生产系统功能需求分析 - 锂锰扣式电池自动组装生产线方案设计

　　从整体机械电子产品系统的角度出发，由于组装工艺要求比较纷杂，其功能需求应从基本工艺要求和外界环境交流两个方面分析入手。基本工艺要求部分保证了设计机构能完成组装任务的主功能参数;外部环境交流部分从物质、信息、能量、人机等四个方面提出与系统功能相关的辅助需求参数，两部分结合起来共同形成系统功能需求。这些参数既是系统设计参数分析的根本依据，也是功能需求域信息量计算的基本数据。

　　下面的表1 列出了功能需求分析参数结果，针对各个参数在生产系统中需求程度的不同，结果中包含权重因素。权重集的确定有很多方法，例如1 至9 比率标度法、相关专业专家打分法等等。为了了解实用行业的需求，在对国内几个电池生产厂家和设备加工领域进行调研后，采用专家打分法得出如下的权重值，其中基本工艺要求属于设计参数必须予以保证的功能结果，故占据60%的信息量比例。

　　表1

　　根据以上的功能需求分析结果，由式(1-2)(1-3)(1-4)可得计算功能需求域总信息量如下：

　　5 生产系统设计参数分析

　　针对功能需求分析的要求，应提出相应的设计参数。在基本工艺要求中，FR1、FR2、FR5、 FR6 均属于固定要求，可以通过结构参数来实现;FR3、FR4 则需要结构参数和时域参数共同实现，因其加工检测量都随着时间变化而发生改变。同样道理，对于其他各方面的功能需求也需要相应的结构参数或时域参数来满足，这些参数并不一定是最终的设计参数，但它们是独立性解耦和耦合的基本信息。设计参数分析如表2。

　　表2

　　6 解耦及耦合的设计过程

　　依据以上功能需求域的具体要求和设计参数域的基本实现参数，下一步工作的目的是通过解耦的方法来发现设计过程中的工程冲突和冗余单元，然后依靠耦合的办法解决工程冲突和去除冗余单元，最终实现各工作单元的相对独立(独立性公理)和设计域信息量最小(信息公理)的系统设计要求。通常认为机械电子产品具有这样从大到小的三级结构：机械电子系统(Mechanical Electronics SySTem-MES)、机械电子组元(MechaNICal ElectrONICS Component-MEC)、机械电子单元(Mechanical ElectronicsElement-MEE)。解耦和耦合的目标就是使机械电子产品形成这样的规律性独立结构体系。在这里，根系统(基本功能需求和设计参数层次)分析的目的就是能够形成逐个独立的机械电子组元，形成基本的设计参数类别;子系统(机械电子组元内部层次)分析则是以机械电子组元为分析对象，从中构建独立的最小单位----机械电子单元，使信息量的计算从最底层开始，结果更为精确。

　　6.1 根系统解耦耦合分析

　　解耦和耦合的方法有很多种，这里介绍一种较直观的方法，即矩阵化简法。

　　从上式可以看出，依据表2 列出的设计矩阵A 应是一个35 行20 列的矩阵，其中Aij 即设计矩阵的相关元素，代表了设计域参数域功能需求的内在联系，很明显尚不满足公理设计原则的对角阵要求。需要对照表1 和表2 的注释，对上式的左右两边做行列变换，逐步变设计阵为对角矩阵或者下三角矩阵。

　　值得注意的是，在这里的行列变换不是纯粹数学意义上的初等变换，而是结合实际工程设计要求的的设计思想的转变以矩阵行列变换的形式来表现，因此并不完全拘泥于固有的数学运算法则，而必须满足工程设计中的基本原则和公理。这种矩阵化简法能够直观的表现功能域和设计域的内在联系，在解耦和耦合的步骤上也简单明了，能够解决设计中的工程冲突，并能有效去除冗余单元，不失为一种很好的实用方法。