以客戶需求為導向的產品模塊規(guī)劃方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種以客戶需求為導向的產品模塊規(guī)劃方法，根據客戶需求和模塊間的對應關系，建立設計依賴矩陣（DDM，Design?Dependency?Matrix）；將模塊關聯關系分為強關聯和弱關聯；基于DDM聚類結果，結合模塊間關聯關系，建立產品模塊設計結構矩陣（DSM，Design?structure?matrix）；在保證客戶需求聚類前提下的對DSM進行聚類，實現考慮客戶需求的產品模塊規(guī)劃。模塊規(guī)劃過程簡單，不受主觀影響，從而有效解決了現有技術中存在的缺陷。
【專利說明】以客戶需求為導向的產品模塊規(guī)劃方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及產品任務劃分領域，具體為一種以客戶需求為導向的產品模塊規(guī)劃方法。
【背景技術】
[0002]模塊化設計方法作為增強企業(yè)快速反應能力，提高產品復雜度的有效手段，在制造業(yè)中得到了廣泛應用。模塊化設計以模塊為基礎，通過對模塊進行組合和修改形成新的產品。由于產品的復雜程度越來越高，組成產品的模塊種類也越來越多。過多的產品模塊不僅不利于管理，而且容易導致任務分配不明確，降低設計效率。在市場經濟條件下，客戶的需求決定產品的發(fā)展方向。為了保持模塊化設計方法快速反應客戶需求的能力，降低模塊管理成本，需要對模塊進行規(guī)劃，根據模塊劃分結果，指導任務的分解，提高設計效率，降低管理成本。因此，對產品模塊進行規(guī)劃，是產品任務劃分的難點。
[0003]一種產品模塊規(guī)劃方法是根據模塊的功能關聯關系和模塊間的幾何相關性，對產品模塊進行劃分。根據產品的子功能及其相互間的關系，兼顧產品的零部件及其相互之間的依賴關系進行產品模塊規(guī)劃。模塊的功能和幾何關系都屬于產品設計約束。基于模塊的功能和幾何關系對|吳塊進行劃分，能有效的組織功能|吳塊，避免或減少|吳塊間的幾何關聯，實現產品任務的分解。這種方法的局限性是:僅考慮產品設計約束，忽略了客戶需求等外部因素。模塊規(guī)劃結果更適用于企業(yè)的成熟產品，當客戶需求發(fā)生變化時，新的需求可能關系到多個任務部門，將增加部門間的協(xié)調成本，開發(fā)新產品周期延長。
[0004]一種產品模塊規(guī)劃方法是綜合考慮企業(yè)資源，為影響模塊規(guī)劃的各個因素添加權值，使用智能算法或模糊聚類等優(yōu)化算法對產品模塊進行劃分。首先確定產品模塊劃分相關的各個影響因素，如客戶、供應商、模塊功能、接口關聯等。根據各個因素對模塊劃分的影響程度高低為每個影響因素確定權值，將所有因素綜合考慮，建立模塊劃分目標方程(矩陣)。使用智能算法或模糊聚類等優(yōu)化算法進行求解，得到模塊規(guī)劃結果。這種方法的局限性是:權值的確定主要基于生產經驗，模塊規(guī)劃結果容易受到主觀影響。

【發(fā)明內容】

[0005]要解決的技術問題
[0006]本發(fā)明的目的是針對現有技術進行產品模塊規(guī)劃不注重客戶需求，且容易受到主觀影響的不足，提出一種以客戶需求為導向的產品模塊規(guī)劃方法。
[0007]技術方案
[0008]本發(fā)明根據客戶需求和模塊間的對應關系，建立設計依賴矩陣(DDM，DesignDependency Matrix);將模塊關聯關系分為強關聯和弱關聯；基于DDM聚類結果，結合模塊間關聯關系，建立產品模塊設計結構矩陣(DSM, Design structure matrix);在保證客戶需求聚類前提下的對DSM進行聚類，實現考慮客戶需求的產品模塊規(guī)劃。模塊規(guī)劃過程簡單，不受主觀影響，從而有效解決了現有技術中存在的缺陷。[0009]本發(fā)明的技術方案為:
