合肥工业大学 硕士学位论文
大规模定制下的汽车底盘模块化设计技术研究与应用 姓名：汪敏
申请学位级别：硕士 专业：机械电子工程
指导教师：张利 20050501
大规模定制下的汽车底盘模块化设计技术研究与应用
摘 要
大规模定制（Ｍａｓｓ Ｃｕｓｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ）生产模式是企业以大规模生产的效率 和成本向客户提供定制产品的一种生产模式，被认为是２１世纪企业发展的新前 沿。面向大规模定制生产的产品设计技术（Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ Ｍａｓｓ Ｃｕｓｔｏｍｉ ｚａｔｉＯＨ，
ＤＦＭＣ）是实施大规模定制的核心，现代产品设计技术的研究与应用对企业的长 足发展将产生深远影响。
本论文以此为背景，针对汽车底盘研究面向大规模定制的产品设计技术及 应用方法。对建立产品族结构模型的面向大规模定制设计方法进行了研究，重 点讨论了面向大规模定制的产品族规划流程，并对产品族规划过程中重要的设 计方法一模块化设计方法展开系统、深入的研究。本文针对具有模块化特性的 客车底盘产品，建立了客户需求层次分析模型，鞫明客户需求及需求权重是建 立面向大规模定制的产品族结构模型的重要依据，论述了利用层次分析法确定 客户需求权重的方法和过程，拟定了面向客户需求的底盘产品系列型谱。在对 底盘模块相关性进行详细分析研究的基础上，确定底盘产品的模块划分方案并 最终建立了底盘产品族结构模型。分析研究了模块编码系统的功能，建立起 ＫＤＢ～Ｉ客车底盘编码系统，为实现高效的计算机辅助模块化设计及信息集成和资 源共享建立了基础。
关键词：大规模定制；产品族：产品结构模型：模块化设计；编码
Ｓｔｕｄｙａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｏｄｕｌａｒ Ｄｅｓｉｇｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＣｈａｓｓｉｓｔｏ Ｍａｓｓ Ｃｕｓｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｍａｓｓ Ｃｕｓｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ（ＭＣ）ａｉｍｓ ａｔ ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ｃｕｓｔｏｍｉｚｅｄ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｃｏｓｔ ｏｆ ｍａｓｓ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．Ｉｔ ｉｓ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ａｓｔｈｅ ｎｅｗ ｆｒｏｎｔｉｅｒ ｏｆ ２１ ｃｅｎｔｕｒｙ．Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ Ｍａｓｓ Ｃｕｓｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ（ＤＦＭＣ）ｉｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ａｓｐｅｃｔ ｆｏｒ ｌｈｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｉｎｇ ｏｆ ｍａｓｓ ｃｕｓｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ．Ｓｔｕｄｙ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｄｕｌａｒ ｄｅｓｉｇｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｉｌｌ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ａｌｌ ｔｈｅ ｃｏｍｐａｎｙ ｄｅｅｐｌｙ，
Ｂａｓｅｄｏｎ ｔｈｉｓ ｖｉｅｗ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｃｈａｓｓｉｓ ｔｏ ｍａｓｓ ｃｕｓｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ．Ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｋｅｙ ｒｏｌｅ ｏｆ ｄｅｓｃｒｉｂｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｔ ｆａｍｉｌｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｍｏｄｅｌ ｔｏ Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ Ｍａｓｓ Ｃｕｓｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ，ｐｌａｎｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｐｒｏｄｕｃｔ ｆａｍｉｌｙ ａｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｆｉｒｓｔｌｙ，ａｎｄ ｍｏｄｕｌａｒ ｄｅｓｉｇｎ—ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ ｏｆ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｇ ｔｈｅ ｆｕｚｚｙ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ
ｃｕｓｔｏｍｅｒ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃ ｉｎｄｅｘｅｓ ｉｎ ｐｒｏｄｕｃｔ ｆａｍｉｌｙ，ａｎａｎａｌｙｔｉｃｈｉｅｒａｒｃｈｙ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｃｕｓｔｏｍｅｒ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ｍｏｄｕｌａｒｉｔｙ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｃｈａｓｓｉｓ ｉｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ．Ｔｈｅ
ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｕｓｉｎｇ Ａｎａｌｙｔｉｃ ＨｉｅｒａｒｃｈｙＰｒｏｃｅｓｓ（ＡＨＰ）ａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｔｈｅｎ．
