[发明专利]一种考虑可靠性设计需求的广义功能模型构建方法

摘要

广义功能模型是指在传统功能模型基础上，增加功能保持需求后泛化形成的功能模型。传统功能模型构建时，并未全面地考虑可靠性因素，更未在模型中明确表征各个功能对应的可靠性要求。针对该问题，本专利设计了一种考虑可靠性设计需求的广义功能模型构建方法。步骤一，包含功能保持需求的功能模型扩展，首先根据顾客需求确定功能实现需求，在此基础上通过识别功能故障模式确定与每一项功能实现需求对应的可靠性设计需求，最后归并形成功能保持需求，完成功能模型扩展。步骤二，设计功能原理模型的表征方法，构建广义功能模型。即设计了一套功能模型的元模型，结合产品工作原理运用元模型建立产品的广义功能模型。

主权项

1.一种考虑可靠性设计需求的广义功能模型构建方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一：包含功能保持需求的功能模型扩展对产品的功能域进行扩展，将顶层抽象的总功能逐层分解细化，同时建立各个子功能之间的联系；将功能需求分解为功能实现需求和功能保持需求，对应的功能域则分解为功能实现域和功能保持域；功能实现需求(FRR)是指产品设计中功能性能的需求，即为了满足用户需求所设计的产品功能需求；功能实现域(FRRD)是指由功能实现需求项全集构成的设计需求子域；功能保持需求(FPR)是使功能实现域中的各项功能得到保持的需求，其获取需要从时间、使用环境条件两方面考虑，其具体表现为可靠性设计需求；功能保持域(FPRD)是指由功能保持需求项全集构成的设计需求子域；易知功能域FD＝FRRD∪FRPD，且功能保持需求与功能实现需求之间存在多对多映射关系，FPR服务于FRR，是从功能实现需求角度考虑时间、环境扰动、不确定性因素等影响而生成的，可靠性设计是功能设计的补过程；如果产品的设计方案无法满足顾客要求，意味着部分主要功能未实现，即产品是不可靠的；(1)识别功能故障模式设计师根据顾客需求梳理功能实现域，包括n项功能实现需求，记为FRRi(i＝1,2,…n)；设计师针对每一项功能实现需求FRRi(i＝1,2,…n)，以功能失效、功能不连续、功能不完整、性能偏差、功能时刻偏差、不期望功能这六类功能故障状态为依据，系统化分析并识别每一项功能实现需求在使用过程中所表现出的功能故障模式，记为集合{FMij(i＝1,2,…n,j＝1,2,…ni)}；(2)确定可靠性设计需求针对每一项功能实现需求故障模式FMij(i＝1,2,…n,j＝1,2,…ni)，从时间、使用环境、作用原理三个角度出发分析其故障原因，并逐项给出对应的设计措施，包括增加功能、提高功能性能指标、减少功能、增加功能设计约束，进而生成可靠性设计需求，即功能保持需求，作为关联功能的设计约束，记为集合{FPRijk(i＝1,2,…n,j＝1,2,…ni,k＝1,2,…nij)}；最终，所有功能保持需求{FPRijk(i＝1,2,…n,j＝1,2,…ni,k＝1,2,…nij)}的并集则构成功能保持域FPRD的子集，即(3)归并可靠性设计需求存在同一项可靠性设计需求，可以同时约束多项功能实现需求，使其功能得以持续保持；因此，第三步需要归并可靠性设计需求；归并规则包括：a)若其中i＝l，j＝m，k＝q不同时成立，则保留{FPRlmq(l＝1,2,…n,m＝1,2,…nl,q＝1,2,…nlm)}，删除{FPRijk(i＝1,2,…n,j＝1,2,…ni,k＝1,2,…nij)}；b){FPRijk(i＝1,2,…n,j＝1,2,…ni,k＝1,2,…nij)}∩{FPRlmq(l＝1,2,…n,m＝1,2,…nl,q＝1,2,…nlm)}≠Φ，其中i＝l，j＝m，k＝q不同时成立，则在集合{FPRijk(i＝1,2,…n,j＝1,2,…ni,k＝1,2,…nij)}中保留交集元素，在集合{FPRlmq(l＝1,2,…n,m＝1,2,…nl,q＝1,2,…nlm)}中去掉交集元素；步骤二：设计广义功能模型的元模型，并基于此建立广义功能模型步骤一确定了功能实现需求FRRi(i＝1,2,…n)之间及其与功能保持需求FPRijk(i＝1,2,…n,j＝1,2,…ni,k＝1,2,…nij)之间的映射关系，但并未给出可视化的产品作用原理，下一步则通过建模明确产品作用原理；产品广义功能模型的元素及其表征方法包括：(1)主单元：是指必达需求单元、主功能单元、主物理单元，用方框表示；主单元的属性信息包括标识(即单元名称)、单元编码、输入、输出、不确定性干扰、不期望输出、关键指标或主要功能；其中，输入、输出、不确定性干扰、不期望输出分别通过单元左、右、上、下四个边的端口表示，其类别包括物料、信号、能量；物料用“空心向右箭头”表示，信号用“虚线向右箭头”表示；能量用“实线向右箭头”表示；(2)辅单元(愿望需求单元、辅功能单元、辅物理单元)及其输入、输出、不确定性干扰、不期望输出、关键指标或主要功能；该图元的属性说明与主单元相同，端口属性也相同；功能原理模型需要明确表征各功能实体之间的关系；(3)逻辑关系包括顺序、并行、重复、选择、多输出、迭代、循环、从属；a)顺序：包含开始节点和结束节点，从左→右表示功能的执行顺序；b)并行(&)：表示并联分支上的所有功能同时执行；如果某一分支上串联了多项功能，则顺序执行；c)重复(RP)：表示功能被重复执行，是并行模型的特例；d)选择(OR)：表示模型中所有分支的其中之一被执行，其余均不执行；只要指定分支的所有逻辑及功能都执行完毕，则继续执行后续功能；具体执行哪一分支的逻辑和功能则是由事先确定的激励、计划、规则来决定的；e)多输出：如果一个功能有多个输出的可能，则需要定义相应的逻辑或规则，使其每次只能输出一个；因此，多输出模型中必包含选择(OR)模型；f)迭代(IT)：表示指定集合内的功能和行为将按照给定的次数或者频率执行多次；g)循环(LP)：表示循环节点之间的功能需要重复执行，直到满足指定的输出条件，其中至少包含一个选择(OR)节点和一个循环输出节点；功能实现需求与功能保持需求之间只有“保持”与“被保持”的关系；功能保持需求之间不存在关联关系；基于上述元素及产品内部的作用原理，即可建立产品的广义功能模型。