陳 兵 劉 昌 莫 威 張利杰

(北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，北京 100083)

近10年以來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及社會的進(jìn)步，加快了道路交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，也帶動(dòng)了汽車行業(yè)的發(fā)展，中國汽車產(chǎn)銷量增長迅速，2016年的中國汽車產(chǎn)銷量已經(jīng)高達(dá)2 800萬輛，同時(shí)，截止2016年，中國汽車保有量已經(jīng)高達(dá)1.94億輛。汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展也導(dǎo)致道路車輛事故(或故障)救援、城市違章車輛處置以及自然災(zāi)害搶險(xiǎn)救援等社會需求急速增長，對清障救援車的需求日益增大。然而，我國清障車行業(yè)起步較晚，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中缺乏成熟的產(chǎn)品頂層設(shè)計(jì)架構(gòu)和系統(tǒng)性指導(dǎo)，主要依靠仿制國外的產(chǎn)品，自主研發(fā)能力差，設(shè)計(jì)思路及設(shè)計(jì)理念遲滯不前，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量較低、性能較差，嚴(yán)重阻礙了我國清障救援車行業(yè)的發(fā)展。

針對上述情況，國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)對清障救援車開展了如新型材料、智能化等多領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新，但在設(shè)計(jì)制造理論上的突破相對較少。模塊化設(shè)計(jì)方法是近年來在工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用較廣的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法理論[1]，目的是將產(chǎn)品根據(jù)不同的要求劃分為一系列的模塊單元，并通過不同模塊的組合滿足不同客戶需求，是解決產(chǎn)品品種、規(guī)格、生產(chǎn)周期等與成本之間矛盾的重要方法。模塊化設(shè)計(jì)主要包括了模塊劃分和模塊組合兩方面的內(nèi)容，模塊劃分是實(shí)現(xiàn)清障救援車模塊化的基礎(chǔ)，對清障救援車開展模塊劃分方法研究具有重要意義。

目前已有很多學(xué)者對不同的機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行了多方面的模塊劃分方法技術(shù)研究[2]。劉宏洋[3]等人針對泵車產(chǎn)品，構(gòu)建功能、結(jié)構(gòu)映射分類樹，劃分出泵車的基本模塊、必選模塊和可選模塊；高羨明[4]等人綜合考慮了數(shù)控機(jī)床功能元間的功能、裝配、空間等多個(gè)相關(guān)準(zhǔn)則，構(gòu)建功能元相關(guān)度矩陣，并采用譜系聚類法實(shí)現(xiàn)了數(shù)控機(jī)床的模塊劃分；郟維強(qiáng)[5]等人發(fā)展了一種模糊證據(jù)推理算法，量化表達(dá)了零件間綜合關(guān)聯(lián)關(guān)系，并引入粒子群算法對復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品的最優(yōu)模塊劃分方案進(jìn)行了求解；Suiran Yuo[6]等人考慮了產(chǎn)品與整個(gè)生命周期相關(guān)的屬性，通過最大化模塊內(nèi)各零件間的交互關(guān)系，構(gòu)建模塊化對象的自適應(yīng)聚類函數(shù)模型，并采用種群遺傳算法(GGA)對模塊進(jìn)行了劃分；Shana Smith[7]在影響模塊劃分的傳統(tǒng)關(guān)聯(lián)準(zhǔn)則基礎(chǔ)上加入了綠色設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的思想，并提出一種利用原子理論概念來解決綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)的模塊規(guī)劃方法。

從國內(nèi)外文獻(xiàn)調(diào)研中發(fā)現(xiàn)模塊劃分技術(shù)已從早期的根據(jù)功能結(jié)構(gòu)關(guān)系劃分模塊發(fā)展為針對不同模塊化對象，融合多學(xué)科思想的全生命周期多維屬性決策，但目前我國對清障救援車輛多關(guān)聯(lián)屬性的模塊劃分技術(shù)的研究幾乎為空白。

本文針對現(xiàn)有清障救援車系列產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念陳舊且功能模塊劃分原則模糊的現(xiàn)狀，基于模塊化理論，運(yùn)用層次分析法和模糊聚類方法，充分考慮影響清障救援車模塊劃分的關(guān)鍵因素，建立適應(yīng)于清障救援車的多維模塊劃分準(zhǔn)則，提出合理的清障救援車模塊劃分方法，并通過分析模塊間耦合關(guān)系建立了優(yōu)化模塊劃分結(jié)果的數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)了對模塊劃分結(jié)果的科學(xué)評估，最后用重型清障救援車模塊劃分案例驗(yàn)證了所提出方法正確性。

