面向客户需求变更的复杂机械产品建模及变更响应研究

摘要

客户需求变更在复杂机械产品设计过程中不可避免，且会造成产品设计延误及设计成本增加。当客户提出需求变更时，如何快速响应并做出科学决策是企业急需打造的核心竞争力。在此背景下，如何对复杂机械产品结构进行量化表达、如何对客户需求变更传播过程进行动态描述、如何对客户需求变更影响进行科学评估以及如何快速低成本进行产品配置更新再设计？是当前复杂机械产品设计过程中变更响应亟待解决的重要问题。　　针对客户需求变更，本文基于复杂网络理论对复杂机械产品进行建模并对变更响应问题进行深入研究。论文中解决的关键科学问题主要包括：面向客户需求变更的复杂机械产品结构表达、客户需求变更传播过程分析、客户需求变更影响评估以及复杂机械产品再配置设计。　　论文的主要研究内容简述如下：　　第一，为量化表达复杂机械产品结构，面向客户需求变更构建复杂机械产品模块化网络模型。首先，论文基于区间直觉模糊集从零部件间的功能相关性、物理结构相关性、客户参与度和可持续性四个方面量化产品零部件之间的关联强度；在此基础上，基于复杂网络建模理论，以零部件为网络节点、零部件之间的关联关系为网络边、零部件之间的关联强度为网络权重，构建复杂机械产品零部件关联网络模型，以实现复杂机械产品结构的量化表达。其次，将度中心性和广义介数与经典GN算法相结合，提出改进GN算法对复杂机械产品进行模块划分并构建复杂机械产品模块化网络模型。最后，以某2.5WM风力发电机组的建模及模块划分为例对本章的研究方法加以应用，验证本章研究方法的有效性。　　第二，为动态描述客户需求变更在复杂机械产品模块化网络模型中的传播过程，基于复杂网络传播动力学和无标度网络演化机理构建客户需求变更传播模型。根据节点在网络中的位置以及与其他节点之间的关联关系，将节点分为根节点、叶节点和中间节点三类，分析不同类型节点的变更传播特性；以无标度网络演化机理为基础，结合复杂机械产品模块化网络结构特征及拓扑特性，分析变更传播引起的网络节点的增加和删除、边的增长和删除以及节点间的择优连接；在此基础上，构建客户需求变更传播模型，该模型动态描述了上、下游节点的变更传播过程。此外，为深入揭示变更传播机理，论文计算各个时刻的变更传播速率以及已变更节点的比率，以充分反映不同初始变更节点的变更传播速率和传播范围；计算各个节点的出点强度和入点强度，以分析不同节点的传播类型；计算各个节点的中心性，以识别影响变更传播的关键零部件。最后，以风力发电机组设计过程中的客户需求变更传播过程为例对本章所提的方法加以验证，验证本文方法的有效性。　　第三，为准确评估客户需求变更对复杂机械产品设计的影响，提出基于网络全局参数的客户需求变更影响评估方法。首先，为提高变更传播路径的搜索效率，以初始变更节点为基准，根据节点间的关联关系，划分节点的层级，进而，提出基于节点层级划分的可行变更传播路径搜索方法。然后，为系统评估客户需求变更影响，提出基于网络全局参数的客户需求变更影响评估方法，通过该方法评估客户需求变更的积极影响和消极影响；在此基础上，提出响应客户需求变更请求的决策策略，包括效率优先策略、最小变更成本优先策略、最小变更时间优先策略三个主策略和无耦合优先策略、最近消解优先策略两个辅助策略，以指导企业对客户需求变更进行科学决策。最后，以评估风力发电机组的变更影响为例对本章的研究方法加以验证，并指导企业对客户需求变更做出科学决策。　　第四，接受客户需求变更请求后，为提高复杂机械产品配置更新效率，提出分别针对不同零部件类型的复杂机械产品配置更新方法。首先，提出基于复杂网络全局参数的全局通用性零部件分类方法，通过综合考虑了零部件在产品机械产品族中的使用数量及功能权重，实现更加科学的零部件分类。其次，对于通用件的配置更新，提出基于规则推理和模糊相似性方法的通用件模块配置更新和零部件参数调整相结合的复杂机械产品通用件的配置更新方法；对于定制件的配置更新，针对不同的定制件参数类型，以最小化质量损失和最大化客户满意度满意度为目标，构建定制件的配置更新模型，并运用嵌入正交杂交的差分进化算法对其求解。最后，以风力发电机组在客户需求变更驱动下的配置更新问题为例验证本章研究的有效性，结果表明本章研究方法有效提高了产品配置更新效率。　　综上所述，本文的研究成果以期提升复杂机械产品设计中企业对客户需求变更决策和响应的科学性和高效性，同时丰富复杂机械产品设计领域理论体系。

