面向MC的軸類零件的變型設(shè)計畢業(yè)論文.doc

11緒論大批量定制生產(chǎn)模式MassCustomization(簡稱MC)已成為學(xué)術(shù)界和企業(yè)界爭先研究的重點(diǎn)。從市場發(fā)展總的趨勢來看,采用大批量生產(chǎn)和按訂單研制的市場策略的企業(yè)在逐漸減少,而追求多品種小批量和大批量定制策略的企業(yè)在日益增加。1997年底，美國喬治華盛頓大學(xué)的一個專家小組對新興技術(shù)發(fā)展作了預(yù)測，提出21世紀(jì)(2001-2030年)的85項技術(shù)，其中包括大批量定制生產(chǎn)技術(shù)。大批量定制是一種根據(jù)每一位客戶的特殊需求，以大批量生產(chǎn)的效益進(jìn)行定制產(chǎn)品的生產(chǎn)方式，大批量定制實現(xiàn)了客戶的個性化和大批量生產(chǎn)的有機(jī)結(jié)合1。為了降低產(chǎn)品成本并提高開發(fā)速度，企業(yè)應(yīng)最大程度地重用現(xiàn)有資源，但滿足客戶個性化需求，意味著不能充分地利用企業(yè)的現(xiàn)有資源。解決這一矛盾的有效途徑是采用變型設(shè)計的策略5。變型設(shè)計是指在原有零部件或產(chǎn)品模型基礎(chǔ)上，通過對它們的參數(shù)和尺寸關(guān)系的改變，最終形成與原有零部件和產(chǎn)品相似的零部件或產(chǎn)品的設(shè)計方法。產(chǎn)品變型設(shè)計是基于知識的過程，知識是實施變型設(shè)計技術(shù)的關(guān)鍵。為了快速響應(yīng)市場需求，產(chǎn)品變型設(shè)計越來越受到產(chǎn)品設(shè)計人員的關(guān)注9。SolidWorks是一套基于Windows的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系統(tǒng),是由美國SolidWorks公司在總結(jié)和繼承了大型機(jī)械CAD軟件的基礎(chǔ)上,Windows環(huán)境下實現(xiàn)的第一個機(jī)械三維CAD軟件.它全面采用非全約束的特征建模技術(shù),其設(shè)計過程全相關(guān)性,可以在設(shè)計過程的任何階段修改設(shè)計,同時牽動相關(guān)部分的改變；它還可以動態(tài)模擬裝配過程進(jìn)行靜態(tài)干涉檢查、計算質(zhì)量特征等。它集成了設(shè)計、分析、加工和數(shù)據(jù)管理的整個過程,具有較好的開發(fā)性接口和功能擴(kuò)充性,能輕松實現(xiàn)各種CAD軟件之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換傳送。為了適合特定企業(yè)的特定要求,使SolidWorks在企業(yè)中更有效地發(fā)揮作用,SolidWorks還提供了幾百個API(應(yīng)用程序接口)函數(shù),這些API函數(shù)是SolidWorks的OLE(對象的嵌入與鏈接)或COM(組件對象模型)接口,用戶可以使用VB/VBA/VC/Delphi等高級語言對SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā),建立適合用戶需要的、專用的Solidworks功能模塊。SolidWorks是簡單易學(xué)、技術(shù)發(fā)展最快、性價比最優(yōu)的三維CAD軟件,已被廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外制造業(yè)。用戶還可以通過軟件的設(shè)計表功能方便快速的對零件實施變型設(shè)計，以適應(yīng)工業(yè)化發(fā)展的要求。2大批量定制概述2.1大批量定制的概念大批量定制是一種集企業(yè)、客戶、供應(yīng)商和環(huán)境等于一體，在系統(tǒng)思想指導(dǎo)2下，用整體優(yōu)化的觀點(diǎn)，充分利用企業(yè)已有的各種資源，在標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)、現(xiàn)代設(shè)計方法學(xué)、信息技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)等的支持下，根據(jù)客戶的個性化需求，以大批量生產(chǎn)的低成本、高質(zhì)量和高效率提供定制產(chǎn)品和服務(wù)的生產(chǎn)方式14。