1 清障救援車的模塊劃分準(zhǔn)則

清障救援車作為一種多功能、系列化的公路救援清障設(shè)備，可對在公路上發(fā)生故障、事故的車輛進(jìn)行救援、清障工作。清障救援車作為典型復(fù)雜專用車輛的一種，對其從不同角度進(jìn)行模塊劃分可以得到不同的模塊劃分結(jié)果，而合理的模塊劃分是實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)及制造的必要條件。為得到更為準(zhǔn)確、獨(dú)立性更強(qiáng)的模塊劃分方案，應(yīng)依據(jù)清障救援車的功能、結(jié)構(gòu)映射關(guān)系，全方面考慮清障救援車在其全生命周期中所面臨的影響因素，包括功能、性能、幾何結(jié)構(gòu)、零件聯(lián)接、材料關(guān)系、零部件裝配、成本等設(shè)計(jì)要素，故將清障救援車的劃分規(guī)則按照其在生命周期中不同時(shí)期的主要特點(diǎn)分為設(shè)計(jì)特征屬性、裝配特征屬性和使用特征屬性，具體可細(xì)分為如圖1所示7個(gè)子相關(guān)特性。

1.1 設(shè)計(jì)特征屬性

1.1.1 功能特征相關(guān)性Pfun

清障救援車的功能實(shí)現(xiàn)與各個(gè)零部件的作用直接相關(guān)，故將零部件對整體功能的作用稱為零部件的功能特征。在清障救援車的模塊劃分中，功能特征的相關(guān)性是決定模塊劃分結(jié)果的關(guān)鍵因素，因此零部件功能相關(guān)性是設(shè)計(jì)特征準(zhǔn)則中最重要的組成部分。功能特征的相關(guān)性體現(xiàn)在兩個(gè)零部件在完成同一項(xiàng)功能時(shí)的協(xié)同程度，例如，車輪跟底盤傳動(dòng)系統(tǒng)在完成走行功能時(shí)是缺一不可的，所以被認(rèn)為具有很強(qiáng)的功能相關(guān)性，對功能特征相關(guān)性的描述及其量化體系如表1所示。

1.1.2 結(jié)構(gòu)特征相關(guān)性Pstr

結(jié)構(gòu)是功能實(shí)現(xiàn)的載體，結(jié)構(gòu)特征的相關(guān)性是衡量各零部件能否構(gòu)成一個(gè)模塊的重要因素之一。清障救援車結(jié)構(gòu)主要是根據(jù)其功能決定的，同時(shí)，零部件的結(jié)構(gòu)對產(chǎn)品功能的實(shí)現(xiàn)又有一定的影響。在模塊劃分時(shí)需要參照實(shí)際的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖，如兩個(gè)零部件空間位置接觸或者靠近，那么其組合成為一個(gè)模塊的幾率就相對增大。對結(jié)構(gòu)特征相關(guān)性的描述及量化體系如表1所示。

1.1.3 材料特征相關(guān)性Pmat

由于清障救援車的不同零部件發(fā)揮作用的方式不同，其加工材料也會有不同選擇，不同的材料在相互作用過程中可能會發(fā)生化學(xué)變化，導(dǎo)致零部件應(yīng)用屬性相應(yīng)改變。應(yīng)盡量將相同或相容材料的零件劃分在同一模塊內(nèi)，有利于進(jìn)行資源回收和廢棄材料的處置。對其材料的相關(guān)性表述如表1所示。

1.2 裝配特征準(zhǔn)則

1.2.1 可替換特征相關(guān)性Prep

清障救援車作為專用車輛產(chǎn)品，其零部件因其較高的標(biāo)準(zhǔn)化程度和通用性能，在裝配過程中根據(jù)不同需求而具有一定程度的可替換性。受市場規(guī)模及投入產(chǎn)出等經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)影響，現(xiàn)有的清障救援車設(shè)計(jì)多選用專用二類底盤，繼而在此基礎(chǔ)上進(jìn)行功能部件改裝，其上裝部件(專用作業(yè)功能模塊)的選擇(規(guī)格、性能)在裝配過程中會根據(jù)不同的客戶需求發(fā)生改變，而這種改變會直接影響零部件間相關(guān)的結(jié)構(gòu)性能，例如，其懸架結(jié)構(gòu)可以選擇鋼板式懸架、空氣懸架等，替換不同的懸架后會對相關(guān)零部件及整車性能產(chǎn)生影響，故而通過定量方法對此特征相關(guān)性進(jìn)行描述(見表1)。

