[01813404]面向大批量定制的柴油发动机模块化设计平台的开发

课题来源与背景：“面向大批量定制的柴油发动机模块化设计平台的开发(桂科攻12118017-3)”是2012年广西区科技厅批准立项的科学研究与技术开发计划项目。针对柴油发动机产品升级换代加快，生命周期缩短，新产品投入市场风险加大且成功率低的问题，为满足顾客在低成本、高质量和和个性化等方面的需求，该项目将模块化设计应用到柴油发动机，通过借用成熟的设计模块，有效减少专用件，降低设计风险和成本。项目总体目标是形成面向产品族的复杂机电产品模块化设计方法；开发面向大批量定制的柴油发动机模块化设计平台；提高柴油发动机零部件重用率并缩短产品设计周期。技术原理及性能指标：针对复杂产品零部件众多、关联关系复杂等特点，提出了一种适合于复杂产品的模块划分方法。首先给出最小最大划分的定义，然后根据零部件之间的各种关联关系进行复杂产品的初步划分并计算出其最小最大划分。根据最大划分的子集将复杂产品的零部件分为模块组并在各模块组内以最小划分的子集为计算单元进行聚类分析，根据模块聚合度确定阈值而得到复杂产品的模块划分结果。该方法具有计算量小、最优的阈值和合理的权因子等优点。研究产品模块库分析技术，提出了模块重用度优化方法。针对模块重用度不高，冗余实例过多的问题提出了一种模块库的聚类分析方法。首先给出了模块库、模块重用度、模块实例相似度、冗余矩阵和聚类中心等模块库的相关定义，并通过模块参数相似度的计算构造相似度矩阵，然后对模块进行聚类分析来消除冗余的模块实例，从而提高模块的重用度。提出了模块化产品的多层次配置方法。首先根据客户的约束性需求筛选符合客户需求的产品核心平台；然后建立由客户需求映射到核心平台的相似矩阵，并计算符合要求的核心平台与客户需求之间的相似度，选择相似度最高的核心平台作为产品配置的最优平台；最后根据模块之间的配置规则和客户需求进行定制模块的配置。结合玉柴YCPADS系统开发了柴油发动机模块库和模块管理平台，包括客户需求管理、发动机选型、选件匹配、整车设计评审、样机装配等模块，平台能完成根据客户需求进行产品选装选配以及整机性能评价等功能。完成了柴油发动机的零部件规范和编码、模块划分、模块建模、模块库设计和模块接口设计等模块化基础工作，并已经完成了YC6DV、YC4S、YC4Q、YC4Y、YC4EG等多个柴油机新产品的开发。技术的创造性与先进性：⑴将模块化设计技术应用到柴油发动机产品族的设计之中，并开发了面向柴油发动机的模块管理平台，在平台总体设计的基础上完成模块编码、模块管理系统和模块化产品配置等功能。⑵开发了柴油发动机模块库和模块管理平台，包括客户需求管理、发动机选型、选件匹配、整车设计评审、样机装配等模块，平台能完成根据客户需求进行产品选装选配以及整机性能评价等功能。⑶提出了一种基于最小最大划分的复杂产品的模块化方法，并对产品模块库进行分析提出了模块重用度优化方法以及模块化产品的多层次配置方法。技术的成熟程度，适用范围和安全性：结合广西玉柴机器股份有限公司YCPADS系统开发了柴油发动机模块库和模块管理平台，成功开发了一个面向大批量定制的柴油发动机模块化设计平台，从而实现了柴油发动机的模块化开发和设计，项目主要应用成果有：通过模块库和模块管理平台的应用，提高产品开发效率并缩短产品设计周期；通过规范产品命名流程、零部件ABC分析和模块重用度优化，提高产品模块和零部件重用率；在企业内深化模块化设计技术，形成模块化设计相关的企业内部标准2个，并基本将广西玉柴机器股份有限公司建设为产品模块化设计方面的数字化设计应用示范企业。应用情况及存在的问题：成功开发了一个面向大批量定制的柴油发动机模块化设计平台，实现柴油发动机的模块化开发和设计，主要应用成果如下：⑴项目结合广西玉柴机器股份有限公司YCPADS系统开发了柴油发动机模块库和模块管理平台，完成了柴油发动机的模块划分、模块建模、模块库设计和模块接口设计等工作，已经完成了YC6DV、YC4S、YC4Q、YC4Y、YC4EG等多个柴油机新产品的开发，极大缩短了开发周期并有效提升了开发质量；⑵通过模块库和模块管理平台的应用，提高产品开发效率30%，缩短产品设计周期45%以上；⑶通过规范产品命名流程、零部件ABC分析和模块重用度优化，提高产品模块和零部件重用率35%；⑷基于模块化设计的产品零部件一次设计成功率超过95%；⑸在企业内深化模块化设计技术，形成模块化设计相关的企业内部标准2个，并基本将广西玉柴机器股份有限公司建设为产品模块化设计方面的数字化设计应用示范企业。项目研究过程中主要存在的不足之处有：⑴产品模块库相关技术的研究，模块库是产品模块化并进行配置设计的基础，在今后的研究中要加强产品模块化知识库、模块配置规则库的研究，实现基于模块库的自适应配置方法；⑵模块化设计技术的应用深化，包括面向柴油发动机的模块化设计平台的功能完善，模块库、标准库和模块化知识库的构建和以及在柴油发动机全系列产品中应用推广，平台与其它相关系统的集成应用研究等。