CN107515971B - 一种基于维修性和功能结构的产品设计方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于维修性和功能结构的产品设计方法及装置，涉及计算机技术辅助产品设计的技术领域，其方法包括：在进行产品设计之前，通过对产品功能结构和产品维修性进行分析，得到产品功能结构设计因素和产品维修性设计因素；根据经验数据，建立所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性设计因素重要度的映射关系；根据所建立的映射关系，定量评估出所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性设计因素的重要度；通过对所定量化评估的所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性设计因素的重要度进行可视化处理，得到所述待设计产品的可视化表达结果，并根据所得到的可视化表达结果进行产品设计。

Description

一种基于维修性和功能结构的产品设计方法及装置

技术领域

本发明涉及计算机技术辅助产品设计的技术领域，特别涉及一种基于维修性和功能结构的产品设计方法及装置。

背景技术

(1)维修性对于产品设计的重要性

维修性是产品的质量特性之一，关乎产品的维修、保障过程是否经济、简便、快速，良好的维修性设计不仅能够让用户更好地使用产品，还能够节省大量的维修费用和资源消耗。因此，维修性作为产品的固有属性，其竞争力越来越受到人们的重视。目前维修性已成为产品研制的硬性指标之一，产品维修性设计要求的实施水平影响了产品的研制周期和研制费用，因此，如何实施维修性约束、提高产品维修性水平是产品研制过程中的一个重要关注点。

(2)维修性在产品设计中的滞后性、被动性和主观性

然而，现有的维修性设计分析技术在应用中还存在着一定的缺陷，主要体现在：(a)滞后性：产品维修性设计分析工作滞后于产品功能结构设计，传统的通过实物样机或虚拟样机开展的维修性分析对产品维修性设计的改进方式，都在产品功能和结构完成之后；(b)被动性：由于产品是在已经设计完成之后进行维修性分析与验证，在这种情况下，即使分析出了产品维修性的问题，也会面临产品不好改、没时间改的问题；(c)主观性：维修性设计与分析的大部分工作依赖于维修性设计准则，分析人员在进行判定的时候有很强的主观性，同时，由于缺乏和功能结构的关联，在分析过程中很难对维修性和功能结构进行合理有据的衡量。

发明内容

根据本发明实施例提供的方案解决的技术问题是产品设计中维修性约束的不足。

根据本发明实施例提供的一种基于维修性和功能结构的产品设计方法，包括：

在进行产品设计之前，通过对产品功能结构和产品维修性进行分析，得到产品功能结构设计因素和产品维修性设计因素；

根据经验数据，建立所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性设计因素重要度的映射关系；

根据所建立的映射关系，定量评估出所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性设计因素的重要度；

通过对所定量化评估的所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性设计因素的重要度进行可视化处理，得到所述待设计产品的可视化表达结果，并根据所得到的可视化表达结果进行产品设计。

优选地，所述产品维修性设计因素包括产品维修性定性设计因素和产品维修性定量设计因素；所述映射关系包括所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性定性设计因素重要度的第一映射关系和所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性定量设计因素重要度的第二映射关系。

优选地，所述根据经验数据，建立所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性设计因素重要度的映射关系包括：

根据经验数据，通过分别对两两产品功能结构设计因素对每个产品维修性定性设计因素的重要度比值进行直觉模糊评估，得到所述两两产品功能结构设计因素对所述每个产品维修性定性设计因素的第一重要度比值评估直觉模糊矩阵；

根据经验数据，通过分别对两两产品功能结构设计因素对每个产品维修性定量设计因素的重要度比值进行直觉模糊评估，得到所述两两产品功能结构设计因素对所述每个产品维修性定量设计因素的第二重要度比值评估直觉模糊矩阵；

根据所得到的第一重要度比值评估直觉模糊矩阵和第二重要度比值评估直觉模糊矩阵，建立所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性设计因素重要度的映射关系。

优选地，所述根据所建立的映射关系，定量评估出所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性设计因素的重要度包括：

根据所建立的映射关系，定量化评估出每个产品功能结构设计因素相对于每个产品维修性定性设计因素的第一重要度直觉模糊集矩阵Q1；

根据所建立的映射关系，定量化评估出每个产品功能结构设计因素相对于每个产品维修性定量设计因素的第二重要度直觉模糊集矩阵Q2。

优选地，所述根据所建立的映射关系，定量评估出所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性设计因素的重要度包括：