表1 零部件準(zhǔn)則量化關(guān)系表

關(guān)系類型0.8-0.90.4-0.60.1-0.30功能特征相關(guān)性關(guān)系描述兩者共同完成主功能兩者輔助完成相關(guān)主功能兩者協(xié)同完成相關(guān)整體功能兩者無功能相關(guān)性結(jié)構(gòu)特征相關(guān)性關(guān)系描述兩者是緊固關(guān)系,不可拆聯(lián)接兩者部件屬半包圍關(guān)系,需工具裝配拆卸的固定聯(lián)接兩者點(diǎn)線面接觸,可手工拆卸的活動(dòng)聯(lián)接兩者無接觸關(guān)系材料特征相關(guān)性關(guān)系描述兩者材料完全相同或極相容兩者相容性較好,受變化后材料的綜合性能略微降低兩者相容性一般,易發(fā)生化學(xué)變化但不影響材料屬性材料極難相容或易發(fā)生化學(xué)腐蝕可替換特征相關(guān)性關(guān)系描述更換兩者部件不會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響更換兩者部件會減弱部分結(jié)構(gòu)能力更換兩者部件會大幅減弱結(jié)構(gòu)能力,影響零部件可靠性兩者部件不可更換

1.2.2 連接關(guān)系相關(guān)性Pint

連接關(guān)系是清障救援車裝配特征屬性中的關(guān)鍵準(zhǔn)則，對于零部件的規(guī)劃配置具有重要影響。連接關(guān)系包括了部件i和j間的配合方式(間隙、過渡、過盈)、連接接口類型、連接接口數(shù)目等影響因素，綜合其影響因素間的相互關(guān)系，利用零部件的聯(lián)接交互系數(shù)(如表2)表征了連接關(guān)系的強(qiáng)度，其強(qiáng)弱關(guān)系也反映了結(jié)構(gòu)單元內(nèi)部聯(lián)接關(guān)系對其裝配、互換性能的影響。定義救援清障車的連接關(guān)系相關(guān)性特征值為[9]：

(1)

式中：JTh為零部件i和j間第h個(gè)接口的交互關(guān)系系數(shù)，由該連接接口的連接類型決定，IF(i,j)為零部件i和j間的連接接口數(shù)目。

1.3 使用特征準(zhǔn)則

1.3.1 壽命相關(guān)性Plif

因?yàn)榫仍逭宪囋谛旭偤妥鳂I(yè)狀態(tài)時(shí)受力情況及工作環(huán)境不盡相同，其零部件的使用壽命也會在不同的工況環(huán)境中發(fā)生改變，該準(zhǔn)則的目的在于盡可能將使用壽命相近的零部件組合成一個(gè)模塊，從而避免了因?yàn)槭褂脡勖灰恢露枰粩喔鼡Q模塊內(nèi)的零部件而造成的工作量增加和資源浪費(fèi)。鑒于不同零部件壽命的差異性，以兩個(gè)零部件之間使用壽命的比值來定義救援清障車壽命相關(guān)性，如式(2)。

(2)

式中：mi和mj分別為零部件i和j的使用壽命，min (mi,mj)為mi和mj之間的最小值，max (mi,mj)為mi和mj之間的最大值。

表2 零部件聯(lián)接交互系數(shù)

聯(lián)接類型交互系數(shù)聯(lián)接類型交互系數(shù)注塑0.9間隙0.5焊接0.9松配合0.4螺栓0.8蓋0.2螺釘0.7限位0.1扣0.6無0輕壓入0.6