Ａｌｌ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｗｏｒｋｓ ｇｉｖｅ ｃｏｎｄｕｃｔ ａｎｄ ｔｅｓｔ ｓｔａｎｄａｒｄ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅｃｏｕｒｓｅ ｏｆ ｐｌａｎｎｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｔ ｍｏｄｅｌｓ Ｂａｓｅｄｏｎｄｅｔａｉｌ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｃｈａｓｓｉｓ ｍｏｄｅｌｓ，ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｄｉｖｉｄｅｄ ｍｏｄｕｌｅ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｃｈａｓｓｉｓ ｐｒｏｄｕｃｔ ｆａｍｉｌｙ ｔｏ ｍａｓｓ ｃｕｓｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ ｉｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｄ．Ａ ｓｅｔ ｏｆ ｍｏｄｕｌｅ ｃｏｄｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｎａｍｅｄＫＤＢＭｉｓ ｇｉｖｅｎ ｂａｓｅｄｏｎｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｃｈａｓｓｉｓ ａｎｄａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｄｕｌｅ ｃｏｄｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ．Ｉｔ ｉｓ ｈｅｌｐｆｕｌ ｉｎ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｉｍｅｄ ｍｏｄｕｌａｒ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ａｎｄｒｅｓｏｕｒｃｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ ａｎｄ ｓｈａｒｉｎｇ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｍａｓｓ Ｃｕｓｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ，Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｆａｍｉｌｙ，Ｐｒｏｄｕｃｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｍｏｄｅｌ，ｍｏｄｕｌａｒ ｄｅｓｉｇｎ，ｃｏｄｉｎｇ
合肥工业大学
本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大学硕 士学位论文质量要求。
主席：
委员：
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插图清单
图１．１产品族类结构………３ 图２．１传统设计向大规模定制设计转变过程………６ 图２．２面向大规模定制设计的产品族规划流程………．．７ 图２．３六种模块化方法………一８ 图２．４模块体系表………１０ 图２．５模块化产品系统总功能和模块类型………．．１４ 图３．１底盘模块化设计系统框架………一１７ 图３．２底盘产品的客户需求层次分析模型………．．１８ 图３．３比率标度含义………．………１８ 图３．４系列型谱内轻型客车示意图………２ｌ 图３．５底盘结构示意图………２２ 图３．６底盘产品功能模块体系………２３ 图３．７公理性设计方法………２４ 图３．８面向大规模定制的底盘产品结构模型………．２９ 图３．９模块综合的作用………３０ 图４．３模块化底盘产品系列………３７ 图４．４模块信息分类编码系统结构模型………．．３９ 图４．５底盘坐标系………．４５ 图４．６模块的图样编码………４６
表格清单
表３．１判断矩阵………．１９ 表３．２判断矩阵及相对重要性权值………２０ 表３．３国产部分６．５～７ｍ轻型客车底盘的技术参数………一２２ 表３．４独立模块判断矩阵………２７ 表３．５子功能之间的相关矩阵………２８ 表４．１具有代表性的成组技术编码系统………．３２ 表４．２（续）模块的隶属关系编码………４０ 表４．３模块隶属关系编码的实例解释………．．４０ 表４．４模块的结构功能编码………４１ 表４．４（续）模块的结构功能编码………４１ 表４．５模块结构功能编码的实例解释………一４２ 表４．６模块的接口信息编码………４３ 表４．６（续）模块的接口信息编码………４３ 表４．７模块接口信息编码的实例解释………．．４４
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所 知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，
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学位论文作者签名：砂移
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电话 邮编
致 谢
在本论文完成之际，首先向我的导师张利教授致以深深的谢意，在我两年 多的研究生学习和论文撰写过程中，导师一直给予我悉心的指导和最真诚的帮 助。导师严谨的治学态度、勤恳朴素的生活作风和高度的责任心是学生永远学 习的楷模。感谢张建军副教授，在我研究生学习和论文撰写过程中给予我的指
导和帮助。
感谢江淮汽车股份有限公司的戴茂方总工、任国清高工、魏中良高工、尤 勇工程师等对项目研究给予的大力支持和帮助，正是有了他们的指导与合作，
才使研究得以顺利开展。
感谢分布式控制实验室的张维勇老师、王跃飞老师、魏振春老师、马学森 老师所给予我学习和研究工作中的解惑与帮助。
感谢分布式控制实验室的毕翔、王世福、朱芸、段玲琳、陈海兵、石雷、
辛达、石小兰、徐娟、陆军等所有帮助和关心过我的同学们。
感谢我的爸爸、妈妈和姐姐对我一直以来的支持和帮助；感谢我的婆婆在 我紧张、艰苦的研究生学习阶段给予我及我女儿生活上的照顾；感谢我的爱人 和我的女儿，没有他们的支持和鼓励，就没有我今天所取得的成绩。
作者：汪 敏
２００５．５
第一章绪论
１．１选题背景
随着现代科学技术的飞速发展，产品结构日趋复杂、产品生命周期日益缩 短；同时，人们不再满足对企业已有产品进行选择，而希望产品可按个性化需 求进行设计、生产。日益激烈的市场竞争给众多企业造成了严酷的生存环境。
