例,對依據(jù)本發(fā)明提出的其具體實(shí)施方式
、結(jié)構(gòu)、特征及其功效,詳細(xì)說明如后。一種成熟產(chǎn)品功能分析方法,包含以下步驟(1)、對產(chǎn)品功能進(jìn)行描述,定義了功能層次矩陣和功能關(guān)系矩陣對功能進(jìn)行描述,同時(shí)構(gòu)建功能元列表;O)、基于功能元列表,分析一類產(chǎn)品包含的功能元,功能元指在本行業(yè)設(shè)計(jì)中沒有必要分解的功能,并用功能層次矩陣和功能關(guān)系矩陣表示功能元之間的關(guān)系;(3)、采用模糊設(shè)計(jì)中λ -截距矩陣的方法對功能關(guān)系矩陣進(jìn)行處理,得到該產(chǎn)品的功能樹,實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品自底向上的功能分解。上述步驟(3)中功能樹用二元組表示FT = (F,F(xiàn)E),F(xiàn)是功能樹中的節(jié)點(diǎn)集,即功能集;FE是功能樹中邊的結(jié)合表示功能間的附屬和約束關(guān)系;功能樹的根結(jié)點(diǎn)代表整機(jī)的功能,葉結(jié)點(diǎn)表示零部件的功能;功能樹中如果葉節(jié)點(diǎn)沒有分叉,此葉節(jié)點(diǎn)為不可在分的功能元;功能樹中葉節(jié)點(diǎn)按重要度I排序,在同一層中左邊的葉節(jié)點(diǎn)重要度大于右邊重要度。上述步驟⑴中功能層次矩陣是ηΧη上三角矩陣,η = |F|即所述功能樹中的節(jié)點(diǎn)集總數(shù),對角元素為功能的編號,非對角元素為0或1,設(shè)i,j為樹中的節(jié)點(diǎn),(i,j)為連接i與j的邊,(i,j) e FE時(shí)非對角元素為1,否則為0 ;所述功能矩陣中同層的功能可以互換,功能樹對應(yīng)的功能層次矩陣并不唯一;為了使功能樹和功能層次矩陣一一對應(yīng),按照功能樹中I的排序確定在功能層次矩陣中的位置,I指具有同一父功能的同層字功能的重要度。上述功能層次矩陣有以下的屬性(1)、功能層次矩陣與功能樹相互唯一確定,一一對應(yīng);(2)、功能層次矩陣對角元素描述了節(jié)點(diǎn)功能信息;(3)、功能層次矩陣列的順序反應(yīng)出同層節(jié)點(diǎn)的重要度排序信息。上述步驟⑴中功能關(guān)系矩陣指功能元之間的相互連接關(guān)系和強(qiáng)度。圖1、圖2、 圖3表示了功能關(guān)系及對應(yīng)的功能關(guān)系矩陣。圖8表達(dá)了產(chǎn)品功能關(guān)系矩陣,功能關(guān)系矩
陣中7F21 $表示F1和F2I的關(guān)聯(lián)強(qiáng)度。產(chǎn)品的功能分解見圖4,同層功能與功能元之間的關(guān)系見圖5、圖6,下面用功能層次矩陣和功能關(guān)系矩陣表達(dá)產(chǎn)品功能樹。功能層次矩陣同層的功能按其在產(chǎn)品中的重要度從大到小排序。功能關(guān)系矩陣表明了功能的連接關(guān)系和連接強(qiáng)度。圖7、圖8中給出了產(chǎn)品的功能層次矩陣與功能關(guān)系矩陣,圖7中重要度I指按同層且同一個(gè)父功能的子功能重要度大小排列。功能關(guān)系矩陣的構(gòu)造功能層次矩陣中的非對角元素為0,1和對角元素為對應(yīng)功能編碼,因此求解較容易。功能關(guān)系矩陣中的元素為關(guān)聯(lián)強(qiáng)度Iu,0和對應(yīng)功能編碼,因此構(gòu)造功能關(guān)系矩陣最重要的是計(jì)算關(guān)聯(lián)強(qiáng)度Iu。把功能之間的關(guān)系分為(1)功能關(guān)聯(lián)若&與。為同一上級功能的子功能,則稱&與。功能關(guān)聯(lián);(2)裝配關(guān)聯(lián)若&與f」之間存在著裝配關(guān)系,則稱與f」裝配關(guān)聯(lián);(3)空間關(guān)聯(lián)若&與行的載體在產(chǎn)品中占據(jù)相同的空間,則稱&與??臻g關(guān)聯(lián);(4)信息關(guān)聯(lián)若&與f」之間存在著能量流、信息流和力流等交換關(guān)系,則稱&與 fj信息關(guān)聯(lián)。功能之間的關(guān)聯(lián)性有η種,第k種權(quán)重為Wk,功能&與。的關(guān)聯(lián)度
與Λ滿足第眾各關(guān)聯(lián)關(guān)系時(shí)
權(quán)利要求
1.一種成熟產(chǎn)品功能分析方法,其特征在于包含以下步驟(1)、對產(chǎn)品功能進(jìn)行描述,定義了功能層次矩陣和功能關(guān)系矩陣對功能進(jìn)行描述,同時(shí)構(gòu)建功能元列表;O)、基于功能元列表,分析一類產(chǎn)品包含的功能元,功能元指在本行業(yè)設(shè)計(jì)中沒有必要分解的功能,并用功能層次矩陣和功能關(guān)系矩陣表示功能元之間的關(guān)系;(3)、采用模糊設(shè)計(jì)中λ-截距矩陣的方法對功能關(guān)系矩陣進(jìn)行處理,得到該產(chǎn)品的功能樹,實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品自底向上的功能分解。