1.3.2 回收重用相關(guān)性Prec

救援清障車作為機(jī)動(dòng)車的一種，必須滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在使用年限到期或者因?yàn)槠渌鹿?、故障原因，有關(guān)部門會對其進(jìn)行強(qiáng)制拆解報(bào)廢。為減少資源浪費(fèi)，其廢舊零部件會通過不同的處理方式回收利用，或重新還原為物質(zhì)狀態(tài)進(jìn)行再循環(huán)。為減輕回收負(fù)擔(dān)，降低回收成本，將具有相似回收利用方式的零部件組成一個(gè)模塊，有利于在救援清障車生命周期的末端對其采用相同的處理方式，例如，對不可再回收利用的模塊予以直接報(bào)廢處理，減少再拆卸的工作量。定義救援清障車的回收關(guān)系指數(shù)如表3所示。

表3 回收關(guān)系量化關(guān)系表

零部件可回收性描述兩者都能夠直接重用或可利用再制造兩者材料回收可再循壞兩者部分材料回收可再循環(huán)兩者對環(huán)境影響極大需直接進(jìn)行廢棄處理回收關(guān)系指數(shù)0.90.60.30

同時(shí)，因?yàn)槠渲赜眯阅苓€要考慮到其在裝配過程中的聯(lián)接方式，易于拆卸的零部件重用可能性較大，不易拆卸的零部件可能在拆卸過程中對零部件產(chǎn)生破壞影響其重用性能。因此綜合上述零部件連接的交互系數(shù)和回收關(guān)系指數(shù)，定義救援清障車回收重用關(guān)系準(zhǔn)則的相關(guān)性因子為：

(3)

式中，JT為零部件間的連接交互關(guān)系系數(shù)，ni和nj分別為零部件i和j的回收關(guān)系指數(shù)，min (ni,nj)為ni和nj之間的最小值，max(ni,nj)為ni和nj之間的最大值。

2 零部件綜合關(guān)系的分析

為獲得合理的模塊劃分方案，需要綜合考慮上述準(zhǔn)則影響關(guān)系，建立清障救援車任意兩個(gè)零部件之間的相關(guān)度的數(shù)值模型，將所有零部件在不同準(zhǔn)則層下的相關(guān)性關(guān)聯(lián)值通過矩陣建立起來，形成反映各零件相關(guān)性的綜合關(guān)系矩陣。

2.1 零部件相關(guān)性關(guān)聯(lián)矩陣

如果零部件i和零部件j在功能、結(jié)構(gòu)、材料、可靠性、接口、壽命和回收等方面存在交互關(guān)系，則稱這兩個(gè)零部件在這些準(zhǔn)則層面是具有相關(guān)性的。通過分析這些影響零部件間相關(guān)性的關(guān)聯(lián)因素，結(jié)合上節(jié)所述中對于各準(zhǔn)則的量化規(guī)則，將各個(gè)準(zhǔn)則層下零部件間的強(qiáng)弱關(guān)系用數(shù)值矩陣的方式表現(xiàn)出來，即零部件i和零部件j的功能關(guān)系矩陣Pfun、結(jié)構(gòu)關(guān)系矩陣Pstr、材料關(guān)系矩陣Pmat等，依次建立7個(gè)如公式(4)中的n×n的關(guān)系矩陣。

(4)

式中：n為零部件個(gè)數(shù)；x為各個(gè)模塊的劃分準(zhǔn)則。

2.2 綜合相關(guān)性關(guān)聯(lián)矩陣

由于零部件間的關(guān)聯(lián)關(guān)系是基于多準(zhǔn)則、多維度構(gòu)成的，上述各個(gè)準(zhǔn)則屬性對救援清障車模塊劃分影響不同且相互間也存在一定的關(guān)聯(lián)，因此需要在所涉及準(zhǔn)則范圍內(nèi)分析各個(gè)準(zhǔn)則的優(yōu)先等級及交互關(guān)系，即通過為各準(zhǔn)則分配權(quán)重來量化評估各準(zhǔn)則的重要性。本文采用層次分析法結(jié)合專家定量評分方法分析了各準(zhǔn)則的相對重要程度，計(jì)算得出各準(zhǔn)則的權(quán)重值，并通過一致性檢驗(yàn)驗(yàn)證了權(quán)重分配的合理性，圖2即為某型清障救援車的權(quán)重分配示意圖。

