文摘

模块化的产品设计和制造技术是一种有效的方法来解决大规模定制问题。模块化技术的应用的一个难题就是,大规模定制的特点,如多批次、小批量,容易增加企业产品的模块结构的复杂性。为了解决这个问题,基于复杂网络理论,企业产品模块被映射为网络的顶点,模块使用映射节点的数量重量,模块之间的依赖关系映射到边缘,和产品模块建立网络。脆性风险熵提出了产品模块的网络通过考虑内部和外部因素影响企业的应用程序模块,以确定所需的模块的组织结构的合理性。然后,产品模块的稳定性的不确定性网络可以由计算脆性风险熵,子系统的脆性风险熵可以被识别。和产品的进化模块可以提升网络熵最大子系统的变化因素。分析的变化造成的产品模块网络模块进化,一个BBV模型(Barrat-Barthelemy-Vespignani)产品模块的网络建立动态地确定产品的脆性风险模块网络。最后,一系列专用车辆的模块化结构作为一个例子来验证提出方法,结果证实该方法的合理性和有效性。

1。介绍

模块化设计允许企业提供多样化的产品对市场需求变化作出快速反应,提高产品多样性和减少工程系统的复杂性。模块化技术,是最有效和广泛使用的技术,已经成为了最重要的特性的产品结构设计(1]。

大规模定制下产品模块按照一定的规则,组织和管理收集和不同类型的模块,模块组织结构形式。复杂产品的模块化结构有许多特点,如各种类型的模块,模块分散资源和不平衡模块的使用。它是一个复杂的系统,影响和与多种因素。多种因素导致不稳定的模块组织结构,如随机因素,包括外包模块到达失败率和白手起家的模块完成率低,和客观的因素,包括大型模块需求,模块使用率高。这些因素将导致缺乏及时模块供应,产品交付延迟,等,并最终影响产品的稳定性。因此,考虑到各种因素,稳定的模块组织结构提高通过改变模块类型,提高了模块结构,开发新的模块,等等。因此,模块进化的研究有着重要的工程应用意义。

随着机械产品的复杂性和类型的增加,产品模块的类型和数量迅速增加。这是一个重要的问题在指导模块进化。企业内模块组织结构并不是一个简单的统计不同模块的数量。优化模块组织结构,有必要考虑一系列问题,如模块之间的基本关系,模块的数量,和变化的模块。这两个重要的因素在实现组织结构的演变与优化模块如下:(1)如何建立模块组织结构模型首先,模块时,必须建立结构模型研究模块进化。目前,设计结构矩阵(2,3),图论(4),和复杂的网络5- - - - - -7)是主要的模块组织结构建模方法。研究方法描述组件和模块之间的关系,建立无向导演或加权网络模型。然而,大多数建模对象依赖于产品和不考虑模块组织结构的各种产品。使用相同的部分在产品族巧合点和建立multiproduct网络模型提出了通过产品树叠加(8将产品和组件在同一网络的研究中,但多层次产品之间的关系,模块,组件,和其他共存,这是不利于研究的进化模块。(2)如何确保模块组织结构的稳定性研究模块时进化模块进化模块的组织结构,促进变化的方向进化模块直接影响组织结构的优化模块。作为一个复杂系统,模块组织的稳定是至关重要的。领域的系统稳定性的研究中,福阿德(9)首次提出电力系统脆弱性的概念,建立了弱基于暂态能量函数分析方法和人工神经网络。2000年,阿尔伯特·研究脆性源基于一个复杂的理论,将系统脆性带入一个新时代10]。王等人。11,12)提出了一种耦合映射格子的级联失效模型提供了一个良好的数学方法对复杂网络的级联失效模型。金等。13)提出了系统脆性熵理论和突变理论。此外,最近有新的进展在复杂网络理论的脆性(14,15)和应用程序(16复杂网络的脆性。然而,与其他复杂系统相比,脆性行为的传播机制,脆性源,和其他因素不同由于独特的模块组织结构特征,及相关机制需要深入分析。此外,模块的动态演化确定系统中动态变化的特点。系统稳定性、系统优化的一个重要指标,需要遵循的动态更新。

