一种产品设计冲突问题传导变换协调方法

摘要

本发明涉及产品创新设计工程领域，具体涉及一种产品设计冲突问题传导变换协调方法。本发明包括以下步骤：以用户需求CRs作为产品修改的驱动因素作出需求的层次化分析，通过需求检索项提取、与用户交互询问、系统引导的方式获取用户需求CRs，对所获取的用户需求CRs划分为功能性需求FRs和非功能性需求NFRs，将功能性需求FRs作为修改驱动需求，并在技术层面进行可行性评估。本发明的有益效果是定性定量的描述了客户对产品功能需求、对变更设计详细的求解及变更传播产生的传导问题提供了行之有效的协调方法、简单且易于计算机系统实现、形式化描述了传导变换知识、得到的结果科学合理。

说明书

技术领域

本发明涉及产品创新设计工程领域，具体涉及一种产品设计冲突问题传导变换协调方法。

背景技术

产品设计时，功能实现是产品设计意图所在，其在产品概念设计和修改设计中均为重要研究内容。对于机械产品开发设计，功能是其价值的主要体现，也是用户选择产品的重要参考依据，在产品设计中，用户的功能需求已成为其修改设计的主要驱动因素。

现有的制造业产品设计大多为适应性修改设计，即在原产品基体上通过结构层的修改设计实现功能层的完善，进而满足用户相应功能需求。而以功能需求为驱动的产品适应性修改设计往往面临错综复杂的相关关系，为减少设计矛盾，降低设计成本，同时现有产品重用设计一般侧重于某一结构的修改，对由相关性引起的传导变化及如何利用传导变换对产品结构层实施修改协调却没有做相应的深入。

周建强、赵燕伟、洪欢欢等发表的基于需求驱动的性能冲突可拓传导变换协调方法[J].计算机集成制造系统,2013，19(6):1205-1215。周建强、赵燕伟、洪欢欢等发表的基于可拓变换的产品性能冲突传导协调方法[J].中国机械工程,2014,25(5):661-668。此发表的两篇论文虽然针对产品性能设计中的冲突问题，提出了可拓传导变化方法以协调冲突矛盾问题，但对于变更设计的详细求解及变更传播所产生的传导问题还缺乏一种行之有效的协调方法。

发明内容

为了克服背景技术的不足，本发明实施例提供一种产品设计冲突问题传导变换协调方法。

本发明实施例的技术方案是：包括以下步骤：

1)以用户需求CRs作为产品修改的驱动因素作出需求的层次化分析，通过需求检索项提取、与用户交互询问、系统引导的方式获取用户需求CRs，对所获取的用户需求CRs划分为功能性需求FRs和非功能性需求NFRs，将功能性需求FRs作为修改驱动需求，并在技术层面进行可行性评估，采用动词加名词的方式实现功能的准确表达Ft，引入功能参数FP对各功能进一步精确量化表达，U为产品实例功能域可拓集论域，u为U中任意元素，y＝k(u)为E的关联函数：

E＝{(u,y)|u∈U,y＝k(u)∈R}；

可拓集功能论域U划分功能满足域V++、功能偏差域V

2)将可拓适应性修改功能模块内部功能元素对应的具体结构单元，根据功能性需求FRs构建功能-行为-结构映射FBS，根据功能独立、行为共存、结构独立的分解原则，通过将单层功能-行为-结构映射FBS扩展至多层功能-行为-结构映射FBS，构建产品的功能-结构纵向多层映射模型实现功能域中各功能元素向实体结构单元映射，A

所述3i-2，j，k分别为功能事元A

3)将功能-行为-结构映射FBS划分为结构-结构相关、结构-功能相关、功能-功能相关三个维度，再将功能-功能相关转换为底层的结构-结构相关，将各要素相关性情况归结为以结构-结构相关为基底，以结构-功能相关为反馈的综合相关性传导，以结构物元M

4)引入变换操作算子T作为修改操作工具，以相关网节点为实施对象，将T分成置换变换算子TS、增加变换算子TI、删减变换算子TD、扩大变换算子TE、缩小变换算子TR、复制变换算子TC、幺变换算子TY七类形成公式T＝{T