在模塊劃分過程中，判斷任意兩個(gè)零部件是否要?jiǎng)澐值揭粋€(gè)模塊內(nèi)，需要綜合考慮道路救援車模塊劃分準(zhǔn)則，以上述方法為各個(gè)準(zhǔn)則分配權(quán)重，并以此為依據(jù)，將零部件間相關(guān)因子進(jìn)行加權(quán)求和得到零部件間綜合相關(guān)性值，綜合相關(guān)性值大表現(xiàn)為兩個(gè)零部件的關(guān)聯(lián)度更為緊密，更應(yīng)規(guī)劃為同一模塊。零部件i和j間的綜合相關(guān)性關(guān)系值計(jì)算公式為：

(5)

式中：CAi,j為任意兩個(gè)零部件之間的綜合相關(guān)性值；wi為各準(zhǔn)則的權(quán)重系數(shù)因子。

相對于傳統(tǒng)的運(yùn)輸車輛，清障救援車輛具有較為復(fù)雜的作業(yè)功能且構(gòu)成零部件較多，各部件間的功能關(guān)系明顯，致使實(shí)際生產(chǎn)中的功能模塊總成與通過模塊劃分理論所劃分的模塊有一定區(qū)別，因而通過準(zhǔn)則劃分的模塊應(yīng)保留救援清障車原有的功能特性，不應(yīng)將具有不同功能的零部件劃分到同一模塊中。但因?yàn)闇?zhǔn)則關(guān)系較為復(fù)雜，在準(zhǔn)則關(guān)系的作用下可能對系統(tǒng)的劃分過程產(chǎn)生干擾，使得在功能上本沒有關(guān)系的零部件被劃分到同一模塊中，這會對清障救援車的模塊劃分準(zhǔn)確度產(chǎn)生影響，例如，駕駛室模塊和發(fā)動(dòng)機(jī)模塊雖然有結(jié)構(gòu)上關(guān)聯(lián)和信息流的聯(lián)系，但并不能成為同一系統(tǒng)模塊，對其在材料、壽命等準(zhǔn)則上的相關(guān)性討論是沒有意義的。為了促使清障救援車輛模塊劃分技術(shù)實(shí)現(xiàn)，使其更具有可行性，排除無意義模塊的劃分，在上式(5)中引入一個(gè)修正因子Q，通過該因子對模塊劃分的結(jié)果進(jìn)行修正，即：

(6)

式中：Q為修正因子，當(dāng)兩個(gè)零部件歸屬于同一功能，同一結(jié)構(gòu)關(guān)系中時(shí)Q=1，當(dāng)兩個(gè)零部件可能歸屬同一功能，同一結(jié)構(gòu)時(shí)，Q=0.5，否則Q=0。

最終，綜合各準(zhǔn)則層下的相關(guān)性矩陣并進(jìn)行加權(quán)求和計(jì)算，形成綜合關(guān)系陣CA，其計(jì)算公式如下所示。

(7)

其中：n為產(chǎn)品零件數(shù)，CAij的值越大表示兩個(gè)零部件間的相關(guān)性越強(qiáng)。

3 模塊聚類與評價(jià)方法

完成零部件間綜合關(guān)聯(lián)矩陣的構(gòu)建之后，需要根據(jù)特定的方法將各個(gè)分散的零部件聚成模塊，完成模塊劃分。模塊聚類的本質(zhì)就是把具有相似性質(zhì)的零部件區(qū)分于其他零部件，并加以分類。在模塊化劃分技術(shù)的研究中，可使用的聚類方法有很多種，鑒于清障救援車的零部件眾多，憑借上節(jié)所述方法所獲得的零部件相關(guān)因子CAi,j也具有主觀模糊性，聚類形成的模塊數(shù)也不易確定，因此選擇模糊動(dòng)態(tài)聚類的方法來實(shí)現(xiàn)清障救援車的模塊劃分。

3.1 模糊聚類分析方法

模糊聚類是利用模糊數(shù)學(xué)的方法，將各個(gè)零部件之間的模糊相關(guān)性定量分析構(gòu)造模糊矩陣，從而客觀且準(zhǔn)確地進(jìn)行聚類。實(shí)現(xiàn)模糊聚類的主要步驟：

(1)構(gòu)建綜合關(guān)系矩陣CA。

(2)建立模糊相似矩陣。模糊相似矩陣R是衡量樣本間相似程度的一種模糊度量方法，可表示為R=(rij)n×n，其中相似性系數(shù)rij表示零部件i和零部件j的相似程度。求rij的方法有很多，本文采用主流的絕對值減數(shù)法：

