一种产品设计需求和可拆卸性耦合情景识别方法技术

本发明专利技术提出一种产品设计需求和可拆卸性耦合情景识别方法，步骤为：先运用质量屋将设计要求和可拆卸性需求转化为产品的设计参数和可拆卸性设计特征；通过灰色关联分析，建立产品的设计参数和可拆卸性设计特征的相关性矩阵，获取设计需求和可拆卸性的耦合关联度；在此基础上，建立基于拆卸Petri网的可拆卸性评价指标表达模型，用于关键耦合区域综合拆卸指数评估，识别出可拆卸性耦合产生的冲突参数，并给出冲突类型与优先级排序。本发明专利技术提供一种设计需求和可拆卸性的耦合关系判定方法，为企业分析可拆卸性和设计要求提供设计依据，提高识别的准确性。提高识别的准确性。提高识别的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种产品设计需求和可拆卸性耦合情景识别方法


[0001]本专利技术属于机械设计方法领域，涉及一种基于产品设计需求和可拆卸性耦合情景识别方法。

技术介绍

[0002]可持续性发展的绿色理念逐渐兴起。在此背景下，可拆卸性设计作为绿色设计的研究重点，是一种综合考虑产品成本、性能和再制造性的设计方法学。在概念设计阶段，融入对产品拆卸信息的考虑，能够有效避免拆卸过程中零部件损坏和拆卸效率低下等问题，提升零件的循环再制造率。
[0003]在产品开发阶段，往往以用户偏好作为设计目标，使产品更好地满足用户期望(参见非专利文献1)，而忽略对产品生命周期末端的环境效益考虑。现有研究技术主要从可持续性和环境的角度展开研究，分析设计要求对环境的影响因素(参见非专利文献2、非专利文献3、专利文献1)。对可拆卸性的研究，更侧重于设计方案的拆卸性能提升(参见非专利性文献4、专利文献2、专利文献3)，以及拆卸方案的评估(参见非专利性文献5、非专利性文献6)。
[0004]目前，尚未生成针对性的设计流程对设计需求和可拆卸性的耦合关系的分析与识别技术，对设计人员的专业知识要求高、识别的差异性大，不能精确的判断出可拆卸性设计中存在的设计问题。上述参考文件如下：
[0005]非专利性文献
[0006]非专利文献1：Vollmer等,Gr Interakt Org(2022)53:225
–
240
[0007]非专利文献2：Halstenberg等,Procedia CIRP 29(2015)603<br/>–
608
[0008]非专利文献3：Li等,Journal of Cleaner Production 282(2021)124481
[0009]非专利性文献4：Chu等,Computers in Industry,2009,60(7):485
–
500
[0010]非专利性文献5：Yang等,Resources,Conservation and Recycling,53(2009)448
–
454
[0011]非专利性文献6：Zahedi等，Sustainable Materials and Technologies 29(2021)e00316
[0012]专利性文献
[0013]专利文献1：中国专利申请公开第111719745号说明书，公开号为CN111719745AB
[0014]专利文献2：美国专利申请公开第10345876号说明书，公开号为US10345876B2
[0015]专利文献3：美国专利申请公开第7477511号说明书，公开号为US747751182。

