[发明专利]基于可拓聚类的零件分类方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种零件产品的分类方法。

背景技术

聚类的概念并不是一个新的概念，早在20世纪初期的建筑行业中，将建筑按 照功能分成可以自由组合的建筑单元的概念就已经存在，这时的建筑模块强调在 几何尺寸上可以实现连接和互换。然后，聚类的概念被引入机械制造业，人们进 一步将所分模块与物理产品的功能联系到了一起，模块具有了明确的功能定义特 征、几何连接接口，以及功能输入、输出接口特征。随着计算机软件技术的发展， 模块的概念又被用到了非物理产品领域，在软件行业模块的概念被广泛的实践着， 大型的软件系统(比如PTC公司的Windchill系统)的模块化趋势越来越明显。

零件分类技术是产品族配置设计的基础性技术之一，通过形成有效的配置单 元来支持着产品族设计和配置设计。传统的分类方法着眼于用户，重点是部件的 标准化，一定功能的部件不再是单一的部件，而是一些列性能和结构各异但功能 相同的可互换部件，用户可以根据需要自行组装。面向大规模定制的分类技术以 分解和组合为基础，强调配置单元的互换性和通用性。它打破了“模块就是部件 的通用化、标准化”的观点，广泛采取CAD技术，力求以最少的模块组合完成 尽可能多的产品现有设计模块划分方法主要包括两类：一类是功能分析法，即根 据产品的子功能及其相互间的关系来划分设计模块；另一类是零件分析法，即根 据产品的零件及其相互之间的依赖关系来划分模块。前者强调模块的功能独立性， 一般用于需求分析和概念设计阶段。后者考虑模块的几何和物理独立性，更多应 用在一般工业产品族设计中，在保持基本功能不变的情况下，通过个性化零件的 匹配或变型获得不同的产品性能，以满足不同的客户需求。在此情况下，采用零 件分析法进行设计模块划分，将零件的变化和零件之间的功能几何及物理关联统 一考虑能够更好地保证配置重构过程的高效率。

由产品配置模型生成理论可知，设计中的功能和行为等约束不可能完全独立 于结构而存在，同时结构特征也是顾客需求的载体，因此整个配置模块应围绕产 品族内部结构特征展开。又因为顾客的需求多样化、模糊化和难以准确表达的特 点，使得结构之间映射的关联度降低，其复杂联系难于语义表述，甚至是无法表 述，这将直接影响着配置结果的准确性和顾客满意度。 产品零件分类有以下几个主要标准：

(1)通过所设计的产品族和所使用的变型方法，组合出所需产品；

(2)在设计和制造中有较高的复用性，以便形成批量生产、降低成本；

(3)合适的划分粒度，以便组合变型，又不增加零件管理的工作量；

(4)考虑所设计模块在产品全生命周期(包括设计、制造、销售、维护等) 中的经济性和便利性。

一般说来，零件分类应遵循以下标准：

(1)保持分类部件在功能和结构方面具有一定的独立性和完整性；

(2)分类部件与分类部件之间的相关度要尽量小，即弱耦合，模块内部之间的相 关度要尽量大，即强耦合；

(3)零件分解的粒度要适中，分解的粒度太大，零件之间的耦合度必然增加；分 解粒度越小，导致划分过于零碎，可操作性差；

(4)部件分类要从系统分析角度出发，避免因设计人员主观经验带来的片面性和 盲目性。

聚类分析是将现实中模糊性问题进行归类分析的一种方法。虽然聚类分析在实 际中有很多数据处理的应用，但在产品开发领域的研究目前尚不多见。应用聚类 思想自底向上的来确立整个产品设计平台是目前研究设计平台的有效方法，很多 专家和学者对此进行了研究。Erik J.Zamirowski[1]根据顾客需求和产品用途建立 统一产品族功能结构图，并根据功能规则和变异规则对功能进行相似性聚类，以 识别出产品族通用模块；William L.Moore，Jordan J[2]提出了利用联合分析理论进 行产品属性和属性值的通用性分析，并进行产品族设计的方法；Mitchell M.Tseng 和Jianxin Jiao[3]等在公理设计理论基础上利用聚类分析实现了电子产品设计中 的模块提取；王爱民[4]等提出了产品族构成零件基于工艺路线的关联分析的聚类 方法及对应的制造单元的规划建议。

很多的学者开始从定量方面来进行零件划分，即在产品结构设计空间，通过定 义零件之间的关联度，进而把相似单元聚类划分在同一模块中。应用一般聚类方 法对零件进行主要存在以下不足：