在本文中,一个模块进化方法提出了提高生产的稳定性来解决这个问题的优化模块对模块化产品的组织结构。复杂网络理论用于地图模块组织结构作为一个产品模块网络和无标度网络和小世界网络的特征,分析产品的网络拓扑特征模块网络模型。通过分析因素如到达率、完成率、产品模块的利用率,产品的脆性风险熵模块网络模型,也就是说,产品模块的稳定网络的不确定性,建立了。的动态演化模型,建立了产品模块网络指导产品模块造成的网络模块进化的变化,从而确定产品的脆性风险的目标模块可以实现动态网络。此外,一系列的专用车辆提出了解释了该方法的有效性和合理性。

2。产品模块网络模型

2.1。产品模块网络建模

模块化产品的模块为核心,结合不同的模块形成一个产品。两个模块之间的组合关系可以映射作为一个边缘,因此任何模块化产品可以使用网络来表示。作为产品的一部分,该模块需要组装成一个合格的产品。有方向顺序基于模块组合的顺序组装。模块化产品的主要特性之一是可重用性;即同一模块可用于各种产品。可以研究模块之间的关系的多个产品在相同的网络,因为许多可重用的模块中使用一系列的产品。

基于模块的使用顺序和重用频率相结合,形成模块的拓扑组织结构和定义为产品模块网络G(V,E,W):V:节点组,组成模块E:导演边组W:重量,表明重用模块的数量

一系列的专用车辆设计和生产的一个特殊的汽车制造商作为一个例子。产品模块的网络G(V,E,W),它包含132个节点和816的边缘,是由6类型和27个产品模块。如图1,网络由多个产品的模块按照组合关系,和连接节点之间边的方向是由模块的装配顺序。

2.2。网络拓扑分析的产品模块

作为一个最基本的静态几何向量在一个复杂的网络,节点的度分布可以反映网络的宏观统计特征。在统计产品模块的网络建立的部分2。1出度分布函数P(k_出)与出度节点的变化k_出在双对数坐标系中画,入度分布函数P(k_在)和入度节点的变化k_在画,度分布函数P(k程度的变化k画(如图2)。

图2显示出度分布函数的尾部P(k_出)有一个显著的重尾分布现象,大约是一条直线。整个函数和幂律分布是一致的。度分布P(k_在)是接近一条直线,有很大的重尾分布的现象。度分布P(k)是接近一条直线,除了初始点转移,和尾巴显示重尾痕迹符合幂律分布。因此,产品模块网络符合无标度网络的特征,这意味着网络分布服从指数分布(17]:

一个随机网络的平均最短的距离与相同数量的节点和节点平均产品模块网络,表示为l_r,计算公式(2)[17,这也显示了结果:

随机网络的平均聚类系数与相同数量的节点和节点平均产品模块网络,表示为C_r,计算公式(3)[17,这也显示了结果: 在哪里K是一个网络节点的平均度。

与产品模块网络相比,平均最短路径l(计算公式(2)网络产品的模块

平均最短路径c(计算公式(3)网络产品的模块

从公式(4)和(5),有短的平均距离和平均聚类系数在产品模块网络,这意味着产品模块网络具有小世界网络的特点(17]。

在产品模块网络,出度反映了模块应用范围、入度模块的可接受范围,平均最短的距离反映了模块的分离程度,和聚类系数反映了该模块的临界。因此,产品模块网络不仅具有无标度网络和小世界网络的特征,但也有一些自己的特点:(1)在图2,有一些节点的出度和入度是1度,这表明这些节点只能组装到一个特定的模块或接口模块。这些模块是特殊模块的一个定制的产品,按照实际生产。(2)产品模块网络的度分布不均匀,有一些中心节点。中心节点表示几个模块由多个产品在产品模块重用的网络。过度依赖这些模块,这表明该模块多样化程度较差或具有较高的市场人气。过度依赖容易导致不能产品模块的网络节点崩溃的影响。(3)无标度网络展览高鲁棒性随机故障和高脆弱性蓄意攻击。类似的情况发生在产品模块的网络,因此有必要分析产品模块网络的脆弱性。