目录

1 绪 论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1复杂机械产品结构表达

1.2.2变更传播研究

1.2.3变更影响研究

1.2.4复杂机械产品再配置研究

1.2.5研究现状总结

1.3研究问题的提出

1.4.1研究目的

1.4.2研究意义

1.5研究内容及章节安排

1.6课题来源

1.7本章小结

2 面向客户需求变更的复杂机械产品建模及变更响应总体研

2.1客户需求变更的获取及转化

① 客户需求变更的概念

② 客户需求变更的获取

③ 客户需求变更的转化

2.2客户需求变更下的复杂机械产品设计的基本特征

2.3复杂机械产品建模及变更响应研究框架

2.4复杂机械产品建模及变更响应的技术路线

2.5本章小结

3 面向客户需求变更的复杂机械产品结构表达

3.1引言

3.2复杂机械产品零部件关联网络模型构建

3.2.1复杂机械产品零部件间关联关系及关联强度分析

3.2.2复杂机械产品零部件关联网络模型

3.2.3网络特性分析

3.3.1问题描述

3.3.2基于改进GN算法的模块划分

3.4应用案例

3.4.1复杂机械产品结构网络模型构建

3.4.2复杂机械产品模块划分

3.4.3结果讨论分析

3.5本章小结

4 基于复杂机械产品模块化网络模型的客户需求变更传播过

4.1引言

4.2变更传播特性分析

4.3变更驱动的网络演化机理分析

4.4客户需求变更传播模型构建

4.5若干关键变更传播机理揭示

4.5.1零部件变更传播能力分析

4.5.3零部件引起的变更传播类型分析

4.5.2影响变更传播的关键零部件的识别

4.6应用案例

4.7本章小结

5 基于复杂机械产品模块化网络模型的客户需求变更影响评

5.1引言

5.2可行变更传播路径搜索

5.2.1节点层级划分

5.2.2基于节点层级划分的可行变更传播路径搜索

5.3客户需求变更影响评估

① 变更积极影响

② 变更消极影响

5.4客户需求变更决策策略

① 最小变更成本优先策略

② 效率优先策略

③ 最小变更时间优先策略

5.5应用案例

5.5.1可行变更传播路径搜索

5.5.2客户需求变更影响评估及客户需求变更决策

5.5.3结果讨论分析

5.6本章小结

6 变更驱动下的复杂机械产品配置更新

6.1引言

6.2基于复杂网络的零部件通用性分析

6.3基于规则推理和模糊相似性的通用件配置更新

6.3.1通用件的模块配置更新

6.3.2通用件的零部件参数调整

6.4基于客户满意度的定制件配置更新

① 最大化客户满意度

② 最小化产品质量损失

③ 最小化参数变更量

6.5应用案例

6.6本章小结

7 结论与展望

7.1论文结论

7.2研究展望

参考文献

附录

A. 攻读博士学位期间发表及完成的论文

B. 攻读博士学位期间参与的项目

C. 学位论文数据集

致谢