[0010]所述一種以客戶需求為導向的產品模塊規(guī)劃方法，其特征在于:采用以下步驟:
[0011]步驟1:根據客戶需求與模塊的關聯關系建立客戶需求一模塊DDM矩陣:其中DDM矩陣為一個m行η列的長方陣，DDM矩陣第i行代表第i個客戶需求DDM矩陣第j列表示第j個模塊cj，若Ti與存在關聯關系，則矩陣元素mu=1，否則mu=0，最終建立DDM矩陣 M=Dnij], (i=l, 2...，m; j=1, 2...，n)；
[0012]步驟2:去除矩陣M中的零值列，生成行列相關的矩陣Mk ;將矩陣Mk對角化，生成矩陣Mdiag;
[0013]步驟3:對Mdiag聚類，形成聚類結果Mc:
[0014]步驟3.1:選擇矩陣Mdiag進入步驟3.2:
[0015]步驟3.2:選擇進入該步驟的矩陣中的下三角矩陣中高度最高的矩形空白區(qū)域進入步驟3.3 ；
[0016]步驟3.3:以進入該步驟的矩形空白區(qū)域右上角頂點為交叉點畫水平線h和垂直線V，將矩陣Mdiag劃分為四個象限；
[0017]步驟3.4:如果V的右側區(qū)域有被h截斷的列，則選擇下三角矩陣中高度次之的矩形空白區(qū)域，進入步驟3.3 ;如果V的右側區(qū)域不存在被h截斷的列，則將象限2和象限4中的區(qū)域劃分為兩個子類矩陣；
[0018]步驟3.5:針對象限4的子類矩陣，循環(huán)執(zhí)行步驟3.2~步驟3.4，直到h和矩陣Mdiag下邊界重合；形成聚類結果Mc ；
[0019]步驟4:根據聚類結果Mc,建立產品模塊DSM — Mp ;其中Mp中的模塊按照聚類矩陣Mc的列順序排序，將無關聯|吳塊依次添加到DSM的最后行與最后列；
[0020]步驟5:根據聚類結果，將Mp劃分成若干個子塊，將Mp的每一個子塊用B表示，沿對角線自上而下依次為B1~Bk ;
[0021]步驟6:根據模塊間的幾何關聯關系對模塊關系進行分類:兩模塊位置相關且尺寸相關為強關聯，兩模塊僅位置相關為弱關聯，兩模塊不存在關聯關系為無關聯；根據模塊間的幾何關聯結果對nXn的方陣Mp賦值，若模塊i與模塊j之間存在強關聯，則矩陣元素mPij=2，若模塊i與模塊j之間存在弱關聯，則矩陣元素mPU=l，若模塊i與模塊j之間無聯，則矩陣元素mPij=0, i ≠ j ；
[0022]步驟7:對Mp聚類，形成聚類結果:
[0023]步驟7.1:遍歷無關聯模塊列，查找強關聯元素Hiij ；
[0024]步驟7.2:若第i行riΠ Bk≠Φ則模塊j與子塊Bk中的模塊存在強關聯，將模塊j并入Bk ；
[0025]步驟7.3:循環(huán)執(zhí)行步驟7.1~步驟7.2，直至存在強關聯元素的無關模塊都并入相應的子塊中；
[0026]步驟7.4:對Bk進行對角化,使Bk中的所有非零元素聚集在對角線附近；
[0027]步驟7.5:如果子塊與子塊Bt中存在強關聯模塊，則調整Bt的位置到Brt，Kt ；
[0028]步驟7.6:將Bk和其它模塊按照弱關聯元素的高度進行排序，其中Bk的高度以最聞的弱關聯兀素為準；
[0029]步驟7.7:將高度相同的弱關聯模塊劃分為一個子塊，稱為弱關聯子塊，從而得到聚類矩陣MP_。；
[0030]步驟8:根據模塊數量和子塊間的強關聯關系將各個子塊進行組合，形成包含S個模塊子集的模塊規(guī)劃方案，使各個模塊子集中的模塊數量差不超過5個，且模塊子集中的模塊與其它模塊子集中的模塊不存在強關聯。
