模块化产品族中模块和零部件通用性分析方法
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第３ ０ 卷第 ２ 期
２ ０ １ ３ 年４ 月 文章编号 ： １ ０ ０ ５ ． ０ ５ ２ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ ． ０ ０ ７ ８ ． ０ ７
华 东 交 通 大 学 学 报
Ｊ ｏ ｕ ｎａ ｒ ｌ ｏ ｆ Ｅａ ｓ ｔ Ｃｈ ｉ ｎ ａ Ｊ ｉ ａ ｏ ｔ ｏ ｎ ｇ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ ． ０ １ ． ２ ８
基金项 目： 国家 自然科 学基金项 目（ ５ １ １ ６ ５ ０ ０ ７ ， ７ ０ ７ ７ ２ ０ ９ ３ ） ； 江 西省科技厅 软科学项 目（ ２ ０ １ ０ ＤＲ ０ １ ０ ０ １ ） ； 江西省 教育厅研究 项
目（ Ｇ Ｊ Ｊ １ ３ ３ １ ３ ）
造过程等等 ） 来度量产品族的通用性程度 ， 并 以此帮助设计者均衡产 品族通用性和多样性之 间的关系。然 而， 在产 品族 （ 或 产 品平 台 ） 的动 态发 展 演进 过程 中 ， 根 据技 术 和经 济分 析对 产 品族 及其 组 成零 部件 进 行精
细化和动态性管理 ， 为演进路线和创新对象 的选择提供支持 ， 特别是在对产 品族 中模块或零部件实施 复 制、 转移 、 删除等创新操作过程中 ， 需要通过如通用性 、 成本 、 性能等指标进行评价并确定创新对象 ， 从而使 其在功能或结构上发生改变 ， 或使其综合性能得到优化 ， 或使其淘汰ｎ 。因而 ， 产 品族中模块和零部件的
Ｖｏ １ ． ３ ０ Ｎｏ ． ２ Ａｐ ｒ ． ， ２ ０ １ ３
模块化产 品族 中模块 和零 部件通 用性分析方法
王 浩 伦
（ 华东交通大学机 电工 程学 院 ． 江西 南 昌 ３ ３ ０ ０ １ ３ ） 摘要 ： 针 对产品族 中模块 或零部件 有效的分 类管理和创新对 象选择的 问题 ， 提 出 了一种基 于模 块化产品族 结构树的模块或 零部件 通用性分析方法 。在模块 化产品族层 次结构模 型的基础上 ， 细化 了模 块化产品族 中产品的结构层次表达 。考虑零部 件 和模块 的重 用数 、 成本 、 产品品种和批 量 ， 以及 尺寸形状 、 材料 、 加 工装配工 艺等影 响 因素 ， 分别在产 品族模 块层和零部件
Fra Baidu bibliotek
作者简介 ： 王浩伦（ １ ９ ８ １ 一） ， 男， 讲师， 博士 ， 主要从事大规模定制设计 ， 研 发与技术 创新 管理 ， 现代设计方法及理论 。
第２ 期
王浩伦 ： 模块化产品族 中模块 和零部件通用性分析方法
７ ９
通用性作为评价和选择产品族结构动态演进创新对象和有效管理的重要指标有必要进行进一步研究 。因 此， 本文在模块化产品族体系结构模型的基础上 ， 考虑零部件层和模块层上零部件和模块的重用数、 成本 、
件， 同时提 出零部件耦合指标 （ ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｄ ｅ ｘ ） 评价产品族 中零部件之间的耦合关系。国内学者朱斌等 通 过模块实例通用度和变异模块通用度两个指标表示产品族中通用性度量 ； 刘夫云 ， 祁 国宁等ｎ 们 提 出了基于
复杂 网络 的零部 件通 用性 分 析方法 。 综上所述 ， 目前 众 多 通用 性 指标 往 往 通 过不 同的参 数 （ 如通 用 零部 件 数量 、 零部 件 成 本 、 接 口关 系 、 制
