专利名称：成熟产品功能分析方法
技术领域：
本发明涉及一种成熟产品功能分析方法，属于机械设计与自动化领域。
背景技术：
产品的功能分析是产品模块化的基础，功能分析不管对产品的创新设计还是已有产品的改型设计都是必不可少的。功能分解的一般过程是从产品的总功能开始，采用向后推进的方法寻找实现当前功能的手段，直到最后功能为止。现有的文献往往是按照公理化设计(Axiomatic Design, AD)的理论，提出了“功能域-物理域-原理域”的功能分解方法， 将功能转换成行为描述，但其基本思路还是遵从一般功能分解过程。对于完全创新的产品而言，上述方法是符合设计者思维习惯，有利于产品创新，但功能分解粒度的难以确定。对于成熟产品同样面临功能分解粒度问题。但目前已有专利中，未见有针对成熟产品的功能分析方法。
发明内容
本发明针对现有技术方法的不足，提供了成熟产品功能分析方法。本发明的主要技术内容如下一种成熟产品功能分析方法，包含以下步骤(1)、对产品功能进行描述，定义了功能层次矩阵和功能关系矩阵对功能进行描述，同时构建功能元列表；O)、基于功能元列表，分析一类产品包含的功能元，功能元指在本行业设计中没有必要分解的功能，并用功能层次矩阵和功能关系矩阵表示功能元之间的关系；(3)、采用模糊设计中λ -截距矩阵的方法对功能关系矩阵进行处理，得到该产品的功能树，实现对产品自底向上的功能分解。上述步骤(3)中功能树用二元组表示FT = (F，FE)，F是功能树中的节点集，即功能集；FE是功能树中边的结合表示功能间的附属和约束关系；功能树的根结点代表整机的功能，叶结点表示零部件的功能；功能树中如果叶节点没有分叉，此叶节点为不可在分的功能元；功能树中叶节点按重要度I排序，在同一层中左边的叶节点重要度大于右边重要度。上述步骤⑴中功能层次矩阵是ηΧη上三角矩阵，η = |F|即所述功能树中的节点集总数，对角元素为功能的编号，非对角元素为0或1，设i，j为树中的节点，(i，j)为连接i与j的边，(i，j) e FE时非对角元素为1，否则为0 ；所述功能矩阵中同层的功能可以互换，功能树对应的功能层次矩阵并不唯一；为了使功能树和功能层次矩阵一一对应，按照功能树中I的排序确定在功能层次矩阵中的位置，I指具有同一父功能的同层字功能的重要度。上述功能层次矩阵有以下的属性(1)、功能层次矩阵与功能树相互唯一确定，一一对应；(2)、功能层次矩阵对角元素描述了节点功能信息；
(3)、功能层次矩阵列的顺序反应出同层节点的重要度排序信息。上述步骤(1)中功能关系矩阵指功能元之间的相互连接关系和强度。上述的功能元具有载体，所述的载体是元模块，所述元模块由功能元映射得到；功能元与元模块的关系为一对多映射；不同的行业可根据自身的特点给出符合自身需求的功能元列表，并对功能元进行分类编号，同时建立与之对应的元模块列表，功能元列表和元模块列表具有映射关系。上述的功能元的提取是建立在成熟产品结构基础上的，功能元的提取具有以下准则(1)元模块应具有独立性，而在结构上具有整体性和封装性；(2)在设计过程中，对元模块只进行选配、组合，最多包括变型设计，不进行适应性或创新设计；(3) 一个功能元对应多个元模块，一个元模块只对应一个功能元。上述步骤(3)中的功能树的构建方法如下(1)、对已有产品的结构进行分析，根据分析结合功能元列表，提取出产品所包含的全部功能元；(2)、分析各功能元之间的关系，计算每一个功能元之间的关联强度构造功能关系矩阵；(3)、依据功能关系矩阵用模糊数学中的λ -截距矩阵的方法进行功能元的聚类， 得到父功能；(4)、复步骤(3)直到父功能为产品的总功能。本发明提供的一种成熟产品功能分析方法，与现有技术相比具有明显优势和有益效果(1)本发明用功能层次矩阵和功能关系矩阵表示功能及其之间的关系有利于计算机编程实现。(2)本发明建立了功能元列表，以此为基础进行功能分解避免了粒度的过粗或过细的问题。。(3)本发明描述了功能元列表的结构和元模块列表的对应关系，结合功能分解结果和“功能-结构”映射关系，可为成熟产品的模块化打下了基础。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式