[0031]有益效果
[0032]本發(fā)明的有益效果是，通過對客戶需求與模塊的對應關系以及模塊間的強弱關聯關系進行分析，采用將工程問題轉化為矩陣問題求解的思想。使用DDM分析方法將與客戶需求相關的模塊進行聚類，以此為基礎，結合模塊間的強弱關聯關系，使用DSM將與客戶需求無關的模塊融入模塊聚類結果，形成以客戶需求為導向的模塊規(guī)劃方案。通過此方法進行產品模塊規(guī)劃，將產品模塊按照客戶需求分為若干類，分配到各個任務部門。當新的客戶需求出現時，能夠根據客戶需求快速定位相關模塊，改變傳統(tǒng)設計過程“客戶需求——功能需求——產品模塊”的工作模式。而且此方法不需要人工確定權值，可以避免模塊規(guī)劃過程中的主觀影響。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1是罐式半掛車客戶需求一模塊DDM。
[0034]圖2是去除零值列后的矩陣Μκ。
[0035]圖3是對矩陣Mk對角化后的結果Mdiag。
[0036]圖4是對矩陣Mdiag聚類后的結果M。。
[0037]圖5是根據Mc和產品模塊強弱關聯關系建立的DSM — MP。
[0038]圖6是將Mp的子塊進行聚類的結果。
[0039]圖7是根據DSM聚類結果組合生成的產品模塊規(guī)劃方案。
【具體實施方式】
[0040]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明方法做進一步說明:
[0041]實施例:某型罐式半掛車，包括35個功能模塊。對于此型罐式半掛車，客戶的需求項共有14個。
[0042]由于模塊間幾何關聯緊密，無法通過幾何相關性進行模塊的劃分。傳統(tǒng)的劃分方法是根據主功能模塊及其相關附件將模塊劃分為三類:罐體及附件、車架及附件、管路及附件。使用此種規(guī)劃方案，當客戶需求既與罐體相關也與車架相關時，就需要兩部門協(xié)調，共同進行調整，工作效率低。
[0043]本發(fā)明解決其技術問題的技術方案是:所述的一種以客戶需求為導向的產品模塊規(guī)劃方法，首先根據客戶需求和模塊的對應關系建立DDM矩陣，通過對DDM進行去除零值列、對角化、聚類等運算，將產品模塊按照與客戶需求的對應關系進行聚類。然后根據DDM聚類結果和模塊間的幾何關聯關系建立DSM矩陣，通過對DSM進一步聚類，將產品模塊劃分為若干子類。最后以DSM聚類結果為基礎組合形成產品模塊規(guī)劃方案。其包括如下步驟:
[0044]步驟1:根據客戶需求與模塊的關聯關系建立客戶需求一模塊DDM矩陣:DDM為一個14行35列的長方陣，矩陣M，如圖1所示，DDM矩陣第i行代表第i個客戶需求ri; DDM矩陣第j列表示第j個模塊c”若ri與存在關聯關系，則矩陣元素mu=l，否則Hlij=O。[0045]步驟2:去除矩陣M中的零值列，生成行列相關的矩陣Μκ，如圖2所示；將矩陣Mk對角化，生成矩陣Mdiag,如圖3所示；對角化方法采用Simon Li在文章Amatrix-basedclustering approach for the decomposition of design problems， Research inEngineering Design，2011.22 (4):263-278 中提出的方法。
[0046]步驟3:對Mdiag聚類，形成聚類結果MC:
[0047]步驟3.1:選擇矩陣Mdiag進入步驟3.2:
[0048]步驟3.2:選擇進入該步驟的矩陣中的下三角矩陣中高度最高的矩形空白區(qū)域進入步驟3.3 ；