3所示。产品模块网络脆性分析

对于一个复杂的系统年代,有一个子系统或组成部分年代_我有很强的对环境的敏感性。当年代_我崩溃,因为年代_我受到内部或外部因素的干扰或攻击,其他子系统或部件也可能崩溃,可能导致整个复杂系统的崩溃。这个复杂系统的行为特征称为脆性(18]。脆性是复杂系统的基本性质与系统进化,始终存在,不消失或环境变化。

如果一个模块是一个产品的子系统模块网络,然后一个子系统也有脆性由于到达率较低,不足完成率等在指定的时间内。当模块对应子系统失败的数量以支持生产任务对应产品模块网络子系统是不正常的,它被定义为子系统崩溃。有效供给率越低,子系统的脆性越大,如果模块供应断层引起的子系统的脆性用作描述子系统的脆性。

假设脆性事件我_x在脆性事件空间我= {我₁,我₂、…我_X}到达率影响的子系统年代_我是一个随机事件的概率p_x。模块到达率被定义为一个_我: 在哪里X表示脆性事件的总数在脆性事件空间我,x=1、2、…X,0≤p_x≤1。

假设脆性事件J_y在脆性事件空间J= {J₁,J₂、…J_Y}影响子系统的完成率年代_我是一个随机事件的概率p_y。该模块完成率被定义为R_我: 在哪里Y表示脆性事件的总数在脆性事件空间J,y=1、2、…Y,0≤p_y≤1。

模块的数量可以保证满足产品模块网络需求只有在外包模块子系统的到达时间和白手起家的模块完成。因此,概率,(P_如果),模块子系统对应的数量年代_我满足需求的产品模块网络获得: 在哪里我= 1,2,…n;一个_我= 0,子系统年代_我包含的模块是白手起家的;和R_我= 0,子系统年代_我包含模块外包。

如果模块系统的数量年代_我满足需求的产品模块网络,内部因素,即模块使用率,从而导致产品模块网络崩溃,将被考虑。模块使用率越高U_我,由于调度子系统崩溃失败的可能性,部门协作,和其他原因。

考虑到到达率、完成率和使用率,子系统的脆性测量功能年代_我由于脆性的定义是崩溃 在哪里我=1、2、…n。

系统的概率年代崩溃的是p_我,0≤p_我≤1,子系统的影响下年代_我崩溃。p_我被定义为子系统的影响系数年代_我导致系统崩溃年代= {年代₁,年代₂、…年代_n}崩溃。的归一化值影响系数和计算子系统的崩溃概率分布。效用系数问_我的子系统年代_我崩溃制定如下: 在哪里我=1、2、…n,0≤问_我≤1, 。

根据香农理论(19),子系统的脆性风险熵年代_我可以被定义为 在哪里我=1、2、…n。

的平均值测量脆性事件效用的函数系数空间被定义为系统的脆性风险熵,表示为 : 在哪里我=1、2、…n。

根据产品的结构网络模块,模块的使用率,表示为U_我,可以被映射到输出强度的比值的总输出强度产品模块网络中的一个节点: 在哪里=输出强度我th节点,我=1、2、…n。

的影响系数p_我的子系统年代_我崩溃崩溃系统可以被映射到集群子系统的归一化值系数: 在哪里c_我=集群系数我th节点,我=1、2、…n。

因此,产品的脆性风险熵模块网络可以表示如下: 在哪里我=1、2、…n。

脆性风险熵反映了系统的脆性风险在一个时刻,是系统崩溃的可能性的不确定性度量(20.]。从公式(11),系统的脆性风险熵与输出强度密切相关的网络节点和节点聚类系数。因此,子系统可以进行调整,以提高系统性能,降低脆性风险。

