面向产品族的机床结构可适应动态设计理论、方法与应用

本文结合国家863项目和企业研究项目,以数控弧齿铣齿机系列产品设计为例,系统地研究了机床结构可适应动态设计理论、方法、工具及实现技术。在对可适应设计研究的基础上,提出了可适应动态设计的概念,建立了可适应动态设计的数学模型和定量化的分析工具。提出了结构性能评价原则和结构方案优选准则。分析了可适应动态设计的技术流程。 在市场需求分析的基础上,建立了客户需求模型,包括顾客需求矩阵的建立、顾客之间距离的量化表示,以及顾客群体与细分产品之间的对应关系。建立了产品平台规划与设计模型,该模型包括产品系列规划矩阵、功能模块矩阵及结构模块矩阵。在产品系列规划矩阵的基础上,依据一定的规则和方法规划出不同的产品平台。 应用基于知识工程的原理和方法,指出了产品功能分析与功能求解方法,建立了数控弧齿铣齿机功能层次分解树以及功能与原理解的映射矩阵。建立了数控弧齿铣齿机运动功能解析式、产品平台和广义结构模型。采用有限元计算和试验分析相结合的方法,对数控弧齿铣齿机结构性能进行了分析,提出了一种有限元模型修正方法,得到了数控弧齿铣齿机系列产品的结构性能特征。 应用定量化的分析工具,对机床结构可适应动态设计过程进行了分析。通过在方案设计阶段给出各方案的可适应性度量数值以及对修改设计的难易程度做出定量评价,可以有效地指导机床结构设计过程。 提出了产品可适应性综合评价指标,建立了产品可适应性综合评价模型。应用多级模糊综合评价方法在对产品功能适应性等多种评价指标初级评价的基础上,进行了二级综合评价,得到了某数控弧齿铣齿机产品可适应性综合评价等级,从而为进一步改进产品设计提供指导和修改依据。 应用基于组件技术的软件原型系统开发方法,开发了面向产品族的机床结构快速可适应动态设计软件原型系统。建立了YH60系列数控弧齿铣齿机主要结构模块的模型库、性能参数库、域间重用参数库等产品技术平台数据库。 上述研究成果丰富了可适应设计理论,并填补了可适应设计理论和实践之间的鸿沟。所开发的软件原型系统实用性强,可以有效地提高企业新产品快速创新设计的能力。研究成果已在企业成功应用,并取得了显著的社会和经济效益。