如何在实现产品多样化与定制化的同时减少定制成本、缩短定制时间，使 定制产品具有同大批量产品相抗衡的优势是企业面临的严峻挑战。而实施大规
模定制（Ｍａｓｓ Ｃｕｓｔｏｍｉ ｚａｔｉｏｎ）生产方式就是企业应对这些挑战的有效措施。
Ｉ．１．Ｉ大规模定制
大规模定制是一种先进的敏捷产品生产模式，其基本思想是：将定制产品 的生产问题，通过产品结构和制造过程的重组全部或部分转化为批量生产，以 规模生产的效率、成本满足个性化市场需求。对客户而言，所得到的产品是定 制的、个性化的；对企业而言，该产品是采用大批量生产方式制造的成熟产品Ｉｌｌ。
大规模定制把大批量和定制这两个看似矛盾的方面有机综合在一起，真正实现 了生产的批量与成本、速度无关，必将成为２１世纪主要的生产模式之一。
从１９７０年由Ａｌｖｉｎ Ｔｏｆｆｌｅｒ在《未来的冲击》中对大规模定制进行预想开 始，国内外学者分别从不同角度，运用不同方法对大批量定制问题进行研究，
如，从产品设计方法学上、从企业生产的组织上、从定制产品的成本分析上等。
本论文将针对具有模块化特性的产品，对大批量定制产品的设计方法及其应用 进行研究。
１．１．２面向大规模定制的设计
设计在整个生产过程中占有及其重要的地位，有关调查数据表明，虽然产 品开发设计成本只占总成本的６％，但对产品总成本的影响却占了７０％。设计是 实现任何一种生产方式的前提，大规模定制的实现同样依赖于产品设计的成功。
１９９６年，Ｔｓｅｎｇ Ｍ在（Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｆｏｒ ｍａｓｓ ｃｕｓｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ》中提到“１：大规 模定制生产在概念设计和初始开发阶段就可以有效实现。并在文中对面向大规 模定制的设计 （Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｆｏｒ Ｍａｓｓ Ｃｕｓｔｏｍｉｚａｔｉ０１］，ＤＦＭＣ） 的概念进行详 述。
面向大规模定制的设计方法有标准化、规范化设计、面向产品族的设计、
模块化设计、后延设计及产品配置等等，其重点就是建立合理的产品族结构
（Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｆａｍｉｌｙ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ＰＦＡ），同时完成一组产品的设计，而不只针 对一个产品。
因为产品族结构模型上的各个节点实体是构成产品的模块，所以进行产品 的模块化设计是实施面向大规模定制设计的关键技术。
１．１．３产品的模块化设计 １．产品的模块化设计
“模块化设计”“１方法是在对一定范围内的不同功能或相同功能、不同性 能、不同规格的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，
通过功能模块的选择和组合构成不同的产品，以满足市场的不同需求。因此，
模块化设计的核心是设计一系列能快速拼装成产品的具有通用接口的标准模
块。
按模块化设计思想，模块是设计制造的单元，功能模块的可交换性、可组 合性是实现快速设计、制造的基础［４１提高产品及模块的标准化水平可使产品 结构达到最优。
２．分类编码系统
面向大规模定制的设计需要快速响应市场需求，要想实现产品的快速设计 就需要对企业内产品信息资源进行电子化管理，实施计算机辅助设计。制定合 理的模块信息分类编码系统，是提高设计效率、实施计算机辅助模块化设计的 有效方法。
编码系统运用字符来描述与设计生产相关的模块特征信息“１，计算机辅助 模块化设计系统正是通过这些标准化模块信息对产品实行模块化管理和新产品 配置的。根据底盘产品及模块的特性，本文将会在第四章叙述如何构建底盘模 块编码系统。
１．２课题来源
课题来源于对江淮汽车・合肥工业大学汽车技术研究院《汽车模块化设计 及客户化产品定制系统的研制开发》项目（０４－９８）的“汽车底盘模块化设计方法”
部分的深入研究。
１ ３选题意义
汽车产品可由模块组合而成，采用不同的模块进行组合装配，可以实现按 客户需求提供定制产品一一即模块化定制。由于面向大规模定制的设计的基础 是实施模块化设计技术，在汽车底盘的设计中具有可适用性，因此本课题的研 究对企业实际应用的意义主要有：
１．可以缩短汽车底盘的设计和制造周期，有利于争取时间。
设计周期的缩短主要表现在两方面：一是底盘系列设计时，可利用相似性 原理类比设计模块：二是利用已有模块和少量专用模块可快速提供需要的底盘
２
品种。由于模块化底盘是按模块组织生产的，定型的工艺流程和工艺装各也大 大缩短制造周期和供货期。
２．有利于底盘的更新换代及新产品开发，增加企业对市场的快速反应能力。
在模块化设计中，可以不断把新技术应用于某些模块，在不变更其它模块 的基础上，组成先进的产品“１。因此，在汽车工业推广模块化设计具有深远意 义，是关系国家经济发展的大事。
３．有利于提高质量，降低成本，增强汽车底盘产品的竞争力。
在模块化底盘中，相对独立的模块由专人负责设计、生产、试验研究，利 于提高模块及产品的质量：按模块组织生产便于实现生产专业化，提高提高劳 动生产率、降低生产成本。
４．便于维修。
汽车底盘由相对独立模块组成，维修方便，必要时可更换模块。
１．４国内外发展概况
１．４．１国外概况
１．面向大规模定制设计（ＤＦＭＣ）理论研究在国外的发展概况：
在Ｍｃ中，客户对设计过程的参与极其重要。国外的理论研究表明：多变的 市场要求企业提供客户个性化服务，并指出质量功能部署（Ｑｕａｌｉｔｙ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔ，ＱＦＤ）已经成为把客户需求信息转换为产品开发、制造、维护等产
品全生命周期信息的有力工具““…１。
有文献“’“”’指出：面向大规模定制的设计（ＤＦＭＣ）要求建立一个面向产 品族的产品平台；采用模块化的思想，根据对客户需求分析的结果，建立各种 基本模块，每个模块可以类的形式存在，并对形成产品族的类进行了规划，提 出通用的信息模型框架‘１“”１。本论文的研究重点集中在图１．１所示的产品族实
体类模型的建立。
图１．１产品族类结构
２．模块化设计在国外的发展概况
１９２０年左右，德国首先把模块化原理应用于铣床、车床的设计，获得成功。
直到本世纪５０年代，欧美国家才提出了“模块化设计”的概念。
德国一家具公司于１９９０年用模块化原理设计出所谓“理想书架”。该设计 将书架分为底座、架体和顶板三种模块，其中架体具有几种不同的尺寸，用户 可选择不同的架体组成适合自己的“理想书架”，这是较早的模块化产品之一。
“模块化设计”在国外电器业、家具业、汽车业应用也愈来愈多，成为产 品设计的一种趋势。
３．模块化设计在国外汽车制造业实施概况：
在日本，汽车零件可以按多种方式组合并在不同型号汽车间互换，实现了 快速生产新型汽车，显著降低产品成本。
德国大众公司采用底盘平台的概念将底盘数量由８个缩减为４个，底盘平 台的标准部件变化后，装上不同的外罩，就可以低成本迅速制造出全新车型。
