一种基于效应的产品需求到结构映射方法技术

本发明专利技术公开了一种基于效应的产品需求到结构映射方法。本发明专利技术认为必须全面的考虑概念设计的各个阶段，为产品的概念设计提供高效、一致性的设计流程，为此，提出了基于效应的产品需求到结构映射方法。一般性步骤主要是需求分析，需求到功能转换，功能到结构映射。本发明专利技术方法可以提高设计效率，降低设计成本。

A product requirement mapping method based on effect

The invention discloses a product requirement mapping method based on effect. The invention considers that the various stages of conceptual design must be considered comprehensively to provide an efficient and consistent design process for product conceptual design. For this reason, a product requirement to structure mapping method based on effect is proposed. The general steps are demand analysis, requirement transformation, function mapping. The method of the invention can improve the design efficiency and reduce the design cost.

【技术实现步骤摘要】
一种基于效应的产品需求到结构映射方法
本专利技术属于机械产品设计概念设计领域，尤其涉及一种基于效应的产品需求到结构映射方法。
技术介绍
在产品的整个设计、制造过程中，虽然概念设计只占开发成本的5％，但是往往决定了70％～80％总成本，直接影响产品的质量、成本和性能。因此，必须要开发高效的产品概念设计方法以降低设计成本、保证设计质量。产品需求到结构的映射是产品概念设计的重要内容和关键过程，其主要由基于效应的需求获取、处理、转换技术，功能到结构映射算法来体现，目的是通过映射方法快速建立概念结构集合。现有方法都是将需求分析和功能-结构映射分离考虑，主要包括需求分析，功能-行为-结构(FBS)映射。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供了一种基于效应的产品需求到结构映射方法。本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是：1.需求分类筛选，具体包括以下步骤：1-1.对于用户需求CR1，CR2，CR3，…，为每个需求设置相反问题，调查产品具备或不具备某项属性时用户的期望值。1-2.根据二维评价表，得出每项需求的类型A,O,M,I,R,Q，并根据需求类型赋予相应的权重值。1-3.当有多个用户参与调查时，统计有效问卷和各类型需求的选择个数，依据公式AIi＝nA×A+nO×O+nM×M+nI×I+nR×R+nQ×Q计算需求项的绝对重要度，其中AIi表示第i个客户需求的绝对重要度，nA，nO，nM，nI，nR，nQ分别表示各类型需求的个数。1-4.对于所得绝对重要度依据以下公式进行归一化处理得到相对重要度ki，由此得到各需求的相对重要度并排序。上述步骤1-3是多用户参与时，若需求调查针对个人，则跳过该步骤；2.需求处理，具体包括以下步骤：2-1.优先考虑用户需求重要度较大的需求项，对其进行分析分类，并提取功能型需求，对需求单元两两比较，给出相对重要程度评价，填写相互关系矩阵。2-2.得出各个需求单元两两相互关系重要程度，建立n阶需求单元权重矩阵R。构建特征向量，并进行一致性检验，使其满足一致性要求。3.基于效应的需求到功能转换，具体包括以下步骤：3-1.对需求进行分析，建立基于效应的需求知识模型CRi＝{V,P,E,A}，其中A指主动实体集合，E指作用效应或原理集合，P指被动实体集合，V指被动实体的行为或是状态变化集合。3-2.根据需求模型，建立基于效应的功能知识模型FRi＝{V,P,E,A}。4.基于效应的功能-行为-结构映射，具体包括以下步骤：4-1.根据功能效应表，效应行为表，行为结构表进行功能到结构的映射，得到概念结构空间。4-2.计算行为集中第k层第j个结点映射至结构集第k层所获得的第ik个结构结点s(k，ik，jBk)和设计规范DS的相关度，对结构进行初步评价。4-3.绘制概念空间AND/OR树形图，由此得出结构-零部件树形图，完成功能到结构的映射。本专利技术的有益效果是：提高设计效率，降低设计成本。附图说明图1是本专利技术基于效应的需求到结构映射方法流程图；图2是本专利技术概念空间示意图；图3是本专利技术液压千斤顶实施例的结果图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。本专利技术认为必须全面的考虑概念设计的各个阶段，为产品的概念设计提供高效、一致性的设计流程，为此，提出了基于效应的产品需求到结构映射方法。一般性步骤主要是需求分析，需求到功能转换，功能到结构映射。本专利技术包括以下步骤：(1)需求分类筛选为每个产品需求设置两个相反的问题以测试客户对不同需求的重视度。设计评价表，对用户的打分进行评价，表1中A,O,M,I,T,Q分别表示不同的重要度级别。表1二维评价表通过问卷调查，统计各类型需求的个数，计算需求项的重要度。AIi＝nA×A+nO×O+nM×M+nI×I+nR×R+nQ×Q其中，AIi表示第i个客户需求的绝对重要度，nA，nO，nM，nI，nR，nQ分别表示各类型需求的个数。对绝对重要度进行归一化处理得到相对重要度ki。(2)需求处理需求处理方法，比较各需求相互重要程度，并用3级评分进行评定，各分值代表的含义如下表2所示。