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成熟產(chǎn)品功能分析方法,其特征在于所述步驟(3)中功能樹用二元組表示FT = (F,F(xiàn)E),F(xiàn)是功能樹中的節(jié)點(diǎn)集,即功能集;FE是功能樹中邊的結(jié)合表示功能間的附屬和約束關(guān)系;功能樹的根結(jié)點(diǎn)代表整機(jī)的功能,葉結(jié)點(diǎn)表示零部件的功能; 功能樹中如果葉節(jié)點(diǎn)沒有分叉,此葉節(jié)點(diǎn)為不可在分的功能元;功能樹中葉節(jié)點(diǎn)按重要度 I排序,在同一層中左邊的葉節(jié)點(diǎn)重要度大于右邊重要度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成熟產(chǎn)品功能分析方法,其特征在于所述步驟(1)中功能層次矩陣是ηΧη上三角矩陣,n= |F|即所述功能樹中的節(jié)點(diǎn)集總數(shù),對角元素為功能的編號,非對角元素為0或1,設(shè)i,j為樹中的節(jié)點(diǎn),(i,j)為連接i與j的邊,(i,j) eFE時(shí)非對角元素為1,否則為0 ;所述功能矩陣中同層的功能可以互換,功能樹對應(yīng)的功能層次矩陣并不唯一;為了使功能樹和功能層次矩陣一一對應(yīng),按照功能樹中I的排序確定在功能層次矩陣中的位置,I指具有同一父功能的同層字功能的重要度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述成熟產(chǎn)品功能分析方法,其特征在于所述功能層次矩陣有以下的屬性(1)、功能層次矩陣與功能樹相互唯一確定,一一對應(yīng);(2)、功能層次矩陣對角元素描述了節(jié)點(diǎn)功能信息;(3)、功能層次矩陣列的順序反應(yīng)出同層節(jié)點(diǎn)的重要度排序信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成熟產(chǎn)品功能分析方法,其特征在于所述步驟(1)中功能關(guān)系矩陣指功能元之間的相互連接關(guān)系和強(qiáng)度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成熟產(chǎn)品功能分析方法,其特征在于所述的功能元具有載體,所述的載體是元模塊,所述元模塊由功能元映射得到;功能元與元模塊的關(guān)系為一對多映射;不同的行業(yè)可根據(jù)自身的特點(diǎn)給出符合自身需求的功能元列表,并對功能元進(jìn)行分類編號,同時(shí)建立與之對應(yīng)的元模塊列表,功能元列表和元模塊列表具有映射關(guān)系。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的成熟產(chǎn)品功能分析方法,其特征在于所述的功能元的提取是建立在成熟產(chǎn)品結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的,功能元的提取具有以下準(zhǔn)則(1)、元模塊應(yīng)具有獨(dú)立性,而在結(jié)構(gòu)上具有整體性和封裝性;O)、在設(shè)計(jì)過程中,對元模塊只進(jìn)行選配、組合,最多包括變型設(shè)計(jì),不進(jìn)行適應(yīng)性或創(chuàng)新設(shè)計(jì);(3)、一個(gè)功能元對應(yīng)多個(gè)元模塊,一個(gè)元模塊只對應(yīng)一個(gè)功能元。
8.根據(jù)權(quán)利要求1中所述成熟產(chǎn)品功能分析方法,其特征在于所述步驟(3)中的功能樹的構(gòu)建方法如下(1)、對已有產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,根據(jù)分析結(jié)合功能元列表,提取出產(chǎn)品所包含的全部功能元;O)、分析各功能元之間的關(guān)系,計(jì)算每一個(gè)功能元之間的關(guān)聯(lián)強(qiáng)度構(gòu)造功能關(guān)系矩陣;(3)、依據(jù)功能關(guān)系矩陣用模糊數(shù)學(xué)中的λ -截距矩陣的方法進(jìn)行功能元的聚類,得到父功能;G)、復(fù)步驟(3)直到父功能為產(chǎn)品的總功能。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種機(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域的成熟產(chǎn)品功能分析方法,首先定義了功能層次矩陣和功能關(guān)系矩陣對功能進(jìn)行描述,同時(shí)構(gòu)建了功能元列表,其次,基于功能元列表,分析一類產(chǎn)品包含的功能元,并用功能層次矩陣和功能關(guān)系矩陣表示功能元之間的關(guān)系,最后,采用模糊設(shè)計(jì)中λ-截距矩陣的方法對功能關(guān)系矩陣進(jìn)行處理,得到該產(chǎn)品的功能樹,實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品自底向上的功能分解。本發(fā)明避免了粒度的過粗或過細(xì)的問題,同時(shí),用功能層次矩陣和功能關(guān)系矩陣表示功能及其之間的關(guān)系有利于計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)。
文檔編號G06F17/50GK102508968SQ20111035160
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月9日
發(fā)明者丁月, 白穎, 紀(jì)愛敏, 苑明海 申請人:河海大學(xué)常州校區(qū)