１９９６年，福特公司发动机部总工、美籍华人汽车专家顾永平率先实现汽车 发动机的模块化设计，使不同规格发动机绝大部分组件通用，以最少的规格部 件实现最大的灵活组合。
２００３年初，德国的ＭＡＮ公司面向国际市场推出Ｌｉｏｎ’Ｓ公交车等３款车型 均采用ＭＡＮ客车技术，并加以模块化设计，迅速提高了市场竞争力。
１．４．２国内概况
７０～８０年代间，“模块化设计”在我国受到重视并得到应用。１９８ｉ年，北 京机床厂对龙门铣床进行模块化设计；北京第二机床厂对精密外圆磨床进行模 块化设计；杭州汽轮机厂７０年代后期引进Ｓｉｅｍｅｎｓ公司的模块化工业汽轮机技 术“”。机械电子工业部１９８９年ｌＯ月公布的《机械电子工业第一批产品现代设 计计划表》及１９９１年公布的第二批计划中列出模块化设计项目共８６项。这些 模块化设计项目涉及机床，加工中心，模具，照相机，泵，电表，电机。
９０年代末期，重汽集团公司以引进斯太尔技术的成熟总成及零部件为基 础，对１０ｍ～１２ｍ大客车实施模块化设计“”。
由于国内模块化设计起步较晚，在汽车行业该理论应用还不太普遍。因此，
有必要对汽车底盘进行模块化设计研究。
１．５本文研究内容安排
针对当前制造业面临的困境及企业实施面向大规模定制设计的趋势“”，本 课题着重研究面向大规模定制的产品模块化设计方法及其在客车底盘产品设计 中的应用。为实现计算机辅助模块化设计“”，本课题还将对汽车底盘模块的编 码系统建立进行研究，开发适合模块化设计的模块分类编码系统。
论文的研究内容安排如下：
第一章介绍课题来源、选题背景及国内外大规模定制的研究和发展状况。
４
阐明论文研究的主要内容和研究方向。
第二章归纳出面向大规模定制设计的产品族规划流程，并对产品族规划中 重要的设计方法一模块化设计方法展开系统、深入的研究，将模块化设计与及 其它相关概念加以比较区分。
第三章通过对汽车底盘结构的介绍，阐明汽车底盘产品是具有模块化特性 的产品；在建立了汽车底盘产品的客户需求层次分析模型的基础上，详述利用 层次分析法确定客户需求权重的方法和过程，并以客户需求为依据拟定底盘产 品系列型谱：在构建底盘功能体系结构的基础上，将产品的功能域与产品物理 域映射方法及产品子功能相关性计算、判断方法应用于底盘产品，确定底盘产 品的模块划分方案并最终建立底盘产品族结构模型。
第四章通过对零件编码系统及编码在计算机辅助模块化设计中作用的分析 研究，归纳出模块编码系统的框架结构。以ＫＤＢＭ客车底盘编码系统实例的形式，
详述编码系统所表达的模块信息内容及表达方法。
第五章总结了本文的主要工作及课题新见解，指出有待进一步解决的问题 和研究展望。
第二章面向大规模定制的产品设计方法
２．１建立产品族结构模型
随着ＷＴＯ的加入和经济全球化，我国汽车企业面临着巨大挑战ａ这使得汽 车企业迫切需要大规模定制（Ｍａｓｓ Ｃｕｓｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ，ＭＣ）生产模式。
实施大规模定制设计需要科学建立产品族结构模型，产品族结构模型的合 理建立决定着产品定制方式及其模块性、可调整性、可变型性之间的最佳平衡
“１。所以下文就如何实施有效的面向大规模定制的产品设计方法加以论述，
并在后续章节以汽车底盘为例阐述合理建立面向大规模定制的产品族结构模 型的方法与过程。
１．面向大规模定制的设计（ＤＦＭＣ）
随着并行设计、敏捷生产等现代设计理论和方法的发展及市场需求状况的 变化，传统设计逐步向面向大规模定制设计转化。随着设计方式的不断发展，
设计时需要考虑的涉及产品生命周期中的环节和因素也越来越全面和人性化，
如图２．１所示：
幽２．１传统设计向大规模定制设计转变过程
从图２．１可以看出，ＤＦＭＣ是客户参与的一种现代设计方法“１。面向大规模 定制的设计就是要捕捉并定义个体客户对产品的需求，建立能提供变型设计的 产品模型，为按客户需求进行产品配置和快速设计提供基础。其核心是开发一 个和基层元组件设计过程集成的面向大规模定制的产品族结构，以此作为统一
的产品建立和传递过程模型。
２．产品族结构模型的建立
面向大规模定制的产品族规划从客户需求为起点，基本内容包括三个层次 和三个规划过程。这三个层次分别为产品需求定义层、产品系列定义层和模块 系列定义层；三个规划过程则分别是利用质量屋的客户需求向产品需求的信息 转换过程、拟定产品系列型谱的过程和划分功能模块、建立模块系列的过程。
其中，质量功能部署（Ｏｕａｌｉｔｙ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔ，ＱＦＤ）“”的方法使得以产 品族的观点实现产品设计和过程的重用成为可能，而质量屋是ＱＦＤ的形式化工
６
具。产品族规划流程如图２．２所示：
图２．２面向大规模定制设计的产品族规划流程
图２．２中虚线表示的是以产品族模型中划分好的模块系列为基础实现新产 品设计的过程。从分解和组合的角度来看，产品族的规划过程和客户需求新产 品的设计实现过程是互逆的，即模块划分和产品族结构模型的建立是以确定的 客户需求和产品系列为出发点的，而合理适度的模块划分所建立起来的产品族 模型反过来又是实现大规模定制的基础和重要环节。
在产品规划阶段，合理确定客户需求及需求权重将直接影响汽车底盘产品 的市场迎合度和底盘产品模型的柔性。以客户需求为起点规划出模块系列就可 以建立面向大规模定制的产品族模型，对底盘产品的生命力及底盘厂的发展有
重要的作用。
产品族模型的最直观表现是产品族结构模型。产品功能结构单元（Ｐｒｏｄｕｃｔ
Ｆｕｎｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ’ＰＦＳＣ）是产品结构模型上的一系列可配置 节点。它们封装了满足客户需求的功能、原理特征属性和相应的操作方法以及 ＰＦＳＣ的配置约束规则“”。在产品族结构模型中，有些ＰＦＳＣ为其父节点独有，
这体现了面向客户设计的个性化特征；而有些ＰＰＳＣ是父节点共用的，则体现了 大规模设计的通用化和标准化特性。被产品族中所有产品都包含的产品结构模 型中的ＰＦＳＣ是一种通用模块的概念，只被某些产品包含的ＰＦＳＣ贝ＥＪ属于专用模 块。所以产品结构模型中的ＰＦＳＣ就是一系列含有设计、制造、销售特征和操作 法则信息的模块，而合理的产品模块划分就是建立柔性产品结构模型的基础。
产品族模型采用模块化的产品框架，因此面向产品族的大规模定制设计的 关键技术之一是产品设计的模块化。在大规模定制中，将各个标准模块的设计 文档动态汇总为定制型号产品的设计文档，它随着标准模块的设计变动而变 动，真正达到快速响应市场。
所以模块化设计是实施面向大规模定制的产品设计方法的基础，也是构建 合理产品族结构模型的关键。
２．２模块化设计方法
２．２．１模块化的概念
所谓模块：就是指一组具有同一功能和结合要素（联接部位形状、尺寸、
配合、啮合参数等）、可互换，但性能、规格或结构不同的单元。
７
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图２．３六种模块化方法
１．共享元件模块化：模块被不同产品共享；
２．互换元件模块化：某功能有可互换模块；