[0049]步驟3.3:以進入該步驟的矩形空白區(qū)域右上角頂點為交叉點畫水平線h和垂直線V，將矩陣Mdiag劃分為四個象限；其中交叉點右上方為第一象限，依次逆時針順序為第二、三、四象限；
[0050]步驟3.4:如果V的右側區(qū)域有被h截斷的列，則選擇下三角矩陣中高度次之的矩形空白區(qū)域，進入步驟3.3 ;如果V的右側區(qū)域不存在被h截斷的列，則將象限2和象限4中的區(qū)域劃分為兩個子類矩陣；
[0051]步驟3.5:針對象限4的子類矩陣，循環(huán)執(zhí)行步驟3.2~步驟3.4，直到h和矩陣Mdiag下邊界重合；形成聚類結果M。,如圖4所示；
[0052]步驟4:根據聚類結果Mc,建立產品模塊DSM — Mp ;其中Mp中的模塊按照聚類矩陣Mc的列順序排序，將無關聯|吳塊依次添加到DSM的最后行與最后列；
[0053]步驟5:根據聚類結果，將 Mp劃分成若干個子塊，由于無關聯模塊沒有參與DDM聚類，每一個無關聯模塊為一個單獨的子塊。將Mp的每一個子塊用B表示，沿對角線自上而下依次為B1~Bk ;
[0054]步驟6:根據模塊間的幾何關聯關系對模塊關系進行分類:兩模塊位置相關且尺寸相關為強關聯，兩模塊僅位置相關為弱關聯，兩模塊不存在關聯關系為無關聯；根據模塊間的幾何關聯結果對nXn的方陣Mp賦值，若模塊i與模塊j之間存在強關聯，則矩陣元素mPij=2，若模塊i與模塊j之間存在弱關聯，則矩陣元素mPU=l，若模塊i與模塊j之間無聯，則矩陣元素mPij=0, i ^ j ；
[0055]Mp是一個35X35的方陣,根據模塊間的幾何關聯,為Mp賦值。若模塊i與模塊j之間存在強關聯，則矩陣元素mPij=2 (i古j)，使用符號.表示。若模塊i與模塊j之間存在弱關聯，則矩陣元素mPij=l(i Φ j)，使用符號〇表示。若模塊i與模塊j之間無聯，則矩陣元素mPU=0(i Φ j)，在圖中為空白，如圖5所示(第一行陰影所示區(qū)域表示相應子塊對應的客戶需求，圖6，7中陰影區(qū)域示意相同)。
[0056]步驟7:對Mp聚類，形成聚類結果MP_C:
[0057]步驟7.1:遍歷無關聯模塊列，查找強關聯元素Hiij ；
[0058]步驟7.2:若第i行則模塊j (如模塊7)與子塊Bk中的模塊存在強關聯，將模塊j (c」，r」)并入BK;
[0059]步驟7.3:循環(huán)執(zhí)行步驟7.1~步驟7.2，直至存在強關聯元素的無關模塊都并入相應的子塊中；
[0060]步驟7.4:對Bk進行對角化,使Bk中的所有非零元素聚集在對角線附近；
[0061]步驟7.5:如果子塊B,與子塊Bt中存在強關聯模塊，則調整Bt的位置到Brt，Kt ；[0062]步驟7.6:將Bk和其它模塊按照弱關聯元素的高度進行排序，其中Bk的高度以最聞的弱關聯兀素為準；
[0063]步驟7.7:將高度相同的弱關聯模塊劃分為一個子塊，稱為弱關聯子塊，從而得到聚類矩陣MP_。；本實施例將高度相同的弱關聯模塊劃分弱關聯子塊5，8，9，10。生成聚類矩陣MP_。，如圖6所示。
[0064]步驟8:根據模塊數量和子塊間的強關聯關系將各個子塊進行組合，形成包含S個模塊子集的模塊規(guī)劃方案，使各個模塊子集中的模塊數量差不超過5個，且模塊子集中的模塊與其它模塊子集中的模塊不存在強關聯。
[0065]本實施例根據模塊數量和子塊間的強關聯關系將各個子塊進行組合，形成包含3個模塊子集的模塊規(guī)劃方案取，B2,}，(B3, B4, BJ，{B6, B7, B8, B9, B10I，子集I?3的模塊數量分別為12、9、14，且模塊子集中的模塊與其它模塊子集中的模塊不存在強關聯，如圖7所