根据所建立的映射关系，定量化评估出每个产品维修性定性设计因素相对于整体产品维修性定性设计因素的第一重要度直觉模糊集R1；

根据所建立的映射关系，定量化评估出每个产品维修性定量设计因素相对于整体产品维修性定量设计因素的第二重要度直觉模糊集R2。

优选地，所述根据所建立的映射关系，定量评估出所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性设计因素的重要度包括：

根据所述第一重要度直觉模糊集矩阵Q1和所述第一重要度直觉模糊集R1，定量化评估出所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性定性设计因素的重要度W1；

根据所述第一重要度直觉模糊集矩阵Q2和所述第一重要度直觉模糊集R2，定量化评估出所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性定量设计因素的重要度W2。

根据本发明实施例提供的一种基于维修性和功能结构的产品设计装置，包括：

获取设计因素模块，用于在进行产品设计之前，通过对产品功能结构和产品维修性进行分析，得到产品功能结构设计因素和产品维修性设计因素；

建立映射关系模块，用于根据经验数据，建立所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性设计因素重要度的映射关系；

定量评估模块，用于根据所建立的映射关系，定量评估出所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性设计因素的重要度；

产品设计模块，用于通过对所定量化评估的所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性设计因素的重要度进行可视化处理，得到所述待设计产品的可视化表达结果，并根据所得到的可视化表达结果进行产品设计。

优选地，所述产品维修性设计因素包括产品维修性定性设计因素和产品维修性定量设计因素；所述映射关系包括所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性定性设计因素重要度的第一映射关系和所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性定量设计因素重要度的第二映射关系。

优选地，所述建立映射关系模块包括：

第一获取单元，用于根据经验数据，通过分别对两两产品功能结构设计因素对每个产品维修性定性设计因素的重要度比值进行直觉模糊评估，得到所述两两产品功能结构设计因素对所述每个产品维修性定性设计因素的第一重要度比值评估直觉模糊矩阵；

第二获取单元，用于根据经验数据，通过分别对两两产品功能结构设计因素对每个产品维修性定量设计因素的重要度比值进行直觉模糊评估，得到所述两两产品功能结构设计因素对所述每个产品维修性定量设计因素的第二重要度比值评估直觉模糊矩阵；

建立映射关系单元，用于根据所得到的第一重要度比值评估直觉模糊矩阵和第二重要度比值评估直觉模糊矩阵，建立所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性设计因素重要度的映射关系。

优选地，所述定量评估模块包括：

第一定量评估单元，用于根据所建立的映射关系，定量化评估出每个产品功能结构设计因素相对于每个产品维修性定性设计因素的第一重要度直觉模糊集矩阵Q1，以及定量化评估出每个产品功能结构设计因素相对于每个产品维修性定量设计因素的第二重要度直觉模糊集矩阵Q2；

第二定量评估单元，用于根据所建立的映射关系，定量化评估出每个产品维修性定性设计因素相对于整体产品维修性定性设计因素的第一重要度直觉模糊集R1，以及定量化评估出每个产品维修性定量设计因素相对于整体产品维修性定量设计因素的第二重要度直觉模糊集R2；

定量评估总单元，用于根据所述第一重要度直觉模糊集矩阵Q1和所述第一重要度直觉模糊集R1，定量化评估出所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性定性设计因素的重要度W1，以及根据所述第一重要度直觉模糊集矩阵Q2和所述第一重要度直觉模糊集R2，定量化评估出所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性定量设计因素的重要度W2。

根据本发明实施例提供的方案，利用一定的量化手段，将维修性与功能结构定性的关联关系进行定量化分析，并利用特殊的算法提高量化分析过程的客观性，然后基于数据可视化表达方法，将获得的定量数据进行描述并展示给产品功能结构设计人员，使设计人员能够更好地理解维修性要求的约束，并在维修性约束下进行产品设计，从而提高产品维修性水平、缩短产品研制周期。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种基于维修性和功能结构的产品设计方法流程图；

图2是本发明实施例提供的一种基于维修性和功能结构的产品设计装置示意图；

图3是本发明实施例提供的基于维修性与功能结构定量关联及其可视化的产品并行设计方法框图；

图4是本发明实施例提供的维修性与功能结构多对多关联关系示意图；

图5是本发明实施例提供的设备级定量表达结果的可视化示意图；

图6是本发明实施例提供的系统级定量表达结果的可视化示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是本发明实施例提供的一种基于维修性和功能结构的产品设计方法流程图，如图1所示，包括：