5)对产品与用户需求之间的矛盾进行分析提取传导触发元CUT，引入事元蕴含分析作为产品内部传导触发元CUT提取工具，通过事元蕴含分析先确定核触发零件，其次对核触发零件进一步分析提取零件核触发特征，事元蕴含分析的推理可表示为：

将传导触发元CUT的修改设置成传导触发条件，通过判断导触发条件来明确产品修改设计时何时何处会发生传导变化，所述触发条件包括传导触发元CUT、传导从动元CDU、特征物元相关性矩阵R

6)引入传导变换效应CE作为传导变换的定量分析指标，根据传导变换形式，将传导变换产生的效应变化分为结构间传导变换效应CE

从多个相关元素的主动变换效应的传导变换效应中提取传导变换算子，得到由主动变换T

7)M

所述变换操作矩阵为主动变换T

优选地，所述特征物元相关性矩阵R

所述结构-行为-功能反向传导机制SBF的相关反馈传导步骤如下：

1)结合事元蕴含推理从产品功能偏差域V

2)将结构层的修改产生的前后差异传导至行为层；

3)将行为层的变化效应传导至目标功能层；

4)所述功能偏差域V

5)将产品功能对应的功能参数值与用户需求功能对应的功能参数值重新匹配，，当关联函数值k＜1时返还至步骤1，当关联函数值k≥1时停止对结构层修改操作且此时产品功能满足用户的实际需求。

优选地，所述结构-行为-功能反向传导机制SBF的相关反馈传导步骤中的步骤4当中的功能满足域V++存在共享结构的变化，所述功能满足域V++中的功能元素在功能强度上不得低于满意强度区间左端点值。

优选地，所述结构间传导变换效应CE

1)确定传导触发元CTU，实施主动变换T

2)结合相关网，判断传导触发元CTU是否有对应的传导从动元CDU，当传导触发元CTU有对应的传导从动元CDU时转至下一步骤3，否则传导变换发生条件不足，转至步骤5；

3)确定传导触发元CTU与传导从动元CDU相关关系类型，确定传导变换发生的约束关系；

4)计算传导触发元CTU的传导变换效应CE值，如果传导变换效应CE>触发阈值δ，则传导变换发生，否则传导变换发生条件不足，转至步骤5；

5)结束。

本发明的有益效果是定性定量的描述了客户对产品功能需求、对变更设计详细的求解及变更传播产生的传导问题提供了行之有效的协调方法、简单且易于计算机系统实现、形式化描述了传导变换知识、得到的结果科学合理。

附图说明

图1为本发明的用户需求层次化分析图。

图2为本发明的用户需求层次化解析流程图。

图3为本发明的相关网。

图4为本发明实例裁剪机的工作示意图。

图5为本发明实例裁剪机传送系统多层分解图

图6为本发明实例裁剪机的相关网。

图7为本发明实例裁剪机的裁剪机传送系统物元相关性矩阵图。

图8为本发明实例裁剪机的传动链断裂问题事元蕴含推理分析图。

图9为本发明实例裁剪机的传送系统组件图。

图10为本发明实例裁剪机传送系统组件适应性修改图。

图11为本发明实例裁剪机改进后传送组件简化模型仿真图。

具体实施方式

下面针对附图对本发明的实施例作进一步说明：

如图1-图11所示，本实施例提供一种产品设计冲突问题传导变换协调方法，包括以下步骤：

1)以用户需求CRs作为产品修改的驱动因素作出需求的层次化分析，通过需求检索项提取、与用户交互询问、系统引导的方式获取用户需求CRs，对所获取的用户需求CRs划分为功能性需求FRs和非功能性需求NFRs，将功能性需求FRs作为修改驱动需求，并在技术层面进行可行性评估，采用动词加名词的方式实现功能的准确表达Ft，引入功能参数FP对各功能进一步精确量化表达，U为产品实例功能域可拓集论域，u为U中任意元素，y＝k(u)为E的关联函数：

