基于運(yùn)動(dòng)學(xué)圖譜的石材加工設(shè)備模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)的研究.pdf

1、石材異型制品應(yīng)用日益廣泛，并朝著多元化、個(gè)性化的方向發(fā)展，這就要求石材設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)能夠快速的研發(fā)并制造出滿足制品加工需求的石材異型制品加工設(shè)備，而大部分企業(yè)目前所采用的設(shè)計(jì)方法因其效率低下等問題制約著設(shè)備的開發(fā)。模塊化設(shè)計(jì)作為一種實(shí)用高效的設(shè)計(jì)方法在機(jī)械工程領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，其通過模塊的選擇與組合可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速設(shè)計(jì)。本文將模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)引入石材異型制品加工設(shè)備的設(shè)計(jì)中，在現(xiàn)有的模塊化理論研究的基礎(chǔ)上，對石材異型制品加工設(shè)備模塊化設(shè)

2、計(jì)過程中的模塊創(chuàng)建、模塊的編碼及接口的設(shè)計(jì)等問題進(jìn)行深入的研究和探索，從而為石材異型制品加工設(shè)備的模塊化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，推動(dòng)石材設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)模塊化設(shè)計(jì)模式的進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的快速設(shè)計(jì)。
　　 對市場上常用的石材異型制品進(jìn)行歸納、定義和分類描述，分析各類制品的成形面、常用的加工刀具類型和成形加工原理，在此基礎(chǔ)上深入研究石材異型制品的成形方法及其成形運(yùn)動(dòng)。制品加工的成形運(yùn)動(dòng)決定了設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式，成形運(yùn)動(dòng)的分析為面向模塊化設(shè)計(jì)的石材異

3、型制品加工設(shè)備系列型譜的擬定奠定基礎(chǔ)。歸納所有的成形運(yùn)動(dòng)得到石材異型制品所有的加工運(yùn)動(dòng)組合，在數(shù)控設(shè)備坐標(biāo)系下建立石材異型制品加工完整的運(yùn)動(dòng)學(xué)圖譜。通過運(yùn)動(dòng)學(xué)圖譜可以直觀形象的分析設(shè)備的運(yùn)動(dòng)，從而為設(shè)備的功能、結(jié)構(gòu)的分析與分解及模塊的劃分提供指導(dǎo)。
　　 進(jìn)行石材異型制品加工設(shè)備的模塊化設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備工作，包括：對整個(gè)模塊化設(shè)計(jì)過程進(jìn)行整體規(guī)劃，將其劃分為模塊化系統(tǒng)的開發(fā)和基于模塊化系統(tǒng)的設(shè)備設(shè)計(jì)兩個(gè)階段，并詳細(xì)分析各階段的開發(fā)

4、流程，從而為模塊化設(shè)計(jì)的具體實(shí)施提供指導(dǎo)；基于石材異型制品的分類及其成形運(yùn)動(dòng)分析，擬定石材異型制品加工設(shè)備系列型譜，并詳細(xì)分析該系列設(shè)備的功能和結(jié)構(gòu)，為基于功能和結(jié)構(gòu)分解的模塊劃分奠定基礎(chǔ)；針對石材異型制品加工設(shè)備的特點(diǎn)，提出面向生命周期的模塊劃分原則，結(jié)合功能獨(dú)立和結(jié)構(gòu)獨(dú)立的通用性原則，能夠有效的指導(dǎo)模塊的劃分。
　　 考慮石材異型制品加工設(shè)備結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，將公理設(shè)計(jì)理論、運(yùn)動(dòng)學(xué)圖譜和模糊樹圖理論相結(jié)合對其進(jìn)行模塊的劃分。首先

5、，采用公理設(shè)計(jì)的功能域-物理域的映射框架進(jìn)行設(shè)備的逐級分解，在分解得到的設(shè)計(jì)矩陣均為對角陣的情況下，設(shè)備的子結(jié)構(gòu)滿足功能和結(jié)構(gòu)的獨(dú)立性，可單獨(dú)作為一個(gè)模塊，在適當(dāng)?shù)膶哟瓮Ｖ狗纸?，基于運(yùn)動(dòng)學(xué)圖譜，將模塊映射到具體的結(jié)構(gòu)形式，即得到劃分完成的模塊。若得到的設(shè)計(jì)矩陣為三角陣或者滿矩陣，則對分解得到的子結(jié)構(gòu)進(jìn)行功能和結(jié)構(gòu)相關(guān)度的分析，采用模糊樹圖聚類法將子結(jié)構(gòu)聚類為模塊。以模塊化設(shè)備設(shè)計(jì)中的橫系列、縱系列和更新?lián)Q代設(shè)計(jì)復(fù)雜度為優(yōu)化目標(biāo)，建立面向

6、設(shè)計(jì)的模塊劃分方案數(shù)學(xué)評價(jià)模型，對模塊劃分方案進(jìn)行優(yōu)選，從而得到利于設(shè)備再設(shè)計(jì)的最終的模塊劃分方案。
　　 對劃分得到的各模塊，綜合其所屬的設(shè)備系列、模塊的功能和結(jié)構(gòu)特征等信息進(jìn)行詳細(xì)的編碼，以方便模塊的管理和模塊的計(jì)算機(jī)輔助選擇與組合；基于模塊化設(shè)計(jì)規(guī)則中的界面規(guī)則，研究模塊接口的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，包括接口的形狀和幾何參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化，以便于模塊的互換與重組；在對接口的類型、形狀、參數(shù)、功能流方向等各種信息進(jìn)行分析與綜合的基礎(chǔ)上，建立接

7、口的模型，并對接口模型的各種信息進(jìn)行編碼。接口的模型可為模塊間關(guān)系的判斷提供核心數(shù)據(jù)，是模塊匹配性識別、模塊可組合的依據(jù)。
　　 根據(jù)以上關(guān)鍵技術(shù)的研究，結(jié)合石材異型制品加工設(shè)備的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，開發(fā)石材異型制品加工設(shè)備計(jì)算機(jī)輔助模塊化設(shè)計(jì)系統(tǒng)。首先從系統(tǒng)整體的角度，采用IDEF0建模方法構(gòu)建系統(tǒng)的功能模型，并將系統(tǒng)功能劃分為模塊化設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)管理和協(xié)同設(shè)計(jì)三個(gè)部分；然后在功能模型指導(dǎo)下，規(guī)劃系統(tǒng)的整個(gè)體系結(jié)構(gòu)和整體運(yùn)行流程，并對各個(gè)子