３．“量体裁衣”型模块化：在保证机械性能的前提下，改变元件的规格 ４．“组合”型模块化：通过模块的适当组合构成整个产品或系统：
５．“总线”型模块化：带有标准接口的元件接入标准结构中形成系统：
６．“拼接”型模块化：通过元件的拼接实现不同的组合。
在实施模块化的企业中，通常各种方法同时存在。
２．２．２模块化设计与传统设计的关系
传统设计是模块化设计的基础““２”，作为现代设计方法，模块化设计从优 化产品结构入手，是对传统设计的总结、提高和演化。其不同于传统设计的方 面主要表现如下“”：
１．模块化设计面向产品系统
传统设计面向具体产品进行功能、结构设计；模块化设计则是面向某类产 品系统，将产品的构成分成通用部分和实现多样化的变动部分，新产品的设计 主要是进行少量专用模块的设计。模块化产品结构模式如下式描述：
新产品（系统）＝通用模块（不变部分）＋专用模块（变动部分）
２．模块化设计是标准化设计
传统设计是专用设计：模块化设计是包含标准化理论的通用设计。例如：
美国Ｉｎｔｅｌ公司的标准单板计算机、存储板、接口板等模块可以面向各类产品 系统、各个领域的计算机控制系统，推动了计算机技术的普及，也给Ｉｎｔｅｌ公 司带来了巨大的效益。
３．模块化设计程序由上而下
传统设计着眼于功能设计、详细设计，基本特征是“由下而上的”；模块化 设计着眼于产品系统的规划、功能分解与组合、产品系统宏模型及系列型谱的
制定，在完成概要设计后进入详细设计阶段，它是“由上而下”。
４。模块化设计是组合化设计
传统产品的部件以特定的方式组合；模块化产品以模块进行组合，设计中 需充分考虑系统的协调性、互换性和组合性，设计难度大于传统设计。
５．模块化设计需以一定的新理论为支撑
传统设计者具备扎实的专业知识和设计经验就可设计出好产品；而模块化 设计者必须理解并运用系统工程原理和方法、模块化理论及设计知识等新理论。
６．模块化设计有两个对象
传统设计是以产品为对象进行的：但模块化的对象既可以是产品，也可是 模块，模块是由具有功能独立性的产品组成的”如０
由上述模块化设计的特点，可以归纳出模块化设计的三个阶段：
１．模块化系统设计；
２．模块系列设计；
３．模块化产品设计。
２．２．３模块化系统设计
模块化系统设计是模块化设计的第一阶段，模块系列设计和模块化产品设 计均将在模块化系统设计界定的框架内进行。模块化系统设计通过对系统的分 解和组合、分析和综合，进行系统宏模型的总体策划。
１．系统的外部设计
１）定义系统：调查研究模块化对象及同类系统的相关资料，弄清新系统的 目的与要求，并提出新系统的设想。
２）目标的选择和计划的制定：根据对新系统的设想，分析各种制约条件，
选择有实用价值的系统并制定整体规划。
２．系统的方案设计
１）系统的总体构成：描述系统的轮廓、构成模式、规模及主要技术参数：‘
２）系统的功能分割：运用模块化原理，把系统分解为予系统，拟就多级的 模块化产品系统层次图，分割应考虑系统的合成；
３）系统的人机功能设计：确定系统的自动化方案。
３．系统功能（指标）设计 １）确定子系统及模块的性能参数；
２）确定子系统及模块的几何尺寸系列；
３）确定系统的基本结构布局，确定功能模块与结构模块的结合形式：
４）编制模块化产品系统的系列型谱。
５）确定模块的接口：给出各模块的接口参数，确定接口模式；
６）可靠性分析：
系统评价从技术和经济方面对各种系统方案进行评价。价值分析是系统评 价中常用的方法，系统的价值（ｖ）由系统的功能、费用、日期及可靠性等方面 进行综合评价确定，通常把价值分为Ｖ，，Ｖ：，Ｖ。…Ｖ。，依次乘以适当的权ｗ・，
然后进行相加，即Ｖ＝∑ｗ。Ｖ。。
在系统设计阶段，为了有效地进行系统评价，一般只评价各方案的不同部 分。例如，由于设计参数变更等原因，使系统性能有所提高，而性能提高又带 来相关费用的变化，在分析和评价时只检索这部分费用即可。
２．２．４模块系列设计
模块系列设计是模块化设计中承上启下的环节：将模块化系统具体化，形 成可应用的模块系列实体，建立模块化系统的微模型。
ｉ．模块系列总体设计
通过对模块化产品系列型谱的分析研究，将相同或相似的单元分离出来，
形成功能独立、结构典型及接口标准的通用模块。
模块系列设计分为总体设计和详细设计两个阶段。总体设计描绘出各模块 的具体轮廓，并在进行构成的典型化和集成化的基础上，列出整个模块化体系 完整而详细的实体结构系列表；然后各种模块的详细设计工作才能有秩序地全 面展开。模块体系表如图２．４所示：
产品型谱 模块系统 构成要素
图２．４模块体系表
２．系统的分解
模块化产品由模块组成，系统的分解以功能为核心、以机械结构为基础进 行。所以，以机械结构要素为基础进行分解是最一般的系统分解方法托”。其它
各种功能模块也往往以机械结构模块为载体，参与整机和系统的组装。
ｌＯ
系统分解要考虑模块组合成系统时组装和调试的难易程度。从模块的规模 大小来看，希望模块越小越好，越小越易于处理（设计、修改），但模块越小，
数量就越多，在组合成系统时难度越大。所以，系统分解时模块的数量与规模 是两个相互矛盾的因素。
系统分解时，应在系统分析的基础上，按层次依次展开。每个层次由数量 及规模适中的模块组成，事实上，层次性是系统的基本特征之一。模块的通用 性随着层次的下降而增大，使整个系统呈现宝塔型结构：而模块的规模随层次 的下降而减小。系统的层次结构，不仅使系统的构成显得简明，而且提高了系 统的适应性和灵活性，使系统易于扩展、调整和修改。
３．模块的定型化
由系统分解而得到的模块，有的是标准通用产品，有的是需经过设计人员 详细设计并经研制才能形成具有实用价值的模块实体。在反复优化的基础上，
进行参数定型、结构定型、接口定型，最终形成企业的通用标准模块。
４．接口的处理
模块之间通过接口构成具有一定功能的系统，其功能传递是依赖模块结合 处的共享界面实现的。在模块化产品中，模块间接口的协调与匹配，是组成系 统并保证系统正常运行的重要环节。实现接口协调的主要问题是接口的标准化。
解决接１２１的途径有二：一是将接口结构作为模块的组成部分之一，在组装成系 统时通过连接件进行连接；二是设计接口模块，作为模块化系统的组成部分之
一ｏ
５．模块的更新和改型
模块化系统中，产品的更新和派生是通过模块的更新（局部改进）实现的。
只有不断对模块实施新陈代谢，才能保持模块化系统的生命力和竞争力。由于 模块的确定和定型，都是由上而下分层次进行，其主要参数、接口和机械结构 都已经过通用性和标准化处理，因而模块的改型和派生，都有继承性。
２．２．５模块化产品设计
模块化产品是由模块构成的组合式结构。一般产品的组合方式有：
１．直接组合式：按模块化系统提供的组合方式，直接进行模块问的组合，
属于同一模块化系统的产品系列型谱中的产品，一般可采用直接组合法；
２．集装式：把若于种不同规格的功能模块装入一定的结构模块中，再装入 整机。这种集成模块的接口具有尺寸互换性，便于整机的组装；这时一般需要 对结构模块做某些改型设计；
３．改装组合式：一些外购的模块，其机械结构及电气接口结构与联接模块 不匹配，这时则需对该外购模块改装设计，实现与本模块系统的结构模块或接
口构件组合；
４．间接组合式：采用间接组合式一般有两种情况，一是根据产品布局要求，