技术实现思路

[0016]本专利技术针对上述技术问题，提供一种产品设计需求和可拆卸性耦合情景识别方法，该方法可为企业分析可拆卸性和设计要求提供设计依据，减少对设计经验的依赖，提高识别的准确性。
[0017]本专利技术的上述目的通过如下技术方案来实现：
[0018]一种产品设计需求和可拆卸性耦合情景识别方法，包括以下步骤：
[0019]步骤1、将产品作为中间变量，对设计说明和相关拆卸准则进行提炼，获得产品的设计要求和可拆卸性需求，利用质量屋多级转化方法，将设计要求和可拆卸性需求分别转化为产品的设计参数和可拆卸性设计特征。
[0020]步骤2、基于灰色关联分析方法，建立设计参数和可拆卸性设计特征的相关性矩阵，根据对环境管理的要求，判断设计参数和可拆卸性设计特征的灰色关联度，识别设计需求和可拆卸性的关键耦合区域；
[0021]步骤3、建立产品的可拆卸性评价指标表达模型与功能
‑
结构映射模型，计算关键耦合区域的可拆卸性综合评价指数，评估关键耦合区域的拆卸水平，并判断耦合作用的类型，识别出不易于拆卸的关键耦合区域，其中不易于拆卸的关键耦合区域定义为具有负向作用关系的耦合区域。
[0022]步骤4、针对步骤3中识别出具有负向作用关系的耦合区域，进一步分析构成冲突的设计要求和可拆卸性需求，根据步骤1设计要求和设计参数质量屋，以及步骤3中的可拆卸性评价指标，运用ENV模型，确定冲突的控制参数和评价参数，并建立基于ENV的负向耦合情景模型；
[0023]步骤5、根据产生负向耦合关系的冲突数量，判断冲突的类型；若未产生多个冲突时，则直接输出识别结果；当产生多个冲突关系时，提取冲突的评价参数，并根据步骤1中设计要求向设计参数的转化关系和步骤3中的可拆卸性综合评价指数，并根据步骤1中设计要求向设计参数的转化关系，计算出冲突的综合重要性，并进行排序，确定冲突的优先级。
[0024]进一步的：步骤1中，获得产品的设计要求，运用抽象表达式“动作(V)+对象(0)+状态(Adj)”进行提炼；可拆卸性需求根据可拆卸性的相关国家标准和设计准则获取。
[0025]进一步的：步骤1中，将设计要求转换为设计参数的过程为：
[0026]采用模糊层次分析法，构建产品功能需求和设计参数的互补判断矩阵，见式(1)
[0027]A＝(a
ij
)
n
×
n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0028]其中，a
ij
为功能需求和设计参数的互补判断关系；
[0029]对矩阵进行一致性转化：
[0030][0031]其中，m
ik
是一致性转化后的矩阵标准值，m
i
是第i行的模糊集合，n为矩阵阶数；
[0032]根据转化后的矩阵矩阵，计算指标的综合权重：
[0033][0034]其中，常数a＝(n
‑
1)/2。
[0035]根据指标的综合权重，获取设计参数的相对重要度：
[0036][0037]其中，ω
ij
为该ij项关系矩阵分数和，N
i
(K
j
)为关系矩阵分数，通过专家对功能需求和设计参数之间的关系打分，确定功能需求和设计参数的互补判断矩阵(m
ik
)
n
×
n
。
[0038]更进一步的：步骤1中，将可拆卸性需求转化为可拆卸性设计特征的方法为：
[0039]构建可拆卸性设计需求和设计特征质量屋，根据设计参数的相对权重计算方法，获取可拆卸性设计特征相对重要度。
[0040]进一步的：步骤2包括如下步骤：
[0041]2.1、建立设计参数和可拆卸性设计特征的相关性矩阵，如下所示：
[0042][0043]其中，X
mn
表示第m行的可拆卸性设计特征和第n列设计参数的关联性评价。
[0044]2.2、运用灰色关联分析方法，计算设计参数和可拆卸性设计特征的灰色关联度，首先，对相关性矩阵进行预处理，获取矩阵标准值：