(8)

其中，適當(dāng)選取C(0≤C≤1)值，使得rij在[0,1]中具有更好的分散性。本文計(jì)算實(shí)例選取C=0.6。

(3)建立模糊等價(jià)矩陣。根據(jù)上述所得的模糊矩陣R，只是一個(gè)模糊相似矩陣，不一定具有傳遞性，即R不一定是模糊等價(jià)矩陣。為了更好地進(jìn)行聚類分析，還需要采用二次方法求R的傳遞閉包t(R)，將R改造成模糊等價(jià)矩陣R*。

(9)

因此，選擇合適的λ，求出截矩陣Rλ，比較rij數(shù)值，即可獲得模糊聚類的聚類結(jié)果。

3.2 模型聚類結(jié)果評價(jià)

模塊劃分的質(zhì)量主要取決于其內(nèi)部零件的聚合度和各個(gè)模塊間的耦合度的強(qiáng)弱。模塊劃分完成后，為了評估不同閾值λ下所獲得的模塊劃分方案是否合理，本文將模塊內(nèi)部零部件聚合度和各模塊間的耦合度的比值DP作為評判模塊劃分合理性的標(biāo)準(zhǔn)[11]。

模塊Mi內(nèi)部零部件聚合度計(jì)算公式如式(10)所示，模塊M1和M2之間的耦合程度可由公式(11)算得。

(10)

(11)

(12)

4 實(shí)例驗(yàn)證

清障救援車組成的各結(jié)構(gòu)零部件較多且關(guān)聯(lián)性復(fù)雜，具有復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)特性，其零部件的拆解粒度大小對模塊劃分計(jì)算過程影響較大，粒度過大會使計(jì)算過程復(fù)雜干擾劃分結(jié)果，粒度過小會使模塊劃分失去意義。充分考慮清障救援車輛產(chǎn)品作為一種較為成熟的系列化產(chǎn)品，在多年的生產(chǎn)實(shí)踐中已經(jīng)形成了一套成熟的模塊化體系。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)作為車輛的核心部件，其由大量零部件構(gòu)成，若對該部件進(jìn)行過度細(xì)化，將會大大增加模塊劃分的工作量，且對工程實(shí)際沒有意義，所以對于此類型零部件，可將其作為整體模塊來研究。同樣形式的部件結(jié)構(gòu)還包括了車輛傳動(dòng)系總成、制動(dòng)系總成、駕駛室總成等。

以某型重型清障救援車為算例，其主要結(jié)構(gòu)如圖3所示，通過分析其零部件間的功能流、信息流、能量流，明確其結(jié)構(gòu)與功能的對應(yīng)關(guān)系，如圖4所示，歸納出主要的零部件如表4所示。

表4 某重型清障車零部件列表

零部件號零部件名稱編號零部件號零部件名稱編號1駕駛室總成A122后托架總成C92發(fā)動(dòng)機(jī)總成A223滑架C103傳動(dòng)機(jī)構(gòu)總成A324支腿總成C114主車架(主梁)A425變幅臂支撐座C125車輪總成A526變幅臂支撐銷C136(前、后)懸架A627變幅缸銷C147轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)總成A728豎臂轉(zhuǎn)動(dòng)主銷C158制動(dòng)機(jī)構(gòu)總成A829豎臂變幅缸銷C169蓄電池B130吊臂伸縮缸銷C1710油箱B231折臂缸銷C1811尿素箱B332折臂轉(zhuǎn)軸銷C1912輪胎架B433支腿缸銷C2013副車架總成(副梁)B534擺臂銷C2114變幅臂總成C135吊臂伸縮油缸C2215豎臂總成C236變幅臂變幅油缸C2316吊臂伸縮臂總成C337豎臂變幅油缸C2417折臂總成C438折臂油缸C2518伸縮臂I總成C539托臂伸縮油缸C2619伸縮臂II總成C640支腿油缸C2720擺臂總成C741鈑金I、IID121前托架總成C842警燈支架D2

根據(jù)上述模塊劃分準(zhǔn)則，按各準(zhǔn)則的重要程度分配設(shè)計(jì)屬性、裝配屬性、使用屬性等劃分準(zhǔn)則條件的權(quán)重值，見表5。