不宜于直接组合；二是采用不属于本模块系统的外购模块，不可能进行直接组 合。设计专用联接构件进行间接组合，按总体要求把各模块固定在相应位置上：
５．分立（浮动）组合式：参加组合的各模块，一般都是独立产品，各自分 立安置，不直接进行机械性的安装。例如，微型机的显示屏、主机与键盘等的 组合是浮动的，而不是固定联结在一起的。
模块化产品及大型产品系统的组合，常是上述多种组合方式的综合。
实际上，模块化产品的设计主要是指将现有的模块，按照上述组合方式装 联起来的过程，也可以说，模块化产品设计主要是装联设计。装联设计包括组 装设计和电气联接设计。模块化产品的装联设计除一些常规的要求外，应着重 注意下列问题：
１．抑止和减小设备内部干扰；
２．装联可靠性；
３．装联工艺性和效率；
４．装联后模块化产品的整体性。
２．３模块化设计与“三化”
汽车底盘的模块化设计离不开系列化、通用化和标准化这三方面的要求，
同时，系列化、通用化和标准化孕育了模块化。
系列化产品是一组具有不同技术参数、不同结构但有相同功能的产品，产 品系列化目的是用有限品种和规格的产品来最大限度、且较经济合理地满足市 场对产品的需求；产品组成部分也可以系列化，即模块的系列化。如：如根据 市场的需求，把客车底盘发动机按性能主参数合理分档，组成系列；发动机按 缸数分为４缸、６缸或Ｖ６缸、Ｖ８缸等品种。模块化与系列化是使产品合理化的 两条途径。模块化产品形成系列就是系列化的模块化产品。
产品系列化设计给部件通用化创造了条件，所谓通用化就是相近或相同系 列的产品，尽可能采用同样结构和尺寸的部件。如日本五十铃汽车公司生产的 ＭＲ系列轻型客车产品，车身造型、室内布置只需少量改变，便形成不同风格、
不同档次、不同使用要求的产品。通用化为模块化设计打下了基础，积累了经 验。但通用化不等于模块化，因为通用化在设计时主观上往往是借用的概念多 于公用的概念，而单一的结构部件用于不同产品时，容易产生性能上的不足或 造成结构上不必要的复杂，不能很好地满足用户的多种需要。
标准化着重体现的是产品组件接口的标准化。因为，只有达到接口的标准 化，才能真正意义上实现产品组件的通用化和系列化，便于组织生产、提高质 量、降低造价和方便维修。“”
具有系列化、通用化和标准化的产品组件，就是我们要得到的产品的模块
１２
及模块系列。
２．４模块化设计与成组技术
在模块化设计中，组合产品就是模块之间接口配置的过程，利用成组技术 的编码方法合理表达模块间的接口信息是成组技术与模块化设计的结合点之
一口
成组技术的核心是相似性识别，模块化设计过程中，通过成组技术的编码 方法合理表达模块的结构、功能方面的信息可以帮助设计人员快速检索相似模 块的过程，找到可变型模块进行改型设计，是成组技术和模块化设计的结合点
＾一ｔ ２５】【２６】
Ｌ— Ｏ
２．５模块化设计的应用概念 １．模块化设计的层次：
模块化设计的第一个层次为系列模块化产品研制过程，根据市场调研结果 对整个系列进行模块化设计；第二个层次为新产品的模块化设计，根据用户的 具体要求对模块进行选择和组合，并加以必要的设计计算和校核。
２．相关：
产品中各模块间存在一定的关系，我们把这种关系称为相关，把存在这种 关系的模块称为相关模块。
相关的模块之间应具备三大类条件：几何相关，物理相关，功能相关，不 论满足上述某几个条件或其中一个条件，两模块都被认为是相关模块“…’。
１）几何相关：若两模块之间的静止位置或相对运动轨迹具有给定的精度要 求，则称两模块几何相关，几何相关有装配相关和空间相关两种形式。
２）物理相关：若两模块之间存在着能量，信号和力等物理量的交换关系，
或者在设计某一模块时，另一模块的一些参数直接影响此模块的设计（或者后 一个模块的某些参数是前一个模抉设计的重要依据），则称两模块物理相关。
３）功能相关：若两模块为同一上级功能模块的子功能，则称两模块功能相
关。
因为模块相关性对产品模块的划分有很大的影响，本文在后面对相关进行 比较深入的讨论，研究。
３．功能模块的分类
模块化设计的核心是功能独立化，因此需要对产品总功能进行分解。一般 来说，产品的总功能可以分解为如下几个子功能：基本功能、辅助功能、适应 功能、特殊功能和用户专用功能“”。如图２．５所示。
１４
内部特征一描述的是模块内部各组成或下一级子模块的情况；
外部特征一描述的是模块之间关系的情况。
２．６本章小结
本章阐明了实施大规模定制设计需要科学建立产品族结构模型。建立了面 向大规模定制设计的产品族规划流程，分析了从客户需求向模块化产品族结构 转化的过程和方法。对产品族规划中重要的设计方法一模块化设计方法展开系 统、深入的研究。对模块化设计及其它相关概念加以比较区分，并介绍了模块 化设计方法的应用概念。
第三章汽车底盘模块化设计
汽车底盘是整车的基础，连接传动系、行驶系、转向系和制动系形成汽车 的整体造型并承受发动机的动力，保证汽车正常行驶。底盘结构上各分组总成 具有明显的功能独立性，所以底盘是具有模块化特性的产品。
３．１汽车底盘模块化系统总体框架的建立
汽车底盘模块化设计系统希望快速响应市场不同需求。因此，在进行产品 的模块化设计之前，必须在市场调查的基础上进行充分的准备和周密的规划，
合理确定产品系列型谱和产品的主要参数。产品模块化设计是一个庞大而复杂 的系统工程，必须按照如下步骤依次进行：
１．市场调查和产品系列型谱的确定
市场调查主要包括：了解市场对产品的需求量、需求比例及新动向；调查 用户对产品的性能和结构等方面的需求；对生产同类产品的厂家进行分析。根
据对以上各方面的综合分析， 才能确定产品系列型谱。
２．主参数和参数范围的确定
合理确定产品的主参数及参数范围是模块化设计不可缺少的关键步骤之 一。主参数是表示产品主要性能、规格大小的参数。对于客车底盘，可选表征 底盘动力性能和底盘产品主要尺寸规格的参数作为其主参数。
３．基型设计
基型设计主要包括进行底盘产品总功能分析、功能分解、建立功能模型、
创建模块系列、模块接口设计、建立模块库等内容。
４．模块编码及其管理
为了对各种模块实施管理以及更好地实施计算机辅助模块化设计，必须对 模块按功能、规格以及层次等特征进行分类编码，同时应对编码模块建立管理
系统。
５．针对用户提出的要求，进行新产品功能分析和功能分解。
６．从模块创建所建立的模块库中选择适用的模块，进行模块组装并对组装 出的产品进行性能分析，若没有达到用户要求，必须重新选择或者重新创建模 块，直至满足要求。
综上所述，汽车底盘的模块化设计系统分为三个层次：
Ｉ．汽车底盘模块化总体设计，包括方案设计和功能设计；
２．汽车底盘模块设计，包括模块划分和模块的建立；
３．汽车底盘模块化产品设计，包括任务分解、模块选择、模块组合和方案 评价。如图３．１所示：
１６
图３．Ｉ底盘模块化设计系统框架 ３．２底盘模块化总体设计
３．２．Ｉ汽车产品系列型谱的确定
１．汽车底盘的客户需求层次分析模型
汽车底盘的模块化设计系列型谱的确定及功能体系结构的建立需要以详细 分析客户需求为依据。进行客户需求与产品的技术工程特性之间关系逐级转换 的过程，可以利用质量屋（ＨＯＱ Ｈｏｕｓｅ ｏｆ Ｑｕａｌｉｔｙ）来完成。质量屋的输入为客 户需求及需求权重，而量化客户需求及其权重需要首先建立汽车底盘客户需求 层次分析模型，利用层次分析法对客户需求进行分析。