步骤S101：在进行产品设计之前，通过对产品功能结构和产品维修性进行分析，得到产品功能结构设计因素和产品维修性设计因素；

步骤S102：根据经验数据，建立所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性设计因素重要度的映射关系；

步骤S103：根据所建立的映射关系，定量评估出所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性设计因素的重要度；

步骤S104：通过对所定量化评估的所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性设计因素的重要度进行可视化处理，得到所述待设计产品的可视化表达结果，并根据所得到的可视化表达结果进行产品设计。

其中，所述产品维修性设计因素包括产品维修性定性设计因素和产品维修性定量设计因素；所述映射关系包括所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性定性设计因素重要度的第一映射关系和所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性定量设计因素重要度的第二映射关系。

其中，所述根据经验数据，建立所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性设计因素重要度的映射关系包括：根据经验数据，通过分别对两两产品功能结构设计因素对每个产品维修性定性设计因素的重要度比值进行直觉模糊评估，得到所述两两产品功能结构设计因素对所述每个产品维修性定性设计因素的第一重要度比值评估直觉模糊矩阵；根据经验数据，通过分别对两两产品功能结构设计因素对每个产品维修性定量设计因素的重要度比值进行直觉模糊评估，得到所述两两产品功能结构设计因素对所述每个产品维修性定量设计因素的第二重要度比值评估直觉模糊矩阵；根据所得到的第一重要度比值评估直觉模糊矩阵和第二重要度比值评估直觉模糊矩阵，建立所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性设计因素重要度的映射关系。

其中，所述根据所建立的映射关系，定量评估出所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性设计因素的重要度包括：根据所建立的映射关系，定量化评估出每个产品功能结构设计因素相对于每个产品维修性定性设计因素的第一重要度直觉模糊集矩阵Q1；根据所建立的映射关系，定量化评估出每个产品功能结构设计因素相对于每个产品维修性定量设计因素的第二重要度直觉模糊集矩阵Q2。

其中，所述根据所建立的映射关系，定量评估出所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性设计因素的重要度包括：根据所建立的映射关系，定量化评估出每个产品维修性定性设计因素相对于整体产品维修性定性设计因素的第一重要度直觉模糊集R1；根据所建立的映射关系，定量化评估出每个产品维修性定量设计因素相对于整体产品维修性定量设计因素的第二重要度直觉模糊集R2。

其中，所述根据所建立的映射关系，定量评估出所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性设计因素的重要度包括：根据所述第一重要度直觉模糊集矩阵Q1和所述第一重要度直觉模糊集R1，定量化评估出所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性定性设计因素的重要度W1；根据所述第一重要度直觉模糊集矩阵Q2和所述第一重要度直觉模糊集R2，定量化评估出所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性定量设计因素的重要度W2。

图2是本发明实施例提供的一种基于维修性和功能结构的产品设计装置示意图，包括：获取设计因素模块201，用于在进行产品设计之前，通过对产品功能结构和产品维修性进行分析，得到产品功能结构设计因素和产品维修性设计因素；建立映射关系模块202，用于根据经验数据，建立所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性设计因素重要度的映射关系；定量评估模块203，用于根据所建立的映射关系，定量评估出所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性设计因素的重要度；产品设计模块204，用于通过对所定量化评估的所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性设计因素的重要度进行可视化处理，得到所述待设计产品的可视化表达结果，并根据所得到的可视化表达结果进行产品设计。

其中，所述产品维修性设计因素包括产品维修性定性设计因素和产品维修性定量设计因素；所述映射关系包括所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性定性设计因素重要度的第一映射关系和所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性定量设计因素重要度的第二映射关系。

其中，所述建立映射关系模块202包括：第一获取单元，用于根据经验数据，通过分别对两两产品功能结构设计因素对每个产品维修性定性设计因素的重要度比值进行直觉模糊评估，得到所述两两产品功能结构设计因素对所述每个产品维修性定性设计因素的第一重要度比值评估直觉模糊矩阵；第二获取单元，用于根据经验数据，通过分别对两两产品功能结构设计因素对每个产品维修性定量设计因素的重要度比值进行直觉模糊评估，得到所述两两产品功能结构设计因素对所述每个产品维修性定量设计因素的第二重要度比值评估直觉模糊矩阵；建立映射关系单元，用于根据所得到的第一重要度比值评估直觉模糊矩阵和第二重要度比值评估直觉模糊矩阵，建立所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性设计因素重要度的映射关系。