由以下实施例及其附图详细给出。
图1为功能串联关系的关系图及功能关系矩阵表达；图2为功能并联关系的关系图及功能关系矩阵表达；图3为功能反馈关系的关系图及功能关系矩阵表达；图4为功能树的示意图；图5为功能树同层功能关系示意图；图6为功能树中功能元关系示意图7为功能层次矩阵示意图；图8为功能关系矩阵示意图；图9为功能元列表与元模块列表示意图；图10为功能树的构建流程示意图；图11为实施例中功能元之间关系示意图；图12为图11中对应的功能关系矩阵示意图；图13为实施例中子功能之间关系示意图；图14为图13中对应的功能关系矩阵示意图；图15为实施例中功能分析得到的功能树与功能层次举证示意图。
具体实施例方式为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的其具体实施方式
、结构、特征及其功效，详细说明如后。一种成熟产品功能分析方法，包含以下步骤(1)、对产品功能进行描述，定义了功能层次矩阵和功能关系矩阵对功能进行描述，同时构建功能元列表；O)、基于功能元列表，分析一类产品包含的功能元，功能元指在本行业设计中没有必要分解的功能，并用功能层次矩阵和功能关系矩阵表示功能元之间的关系；(3)、采用模糊设计中λ -截距矩阵的方法对功能关系矩阵进行处理，得到该产品的功能树，实现对产品自底向上的功能分解。上述步骤(3)中功能树用二元组表示FT = (F，FE)，F是功能树中的节点集，即功能集；FE是功能树中边的结合表示功能间的附属和约束关系；功能树的根结点代表整机的功能，叶结点表示零部件的功能；功能树中如果叶节点没有分叉，此叶节点为不可在分的功能元；功能树中叶节点按重要度I排序，在同一层中左边的叶节点重要度大于右边重要度。上述步骤⑴中功能层次矩阵是ηΧη上三角矩阵，η = |F|即所述功能树中的节点集总数，对角元素为功能的编号，非对角元素为0或1，设i，j为树中的节点，(i，j)为连接i与j的边，(i，j) e FE时非对角元素为1，否则为0 ；所述功能矩阵中同层的功能可以互换，功能树对应的功能层次矩阵并不唯一；为了使功能树和功能层次矩阵一一对应，按照功能树中I的排序确定在功能层次矩阵中的位置，I指具有同一父功能的同层字功能的重要度。上述功能层次矩阵有以下的属性(1)、功能层次矩阵与功能树相互唯一确定，一一对应；(2)、功能层次矩阵对角元素描述了节点功能信息；(3)、功能层次矩阵列的顺序反应出同层节点的重要度排序信息。上述步骤⑴中功能关系矩阵指功能元之间的相互连接关系和强度。图1、图2、 图3表示了功能关系及对应的功能关系矩阵。图8表达了产品功能关系矩阵，功能关系矩
阵中7F21 $表示F1和F2I的关联强度。产品的功能分解见图4，同层功能与功能元之间的关系见图5、图6，下面用功能层次矩阵和功能关系矩阵表达产品功能树。功能层次矩阵同层的功能按其在产品中的重要度从大到小排序。功能关系矩阵表明了功能的连接关系和连接强度。图7、图8中给出了产品的功能层次矩阵与功能关系矩阵，图7中重要度I指按同层且同一个父功能的子功能重要度大小排列。功能关系矩阵的构造功能层次矩阵中的非对角元素为0，1和对角元素为对应功能编码，因此求解较容易。功能关系矩阵中的元素为关联强度Iu，0和对应功能编码，因此构造功能关系矩阵最重要的是计算关联强度Iu。把功能之间的关系分为(1)功能关联若&与。为同一上级功能的子功能，则称&与。功能关联；(2)装配关联若&与f」之间存在着装配关系，则称与f」装配关联；(3)空间关联若&与行的载体在产品中占据相同的空间，则称&与。空间关联；(4)信息关联若&与f」之间存在着能量流、信息流和力流等交换关系，则称&与 fj信息关联。功能之间的关联性有η种，第k种权重为Wk，功能&与。的关联度
与Λ满足第众各关联关系时
权利要求