E＝{(u,y)|u∈U,y＝k(u)∈R}；

可拓集功能论域U划分功能满足域V++、功能偏差域V

2)将可拓适应性修改功能模块内部功能元素对应的具体结构单元，根据功能性需求FRs构建功能-行为-结构映射FBS，根据功能独立、行为共存、结构独立的分解原则，通过将单层功能-行为-结构映射FBS扩展至多层功能-行为-结构映射FBS，构建产品的功能-结构纵向多层映射模型实现功能域中各功能元素向实体结构单元映射，A

所述3i-2，j，k分别为功能事元A

3)将功能-行为-结构映射FBS划分为结构-结构相关、结构-功能相关、功能-功能相关三个维度，再将功能-功能相关转换为底层的结构-结构相关，将各要素相关性情况归结为以结构-结构相关为基底，以结构-功能相关为反馈的综合相关性传导，以结构物元M

4)引入变换操作算子T作为修改操作工具，以相关网节点为实施对象，将T分成置换变换算子TS、增加变换算子TI、删减变换算子TD、扩大变换算子TE、缩小变换算子TR、复制变换算子TC、幺变换算子TY七类形成公式T＝{T

以事元形式记录变换操作，并对其进行存储，方便后期变换方案生成。

表1变换操作类型

如表1，实际变换操作时，T对特征物元的变换操作可分为量值变换、对象变换、属性变换三种，对每种变换对象的变换算子选择进行范围约束，以提高选择效率，如量值变换对应有三种变换算子，即T(v)＝T

5)对产品修改设计可看成是对设计矛盾问题的求解，为提高产品修改设计效率，对产品与用户需求之间的矛盾进行分析提取传导触发元CUT，在步骤2当中已经对产品功能域进行花费并对产品自上而下的多次功能-行为-结构映射FBS纵向分解，然后引入事元蕴含分析作为产品内部传导触发元CUT提取工具，通过事元蕴含分析先确定核触发零件，其次对核触发零件进一步分析提取零件核触发特征，事元蕴含分析的推理可表示为：

将传导触发元CUT的修改设置成传导触发条件，通过判断导触发条件来明确产品修改设计时何时何处会发生传导变化，所述触发条件包括传导触发元CUT、传导从动元CDU、特征物元相关性矩阵R

将初始上位事元中的矛盾问题作为初始矛盾问题，上位事元的冲突消解可以通过下位事元的冲突消解实现，初始上位事元的冲突消解可以通过底层事元的冲突消解实现，因此，可对底层事元涉及的产品结构进行提取，获取传导触发元CUT；

6)引入传导变换效应CE作为传导变换的定量分析指标，根据传导变换形式，将传导变换产生的效应变化分为结构间传导变换效应CE

从多个相关元素的主动变换效应的传导变换效应中提取传导变换算子，得到由主动变换(T

7)M

所述变换操作矩阵为主动变换T

优选地，所述特征物元相关性矩阵R

所述结构-行为-功能反向传导机制SBF的相关反馈传导步骤如下：

1)结合事元蕴含推理从产品功能偏差域V

2)将结构层的修改产生的前后差异传导至行为层；

3)将行为层的变化效应传导至目标功能层，具体为结构层因实施变换操作使得原结构层发生增加、替换、删减等变化时，对应的行为层也会有行为增加、行为参数量值变化、行为删减等变化，行为子层的变化反馈至行为父层，最终反馈至目标功能层，为层的变化效应传导至目标功能层，使得目标功能层产生质变效应和量变效应；

4)所述功能偏差域V

5)将产品功能对应的功能参数值与用户需求功能对应的功能参数值重新匹配，，当关联函数值k＜1时返还至步骤1，当关联函数值k≥1时停止对结构层修改操作且此时产品功能满足用户的实际需求。

优选地，所述结构-行为-功能反向传导机制SBF的相关反馈传导步骤中的步骤4当中的功能满足域V++存在共享结构的变化，所述功能满足域V++中的功能元素在功能强度上不得低于满意强度区间左端点值。

优选地，所述结构间传导变换效应CE

1)确定传导触发元CTU,实施主动变换T

2)结合相关网，判断传导触发元CTU是否有对应的传导从动元CDU，当传导触发元CTU有对应的传导从动元CDU时转至下一步骤3，否则传导变换发生条件不足，转至步骤5；

