不锈钢抛光加工专用装备的公理化设计方法研究

论文摘要

产品设计开发的质量和效率直接关系到企业在市场竞争中的生存和发展,采取以设计公理为指导的设计方法对提高设计质量和效率具有重要的意义。公理化设计理论以独立公理和信息公理为理论基础,建立关于设计活动的理论体系,使设计者能够在整个设计过程中做出正确决策,提高设计工作的效率,增强产品的市场竞争力。论文结合国家自然科学基金与企业委托项目,对现有不锈钢抛光加工专用装备存在的设计问题进行分析,提出了不锈钢抛光加工专用装备的公理化设计方法,包括基于“之”字映射过程的功能-结构求解技术、基于独立公理的耦合设计解耦技术和基于信息公理的信息含量优化技术,这些技术在实际设计开发过程中得到应用。第一章介绍了公理化设计相关理论及其在国内外的研究现状,结合不锈钢抛光加工专用装备中存在的问题,分析了公理化设计方法在装备设计开发中的优势,同时对“之”字映射求解方法、耦合问题分析方法、以及信息含量计算方法等存在的问题进行了分析,给出了本文的研究内容和组织框架。第二章结合不锈钢抛光加工专用装备方案设计,给出基于“之”字映射过程的功能-结构求解技术,对不锈钢抛光加工专用装备进行功能-结构分析,总结出四种功能时序关系,应用于不锈钢抛光加工专用装备的功能分解过程,总结出三种基本功构映射关系,应用于不锈钢抛光加工专用装备的结构求解过程。第三章在研究现有不锈钢抛光加工专用装备功能耦合问题的基础上,提出了基于独立公理的耦合设计解耦技术,对功能时序关系与功构映射关系的联系进行分析,在顺序关系的耦合设计中应用过渡功能法,在并行关系的耦合设计中应用功能时序关系转换法,并应用两种方法对现有不锈钢抛光加工专用装备的功能耦合问题进行了解耦。第四章在研究不锈钢抛光加工专用装备结构优化问题的基础上,提出基于信息公理的信息含量优化技术,给出相对信息含量的计算方法,对满足独立公理的设计方案进行再评价,进一步研究了减小信息含量的减刚度优化法和结构集成优化法,提出基于设计结构矩阵的结构集成优化技术,应用于不锈钢抛光加工专用装备的结构优化。第五章结合企业委托项目,以公理化设计理论为指导,设计开发了不锈钢抛光加工专用装备。制订了不锈钢抛光加工专用装备公理化设计流程,经过功能分解、结构求解和结构优化等过程,得到满足设计要求的产品,解决了现有抛光加工装备的跑偏问题和抛光精度问题。第六章总结了本文的主要研究内容和成果,并给出了进一步的研究展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 论文研究背景
• 1.3 公理化设计基本原理与方法
• 1.3.1 “之”字映射求解方法
• 1.3.2 设计公理、定理及推论
• 1.4 公理化设计方法研究现状
• 1.4.1 公理化设计方法理论研究
• 1.4.2 公理化设计方法应用概况
• 1.5 不锈钢抛光加工专用装备公理化设计问题的提出
• 1.5.1 现有公理化设计相关设计技术的不足
• 1.5.2 不锈钢抛光加工专用装备的公理化设计思想
• 1.6 论文研究内容及结构
• 1.6.1 论文研究内容
• 1.6.2 论文结构框架
• 1.7 本章小结
• 第2章 不锈钢抛光加工专用装备的功能-结构求解技术
• 2.1 不锈钢抛光加工专用装备的功能-结构求解模型
• 2.1.1 功能-结构求解的数学表达
• 2.1.2 功能-结构求解的过程分析
• 2.2 不锈钢抛光加工专用装备的功能-结构关系模型
• 2.2.1 功构映射关系的数学表达
• 2.2.2 功能-结构关系的分析方法
• 2.3 不锈钢抛光加工专用装备功能-结构分析
• 2.4 不锈钢抛光加工专用装备功能-结构求解
• 2.5 本章小结
• 第3章 不锈钢抛光加工专用装备的耦合设计解耦技术
• 3.1 不锈钢抛光加工专用装备的设计耦合问题
• 3.2 基于功构关系矩阵的不锈钢抛光加工专用装备解耦方法
• 3.3 基于功能时序关系的不锈钢抛光加工专用装备解耦方法
• 3.3.1 功能时序关系的耦合情况分析
• 3.3.2 功能时序关系的解耦方法
• 3.4 本章小结
• 第4章 不锈钢抛光加工专用装备的信息含量优化技术
• 4.1 公理化设计信息含量的计算方法
• 4.2 不锈钢抛光加工专用装备的相对信息含量计算方法
• 4.2.1 解耦关系对信息含量的影响
• 4.2.2 基于解耦关系的相对信息含量计算方法
• 4.2.3 考虑相邻解耦关系的相对信息含量计算方法
• 4.3 不锈钢抛光加工专用装备减小信息含量的优化方法
• 4.3.1 减刚度优化法
• 4.3.2 设计结构矩阵的DPs优化集成
• 4.4 本章小结
• 第5章 不锈钢抛光加工专用装备设计开发应用
• 5.1 引言
• 5.2 不锈钢抛光加工专用装备总体方案设计
• 5.2.1 抛光加工专用装备的设计流程
• 5.2.2 现有抛光装备的功能耦合分析
• 5.2.3 满足独立公理的总体设计方案
• 5.3 抛光机的公理化设计求解
• 5.3.1 抛光机的功能-结构求解
• 5.3.2 化学机械抛光功能-结构求解
• 5.3.3 机械抛光单元功能-结构求解
• 5.4 抛光垫结构设计
• 5.4.1 抛光垫的DPs集成法优化
• 5.4.2 抛光垫的减刚度法优化
• 5.5 不锈钢抛光加工专用装备公理化设计结果
• 5.6 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间参加的科研项目
• 致谢