随着市场需求和技术 的变化 ， 企业需要进行不 同层次的产品平台创新（ 如优化创新 、 扩展创新和升级创 新） ， 使产品平台不断地动态更新 。在此动态变化过程中， 产品族结构（ Ｐ Ｆ Ａ ） 也将做出相应 的调整和演进 ， 其 中模块或零部件功能、 结构和使用数量等的变化影响了产 品的性能 、 质量和成本等 ， 因此 ， 产 品族 中模块和 零 部 件通 用性 成为 选择模 块 或零 部件 作 为创新 对象 和进 行 合理配 置 选择 的关 键节 点 之一 。 目 前， 国内外对产品族通用性 的研究 主要集 中在 ３ 个方面 ： ①以产 品族整体为对象的通用性研究。主 要依据通用零部件在产品族 中的数量 比例关系…； 产量 、 每种操作 的次数和零部件 成本 ； 尺寸形状 、 材料
层上提 出了单 个元件 的通用性计算方 法， 并将零部件按 自制件 和采购件分 别进行 通用性计算 。然后基 于Ｐ Ａ Ｒ Ｅ Ｔ Ｏ法则和元
件通用程 度 。 确 定模块和零部件 的类型。最后 给 出了用某企业轮 装驱动桥 产品族通用化程度的算例。
关键词 ： 模块化 ； 产品族 ； 产品平台 ； 通 用性 ； 多因素 中图分类号 ： Ｔ Ｐ ３ ９ １ ； Ｔ Ｈ１ ２ ２ 文献标志码 ： Ａ ‘
产品产量等其他影响因素 ， 提出产品族单个元素的通用性计算方法 ， 然后基于 Ｐ Ａ Ｒ Ｅ Ｔ Ｏ 法则和元件通用程
度， 确定模块和零部件的类型 ， 并 以实例说 明。
１ 模 块化产 品族结构树
图１ 为模块化产 品族结构模 型。模型分为３ 个层次 ， 即产品层 、 模块层和零部件层 。其 中， 在零部件层 次上 ， 将企业零部件库中的零部件分为通用化零部件 和个性化零部件 ； 在模块层次上 ， 根据大规模定制理 论 的基础将模块按不 同类型分为通用模块 、 柔性模块 和专用模块 ， 最后通过配置规则将各类模块组装成 的 各 种 产 品。
和制造过程ｂ 。② 以产 品族中产 品为对象的通用性研究。文献［ ４ ］ 通过零部件及相互关联关系和装配关 系提出了百分 比通用性指标 ； 文献 ［ ５ ］ 提出了功能相似性指标 （ Ｆ Ｓ Ｉ ） 帮助模块化产品的概念开发和设计 ； 文 献［ ６ ］ 提 出Ｃ Ｍ Ｃ 评价产品族设计 中每个产 品的通用性 ； 另外还有衡量参数化产 品族 中产 品多样化 （ Ｎ Ｃ Ｉ ， Ｐ Ｄ Ｉ ） 。③ 以产 品族 中零部件为研究对象 ， 文献 ［ ８ ］ 提出 Ｇ Ｖ Ｉ 识别随时间变化满足市场需求 的变化零部
２ ０ １ ３ 年４ 月 文章编号 ： １ ０ ０ ５ ． ０ ５ ２ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ ． ０ ０ ７ ８ ． ０ ７
华 东 交 通 大 学 学 报
Ｊ ｏ ｕ ｎａ ｒ ｌ ｏ ｆ Ｅａ ｓ ｔ Ｃｈ ｉ ｎ ａ Ｊ ｉ ａ ｏ ｔ ｏ ｎ ｇ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ ． ０ １ ． ２ ８
基金项 目： 国家 自然科 学基金项 目（ ５ １ １ ６ ５ ０ ０ ７ ， ７ ０ ７ ７ ２ ０ ９ ３ ） ； 江 西省科技厅 软科学项 目（ ２ ０ １ ０ ＤＲ ０ １ ０ ０ １ ） ； 江西省 教育厅研究 项
目（ Ｇ Ｊ Ｊ １ ３ ３ １ ３ ）
造过程等等 ） 来度量产品族的通用性程度 ， 并 以此帮助设计者均衡产 品族通用性和多样性之 间的关系。然 而， 在产 品族 （ 或 产 品平 台 ） 的动 态发 展 演进 过程 中 ， 根 据技 术 和经 济分 析对 产 品族 及其 组 成零 部件 进 行精
细化和动态性管理 ， 为演进路线和创新对象 的选择提供支持 ， 特别是在对产 品族 中模块或零部件实施 复 制、 转移 、 删除等创新操作过程中 ， 需要通过如通用性 、 成本 、 性能等指标进行评价并确定创新对象 ， 从而使 其在功能或结构上发生改变 ， 或使其综合性能得到优化 ， 或使其淘汰ｎ 。因而 ， 产 品族中模块和零部件的
Ｖｏ １ ． ３ ０ Ｎｏ ． ２ Ａｐ ｒ ． ， ２ ０ １ ３
模块化产 品族 中模块 和零 部件通 用性分析方法
王 浩 伦