1.一种成熟产品功能分析方法，其特征在于包含以下步骤(1)、对产品功能进行描述，定义了功能层次矩阵和功能关系矩阵对功能进行描述，同时构建功能元列表；O)、基于功能元列表，分析一类产品包含的功能元，功能元指在本行业设计中没有必要分解的功能，并用功能层次矩阵和功能关系矩阵表示功能元之间的关系；(3)、采用模糊设计中λ-截距矩阵的方法对功能关系矩阵进行处理，得到该产品的功能树，实现对产品自底向上的功能分解。
2.根据权利要求1所述的成熟产品功能分析方法，其特征在于所述步骤(3)中功能树用二元组表示FT = (F，FE)，F是功能树中的节点集，即功能集；FE是功能树中边的结合表示功能间的附属和约束关系；功能树的根结点代表整机的功能，叶结点表示零部件的功能； 功能树中如果叶节点没有分叉，此叶节点为不可在分的功能元；功能树中叶节点按重要度 I排序，在同一层中左边的叶节点重要度大于右边重要度。
3.根据权利要求1所述的成熟产品功能分析方法，其特征在于所述步骤(1)中功能层次矩阵是ηΧη上三角矩阵，n= |F|即所述功能树中的节点集总数，对角元素为功能的编号，非对角元素为0或1，设i，j为树中的节点，(i，j)为连接i与j的边，(i，j) eFE时非对角元素为1，否则为0 ；所述功能矩阵中同层的功能可以互换，功能树对应的功能层次矩阵并不唯一；为了使功能树和功能层次矩阵一一对应，按照功能树中I的排序确定在功能层次矩阵中的位置，I指具有同一父功能的同层字功能的重要度。
4.根据权利要求3所述成熟产品功能分析方法，其特征在于所述功能层次矩阵有以下的属性(1)、功能层次矩阵与功能树相互唯一确定，一一对应；(2)、功能层次矩阵对角元素描述了节点功能信息；(3)、功能层次矩阵列的顺序反应出同层节点的重要度排序信息。
5.根据权利要求1所述的成熟产品功能分析方法，其特征在于所述步骤(1)中功能关系矩阵指功能元之间的相互连接关系和强度。
6.根据权利要求1所述的成熟产品功能分析方法，其特征在于所述的功能元具有载体，所述的载体是元模块，所述元模块由功能元映射得到；功能元与元模块的关系为一对多映射；不同的行业可根据自身的特点给出符合自身需求的功能元列表，并对功能元进行分类编号，同时建立与之对应的元模块列表，功能元列表和元模块列表具有映射关系。
7.根据权利要求6所述的成熟产品功能分析方法，其特征在于所述的功能元的提取是建立在成熟产品结构基础上的，功能元的提取具有以下准则(1)、元模块应具有独立性，而在结构上具有整体性和封装性；O)、在设计过程中，对元模块只进行选配、组合，最多包括变型设计，不进行适应性或创新设计；(3)、一个功能元对应多个元模块，一个元模块只对应一个功能元。
8.根据权利要求1中所述成熟产品功能分析方法，其特征在于所述步骤(3)中的功能树的构建方法如下(1)、对已有产品的结构进行分析，根据分析结合功能元列表，提取出产品所包含的全部功能元；O)、分析各功能元之间的关系，计算每一个功能元之间的关联强度构造功能关系矩阵；(3)、依据功能关系矩阵用模糊数学中的λ -截距矩阵的方法进行功能元的聚类，得到父功能；G)、复步骤(3)直到父功能为产品的总功能。
全文摘要
本发明是关于一种机械设计及自动化技术领域的成熟产品功能分析方法，首先定义了功能层次矩阵和功能关系矩阵对功能进行描述，同时构建了功能元列表，其次，基于功能元列表，分析一类产品包含的功能元，并用功能层次矩阵和功能关系矩阵表示功能元之间的关系，最后，采用模糊设计中λ－截距矩阵的方法对功能关系矩阵进行处理，得到该产品的功能树，实现对产品自底向上的功能分解。本发明避免了粒度的过粗或过细的问题，同时，用功能层次矩阵和功能关系矩阵表示功能及其之间的关系有利于计算机编程实现。
文档编号G06F17/50GK102508968SQ20111035160
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月9日 优先权日2011年11月9日
发明者丁月, 白颖, 纪爱敏, 苑明海 申请人:河海大学常州校区