3)确定传导触发元CTU与传导从动元CDU相关关系类型，确定传导变换发生的约束关系；

4)计算传导触发元CTU的传导变换效应CE值，如果传导变换效应CE>触发阈值δ，则传导变换发生，否则传导变换发生条件不足，转至步骤5；

5)结束。

裁剪机是服装、皮革制造产业常用的加工设备，裁剪机的工作效率以及工作可靠性对企业盈利至关重要，裁剪机工作过程主要分为“进料→吸附→裁剪→释压→过窗”五个部分，其工作示意图如图4所示，图4当中的附图标记对应的名称如下：

1-铺布机，2-材料(布或皮革)，3-铺布台，4-传动组件，5-腔体，6-裁刀，7-膜，8-消音装置，9-控制电脑，10-整理台，11-气泵，12-电控箱。

具体工序见表2所述，其吸附过程是固定布料的最佳方式，主要采用空气动力装备对腔内气压进行调节。当前各操作工序独立且存在时间顺序性，即必须前一操作完成后方能进行后续操作，因此存在时间间隔问题，影响工作效率。现以某裁剪机生产企业中某型号裁剪机传送系统的改进设计为实例，提供一种产品设计冲突问题传导变换协调方法，包括以下步骤：

表2裁剪床裁剪工序

构建产品需求-功能映射：

获取用户需求CRs＝{01-价格适中；02-自动上下料；03-工作噪声较小；04-裁剪效率高；05-裁剪产生的废料少；06-能耗较低；07-设备操作简单}，对需求分类得到：

(1)功能性需求FRs＝{FR

(2)非功能性需求NFRs＝{NFR

对上述功能性需求FRs进一步通过功能提取表达、功能参数表达得到：

功能性需求FRs＝{FR

针对{FR

通过功能分析将原先独立完成的功能Ft

结合目标功能需求，以改变工作方式后的裁剪机为研究对象，提取过窗裁剪功能参数FP-裁割速度，根据初等关联函数计算方法得到关联函数值汇总如表3，计算所得关联函数值k(FP)∈[0,1)，结合功能域可得Ft∈V

表3关联函数值计算

产品功构层解析：

将Ft分解为Ft

上述零件进行部分约减得到产品功能主体装配零件，即零件：01-鬃毛砖支撑板，02-上滑轨，03-下滑轨，04-主梁，07-主动轴，09-从动轴，10-链轮，11-链条。对应物元模型分别为：M

构建各零件特征物元封装单元得到：

M

M

M

M

M

M

M

M

以上述零件特征物元封装体为节点，构建相关网，如图6所示。提取构建相关网中各特征物元节点，构建特征物元关系集合：

R＝{r

将各特征物元节点之间6种相关关系的量值记录于裁剪机传送系统物元相关性矩阵，如图7所示。

产品结构层传导变换协调策略生成：

如图8所示，以相关性分析作为裁剪机传送系统内部结构传导变换协调实施基础，进一步通过事元蕴含推理，初始上位事元A

结合上述事元蕴含推理分析，以减小接触摩擦力f作为传送系统矛盾问题的根本解决途径，提取下位事元中的支配对象作为传导触发元，即CTU＝{ctu

下面对ctu

对提取的ctu

将上式对ctu

对提取的ctu

将上式对ctu

对传导触发元CTU＝{ctu

对适应性修改后的传送系统组件进行简化模型构建及仿真，如图11所示，以布料堆叠厚度h＝30mm，真空腔负压P＝22000Pa，真空腔规格(长a＝2900mm，宽b＝2050mm，高c＝900mm)为例，得到简化模型最大应力处σ

将上述传导变换协调策略汇总提取得到：

对比图8中的原传送系统组件结构，可以发现通过提出的变换协调方法改进的传送系统组件很好的重用了原有结构，且对原有组件结构改动程度较小，实现以较小的代价完成产品结构层的修改协调进而满足功能需求。

本实施例不应视为对发明的限制，但任何基于本发明的精神所作的改进，都应在本发明的保护范围之内。