表2需求相对重要性评定表需求单元权重集W＝{w1,w2,…,wn}，权重的取值满足下式所规定的，归一性和非负性。接着将各个需求单元放在一起比较，得出两两的重要程度，建立n阶需求单元权重矩阵R：构建特征向量W＝{w1,w2,…,wn}，其中：上式中的ωi表示第i个客户需求单元的权重值。进行一致性检测，求出矩阵R的最大特征值：一致性指数CI：随机一致性比率CR：CR＝CI/RI其中RI为平均随机一致性指数，取值如表3：表3RI取值当CR不大于0.1时，需求权重矩阵满足一致性要求：当CR大于0.1时，应对需求权重矩阵评分重新修正，直到满足一致性要求。通过上述算法，计算出各需求的相互关系重要度，实现用户需求的处理。(3)基于效应的需求到功能转换基于效应的需求模型为CR＝{V,P,E,A}，其中A指主动实体集合，E指作用效应或原理集合，P指被动实体集合，V指被动实体的行为或是状态变化。根据需求模型明确功能模型FR＝{V,P,E,A}。具体的实施步骤是：A)根据用户的需求意图确定被动实体；B)确定被动实体接受作用之后发生的变化；C)确定使被动实体发生这些变化可以采用的原理或方法，D)确定主动实体。按以上步骤对需求进行分析，结合设计者领域知识和经验完成需求到功能的转换。(4)基于效应的功能到结构映射一种基于效应的功能到结构映射直接方法，其实现方式是基于效应领域知识，实现功能的效应和原理演绎为相关的行为集合，完成功能到行为的映射；基于行为结构集合，行为和结构直接关联，完成行为到结构的映射；从而实现功能到结构的映射，形成树形结构图。为避免机构耦合，对结构原理解进行评价，评价算法如下：MR＝(F,B,S){令k＝1Repeat{对于结构结点s(k，ik，jBk)，计算其与设计规范的相关度数学表示为：在此基础上可以对结构进行初步评价，记为：当其值为1表示s(k，ik，jBk)与设计规范DS没有冲突。0表示有冲突，-1表示不能确定，对这些结构应该剔除。根据以上映射规则，映射层次是以f(1，1，jP0)为根结点的树形结构，将其转化为是树图的形式，得到概念空间。形式如下图2。实施例：本实施例是根据图1所示的设计流程图，以液压千斤顶设计为例，进行用户需求到产品结构的映射。(1)需求分类筛选方法对于用户需求{CRi}＝{操作力，起重量，起重行程，起升高度，起升平稳性，车载工具，照明，重量，服务，价格}，为每个需求设置两个相反的问题，例如“当产品操作费力你认为怎样？当产品操作省力你认为怎么样？”填写用户调查表。查询二维评价表，对每项需求进行评价，得出每项需求的类型并赋予相应的权重，取A＝3；O＝1；M＝5；I＝0；R＝-3；Q＝0。当有多个用户参与调查时，统计有效问卷和各类型需求的选择个数，依据公式AIi＝nA×A+nO×O+nM×M+nI×I+nR×R+nQ×Q计算需求项的重要度。实例没有涉及本步骤。对于所得绝对重要度进行归一化处理得到相对重要度，得到各需求的相对重要度并排序如上表。(2)需求处理方法对于用户需求重要度较大的需求项，对其进行分析分类，并提取功能型需本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于效应的产品需求到结构映射方法，其特征在于该方法包括如下步骤：步骤1.需求分类筛选，具体包括以下步骤：1‑1.对于用户需求CR1，CR2，CR3，…CRi，为每个需求设置相反问题，调查产品具备或不具备某项属性时用户的期望值；1‑2.根据二维评价表，得出每项需求的类型A,O,M,I,R,Q，并根据需求类型赋予相应的权重值；步骤2.需求处理，具体包括以下步骤：2‑1.优先考虑用户需求重要度较大的需求项，对其进行分析分类，并提取功能型需求，对需求单元两两比较，给出相对重要程度评价，填写相互关系矩阵；2‑2.得出各个需求单元两两相互关系重要程度，建立n阶需求单元权重矩阵R；构建特征向量，并进行一致性检验，使其满足一致性要求；步骤3.基于效应的需求到功能转换，具体包括以下步骤：3‑1.对需求进行分析，建立基于效应的需求知识模型CR＝{V,P,E,AE}，其中AE指主动实体集合，E指作用效应或原理集合，P指被动实体集合，V指被动实体的行为或是状态变化集合；3‑2.根据需求模型，建立基于效应的功能知识模型FR＝{V,P,E,AE}；步骤4.基于效应的功能‑行为‑结构映射，具体包括以下步骤：4‑1.根据功能效应表，效应行为表，行为结构表进行功能到结构的映射，得到概念结构空间；4‑2.计算行为集中第k层第j个结点映射至结构集第k层所获得的第ik个结构结点s(k，ik，jBk)和设计规范DS的相关度，对结构进行初步评价；4‑3.绘制概念空间AND/OR树形图，由此得出结构‑零部件树形图，完成功能到结构的映射。...

【技术特征摘要】
1.一种基于效应的产品需求到结构映射方法，其特征在于该方法包括如下步骤：步骤1.需求分类筛选，具体包括以下步骤：1-1.对于用户需求CR1，CR2，CR3，…CRi，为每个需求设置相反问题，调查产品具备或不具备某项属性时用户的期望值；1-2.根据二维评价表，得出每项需求的类型A,O,M,I,R,Q，并根据需求类型赋予相应的权重值；步骤2.需求处理，具体包括以下步骤：2-1.优先考虑用户需求重要度较大的需求项，对其进行分析分类，并提取功能型需求，对需求单元两两比较，给出相对重要程度评价，填写相互关系矩阵；2-2.得出各个需求单元两两相互关系重要程度，建立n阶需求单元权重矩阵R；构建特征向量，并进行一致性检验，使其满足一致性要求；步骤3.基于效应的需求到功能转换，具体包括以下步骤：3-1.对需求进行分析，建立基于效应的需求知识模型CR＝{V,P,E,AE}，其中AE指主动实体集合，E指作用效应或原理集合，P指被动实体集合，V指被动实体的行为或是状态变...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏少辉，吴凡超，黄成毅，徐匡，曾垂远，李鹏飞，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33