因为不同的模块类型和来源的子系统,在脆弱的事件也有差异。子系统的脆性风险的不确定性可以测量。如果风险子系统的熵年代_k在系统年代是最大的, 在哪里我=1、2、…n。

多个调用公式(16)获得几个子系统与大系统中熵。脆性风险熵值越高,掌握的贫穷子系统脆弱的不确定性风险。较大的脆性事件子系统脆性风险熵分析确定主要脆性因素可能导致系统崩溃。子系统可以有效地减少脆性风险,系统脆性风险将减少控制主要脆性因素。

4所示。产品模块网络演化

从公式(15),一个子系统的脆性来自三个方面:到达率、完成率和使用率。的到达率、完成率和使用率的模块可以改善通过添加新模块和删除旧的模块。产品模块的网络子系统的脆性风险降低提高到达率的控制,完成比例,和使用率,逐步提高到达率和完成率和减少模块使用率。

在产品模块网络,最初的网络边缘的重量会改变由于添加新模块。模块进化的进化网络节点之间的交互,这是符合实际网络的共同特征。

从公式(13)和(14),产品的输出强度和集群系数模块网络节点的关键功能评估系统的脆性风险熵。

在网络产品模块,输出强度的节点N_我可以被定义为 在哪里=两个相邻点之间的重量h=数量的相邻节点集N_我点。

考虑到节点N_我两个相邻点之间的重量N_我点,输出强度能反映的影响N_我。节点的输出强度指示的使用频率N_我在产品模块的网络。

集群系数c_我的我th网络节点在产品模块 在哪里年代_我=的点强度N_我和k_我=的程度N_我。

集群系数c_我是重量节点及其周边节点之间的关系,可以全面反映节点的重要性。在产品模块网络中,节点的集群系数表达模块中包含的节点的重要性。

根据公式(17)和(18),输出强度和网络节点的集群系数计算基于边缘的重量。适应的动态演化过程模块,有必要分析产品模块动态网络。

BBV (Barrat-Barthelemy-Vespignani)模型是一种网络演化模型的基础上,指出驾驶强度和重量加强机制。它可以模仿相互作用强度的变化在实际系统[21]。这里,BBV模型是用来描述和分析产品的进化模块网络在动态环境中。

在一个网络,其中包含产品模块n节点,当新的节点N_j添加到网络point-driven的方式在每个时间间隔,旧的节点的权重吗N_我和新节点N_j将分配 在哪里年代_我=的点强度N_我和δ=体重增加。

当N_j增加的重量N_j将会增加δ。δ将所有节点分为连接N_我基于重量。

的输出强度N_我在产品模块网络可以修改

集群系数我节点可以被修改 在哪里C_我|_新=新集群系数后体重变化。

解决子系统的目标函数与最大熵可以修改如下: 在哪里我=j、1、2、…n和G(年代_我)|_新=新的子系统风险熵后体重变化。

然后,系统的脆性风险熵的变化显示为 在哪里我=j、1、2、…n。

新节点网络进化后的重量信息可以通过使用BBV模型,和BBV模型能够适应网络的动态环境中进化,动态地确定哪些子系统的脆性风险熵最大产品模块网络,提高产品的脆性风险模块的把握网络。此外,BBV模型提供了支持确定子系统的脆性事件和降低脆性风险在网络进化。

5。情况下

产生的一系列专用车辆设计和特殊工具的制造商是跟踪6个月使用上面的方法。后前6个月的生产任务没有这种方法是根据生产记录统计和分析。验证了该方法的有效性通过比较之前和之后的应用程序的影响。

月产量在生产,产品模块网络的节点数目的变化得到如图3。

在生产,本系列的产品输出保持此前单位/月。使用模块的最大数量是156,最低的电话号码是136。模块类型随每月月度生产。

脆性风险熵后前6个月的产品模块的网络计算公式(15)。从7月开始,到达率的影响,完成率,使用率与大的熵值分析子系统,推动和实现产品的进化模块网络部分所示的方法4,产品的脆性风险熵计算模块网络下个月。最后,产品的脆性风险熵模块网络在生产一年可以获得,如图4。

