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面向模块化设计的产品多层次创新设计策略研究

内容来源:机械设计与制造工程杂志      浏览次数:46      更新时间:2018-05-14

                                      宋兴格1,万〓浩1,妥世花1,刘〓超1,甘吴波2
                                      (1.四川大学制造科学与工程学院,四川 成都〓610065)
                                      (2.重庆化医恩力吉投资有限责任公司,重庆〓401221)
摘要:为了提高企业产品的研发制造能力,建立了一种结合模块化设计思维,以用户需求为导向、多种创新设计方法为手段的多层次创新设计策略。该策略从用户需求分析层、公理设计转换层、问题的模块化分析层和模块求解层4个层面展开,首先获取用户需求并进行规范化表达,得到产品功能特征;其次根据上层分析结果,利用公理设计工具构建功能特征与设计参数之间的映射,得到产品的分解层次表和设计矩阵;然后采用模块化设计思维,将设计问题进行逐层分解与整合,进行模块化分析,得到产品的功能概念主模块、细化层子模块;最后对系统中出现的矛盾以及相关功能,进行形态学矩阵分析,对原理解进行筛选,获得最终用户满意的创新解决方案,并用一种泡沫硬化剂自动制备装置的创新设计验证了该策略的可行性。
关键词:用户需求;公理设计;发明问题解决理论;形态学矩阵;模块化思维
中图分类号:TH122〓文献标识码:A〓文章编号:2095-509X(2018)03-0091-06

    模块化设计(modular design,MD)是实现大批量定制(mass customization, MC)生产方式的核心基础。它能够有效解决客户个性化需求和大批量生产之间的矛盾,提高设计生产效率,缩短产品生命周期,便于产品更新换代和新产品的研发,提高产品质量和可靠性,便于实现标准化、通用化等。虽然模块化设计提高了生产效率,但也在一定程度上阻碍了产品的创新发展,因此针对大批量模块的个性化定制产品的升级,还需要用创新设计方法来引导。
创新设计方法是研究产品设计规律、设计程序及设计中思维和工作方法的一门综合性学科,为合理开发、设计和应用系统而采用的思想、步骤、组织和方法的总称。然而,孤立的创新设计方法现在已经不能满足客户的个性化需求,迫切需要多方法融合实现创新设计:CROSS提出了基于概念级、基于FBS等一系列的产品创新设计过程模型;清华大学的马怀宇等提出了基于TRIZ/QFD/FA的产品概念设计模型;河北工业大学的苑彩云等提出将TRIZ与TOC相结合,解决产品设计过程中出现的冲突。然而,现有的创新设计方法侧重于设计过程和解决技术问题,仍停留在需求获取技术的研究上。对创新设计方法与模块化设计的结合以及个性化需求与大批量定制生产模式的研究较少。由此可知,面向产品的模块化设计,对用户需求进行分析研究,以各种创新设计方法为手段,构建模块化思维下产品多层次创新设计策略的研究具有重要意义。

1〓以用户需求和创新设计方法为导向的创新策略
    笔者结合模块化设计思维,以用户需求为目标,各种创新设计方法为手段,通过对需求获取技术、重要度决策、功能特征获取以及产品模块划分的研究,在公理设计(axiomatic design,AD)理论、TRIZ和形态学矩阵指导下,建立了面向模块化设计的产品多层次创新设计策略。

〖HT5K〗〖STHZ〗1.1〓用户需求的采集、分析与功能特征的获取〖HT5SS〗〖STBZ〗
用户需求的获取首先需要采集和整理用户需求,可采用5W2H方法,引入用户之声(voice of customers,VOC)表收集用户的原始数据并进行整理。然后利用亲和图法(the KJ method,KJ)对需求进行合并归类,做到相互独立,形成层次分明的需求树结构。最后采用层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)定量分析用户需求之间的关系。层次分析法的核心是将复杂的需求进行归......


基金项目:四川省科技支撑计划项目(2017GZ0079);赛尔网络下一代互联网技术创新项目(NGII20160801)
作者简介:宋兴格(1992—),男,重庆人,四川大学硕士研究生,主要研究方向为创新设计理论、多方法融合设计等。


(文章来源《机械设计与制造工程》杂志如需详细资料请联系江苏机械门户网客服QQ:2980918915,电话025-83726289)

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