层次分析法是系统工程中对非定量事件作定量分析的一种简便方法。用层 次分析法作底盘系统功能需求分析，首先要把客户对底盘产品的需求总目标层 次化。根据问题要达到的总目标，将问题分解为不同的组成因素，并按照因素 间相互影响关系及隶属关系进行不同层次聚集组合，形成一个多层次的分析结 构模型，通过底盘系统功能相对于顾客需求总目标优劣次序的排序，选定最佳
的底盘系统作为模块化设计系列型谱。
客车底盘的客户需求层次分析模型如下：
设计出顾客满意的底盘产品被定义为目标层；以安全、舒适、价格和环保 这四个方面的需求作为准则层；准则层下面还有对应的多项指标层。多级指标 层逐级细化总目标可建立底盘产品的客户需求层次分析模型。汽车底盘的客户
需求层次分析模型见图３．２。
目标层
准则层
指标层
安全
８１
设计顾客满意的底盘产品
Ａ
舒适
Ｂ２
价格Ｉ ｌ环保
Ｂ３ Ｂ４
檠
行Ｉ驻车Ｉ车制Ｉ制动ｌ动性１性能ｌ能
Ｃ３ ｃ４
垂ｌ篆ｌ秉ｌ錾Ｉ蓁ｉ黍
。。Ｊ。。『。，Ｉ。川。…品ｌ品『二
节 省 能 源
Ｃ １５
图３．２底盘产品的客户需求层次分析模型 ２．构造判断矩阵
从图３．２可以看出：目标层Ａ与准则层Ｂ内所有因素都有关系，它们之间存 在完全对应关系；而准则层Ｂ内每一因素只与指标层ｃ内部分因素有关系，它们 之间为不完全层次关系。因此，当准则层Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３及Ｂ４的相对重要度发生变 化时，会导致指标层Ｃ１，Ｃ２．．．Ｃ１５的相对重要度排序发生变化，从而引起底 盘系统功能需求发生变化。
判断矩阵表示的是针对上一层次某因素，本层次与之有关因素之间相对重 要性的比较，算出某层元素相对于上一层次某元素的相对重要性权值即可逐级 确定客户需求对底盘系统各功能的需求状况及需求权值。
以底盘客户需求层次分析模型的准则层为例，先按层次分析法中的ｌ一９比 率标度方法确定Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３及Ｂ４之间的相对重要度，并构造出准则层相对于总 目标的两两判断矩阵Ｂ““，就可以计算确定准则层Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３及Ｂ４之间的相对 重要性权值。依次类推，可以通过构造指标层相对于准则层的两两判断矩阵，
计算出指标层ｃｌ，ｃ２．．．Ｃ１５之间的相对重要性权值。所得结果可以确定产品 系统功能需求的依据。ｌ一９比率标度方法含义如图３．３所示：
１ 表示两个元素相比，具有同样重要性
３ 表示两个元素相比，一个元素比另一个元素稍微重要 ５ 表示两个元素相比，一个元素比另一个元素明显重要 ７ 表示两个元素相比，一个元素比另一个元素强烈重要 ９ 表示两个元素相比，一个元素比另一个元素极端重要
２、４、６、８为上述相邻判断的中值
图３．３比率标度含义 加速灵敏性 转向稳定性
她姒平顺性
转向灵敏性
假定Ａ层因素ａ。与下一层次中Ｂ。Ｂ。…Ｂ。有联系，构造的判断矩阵Ｂ一般 取如下形式：
ａｋ Ｂ
１ Ｂ
２・・・ Ｂｎ
Ｂ１ ｂ
１１ ｂ
１ ２．．． ｂ
ｌｎ
Ｂ
２ ｂ
２ｌ ｂ
２ ２ ｂ
２ｎ
●
●
●
Ｂｒｌ ｂ
ｎｌ ｂ
ｎ２ ｂ
ｎｎ
表３．１判断矩阵
任何客户需求的搜集都是针对某类客户群进行的。对于汽车产品来说，随 着客户群及用户的观念的变化，层次分析模型中准则层Ｂ内各因素相对于总目 标Ａ的相对重要度是不同的。因此，针对不同的客户群，利用判断矩阵所得出 的对产品功能需求及各需求重要度是不同的。这种不同一方面表现在组成底盘 的功能模块种类有差别，另一方面表现在组成底盘的功能模块性能上的差别。
近几年，国内旅游事业蓬勃发展，有关部门预测我国每年需要１５００辆左右 的高档客车，而且此类车型也适用于旅游部门、大中城市的小公共汽车、中短 途公路客运以及机关、团体的公务和生活用车，还可变型为多种专用汽车１２８］，
深受机关团体、旅游部门及个体客运户欢迎，具有很大的市场潜力。通过对此 类客户需求进行调查、分析，可以确定底盘层次分析模型中准则层各项的相对 重要度： ｂ１２＝１，ｂｌ ３＝３，ｂｌ ４＝２；ｂ２Ｉ＝ｌ， ｂ２３＝３，ｂ２４＝２：ｂ３ｌ＝１／３，ｂ３２
２１／３，ｂ３一＝ｌ／２：ｂ４１＝１／２，ｂ・ｚ＝１／２，ｂａ３＿２。按照矩阵理论解特征根的方法 可以确定准则层Ｂｌ，Ｂ２，Ｂ３及Ｂ４对于总目标的相对重要性权值。
特征根公式如下：
Ｂ Ｗ＝＾Ｗ （３．１）
其中，Ｂ为判断矩阵，＾是Ｂ矩阵的特征根，ｗ是Ｂ矩阵的特征向量，其表现形 式为ｗ＝（Ｗ・ｗ２ ｗ３ Ｗ４）。特征向量ｗ就是准则层Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３及Ｂ４相对总 目标Ａ的相对重要性权值。
构造出的准则层Ｂ相对于目标层Ａ的相对重要度判断矩阵及准则层Ｂ相对 于目标层Ａ的相对重要性权值的计算结果ｗ＝（ｏ．３３ ｏ．３３。ｏ．１０ ｏ．２４）如下 表３．２所示：
Ａ Ｂｌ Ｂ２ Ｂ３ Ｂ４ Ｗ
Ｂ１ ｌ ｌ ３ ２ Ｏ．３：
Ｂ２ １ １ ３ ２ ０．３３
Ｂ３ １／３ １／３ ｌ １／２ ０．１０ ８４ ｌ／２ ｌ／２ ２ １ ０．２；
表３．２判断矩阵及相对重要性权值 ３．一致性判断
一致性判断的目的是防止出现某层指标之间相互重要度判断不一致的情 况，如果判断Ｂ１比Ｂ２极端重要，Ｂ２比Ｂ３极端重要，Ｂ３比Ｂ１极端重要，此时 的相对重要性判断就是出现了不一致的情况。
根据矩阵理论可以得出，如果＾１，＾２，…＾ｎ满足ＡＸ＝＾Ｘ，则有：
Ｉｌ
∑＾ｉ＝ｎ
ｉ２ １ （３．２）
显然，判断矩阵如果满足完全一致性条件，则具有难一非零的、最大的特征根
＾，２＾册片２ｎ。其中，ｎ为判断矩阵的阶数，且除＾ｍａｘ＝ｎ外，其余特征根均
为零。而当判断矩阵不具有完全一致性时，则有＾，＝＾历ａ一＞ｎ，其余特征根 有如下关系：
或
∑＾ｉ＝ｎ一＾ｍａｘ
ｉ＝２ （３．３）
＾ｍａｘ—ｎ＝一∑＾ｉ
ｉ＝２ （３．４）
判断矩阵具有满意的一致性时，它的最大特征根稍大于矩阵阶数ｎ，且其 余特征根接近于零。也就是说，当判断矩阵不能保证具有完全一致性时，相应 判断矩阵的特征根也将发生变化，这样就可以用判断矩阵特征根的变化来检查 判断的一致性程度。
因此，在层次分析法中引入判断矩阵最大特征根以外的其余特征根的负平 均值，作为度量判断矩阵偏离一致性的指标，一致性指标Ｃ．Ｉ．的计算式如下所 示：
ｃ．Ｉ．＝苎婴垦墨二！
“一ｌ （３．５）
通过计算，表３．２所建立的判断矩阵的ｃ．Ｉ．＝０．０３，基本上满足判断一致 性。按上述方法对底盘客户需求层次分析模型逐级分析、计算，可以确定客户 对底盘产品系统的功能、性能需求及需求权重。将其作为客户需求与产品的技 术工程特性之间关系转换的质量屋的输入，输出则为客车市场对产品系列的技 术需求矩阵，此项数值的确定将直接影响汽车底盘产品的市场迎合度和快速反 应市场的能力，对底盘产品的生命力及底盘厂的发展有重要的作用。
通过利用上述层次分析法进行客户需求向客车产品功能需求的转化，综合 分析确定以车长６．５～７ｍ的高档轻型客车底盘作为模块化设计产品系列型谱。
