[发明专利]一种基于谱特征的模块化复杂产品的设计方法

权利要求书

1.一种基于谱特征的模块化复杂产品的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：确定影响零部件间关联强度的因素，并制定关联强度量化标准，对零部件间的关联强度进行量化；

步骤2：确定结构、功能和物理关联度三者之间的权重，使之满足三者权重之和为1，并计算零部件间的综合关联强度值，构建数值型设计结构矩阵；

步骤3：对设计结构矩阵进行谱特征分析，确定k的取值范围，并提取前k个最大的谱特征和对应的特征向量组成一个新的谱映射空间；

步骤4：利用k-means算法对谱映射空间中的数据进行聚类，得到k取值范围内所有的模块划分方案；

步骤5：将拓展加权模块度EWQ函数作为目标函数，每得到一种划分方案，计算一次EWQ值，直到所有方案的拓展加权模块度被计算完毕为止，找到EWQ函数的局部峰值，其对应的模块划分方案即为最优方案。

2.根据权利要求1所述的基于谱特征的模块化复杂产品的设计方法，其特征在于，所述步骤2在进行描述零部件的关联强度时，同时考虑结构、功能和物理因素，量化三个因素，通过权重配比，计算零部件间的综合关联强度，公式如下：

其中Γ(i,j)表示零件i和j之间的综合关联强度；和分别表示零件i和j的结构关联度、功能关联度和物理关联度；w_g、w_f和w_p分别为结构关联、功能关联和物理关联的权重配比。

3.根据权利要求1所述的基于谱特征的模块化复杂产品的设计方法，其特征在于，所述步骤3通过对设计结构矩阵进行谱特征分析，具体为：

1)通过奇异值分解提取出设计结构矩阵的谱特征；

2)将提取出的谱特征以数量级递减的方式降序排列，提取前k个谱特征组成矩阵X，然后将矩阵X的行向量规范为单位长度；

3)在规范的矩阵X的基础上，构造新矩阵Q＝XX^T，此时数据处理空间由设计结构矩阵所在的原始空间转变为维度约简的谱映射空间，在此空间上包含后续聚类所需的全部有效信息，设计结构矩阵中的冗余信息在此过程中被剔除。

4.根据权利要求1所述的基于谱特征的模块化复杂产品的设计方法，其特征在于，所述步骤5采用拓展加权模块度EWQ作为目标函数衡量划分粒度的合理性，其中拓展加权模块度EWQ的计算公式如下：

其中：

M_vw为复杂产品的设计结构矩阵；

s为设计结构矩阵中所有零部件的关联度之和；

s_v为零部件v与其他零部件的关联度之和；

O_v为零部件v隶属于不同模块的个数；

C_i为第i个模块；

拓展加权模块度EWQ将计算每个k值对应的模块划分方案，以寻找局部峰值，而局部峰值则表示最优划分方案。