其中，所述定量评估模块203包括：第一定量评估单元，用于根据所建立的映射关系，定量化评估出每个产品功能结构设计因素相对于每个产品维修性定性设计因素的第一重要度直觉模糊集矩阵Q1，以及定量化评估出每个产品功能结构设计因素相对于每个产品维修性定量设计因素的第二重要度直觉模糊集矩阵Q2；第二定量评估单元，用于根据所建立的映射关系，定量化评估出每个产品维修性定性设计因素相对于整体产品维修性定性设计因素的第一重要度直觉模糊集R1，以及定量化评估出每个产品维修性定量设计因素相对于整体产品维修性定量设计因素的第二重要度直觉模糊集R2；定量评估总单元，用于根据所述第一重要度直觉模糊集矩阵Q1和所述第一重要度直觉模糊集R1，定量化评估出所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性定性设计因素的重要度W1，以及根据所述第一重要度直觉模糊集矩阵Q2和所述第一重要度直觉模糊集R2，定量化评估出所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性定量设计因素的重要度W2。

图3是本发明实施例提供的基于维修性与功能结构定量关联及其可视化的产品并行设计方法框图，如图3所示，通过分析并梳理产品维修性和功能结构因素，建立维修性和功能结构因素之间的多对多映射关系，然后利用关系量化方法分析功能结构因素对维修性设计因素的影响程度，最后将所获得的影响程度数据进行集中化分析描述，形成定量结果的可视化表达。定量数据和可视化表达结果都能作为维修性约束输出给产品功能结构设计人员，帮助设计人员进行维修性和功能结构之间的权衡设计。具体包括：

步骤一、分析产品维修性和功能结构因素；

需要分别梳理出维修性设计因素与功能结构设计因素，后面所分析的维修性和功能结构的关联关系也是以这两种因素为对象开展的。虽然对于不同类型的产品，其维修性设计因素、功能结构设计因素可能都各不相同，各有侧重，但是通过梳理典型的维修性设计因素和功能结构设计因素，可以帮助进行针对化的维修性和功能结构因素分析。

维修性设计因素和功能结构设计因素根据典型产品的特点而有所不同，本发明根据工程经验，梳理出两者的典型因素。

1、维修性设计因素

维修性设计因素可分为维修性定量设计因素和维修性定性设计因素，以下将具体说明。

维修性定量设计因素选用平均修复时间作为维修性设计与产品功能结构设计的约束点。并将平均修复时间按照维修过程阶段的划分相应分解为平均维修准备工作时间、平均故障检测隔离时间、平均维修拆卸时间、平均设备修理替换时间、平均设备安装调试时间以及平均设备检验时间。各阶段时间定义如下。

a)准备工作时间(Qut_P)：待修复产品或维修工具达到能够维修的状态所需要的时间，不包括后勤延误时间。

b)检测隔离时间(Qut_FI)：故障识别、故障定位和确定故障原因以及隔离故障所花费的时间。

c)维修拆卸时间(Qut_D)：产品维修拆卸过程所花费的时间。

d)修理替换时间(Qut_R)：为恢复故障产品执行规定功能的能力所花费的时间。

e)安装调校时间(Qut_A)：产品安装和调校所花费的时间。

f)检验复原时间(Qut_C)：产品故障修理完成后，检验能否执行规定功能所花费的时间。

维修性定性设计因素依据工程实践中常用的划分方式，包括：

a)可达性(Qul_Acc)：指维修时接近产品不同组成单元的难易程度，也就是接近维修部位的难易程度。

b)简化设计(Qul_Sim)：指改善产品功能结构设计以减少复杂的维修操作和维修工艺要求。

c)可修复性(Qul_Rep)：指贵重件应具有便于在其故障之后修复原件的特性。

d)人素工程(Qul_Erg)：指针对人的生理、心理因素限制来进行产品设计，以提高维修工作效率、质量和减轻人员疲劳等方面的问题。

e)维修安全性(Qul_Saf)：指避免维修活动时人员伤亡或设备损坏的一种装备的设计特性。

f)防差错(Qul_Erp)：指在设计中采取适当措施避免或防止维修作业发生差错。

g)诊断检测(Qul_Dia)：指对产品进行性能测试和故障诊断时难易程度的特性。

h)标准化与互换性(Qul_Std)：标准化是在满足要求的条件下，限制产品可行的变化到最小范围的设计特性。互换性是指产品间在实体上、功能上能够相互替换的设计特性。

