模塊化設(shè)計(jì)外文翻譯
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- 本文在系統(tǒng)功能模型的基礎(chǔ)上,開發(fā)了一個(gè)模塊化方案。該模塊化的方法利用系統(tǒng)的功能 - 行為 - 狀態(tài)(FBS)模型,推導(dǎo)出實(shí)體關(guān)系。 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣(DSM)根據(jù)FBS模型自動(dòng)構(gòu)建。通過這種方式,避免了繁瑣的基于專業(yè)知識(shí)的DSM的條目的填充工作。該方法利用k-means聚類算法來(lái)使得用戶可以快速地嘗試不同的聚類數(shù)。 該k-means聚類定義了恰當(dāng)?shù)膶?shí)體表示、關(guān)系度量和目標(biāo)函數(shù),以此來(lái)適應(yīng)基于模塊化的DSM。我們嘗試了兩種模塊化方案,一種基于直接關(guān)系,另一種基于更深層次的行為組成部分之間的關(guān)系。在代爾夫特理工大學(xué)(DUT)學(xué)生方程式汽車的變速系統(tǒng)上的應(yīng)用中,后一種模塊化方案被可產(chǎn)生更加基于行為的機(jī)電一體化模塊,而前者則只產(chǎn)生了僅基于紀(jì)律元和空間接近的模塊。
模塊化為復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)提供了理想的特性。來(lái)自不同領(lǐng)域的工程師的合作和來(lái)自不同的組件的集成采用模塊化設(shè)計(jì)更容易。模塊化有利于管理大量的接口,這對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)、復(fù)雜性管理、升級(jí)、演化、并行工作的團(tuán)隊(duì)以及更換系統(tǒng)的部件是非常重要的。雖然整體設(shè)計(jì)可能在高性能、空間和材料利用率高等方面有優(yōu)勢(shì),采用模塊化設(shè)計(jì)為技術(shù)開發(fā)、產(chǎn)品變化、大規(guī)模、多領(lǐng)域管理等方面提供的靈活性仍然是一個(gè)優(yōu)勢(shì)。模塊化的產(chǎn)品的特性是在一個(gè)具有相互分開組件的系統(tǒng)中,組內(nèi)關(guān)系最大化和組間關(guān)系最小化。最大限度地減少組件和子系統(tǒng)的依賴也與著名公理設(shè)計(jì)方法相符。
機(jī)電一體化產(chǎn)品是同時(shí)與機(jī)械、電氣和計(jì)算機(jī)科學(xué)相關(guān)的復(fù)雜系統(tǒng)。因此,機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)人員將受益于模塊化設(shè)計(jì)。最近的一項(xiàng)調(diào)查表明,開發(fā)的機(jī)電一體化產(chǎn)品的公司受用于“將系統(tǒng)劃分成子系統(tǒng)、組件和部件,然后在各個(gè)子系統(tǒng)和組件的制定要求”。
一個(gè)很好的模塊化,必須從一開始就在產(chǎn)品開發(fā)過程中進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì)。模塊化的設(shè)計(jì)過程的一般步驟為將系統(tǒng)分解成元素,記錄中的元素之間的相互作用和將元素分組組成模塊。這個(gè)方案面臨的挑戰(zhàn)是大量的、多樣的各種組件,而這又恰是典型機(jī)電一體化系統(tǒng)的情況。一個(gè)接一個(gè)地記錄元件,確定的部件之間的相互作用,并區(qū)分關(guān)系的分組,在絕大部分情況下超出了一個(gè)的工程師甚至是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的能力。
文獻(xiàn)中有各種各樣的產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)方法。有兩個(gè)問題仍然沒有在這些引用的作品中解決。實(shí)體之間的關(guān)系信息被假定為已經(jīng)給定并通過手動(dòng)輸入到關(guān)系矩陣。在現(xiàn)實(shí)中,這個(gè)信息不是已有的,而且從任何形式的產(chǎn)品說明,甚至是從專家獲取都是非常困難的,同時(shí)手工將這些信息存入矩陣并確保無(wú)誤非常繁瑣。有關(guān)這個(gè)問題缺少的是在整體系統(tǒng)模型基礎(chǔ)上實(shí)體之間關(guān)系的自動(dòng)推導(dǎo)。在開發(fā)產(chǎn)品的過程中,這種模型通常是已經(jīng)準(zhǔn)備好的,事實(shí)上也是非常有益的和可取的。系統(tǒng)的功能性模型非常適合于部件之間的關(guān)系的推導(dǎo)。
這種方法需要設(shè)計(jì)界仍然沒有解決的第二個(gè)問題是當(dāng)關(guān)系矩陣獲得后,使用系統(tǒng)知識(shí)自動(dòng)決定模塊。當(dāng)前的工藝水平建議根據(jù)對(duì)角化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣(DSM)手動(dòng)這些。這種方法需要工程師對(duì)對(duì)角化DSM進(jìn)行繁重的目視檢查。此外,這種方法的結(jié)果是相當(dāng)主觀的,因?yàn)槊恳粋(gè)工程師根據(jù)同一關(guān)系矩陣會(huì)得到不同的模塊化結(jié)果。目前也有嘗試通過DSM自動(dòng)對(duì)部件聚類。這些方法利用啟發(fā)式聚類算法根據(jù)在DSM上的關(guān)系信息自動(dòng)確定簇的數(shù)量。然而,在這些方法中的簇的大小和數(shù)量很大程度上取決于算法參數(shù)的值。這些參數(shù)需要通過試驗(yàn)和錯(cuò)誤調(diào)整到一個(gè)適當(dāng)?shù)乃剑琓hebeau指出,這是一項(xiàng)令人沮喪的的任務(wù)。...