通过对江淮汽车股份有限公司的底盘产品系列进行比较，发现Ｑ系列底盘涵概 客运、公交和旅游多种用途、可变型性好，在目前设计、制造及使用上也较为 成熟，符合客户群对客车功能及性能的要求。
Ｑ系列是车长为６．６ｍ的轻型客车底盘，轻型客车是指３．５ｍ～７ｍ车长的 客车，定员为８～２９人，其车外形如图３．４所示：
图３．４系列型谱内轻型客车示意图
汽车底盘主参数即为对底盘性能有最大影响力的参数。由于客车是以车体 长度为车型划分依据的，因此底盘的车长是客车底盘的重要主参数：底盘配置 发动机的功率是底盘承载能力的重要体现，因此底盘的最大功率也是底盘的重 要主参数之一。国产部分６．５～７ｍ车长轻型客车底盘技术参数见表３．３：
２Ｉ
＼、性能
＼参数 总质量 轴距 轮距前／后 最大功率
底盘型号＼ （ｋｇ） （唧） （咖） （ｋｗ／ｒｐｍ）
ＨＦＣ６７００Ｙ ６０００ ３３０８ １６５５／１４８５ ７７．２／３６００ ＩｔＦＣ６７０１ＫＹ ６０００ ３３０８ １６５５１１４８５ ６９．１，３３００ ＨＦＣ６７００ＫＹ ６０００ ３８００ １６５５／１４８５ ６９．１，３３００ ＨＦＣ６７０２ＫＹ ６０００ ３３００ １６５５１１４８５ ６９．１１３３００ ＮＪ６６５１Ｙ２ ６０００ ３３０８ １５８４１１４８５ ６６，４０００ ＮＪ６６５１ＤＹ２ ６０００ ３３０８ １５８４，１４８５ ６４１３６００ ＥＱＲ６ ６０００ ３６５０ １６５０，１５８６ ７９／２８００ 五十铃Ｕ＿ＭＲ
１１２Ｄ ８０００ ３２３０ １７８０１７００ 俘９『：｝９口口
五十铃ｕ—ＭＲ
１３２Ｄ ８０００ ３２３０ １９１５／１７００ １４３／２９００
表３．３国产部分６．５～７ｍ轻型客车底盘的技术参数
３．２．２汽车底盘功能模块体系的建立
１．底盘的总体功能及结构
嘲３．５底盘结构示意图
汽车底盘由３０多个分组、上千个零件缀成，分属于传动系、转向系、行驶 系和制动系。
传动系将发动机输出的动力传给驱动轮，满足汽车行驶的需要。传动系包 括发动机、离合器、变速器、万向传动装置和驱动桥。发动机是汽车行驶的动 力源，在底盘上可前置或后置。主要包括两大机构和五大系统，它们是曲柄连 杆机构、配气机构、燃料供给系统、点火系统、起动系统、冷却系统和润滑系 统，其中，燃料供给系的空气滤清器和冷却系与车架有直接安装关系。
制动系使汽车迅速减速直至停车，使停放的汽车可靠驻留原地不动，包括 行车制动功能和驻车制动功能。行车制动由阀体、储气筒和气路管路、制动器
组成，是行驶安全性的重要保证，在功能有一定的独立性。行车制动装置由制 动操纵机构和设在车轮上的制动器组成；驻车制动器装在变速器第二轴上的・
制动系统可采用双管路和多套制动系统辅助制动。
行驶系是汽车的基础，由车桥、车轮与轮胎以及位于车桥和车架之间的悬 挂装置一悬架组成。悬架是汽车中的传力弹性元件，起到传力、导向和缓冲减 震的作用，对整车的平顺性和行驶稳定性有很大影响。
转向系用来改变或恢复汽车的行驶方向，它是使前轮相对汽车纵向平面偏 转一定的角度来实现转向的。转向系主要由转向操纵机构、转向器和转向传动 机组成。
车架是汽车中的主要承载元件。对汽车的使用寿命有很大的影响。
２．建立底盘产品功能模块体系
按功能独立性对汽车底盘功能结构进行分析。按基本功能、辅助功能等对 整个底盘功能进行划分，可以将底盘总功能划分为动力传动、行驶、制动、行 车控制和承载五大主功能，备用件安置、拖拉车体等辅助功能。其中，行驶功 能由转向行驶和动力行驶两子功能组成，转向行驶由转向功能、行驶功能组成。
由于前、后桥行驶功能、结构差别较大，因此，将后桥行驶功能定为动力行驶 功能。行车控制功能包括离合控制功能、加速控制功能、离合控制功能，它们 分别具有功能独立性，以独立的产品的形式存在。按照功能独立性原理，对底 盘的总功能进行分解至部件级、组件级和基层功能，建立底盘产品的功能模块 体系如图３．６所示：
图３．６底盘产品功能模块体系
功能是划分模块的依据，也是进行系统分解的基础。只有以功能独立性为 条件建立产品的功能模块体系，才能进一步进行底盘产品模块系列设计。
３．３底盘模块系统设计
３．３．１底盘功能与结构的映射
在对一定范围内的底盘系统进行功能分析的基础上，可以划分并设计出一 系列功能独立、结构独立的基本单元一一模块，通过模块的选择和组合满足不 同需求底盘产品的设计。模块划分的优劣对产品的性能、质量及上市时间有重
要影响。
利用模块划分的公理性设计方法“”，可以实现产品功能域向物理域的映射。
公理性设计方法把产品模块化设计过程看成是完全不同的区域（如客户域、功 能域、物理域、过程域）间的映射。在开发一个新产品时，我们可以在具有相 关性的不同域中描述一个产品，如图３．７所示：
客户域
图３．７公理性设计方法
物理域过程域
厂：ｌ＝［１： 一』 二：：］ｒ三］
。。．６，特性来满足，对角线以外的非零元素的增加将产生耦合设计，耦合设计越多，
设计柔性越差，这意味着产品的结构对产品的设计速度有重大影响。加快产品 的设计速度取决于是否能把一个产品的结构分解为高度独立的具有唯一功能的 部件。
公理性方法从客户要求、产品功能、产品构件以及加工方法等方面对产品 的结构进行描述。单独～个域中的知识不可能认识整个设计过程，若功能域和 物理域为一一对应（矩阵Ａ为对角阵）映射关系，则相互作用的元件之间物理 界面间无耦合，此时每个物理元件能被定义为一个模块。相反一个产品的一个 功能需要几个元件共同来完成，则产品的结构被认为是集成的，可以把这几个 元件看成一个模块。通过公理性设计，可以得出以下模块划分法：
方法ｌ：映射同一功能的不同物理元件产生的设计耦合应考虑为一个模块。
方法２：映射同一工艺过程的不同物理元件产生的设计耦合也应考虑为一 个模块。
根据以上分析，在底盘功能体系结构中所列出的动力传动、承载、行车控 制、行驶、制动主功能与动力源模块、车架模块、操纵模块、行车控制模块、
备胎模块、行驶系模块、拖拉件模块、制动模块等主模块有映射关系，即建立 底盘模块结构体系的一级模块。
３－３．２底盘部件相关性分析
在底盘功能体系结构中，主功能被逐级分解为各级予功能，究竟哪些子功 能可作为独立的模块，哪些子功能应该组合在一起形成模块，需要按一定的方 法来确定。如果满足下列条件之一，这个子功能应作为一个独立的模块“”。
１．遗传：子功能的载体有可能被下一代产品利用；
２．技术革新：在产品生命周期中，子功能的实现技术有可能被新技术代替；
３．计划改变：子功能是按计划要变化的特征载体；
４．技术参数：予功能体现可变的技术参数；
５．样式：受潮流或流行的影响子功能载体的形式、颜色等将会变化；
６．通用单元：在所有产品中有相同载体的子功能，即通用单元；
７．工艺／组织：子功能作为独立模块便于单独组织生产，或有特殊的生产 周期，如铸件；
８．单独实验：子功能的功能和性能可以被单独实验；
９．独立流通：子功能可以作为“黑盒子”独立流通于市场：
１０．维修服务：予功能作为独立的模块要便于维修：
１１．升级：如果预知要升级，子功能作为独立的模块便于升级；
１２．回收：子功能载体的材料是污染性的或可回收的。
对于不满足独立模块条件的子功能，哪些子功能应该组合在一起，需要按
