面向产品族的机床结构可适应动态设计理论、方法与应用

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 机械产品设计理论国内外研究综述
• 1.1.1 机械结构动态设计
• 1.1.2 可适应设计
• 1.1.3 模块化设计
• 1.1.4 产品族设计
• 1.1.5 产品配置设计
• 1.2 研究评述
• 1.3 课题的提出与主要研究内容
• 1.3.1 课题研究的背景与意义
• 1.3.2 论文的研究思路及主要研究内容
• 第二章 可适应动态设计理念内涵和方法体系
• 2.1 可适应设计
• 2.1.1 可适应设计定义
• 2.1.2 可适应产品
• 2.1.3 可适应设计构成要素
• 2.1.4 可适应设计过程和特点
• 2.1.5 可适应设计实现方法
• 2.2 可适应动态设计概念及方法体系
• 2.2.1 可适应动态设计概念
• 2.2.2 可适应动态设计的数学模型
• 2.2.3 可适应动态设计分析工具
• 2.2.4 结构性能评价原则和方案优选准则
• 2.2.5 可适应动态设计技术流程
• 2.3 小结
• 第三章 数控弧齿铣齿机产品平台规划
• 3.1 产品需求分析与需求建模
• 3.1.1 需求分析
• 3.1.2 需求模型的构建
• 3.2 产品平台规划
• 3.2.1 产品平台的类型、构建方法和步骤
• 3.2.2 产品平台规划与设计模型
• 3.2.3 数控弧齿铣齿机产品平台规划实例
• 3.3 小结
• 第四章 基于知识的数控弧齿铣齿机功能、结构建模
• 4.1 机械产品设计知识表示方法
• 4.1.1 机械产品设计知识表示的一般方法
• 4.1.2 基于实例的设计知识表示方法
• 4.2 机械产品设计知识重用及相关技术
• 4.2.1 设计重用的层次
• 4.2.2 设计重用的相关技术
• 4.2.3 数控弧齿铣齿机系列设计重用模型
• 4.3 功能原理建模
• 4.3.1 功能分析
• 4.3.2 功能求解
• 4.3.3 数控弧齿铣齿机功能建模实例
• 4.4 结构建模
• 4.4.1 相关定义
• 4.4.2 结构、参数配置方法
• 4.4.3 数控弧齿铣齿机结构建模方法
• 4.4.4 数控弧齿铣齿机结构建模实例
• 4.5 小结
• 第五章 数控弧齿铣齿机结构性能分析
• 5.1 机床结构性能分析目的、方法与内容
• 5.1.1 分析目的
• 5.1.2 分析方法
• 5.1.3 分析内容
• 5.2 机床结构模态分析原理
• 5.3 数控弧齿铣齿机结构性能有限元分析实例
• 5.3.1 YH603 数控弧齿铣齿机有限元分析
• 5.3.2 YH605 数控弧齿铣齿机有限元分析
• 5.4 数控弧齿铣齿机结构性能试验分析实例
• 5.4.1 机床静刚度测量
• 5.4.2 刀具与工件间传递函数测量
• 5.4.3 切削振动试验测量
• 5.4.4 结构模态试验
• 5.4.5 试验分析在数控弧齿铣齿机系列动态设计中的应用
• 5.5 数控弧齿铣齿机结构性能分析结论
• 5.6 小结
• 第六章 数控弧齿铣齿机结构可适应动态设计过程
• 6.1 机床结构模块分解与再设计
• 6.2 YH603 机床结构模块再设计
• 6.2.1 立柱模块再设计
• 6.2.2 床身模块再设计
• 6.2.3 工件箱模块再设计
• 6.2.4 横滑板模块再设计
• 6.2.5 床鞍模块再设计
• 6.3 YH603 机床整机改进
• 6.3.1 整机各方案设计
• 6.3.2 整机各方案性能分析与选择
• 6.3.3 整机改进结果分析
• 6.4 YH605 机床产品开发
• 6.5 小结
• 第七章 数控弧齿铣齿机产品可适应性的综合评价
• 7.1 系统评价方法
• 7.2 机械产品可适应性综合评价指标分析
• 7.3 数控弧齿铣齿机产品可适应性综合评价
• 7.3.1 多级模糊综合评价模型
• 7.3.2 数控弧齿铣齿机产品可适应性多级模糊综合评价实例
• 7.4 小结
• 第八章 面向产品族的机床结构可适应动态设计软件原型系统
• 8.1 软件原型系统功能
• 8.2 软件原型系统开发与实现方法
• 8.2.1 产品与结构模块数据管理组件
• 8.2.2 ANSYS有限元分析接口组件
• 8.2.3 Pro/ENGINEER参数化建模接口组件
• 8.2.4 产品与结构模块性能综合评价组件
• 8.2.5 可适应动态设计过程及中间结果管理组件
• 8.2.6 可适应动态设计知识管理组件
• 8.3 软件原型系统总体结构
• 8.4 可适应动态设计数据库管理系统
• 8.5 基于软件原型系统的设计流程
• 8.6 软件原型系统运行实例
• 8.7 小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 作者在攻读博士学位期间发表的学术论文及参加的研究项目
• 致谢