2、功能结构设计因素

针对维修性要求所涉及的问题，本发明从属性、接口以及约束三个方面梳理出产品特征中与维修性相关的功能结构设计因素。

属性(FS_P)：

a)尺寸(FS_P-Siz)：指产品的形体特征信息，如油箱体积

b)重量(FS_P-Wet)：指产品质量，如油箱重量

c)危险源(FS_P-Haz:)：指产品对人员、设备有潜在危害的特性，如蓄电池电解液

接口(FS_I)：

a)紧固接口(FS_I-Fst)：产品之间连接成物理上一个整体的方式，如螺栓连接

b)操作接口(FS_I-Opr)：为方便用户进行使用和检测等操作所建立的用户和设备之间的操作端口，如启动器

c)警示接口(FS_I-Wan)：对环境、安全、操作及技术状态等方面给予的警示、提示、标识、告诫等的显示装置，如高压警示牌

d)抓握接口(FS_I-Grs)：维护维修中用于设备移动搬运、人员攀爬等的把手、吊具、脚蹬等部件，如发动机吊装头

e)输入接口(FS_I-Inp)：将外界的物质能量信息引入系统或单元内部的端口，如油箱进油口

f)输出接口(FS_I-Oup)：将内部的物质能量信息传给外部系统或单元的端口，如油箱出油口

约束(FS_C)：

d)布局位置(FS_C-Loc)：产品安装在更大一级系统内部的空间位置，如油箱的安装位置

e)维修工具(FS_C-Sup)：维修过程所需要工具的集合与限制，如千斤顶

f)布局间隙(FS_C-Spc)：为了产品维修需要预留在产品周边的空隙，如油箱周边的空间

步骤二、建立维修性和功能结构因素之间的多对多映射关系；

在梳理出具体产品的维修性设计因素和功能结构设计因素的基础上，为了定量化评估功能结构设计因素对维修性各设计因素的影响程度(在本发明中，称为重要度)，需要进行一定的数据输入。数据的输入针对两种因素之间多对多映射关系进行，主要基于专家经验对所有的关系进行量化，并利用一定的方法，降低输入数据的主观性。

将维修性与功能结构因素之间多对多映射关系分为维修性定性因素与功能结构设计因素的关系和维修性定量因素与功能结构设计因素的关系，如图4所示。由于这两种关系的分析处理方法是完全相同的，为了不赘述，本发明将详细描述维修性定性因素与功能结构设计因素的关系的分析方法。

假设针对具体产品，已经完全梳理出其维修性设计因素和功能结构设计因素。同时，假设维修性定性设计因素有m个，A＝(a₁,a₂,…a_m)，产品功能结构设计因素有n个，B＝(b₁,b₂,…b_n)，并由D个专家组成的评估小组P＝(P₁,P₂,…,P_D)对每一层次中两两因素对高一层次因素的重要度的比值进行直觉模糊评估。例如用

和

分别表示专家P_d(d＝1,2,…,D)对功能结构因素层中i、j两因素对维修性因素层中某一因素的重要度的比值

的隶属度和非隶属度，即i比j的重要程度与不重要程度，其中，

且

可以用一个直觉模糊集表示为

同时，直觉指标

表示专家P_d衡量

时的犹豫程度。因此，专家P_d对功能结构因素层中两两因素相对于维修性定性指标层中某一因素的重要度的比值的评估可以表示为矩阵如下

其中，d＝1,2,…D。

为了使实际评估时更易操作，本发明引入直觉模糊评估九级标度表如下表1所示。

表1：直觉模糊评估九级标度表

评价等级	直觉模糊数
		因素i比因素j极端重要	<0.90，0.10>
因素i比因素j重要很多	<0.80，0.15>
		因素i比因素j明显重要	<0.70，0.20>
因素i比因素j稍微重要	<0.60，0.25>
		因素i比因素j同等重要	<0.50，0.30>
因素j比因素i稍微重要	<0.40，0.45>
		因素j比因素i明显重要	<0.30，0.60>
因素j比因素i重要很多	<0.20，0.75>
		因素j比因素i极端重要	<0.10，0.90>