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【權利要求】
1.一種以客戶需求為導向的產品模塊規(guī)劃方法，其特征在于:采用以下步驟: 步驟1:根據客戶需求與模塊的關聯關系建立客戶需求一模塊DDM矩陣:其中DDM矩陣為一個m行η列的長方陣，DDM矩陣第i行代表第i個客戶需求DDM矩陣第j列表示第j個模塊(^，若A與存在關聯關系，則矩陣元素mu=l，否則mu=0，最終建立DDM矩陣M= [mij], (i=l, 2...，m; j=l, 2...，n)； 步驟2:去除矩陣M中的零值列，生成行列相關的矩陣Mk ;將矩陣Mk對角化，生成矩陣Mdiag ? 步驟3:對Mdiag聚類，形成聚類結果Mc: 步驟3.1:選擇矩陣Mdiag進入步驟3.2: 步驟3.2:選擇進入該步驟的矩陣中的下三角矩陣中高度最高的矩形空白區(qū)域進入步驟 3.3 ; 步驟3.3:以進入該步驟的矩形空白區(qū)域右上角頂點為交叉點畫水平線h和垂直線V，將矩陣Mdiag劃分為四個象限； 步驟3.4:如果V的右側區(qū)域有被h截斷的列，則選擇下三角矩陣中高度次之的矩形空白區(qū)域，進入步驟3.3 ;如果V的右側區(qū)域不存在被h截斷的列，則將象限2和象限4中的區(qū)域劃分為兩個子類矩陣； 步驟3.5:針對象限4的子類矩陣，循環(huán)執(zhí)行步驟3.2~步驟3.4，直到h和矩陣Mdiag下邊界重合；形成聚類結果Mc; 步驟4:根據聚類結果Mc，.建立產品模塊DSM — Mp ;其中Mp中的模塊按照聚類矩陣Mc的列順序排序，將無關聯1?塊依次添加到DSM的最后行與最后列； 步驟5:根據聚類結果，將Mp劃分成若干個子塊，將Mp的每一個子塊用B表示，沿對角線自上而下依次為Bi~BK; 步驟6:根據模塊間的幾何關聯關系對模塊關系進行分類:兩模塊位置相關且尺寸相關為強關聯，兩模塊僅位置相關為弱關聯，兩模塊不存在關聯關系為無關聯；根據模塊間的幾何關聯結果對nXn的方陣Mp賦值，若模塊i與模塊j之間存在強關聯，則矩陣元素mPij=2，若模塊i與模塊j之間存在弱關聯，則矩陣元素mPU=l，若模塊i與模塊j之間無聯，則矩陣元素mPij=0, i ^ j ； 步驟7:對Mp聚類，形成聚類結果MP_。: 步驟7.1:遍歷無關聯模塊列，查找強關聯元素Hiij ； 步驟7.2:若第i行則模塊j與子塊Bk中的模塊存在強關聯，將模塊j并入Bk ; 步驟7.3:循環(huán)執(zhí)行步驟7.1~步驟7.2，直至存在強關聯元素的無關模塊都并入相應的子塊中； 步驟7.4:對Bk進行對角化，使Bk中的所有非零元素聚集在對角線附近； 步驟7.5:如果子塊與子塊Bt中存在強關聯模塊，則調整Bt的位置到Brt，r<t ；步驟7.6:將Bk和其它|旲塊按照弱關聯兀素的聞度進行排序，其中Bk的聞度以最聞的弱關聯元素為準； 步驟7.7:將高度相同的弱關聯模塊劃分為一個子塊，稱為弱關聯子塊，從而得到聚類矩陣MP_C ；步驟8:根據模塊數量和子塊間的強關聯關系將各個子塊進行組合，形成包含S個模塊子集的模塊規(guī)劃方案，使各個模塊子集中的模塊數量差不超過5個，且模塊子集中的模塊與其它模塊子集中的模塊不存.在強關聯。
【文檔編號】G06F17/50GK103473405SQ201310391275
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月31日 優(yōu)先權日:2013年8月31日
【發(fā)明者】喬虎, 莫蓉, 向穎, 常智勇, 萬能, 孫惠斌 申請人:西北工業(yè)大學