脆性风险熵的趋势产品模块的网络显示产品的脆性风险模块网络下降之前使用这种方法(从6月1日),最高为0.8136,最低为0.7880。然而,下降的速度相对较慢,甚至还有4月略有增加。

从七月开始,子系统的脆性风险熵函数是用于定位一个子系统与较大的脆性风险熵,进化和模块执行基于脆性事件类型。脆性风险熵的产品模块网络7日,8日和9月下降迅速从0.7880到0.6616,因为更高的风险熵的子系统是位于精确。这下降的趋势仍在10日,11日,和12个月。

与数据3和4,脆性风险熵产品模块网络的趋势在今年前六个月是一致的月产量趋势和模块类型使用的趋势,这表明最初的脆性风险控制很低。在4月,月产量高,脆性风险熵大产品模块的网络。根据生产记录,产品模块更改数量的增加从5在3月8日4月,这表明产品模块网络很难抵制的风险生产任务的变化。

从4月到9月,每月生产任务包括8模式。从4月到6月,模块类型数量的增加从140年到143年,和产品的脆性风险熵模块网络从0.8012降低到0.7880。然而,在引入复杂网络理论、模块类型数量的增加从143年6月到154年9月,和产品的脆性风险熵模块网络从0.7880降低到0.6616。此外,模块的进化速度明显提高,和产品的脆性风险熵模块网络正在迅速减少,这表明产品的控制能力模块网络对脆性风险增强。

产品的脆性风险熵10月模块网络放缓,但有一个下降的趋势。根据生产记录,产品类型的数量从10月8日至7减少,但引入了一种新的模式。新模块的脆性风险的不确定性可能会增加产品的脆性风险不确定性网络模块,放缓导致的脆性风险熵产品模块的网络。类似的现象在11到12个月,观察表明显著增加产品的脆性抗风险模块网络和少量的外部模块有限影响产品的健壮性模块网络后,有效地减少网络产品的脆性风险熵模块。

因此,模块的有效性基于脆性风险熵的演化方法分析产品模块的网络验证。

6。结论

重要的是要提高企业抗风险和增加产品多样性通过优化模块组织结构在使用模块化技术生产企业。作为产品的一个基本部分,有一个必要的模块之间的关系。随着产品继续生产,产品的模块使用继续积累。根据模块和模块的积累之间的关系,可以建立产品模块网络研究模块组织结构的企业。因此,企业的组织结构的发展规律模块可以实现企业的优化模块组织结构。

在本文中,一个产品模块网络是建立基于复杂网络理论。网络具有小世界和无尺度字符根据网络的拓扑结构特征的分析和显示不均匀使用特定的模块。最大的子系统在网络脆性风险熵是通过建立脆性风险熵函数。考虑导致的脆性事件源子系统的脆性风险,提出模块进化减少脆性风险熵产品模块的网络,这表明,掌握网络的脆性风险的能力提高。BBV模型促进了产品模块网络演化和脆性风险熵的变化可以动态地把握网络产品的模块。

产品模块网络是建立基于一系列的产品使用相同的一些模块。产品模块网络分析模块可以单独设置组织结构在企业在多个产品线。如果企业的所有产品有一些相同的模块,然后网络可以构建一个完整的产品模块,该模块结构分析一致。整个产品系列的产品模块网络可能很大,这将影响计算效率和优化的效果,因为产品模块网络的建设是基于模块的类型和重用模块的数量。

数据可用性

该手稿中使用的所有数据来自中国油罐车制造商公司。但根据合作协议,第三部分无法提供真实的数据。如果任何人需要数据确认方法在这个手稿,请联系相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这个项目是由中国国家自然科学基金(批准号51705392)和Xiʼ科技大学总统基金会(批准号XAGDXJJ16004)