同理可得到所有专家对功能结构因素层中两两因素对维修性定性指标层中所有因素的重要度比值输入矩阵共D*m个。

步骤三、多对多映射关系的定量表达；

利用本发明给出的计算方法，对步骤二中获得的初始量化数据进行分析处理，可以分别得到：具体产品的功能结构设计因素对各维修性设计因素的重要度、具体产品各功能结构设计因素对维修性整体的重要度。

在步骤二数据输入完备的基础上，进行以下两种重要度的计算。

1)功能结构设计因素对单一维修性定性设计因素的重要度

假设专家P_d对两两功能结构设计因素对于单一维修性定性设计因素a_t的重要度比值评估所得的直觉模糊判断矩阵为

为了消除各专家个人偏差导致的结果误差，假设专家评估的位置权重向量为

对矩阵

进行处理，得到专家P_d评价下的各功能结构设计因素对于维修性定性设计因素a_t的重要度直觉模糊集矩阵

同理可以得到所有专家评价下的重要度直觉模糊集矩阵

再与专家的位置权重向量综合得各功能结构设计因素对于维修性定性设计因素a_t的重要度直觉模糊集矩阵

对于直觉模糊集的基本运算法则，可以参考相关文献。

考虑到计算得到的各功能结构设计因素的重要度结果也是直觉模糊集，难以直接比较各功能结构设计因素的重要度大小，本发明引入得分函数的概念来对直觉模糊集进行比较。得分函数是一个由μ和υ组成的函数式，其值可以用来进行直觉模糊集的比较。典型的得分函数有：

a)S₁(A)＝μ+μ(1-μ-υ)

b)S₂(A)＝2μ+υ-1

c)S₃(A)＝μ(1+π)-π²

在实际应用中，选用或者构造合适的得分函数进行直觉模糊集比较。

功能结构设计因素对维修性定性整体的重要度计算

通过(1)中的方法，可以计算出各功能结构设计因素相对于每一个维修性定性设计因素的重要度直觉模糊集矩阵Q，如下表2所示。

表2：各功能结构设计因素相对于每一个维修性定性设计因素的重要度直觉模糊集矩阵Q表

考虑到针对不同产品，各维修性定性设计因素本身对维修性定性整体的重要度不同，因此要分析产品功能结构设计因素对维修性定性整体的重要度，还需要确定各维修性定性设计因素对维修性定性整体的重要度直觉模糊集β^T＝[β₁,β₂,…,β_m]，即维修性指标层对维修性目标层的重要度矩阵，其中β_i＝(μ_i,υ_i)。

β的计算方法与(1)中计算功能结构因素层对维修性指标层的重要度矩阵的方法相同，在此不做赘述。假设已经计算得到β^T＝[β₁,β₂,…,β_m]，还需要利用得分函数和归一化方法将直觉模糊集重要度转化为实数重要度

则产品功能结构设计因素对维修性定性整体的重要度直觉模糊集矩阵为

W＝QR

需要注意的是，当考量产品功能结构设计因素对维修性定量因素的重要度时，确定各维修性定量设计因素对平均修复时间的实数重要度

可以参考相似产品维修时间数据。由于将维修任务分成维修准备、诊断隔离、拆卸、修理替换、安装调校和检验六个阶段，而维修操作所消耗时间是维修各阶段统一的度量指标，且各维修阶段所消耗的时间相互之间没有重叠，因此，可以用相似产品每一阶段在维修过程中消耗时间与总维修时间的比值作为对应维修性定量设计因素对平均修复时间的重要度参考值。

步骤四、设备级定量表达结果的可视化；

为了对步骤三中获得的设备级的重要度数据进行对比分析和描述，采取一定的数据可视化方法，集中描述设备级重要度数据。

对于单个设备，得到了各功能结构设计因素相对于每一个维修性定性、定量设计因素的直觉模糊集重要度，为了便于描述，需要选用一个得分函数将所有的直觉模糊集实数化。对于设备级数据可视化，为了体现更多的信息，用多维折现图来描述数据，如图5所示，横轴被分成了维修性定量设计因素和维修性定性设计因素两部分，所有的维修性因素都在横轴上拥有一个坐标点。同时，利用不同粗细的线条来描述不同的功能结构设计因素，线上每一个拐点的纵坐标都描述了相应功能结构设计因素对横轴对应的维修性设计因素的实数重要度。

