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基于免疫计算的产品耦合功能规划原型系统1 曹鹏彬，肖人彬，库琼 华中科技大学CAD 中心，武汉(430074) E-mail: caopengbin@263.net 摘 要： 公理设计 (Axiomatic Design ，AD) 理论及其应用是设计领域的研究热点之一。针 对复杂产品设计的实际需求，为解决AD 过程中出现的耦合设计问题，在基于免疫聚类识别 的耦合功能规划方法研究成果的基础上，研究开发了基于免疫计算的产品耦合功能规划原型 系统 (Coupled Function Planning System for Product Based on Immune Computing, CFPSP-IC)。在对产品耦合功能规划流程进行简述后，对原型系统 CFPSP-IC 进行了详细介 绍，就其设计原理、系统结构以及各个功能模块等进行了阐述说明。CFPSP-IC 的开发为AD 指导下的产品设计中所出现的耦合设计问题的解决提供了自动化支持工具。 关键词：耦合功能规划 免疫计算 公理设计 原型系统 中图分类号：TP391 1. 引 言 [1] 公理设计(Axiomatic Design，AD)是美国MIT 的学者Suh提出的一种现代设计理论 。目 前关于AD 的理论及其应用已成为设计领域的研究热点[2-6] ，引起了设计人员的重视和关注。 AD 为产品设计提供了较完整的范式。但是作为AD 核心之一的独立公理在实际使用过 程中却存在一定的局限性。在实际产品设计中，随着产品复杂性的增加，功能耦合及其引起 的耦合设计问题是难以避免的。然而，现有AD 没有提供分析功能耦合的手段，因此无法处 理和解决耦合设计问题。针对复杂产品设计的实际需求，为解决AD 指导下的产品设计出现 的耦合设计问题，文献[7]研究提出了基于免疫聚类识别的耦合功能规划方法。在其研究工 作的基础上，本文研究开发了基于免疫计算的产品耦合功能规划原型系统 (Coupled Function Planning System for Product Based on Immune Computing, CFPSP-IC) ，旨在为耦合功能规划提 供自动化支持工具。以下首先对产品耦合功能规划流程进行简述，然后对CFPSP-IC 进行详 细介绍，就其设计原理、系统结构以及各个功能模块等进行阐述说明。 2. 产品耦合功能规划流程 以AD 为指导进行产品设计时，首先根据用户的产品需求进行产品的功能分析，然后以 功能独立公理作为准绳对功能要求和设计参数进行“之字形”映射变换方式的分解，得到产 品的功能分解方案，并用设计矩阵表达功能要求与设计参数之间的映射关系。如果得到的设 1 本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金项目(20030487054)和国家自然科学基金项目资 助。 - 1 - 计方案不能满足功能独立公理要求，则该设计方案是一种耦 合设计，其对应的设计矩阵为耦合设计矩阵。对于耦合设计 方案，按照下述步骤进行耦合功能规划（具体方法参见参考 文献[7]）。 首先，采用聚类方法（矩阵转换[8]或免疫聚类）识别耦 合功能集并明确功能之间的耦合关系，为后续规划提供耦合 关系信息。耦合功能集是指耦合功能的集合，这些耦合功能 因它们之间的相互依赖关系构成回路。 其次，对于耦合功能集，采用基于三角模糊数的两两比 较方法对功能耦合程度进行度量，将布尔耦合功能集（用布 尔设计矩阵表达的耦合功能集）转化为数字耦合功能集（用 量化后的数字设计矩阵表达的耦合功能集），为后序规划提 供功能耦合程度信息。 最后，基于功能耦合关系和耦合程度信息，通过解耦和 割裂（采用枚举或免疫割裂的方法）操作对耦合功能进行重 组，确定各功能的实现顺序。 耦合功能规划的流程如图1 所示。 3