[0045][本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种产品设计需求和可拆卸性耦合情景识别方法，包括以下步骤：步骤1、将产品作为中间变量，对设计说明和相关拆卸准则进行提炼，获得产品的设计要求和可拆卸性需求，利用质量屋多级转化方法，将设计要求和可拆卸性需求分别转化为产品的设计参数和可拆卸性设计特征。步骤2、基于灰色关联分析方法，建立设计参数和可拆卸性设计特征的相关性矩阵，根据对环境管理的要求，判断设计参数和可拆卸性设计特征的灰色关联度，识别设计需求和可拆卸性的关键耦合区域；步骤3、建立产品的可拆卸性评价指标表达模型与功能
‑
结构映射模型，计算关键耦合区域的可拆卸性综合评价指数，评估关键耦合区域的拆卸水平，并判断耦合作用的类型，识别出不易于拆卸的关键耦合区域，其中不易于拆卸的关键耦合区域定义为具有负向作用关系的耦合区域。步骤4、针对步骤3中识别出具有负向作用关系的耦合区域，进一步分析构成冲突的设计要求和可拆卸性需求，根据步骤1设计要求和设计参数质量屋，以及步骤3中的可拆卸性评价指标，运用ENV模型，确定冲突的控制参数和评价参数，并建立基于ENV的负向耦合情景模型；步骤5、根据产生负向耦合关系的冲突数量，判断冲突的类型；若未产生多个冲突时，则直接输出识别结果；当产生多个冲突关系时，提取冲突的评价参数，并根据步骤1中设计要求向设计参数的转化关系和步骤3中的可拆卸性综合评价指数，计算冲突的综合重要性，并进行排序，确定冲突的优先级。2.根据权利要求1所述的产品设计需求和可拆卸性耦合情景识别方法，其特征在于：步骤1中，获得产品的设计要求，运用产品功能需求的抽象表达式“动作(V)+对象(O)+状态(Adj)”进行提炼；可拆卸性需求根据可拆卸性的相关国家标准和设计准则获取。3.根据权利要求2所述的产品设计需求和可拆卸性耦合情景识别方法，其特征在于：步骤1中，将设计要求转换为设计参数的过程为：采用模糊层次分析法，构建产品功能需求和设计参数的互补判断矩阵，见式(1)A＝(a
ij
)
n
×
n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，a
ij
为功能需求和设计参数的互补判断关系；对矩阵进行一致性转化：其中，m
ik
是一致性转化后的矩阵标准值，m
i
是第i行的模糊集合，n为矩阵阶数；根据转化后的矩阵矩阵，计算指标的综合权重:其中，常数a＝(n
‑
1)/2。根据指标的综合权重，获取设计参数的相对重要度：
其中，ω
ij
为该ij项关系矩阵分数和，N
i
(k
j
)为关系矩阵分数，通过专家对功能需求和设计参数之间的关系打分，确定功能需求和设计参数的互补判断矩阵(m
ik
)
n
×
n
；将可拆卸性需求转化为可拆卸性设计特征的方法为：构建可拆卸性设计需求和设计特征质量屋，根据设计参数的相对权重计算方法，获取可拆卸性设计特征相对重要度。4.根据权利要求3所述的产品设计需求和可拆卸性耦合情景识别方法，其特征在于：步骤2包括如下步骤：2.1、建立设计参数和可拆卸性设计特征的相关性矩阵，如下所示：其中，X
mn
表示第m行的可拆卸性设计特征和第n列设计参数的关联性评价；2.2、运用灰色关联分析方法，计算设计参数和可拆卸性设计特征的灰色关联度，首先，对相关性矩阵进行预处理，获取矩阵标准值：其中，x
ij
为式5矩阵中可拆卸性设计特征和设计参数的关联性评价，为矩阵样本均值，n为样本总数；根据标准化处理后的矩阵数据，计算矩阵序列的相关系数：其中，式中|x0(k)
‑
x
l
(k)|指矩阵数据，ρ为分辨系数，一般在[0，1]之间，当ρ≤0.5463时，分辨率最佳，通常取0.5。根据所述的矩阵相关系数，计算可拆卸性设计特征和设计参数间的灰色关联度：2.3根据上述对设计参数和可拆卸性设计特征的相关性分析，确定关键耦合区域。5.根据权利要求4所述的产品设计需求和可拆卸性耦合情景识别方法，其特征在于：步骤3包括：3.1、在分析产品自身结构属性和可拆卸性准则的基础上，基于经济、技术和环境三个层面的可拆卸性评价指标建立评价体系；

【专利技术属性】
技术研发人员：曹国忠，刘金婷，孙寅迪，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：