对该图的分析可以从以下两个角度进行：

1、从横向的角度看，同一线条的折线具有“峰”和“谷”，前者表示对应的功能结构设计因素对维修性影响较大的方面，在设计中需要重视，而后者表示对应的功能结构设计因素对维修性影响较小的方面，在设计中可以不作为主要考虑项。

2、从纵向的角度看，在同一根竖直线上的若干转折点中，位置较高的点影响较大，也即在设计中，对应的功能结构设计因素对竖直线对应的维修性因素影响最大，需要重点考虑，相反地，位置最低的点所对应的功能结构设计因素可以不作为主要考虑项。

步骤五、产品级定量表达结果的可视化；

为了对步骤三中获得的产品级的重要度数据进行对比分析和描述，采取一定的数据可视化方法，集中描述产品级重要度数据。

对于整个产品，其由若干个设备组成，因此得到的重要度数据将会非常多。但是幸运的是，对产品级大量重要度数据的可视化描述中，的目的不是详细地表达每一个重要度数据的具体的值，而是要表达若干设备之间，各功能结构设计因素重要度的分布是怎么样的。因此，选择改进的散点矩阵图对产品级重要度信息进行描述，如图6所示，横轴同样被分成了维修性定量设计因素和维修性定性设计因素两部分，与设备级可视化图形不同的是，所有的维修性因素在横轴上占有一段距离，同样的，每一个功能结构设计因素都在纵轴上占有一段距离，这样，每一个维修性设计因素和一个功能结构设计因素的组合都在散点矩阵图中拥有一片特定的矩形区域。在矩形区域中，不同灰度的圆代表不同的设备，而圆的大小则代表所对应的功能结构设计因素对维修性设计因素的重要度。

对该图的分析可以从以下两个角度进行：

1、从矩形区域的角度，通过简单的对圆的大小的视觉判断就可以找到整个产品中，受区域对应的功能结构设计因素影响较大的设备，从而确定关注项。

2、从灰度的角度，通过简单的对同一灰度分布面积大小的视觉判断可以确定维修性设计中的关键设备，若整张图中，某一灰度突出较多，则改灰度对应的设备需要重点考虑维修性设计，

步骤六、应用定量结果及可视化开展产品并行设计；

将步骤三、四、五所获得的重要度结果和可视化表达图形输出到产品功能结构设计流程中，产品功能结构设计人员利用这些信息去理解产品功能结构对维修性的影响，然后结合具体的维修性要求去进行产品设计。即将重要度数据和可视化表达结果输出到产品功能结构设计流程中，帮助功能结构设计人员理解维修性要求，并利用重要度数据进行功能结构设计，实现并行设计的效果。

综上所述，本发明利用直觉模糊集作为经验量化手段，提高输入数据的客观性，然后将维修性与功能结构定性的关联关系进行定量化分析，通过算法计算功能结构设计因素对维修性的影响程度，最后将获得的定量数据进行可视化表达并展示给产品功能结构设计人员，使设计人员能够更好地理解维修性要求的约束，并在维修性约束下进行产品设计，从而提高产品维修性水平、缩短产品研制周期。

根据本发明实施例提供的方案，有如下的优点：

1、在设计开始考虑维修性对产品功能设计的影响，避免产品功能定型之后对维修性的回溯性；

2、量化表达维修性和功能结构之间的关联影响关系，使维修性设计人员和功能设计人员不仅了解因素之间影响与否，而且明确知道影响程度的高低；

3、通过可视化的方式表达复杂关联中的影响关系，加快了缺陷因素的提取与确认速度，提高了设计改进工作的效率。

尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于维修性和功能结构的产品设计方法，其特征在于，包括：

在进行产品设计之前，通过对产品功能结构和产品维修性进行分析，得到产品功能结构设计因素和包括产品维修性定性设计因素和产品维修性定量设计因素的产品维修性设计因素；

根据经验数据，通过分别对两两产品功能结构设计因素对每个产品维修性定性设计因素的重要度比值进行直觉模糊评估，得到所述两两产品功能结构设计因素对所述每个产品维修性定性设计因素的第一重要度比值评估直觉模糊矩阵；

根据经验数据，通过分别对两两产品功能结构设计因素对每个产品维修性定量设计因素的重要度比值进行直觉模糊评估，得到所述两两产品功能结构设计因素对所述每个产品维修性定量设计因素的第二重要度比值评估直觉模糊矩阵；

根据所得到的第一重要度比值评估直觉模糊矩阵和第二重要度比值评估直觉模糊矩阵，建立所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性设计因素重要度的映射关系；