表5 準(zhǔn)則權(quán)重值

功能結(jié)構(gòu)材料可替換性接口壽命回收wfwswmwrpwiwlwre0.40.20.10.050.10.10.05

根據(jù)前節(jié)中所述綜合相關(guān)矩陣計(jì)算方法，分別對重型清障車零部件列表中的所有零部件進(jìn)行相關(guān)性分析，通過加權(quán)求和計(jì)算得到任意兩個(gè)零部件間的綜合關(guān)聯(lián)值，并對計(jì)算得的數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)格化處理，得到其綜合關(guān)聯(lián)矩陣CA，如圖5所示。

針對上表形成的綜合關(guān)聯(lián)矩陣，通過編寫數(shù)值模擬計(jì)算程序，計(jì)算其求解其模糊相關(guān)矩陣，傳遞閉包t(CA)，取不同的閾值λ(λ=0.7，0.75，0.80，0.85)獲得其截矩陣。根據(jù)獲得的截矩陣中1、0值關(guān)聯(lián)關(guān)系確定模塊劃分方案，其中λ=0.80時(shí)，截矩陣如圖6所示。具體得到的模塊劃分結(jié)果如表6所示。

由上圖可知，當(dāng)λ=0.8時(shí)，重型清障救援車可以分成底盤結(jié)構(gòu)模塊、車架附件模塊、輔助模塊、支腿總成模塊、起吊總成模塊、托舉總成模塊、變幅臂總成模塊、主梁模塊、副梁模塊、發(fā)動(dòng)機(jī)模塊和駕駛室模塊等。

表6 不同閾值模塊劃分方案

模塊劃分?jǐn)?shù)量閾值λ模塊組成60.7{A1,A2,A3,A4,A5,A6,A7,A8,B1,B2,B3,B4,B5};{C1};{C2};{C3};{C4,C5,C6,C7,C8,C9,C10,C26};{C11,C12,C13,C14,C15,C16,C17,C18,C19,C20,C21,C22,C23,C24,C25,D1,D2}90.75{A1,A2,A3,A5,A6,A7,A8,B1,B2,B3,B4};{A4};{B5};{C1};{C2};{C3,C11,C12,C13,C14,C15,C16,C17,C20,C21,C22,C23,C24,C27};{C4,C5,C6,C7,C8,C9,C10,C26};{C18,C19,C25};{D1,D2}110.8{A1,A2,A3,A5,A6,A7,A8};{A4};{B1,B2,B3,B4};{B5};{C1};{C2};{C3,C12,C13,C14,C15,C16,C17,C22,C23,C24};{C4,C5,C6,C7,C8,C9,C10,C21,C26};{C11,C20,C27};{C18,C19,C25};{D1,D2}190.85{A1};{A2,A3};{A4};{A5,A6};{A7,A8};{B1,B2,B3,B4};{B5};{C1};{C2};{C3};{C4,C5,C6};{C9,C10,C21,C7,C8};{C11,C20,C27};{C12,C13,C14,C23};{C15,C16,C21};{C17,C22};{C18,C19,C25};{C26};{D1,D2}

4 結(jié)語

綜上所述，本文主要研究結(jié)論如下：

(1)基于模塊化理論對清障救援車輛模塊劃分的方法進(jìn)行了研究，充分分析了清障救援車零部件在功能、結(jié)構(gòu)、材料、接口等方面的相互關(guān)系，制定了面向清障救援車全生命周期的多維劃分準(zhǔn)則，得到了零部件間的關(guān)系矩陣，并以此構(gòu)建了零部件綜合相關(guān)性矩陣模型。

(2)利用模糊聚類分析方法建立了基于層次分析法的綜合關(guān)聯(lián)聚類模型，通過MATLAB編寫數(shù)值模擬計(jì)算程序求解出在不同閾值λ下的模塊劃分結(jié)果。

(3)基于模塊獨(dú)立性要求，以模塊內(nèi)高聚合度和模塊間低耦合度為目標(biāo)建立了優(yōu)化模塊劃分結(jié)果的數(shù)學(xué)模型，得到了與實(shí)際較為吻合的模塊劃分結(jié)果，為獲得合理、準(zhǔn)確的清障救援車模塊單元提供了依據(jù)。

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