（ 华东交通大学机 电工 程学 院 ． 江西 南 昌 ３ ３ ０ ０ １ ３ ） 摘要 ： 针 对产品族 中模块 或零部件 有效的分 类管理和创新对 象选择的 问题 ， 提 出 了一种基 于模 块化产品族 结构树的模块或 零部件 通用性分析方法 。在模块 化产品族层 次结构模 型的基础上 ， 细化 了模 块化产品族 中产品的结构层次表达 。考虑零部 件 和模块 的重 用数 、 成本 、 产品品种和批 量 ， 以及 尺寸形状 、 材料 、 加 工装配工 艺等影 响 因素 ， 分别在产 品族模 块层和零部件
Fra Baidu bibliotek
作者简介 ： 王浩伦（ １ ９ ８ １ 一） ， 男， 讲师， 博士 ， 主要从事大规模定制设计 ， 研 发与技术 创新 管理 ， 现代设计方法及理论 。
第２ 期
王浩伦 ： 模块化产品族 中模块 和零部件通用性分析方法
７ ９
通用性作为评价和选择产品族结构动态演进创新对象和有效管理的重要指标有必要进行进一步研究 。因 此， 本文在模块化产品族体系结构模型的基础上 ， 考虑零部件层和模块层上零部件和模块的重用数、 成本 、
件， 同时提 出零部件耦合指标 （ ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｄ ｅ ｘ ） 评价产品族 中零部件之间的耦合关系。国内学者朱斌等 通 过模块实例通用度和变异模块通用度两个指标表示产品族中通用性度量 ； 刘夫云 ， 祁 国宁等ｎ 们 提 出了基于
复杂 网络 的零部 件通 用性 分 析方法 。 综上所述 ， 目前 众 多 通用 性 指标 往 往 通 过不 同的参 数 （ 如通 用 零部 件 数量 、 零部 件 成 本 、 接 口关 系 、 制
随着市场需求和技术 的变化 ， 企业需要进行不 同层次的产品平台创新（ 如优化创新 、 扩展创新和升级创 新） ， 使产品平台不断地动态更新 。在此动态变化过程中， 产品族结构（ Ｐ Ｆ Ａ ） 也将做出相应 的调整和演进 ， 其 中模块或零部件功能、 结构和使用数量等的变化影响了产 品的性能 、 质量和成本等 ， 因此 ， 产 品族 中模块和 零 部 件通 用性 成为 选择模 块 或零 部件 作 为创新 对象 和进 行 合理配 置 选择 的关 键节 点 之一 。 目 前， 国内外对产品族通用性 的研究 主要集 中在 ３ 个方面 ： ①以产 品族整体为对象的通用性研究。主 要依据通用零部件在产品族 中的数量 比例关系…； 产量 、 每种操作 的次数和零部件 成本 ； 尺寸形状 、 材料
层上提 出了单 个元件 的通用性计算方 法， 并将零部件按 自制件 和采购件分 别进行 通用性计算 。然后基 于Ｐ Ａ Ｒ Ｅ Ｔ Ｏ法则和元
件通用程 度 。 确 定模块和零部件 的类型。最后 给 出了用某企业轮 装驱动桥 产品族通用化程度的算例。
关键词 ： 模块化 ； 产品族 ； 产品平台 ； 通 用性 ； 多因素 中图分类号 ： Ｔ Ｐ ３ ９ １ ； Ｔ Ｈ１ ２ ２ 文献标志码 ： Ａ ‘
产品产量等其他影响因素 ， 提出产品族单个元素的通用性计算方法 ， 然后基于 Ｐ Ａ Ｒ Ｅ Ｔ Ｏ 法则和元件通用程
度， 确定模块和零部件的类型 ， 并 以实例说 明。
１ 模 块化产 品族结构树
图１ 为模块化产 品族结构模 型。模型分为３ 个层次 ， 即产品层 、 模块层和零部件层 。其 中， 在零部件层 次上 ， 将企业零部件库中的零部件分为通用化零部件 和个性化零部件 ； 在模块层次上 ， 根据大规模定制理 论 的基础将模块按不 同类型分为通用模块 、 柔性模块 和专用模块 ， 最后通过配置规则将各类模块组装成 的 各 种 产 品。
和制造过程ｂ 。② 以产 品族中产 品为对象的通用性研究。文献［ ４ ］ 通过零部件及相互关联关系和装配关 系提出了百分 比通用性指标 ； 文献 ［ ５ ］ 提出了功能相似性指标 （ Ｆ Ｓ Ｉ ） 帮助模块化产品的概念开发和设计 ； 文 献［ ６ ］ 提 出Ｃ Ｍ Ｃ 评价产品族设计 中每个产 品的通用性 ； 另外还有衡量参数化产 品族 中产 品多样化 （ Ｎ Ｃ Ｉ ， Ｐ Ｄ Ｉ ） 。③ 以产 品族 中零部件为研究对象 ， 文献 ［ ８ ］ 提出 Ｇ Ｖ Ｉ 识别随时间变化满足市场需求 的变化零部