根据所建立的所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性设计因素重要度的映射关系，定量评估出所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性设计因素的重要度；

通过对所定量化评估的所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性设计因素的重要度进行可视化处理，得到所述待设计产品的可视化表达结果，并根据所得到的可视化表达结果进行产品设计。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述映射关系包括所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性定性设计因素重要度的第一映射关系和所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性定量设计因素重要度的第二映射关系。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据所建立的映射关系，定量评估出所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性设计因素的重要度包括：

根据所建立的映射关系，定量化评估出每个产品功能结构设计因素相对于每个产品维修性定性设计因素的第一重要度直觉模糊集矩阵Q1；

根据所建立的映射关系，定量化评估出每个产品功能结构设计因素相对于每个产品维修性定量设计因素的第二重要度直觉模糊集矩阵Q2。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所建立的映射关系，定量评估出所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性设计因素的重要度包括：

根据所建立的映射关系，定量化评估出每个产品维修性定性设计因素相对于整体产品维修性定性设计因素的第一重要度直觉模糊集R1；

根据所建立的映射关系，定量化评估出每个产品维修性定量设计因素相对于整体产品维修性定量设计因素的第二重要度直觉模糊集R2。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所建立的映射关系，定量评估出所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性设计因素的重要度包括：

根据所述第一重要度直觉模糊集矩阵Q1和所述第一重要度直觉模糊集R1，定量化评估出所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性定性设计因素的重要度W1；

根据所述第一重要度直觉模糊集矩阵Q2和所述第一重要度直觉模糊集R2，定量化评估出所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性定量设计因素的重要度W2。

6.一种基于维修性和功能结构的产品设计装置，其特征在于，包括：

获取设计因素模块，用于在进行产品设计之前，通过对产品功能结构和产品维修性进行分析，得到产品功能结构设计因素和包括产品维修性定性设计因素和产品维修性定量设计因素的产品维修性设计因素；

建立映射关系模块，用于根据经验数据，建立所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性设计因素重要度的映射关系；

定量评估模块，用于根据所建立的产品功能结构设计因素对所述产品维修性设计因素重要度的映射关系，定量评估出所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性设计因素的重要度；

产品设计模块，用于通过对所定量化评估的所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性设计因素的重要度进行可视化处理，得到所述待设计产品的可视化表达结果，并根据所得到的可视化表达结果进行产品设计；

所述建立映射关系模块包括：

第一获取单元，用于根据经验数据，通过分别对两两产品功能结构设计因素对每个产品维修性定性设计因素的重要度比值进行直觉模糊评估，得到所述两两产品功能结构设计因素对所述每个产品维修性定性设计因素的第一重要度比值评估直觉模糊矩阵；

第二获取单元，用于根据经验数据，通过分别对两两产品功能结构设计因素对每个产品维修性定量设计因素的重要度比值进行直觉模糊评估，得到所述两两产品功能结构设计因素对所述每个产品维修性定量设计因素的第二重要度比值评估直觉模糊矩阵；

建立映射关系单元，用于根据所得到的第一重要度比值评估直觉模糊矩阵和第二重要度比值评估直觉模糊矩阵，建立所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性设计因素重要度的映射关系。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述映射关系包括所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性定性设计因素重要度的第一映射关系和所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性定量设计因素重要度的第二映射关系。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述定量评估模块包括：

第一定量评估单元，用于根据所建立的映射关系，定量化评估出每个产品功能结构设计因素相对于每个产品维修性定性设计因素的第一重要度直觉模糊集矩阵Q1，以及定量化评估出每个产品功能结构设计因素相对于每个产品维修性定量设计因素的第二重要度直觉模糊集矩阵Q2；

第二定量评估单元，用于根据所建立的映射关系，定量化评估出每个产品维修性定性设计因素相对于整体产品维修性定性设计因素的第一重要度直觉模糊集R1，以及定量化评估出每个产品维修性定量设计因素相对于整体产品维修性定量设计因素的第二重要度直觉模糊集R2；

定量评估总单元，用于根据所述第一重要度直觉模糊集矩阵Q1和所述第一重要度直觉模糊集R1，定量化评估出所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性定性设计因素的重要度W1，以及根据所述第一重要度直觉模糊集矩阵Q2和所述第一重要度直觉模糊集R2，定量化评估出所述产品功能结构设计因素对所述产品维修性定量设计因素的重要度W2。

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