基于運動學圖譜的石材加工設備模塊化設計技術的研究.pdf

1、石材異型制品應用日益廣泛，并朝著多元化、個性化的方向發(fā)展，這就要求石材設備生產(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備，而大部分企業(yè)目前所采用的設計方法因其效率低下等問題制約著設備的開發(fā)。模塊化設計作為一種實用高效的設計方法在機械工程領域已經(jīng)得到廣泛應用，其通過模塊的選擇與組合可實現(xiàn)產(chǎn)品的快速設計。本文將模塊化設計技術引入石材異型制品加工設備的設計中，在現(xiàn)有的模塊化理論研究的基礎上，對石材異型制品加工設備模塊化設

2、計過程中的模塊創(chuàng)建、模塊的編碼及接口的設計等問題進行深入的研究和探索，從而為石材異型制品加工設備的模塊化設計提供理論依據(jù)，推動石材設備生產(chǎn)企業(yè)模塊化設計模式的進程，實現(xiàn)設備的快速設計。
　　 對市場上常用的石材異型制品進行歸納、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，在此基礎上深入研究石材異型制品的成形方法及其成形運動。制品加工的成形運動決定了設備的結構形式，成形運動的分析為面向模塊化設計的石材異

3、型制品加工設備系列型譜的擬定奠定基礎。歸納所有的成形運動得到石材異型制品所有的加工運動組合，在數(shù)控設備坐標系下建立石材異型制品加工完整的運動學圖譜。通過運動學圖譜可以直觀形象的分析設備的運動，從而為設備的功能、結構的分析與分解及模塊的劃分提供指導。
　　 進行石材異型制品加工設備的模塊化設計的前期準備工作，包括：對整個模塊化設計過程進行整體規(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)的設備設計兩個階段，并詳細分析各階段的開發(fā)

4、流程，從而為模塊化設計的具體實施提供指導；基于石材異型制品的分類及其成形運動分析，擬定石材異型制品加工設備系列型譜，并詳細分析該系列設備的功能和結構，為基于功能和結構分解的模塊劃分奠定基礎；針對石材異型制品加工設備的特點，提出面向生命周期的模塊劃分原則，結合功能獨立和結構獨立的通用性原則，能夠有效的指導模塊的劃分。
　　 考慮石材異型制品加工設備結構的復雜性，將公理設計理論、運動學圖譜和模糊樹圖理論相結合對其進行模塊的劃分。首先

5、，采用公理設計的功能域-物理域的映射框架進行設備的逐級分解，在分解得到的設計矩陣均為對角陣的情況下，設備的子結構滿足功能和結構的獨立性，可單獨作為一個模塊，在適當?shù)膶哟瓮Ｖ狗纸?，基于運動學圖譜，將模塊映射到具體的結構形式，即得到劃分完成的模塊。若得到的設計矩陣為三角陣或者滿矩陣，則對分解得到的子結構進行功能和結構相關度的分析，采用模糊樹圖聚類法將子結構聚類為模塊。以模塊化設備設計中的橫系列、縱系列和更新?lián)Q代設計復雜度為優(yōu)化目標，建立面向

6、設計的模塊劃分方案數(shù)學評價模型，對模塊劃分方案進行優(yōu)選，從而得到利于設備再設計的最終的模塊劃分方案。
　　 對劃分得到的各模塊，綜合其所屬的設備系列、模塊的功能和結構特征等信息進行詳細的編碼，以方便模塊的管理和模塊的計算機輔助選擇與組合；基于模塊化設計規(guī)則中的界面規(guī)則，研究模塊接口的標準化設計，包括接口的形狀和幾何參數(shù)的標準化，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行分析與綜合的基礎上，建立接

7、口的模型，并對接口模型的各種信息進行編碼。接口的模型可為模塊間關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)以上關鍵技術的研究，結合石材異型制品加工設備的設計特點，開發(fā)石材異型制品加工設備計算機輔助模塊化設計系統(tǒng)。首先從系統(tǒng)整體的角度，采用IDEF0建模方法構建系統(tǒng)的功能模型，并將系統(tǒng)功能劃分為模塊化設計、數(shù)據(jù)管理和協(xié)同設計三個部分；然后在功能模型指導下，規(guī)劃系統(tǒng)的整個體系結構和整體運行流程，并對各個子