独立性公理在商用电子秤设计中的应用

将公理设计理论引入商用电子秤设计中，提出基于独立公理的商用电子秤设计方法。通过 确定主要的设计参数,并给出商用电子秤设计的优化流程。应用公理性设计方法对商用电子秤进 行了分析,层次化分解过程保证在设计过程中以适当的顺序作出合理决策。公理性设计为商 用电子秤设计开发提供了基本原则和指导框架。

0.引言

经济竞争已成为世界各国竞争的焦点和社会发展的 主要动力。对于电子秤业来说,竞争的核心是新产品设计和 制造技术的竞争。产品创新设计作为制造业的灵魂，因此 开展产品创新设计理论及应用研究就显得尤为重要。公 理化设计作为一种科学产品设计方法，为设计人员评价设 计的可接受性提供了标准，同时也为设计的改进提供了系 统的指导和基本的方向1。

1.公理化设计理论

公理化设计（axiomatic design, AD)是美国麻省理工学 院 Nam P Suh 教授于 1990 年在《The Principles of De- sign》2 —书中正式提出的。其目的是为设计建立科学基 础,通过为设计者提供基于逻辑和理性的思维方法和工 具，改善设计活动。

1.1公理化设计中域的概念

域分为四种类型3 ,即用户域（customer domain)、功 能域（functional domain)、物理域（design domain)、过程域 (process domain)。域的结构及域间关系如图1所示。相 邻的两个域中，左边的域是“要达到什么目标”而右边的 域是“选择什么方法来实现左边域的要求”。

1.2公理化设计中设计公理

独立性公理:保持功能要求之间的独立性。 信息公理:力求使设计的信息量最少。

2.独立公理在商用电子秤设计中的应用

2. 1实例分析M

近年来，商用电子秤的更新换代速度越来越快，竞争也 越来越激烈。如何设计出客户满意的产品，成为企业市场 竞争的核心。最初客户需求FR0定为：FR =商用电子秤性 能稳定,质量可靠,客户满意度高;DP0 =采用从得到客户 需求到最终把产品送到客户手中，整个过程控制的策略。

2. 2第一级分解

对总目标进行分解:FR' =质量可靠性;FR2 =成本控 制;FR,=生产周期短；FR4 =安全性能。DP' =应用全面 质量管理的策略;DP2 =降低各项成本的策略;DP3 =整个 价值流优化的策略;DP4 =符合国家安全标准的策略。功 能域中的功能要求与结构域中的设计参数之间的关系可 表示为：

通过该步骤可以确定设施布置的方案。上面的目标 和策略设计属于非耦合设计,满足独立性公理。

2. 3第二级分解

确定DP!后,FR!可以进一步分解为：FRn =计量准确 性;FRU=耐冲击性能；FRl3 =耐高低温性能。DRn =加 大过程控制的策略;DR12 =模拟使用运输环境，进行跌落 验证策略;DR13 =高低温老化策略。设计方程为：

设计矩阵是对角矩阵，为无耦合设计，符合独立公理 的应用。

类推,其他的功能要求也需进一步分解，为满足各自 的目标,就需确定相应的设计参数。

确定DP^后,FR2可以进一步分解为：FR2i =降低生产 成本;FR22 =降低交易成本;FR23 =降低采购成本;DR21 = 用互联网整合供应链的策略；dr21 =供应链采购管理； DR於=严格控制其他成本的策略。设计方程为：

确定DP4后,FR4可以进一步分解为：FR41 =电子秤操作 安全性;FR42 =反作弊安全性；FR43 =电子秤应用软件的安 全性;DR41 =按照操作说明书上使用安全;DR42 =加强电子秤运行、调试、校准数据的保护功能;DR43 =软件加密措 施;设计方程为：

2.4第三级分解

根据DPii, FRn可以进一步分解：FRn:=零点稳定 性;FRn]=同一量程，重复三次测试在允许误差范围内； FRn3 =不同量程误差在允许误差范围内；FRn* =同一量 程,不同时间误差在允许范围内；DRn:=开机测试零点稳 定性;DR112 =重复性测试其稳定性；DR113 =线性测试； DRn4 =蠕变测试。

以上分析可知，在产品设计过程中，设计矩阵不是对 角阵就是三角阵,表明此设计满足独立性公理，是合理的 设计。事实上,无耦合设计是很困难的，只要得到准耦合 设计就可以了。此时设计者在选择策略时必须按适当的 顺序才能满足各子项目标要求间的独立性。

3.结语

公理化设计理论旨在为产品设计的合理性提供辨别 准则和科学依据,提供了一种自顶向下的设计思路；应用 公理化设计理论进行商用电子秤设计,降低了商用电子秤设计 的复杂性,给出了商用电子秤设计步骤;利用基于公理化设 计理论的商用电子秤设计方法，可在设计过程当中判断设计 是否满足独立性公理,是否为合理的设计，进而改进设计， 提高工作效率。