2.2大批量定制的產(chǎn)生與發(fā)展在20世紀(jì)占主導(dǎo)地位的大批量生產(chǎn)方式越來越不適應(yīng)市場的需求，隨著市場競爭的日益加劇和客戶需求的多樣化、個性化，使得企業(yè)在成本、質(zhì)量、交貨期和客戶滿意度方面面臨著越來越大的壓力，而能以大批量生產(chǎn)的效率快速向客戶提供定制產(chǎn)品的大批量定制生產(chǎn)很好地迎合了市場。大批量定制生產(chǎn)方式兼顧了企業(yè)和客戶雙方的利益，近些年來得到了迅速的發(fā)展，正在成為21世紀(jì)制造業(yè)的主流生產(chǎn)方式。大批量定制技術(shù)的實施需要PDM系統(tǒng)的支持以管理企業(yè)目前存在著的大量產(chǎn)品設(shè)計和工藝資源，同時管理設(shè)計和生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種信息，通過產(chǎn)品配置和產(chǎn)品族管理來縮短訂單產(chǎn)品的通過時間。2.3面向大批量定制的設(shè)計技術(shù)大批量定制生產(chǎn)設(shè)計技術(shù)以客戶需求和未來市場需求預(yù)測為基礎(chǔ)，以產(chǎn)品族設(shè)計為核心，根據(jù)客戶訂單從產(chǎn)品族中配置產(chǎn)品滿足訂單。當(dāng)接到客戶訂單時，首先對訂單進(jìn)行分析，確認(rèn)訂單產(chǎn)品是否能夠接受。若訂單能夠接受，則對訂單產(chǎn)品進(jìn)行處理和分解，確定訂單產(chǎn)品是屬于產(chǎn)品快速組合設(shè)計的哪種情況，即直接配置、產(chǎn)品變型設(shè)計還是產(chǎn)品全新設(shè)計。產(chǎn)品的變型設(shè)計是從產(chǎn)品族中配置出相似產(chǎn)品，在相似產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進(jìn)行變型設(shè)計，可以進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化審核，作為產(chǎn)品族的一個產(chǎn)品實例。訂單產(chǎn)品設(shè)計完成后，能夠自動生成產(chǎn)品的模型圖，在產(chǎn)品生產(chǎn)以前對產(chǎn)品的各種參數(shù)進(jìn)行分析以減少設(shè)計的失誤。由于每個部門對產(chǎn)品數(shù)據(jù)的需求不同，從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中生成不同的BOM視圖供各部門使用。在大批量定制中,面向大批量定制的設(shè)計(designformasscustomization)DFMC是最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。DFMC不同于傳統(tǒng)設(shè)計方法,它在產(chǎn)品設(shè)計中盡可能利用以往的產(chǎn)品信息、利用現(xiàn)成的產(chǎn)品模塊和零件,設(shè)計出滿足用戶個性化和多樣化的新產(chǎn)品。2.3.1DFMC中的產(chǎn)品配置設(shè)計方法配置是指對被描述在技術(shù)文檔中或者體現(xiàn)在產(chǎn)品實際使用過程中的產(chǎn)品功能特性和物理特性進(jìn)行表示。配置設(shè)計是在一個可配置的、包括所有標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件的模塊化產(chǎn)品系統(tǒng)的產(chǎn)品主結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,通過基于Web的產(chǎn)品配置系統(tǒng),配置客戶需求的定制產(chǎn)品。通過對零部件的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化,企業(yè)內(nèi)部的零部件數(shù)量和種類數(shù)減少,零件分布日趨合理,在定制產(chǎn)品中標(biāo)準(zhǔn)件的比例得到提高,零部件的重用性得到提高,從而提高定制效率、保證定制質(zhì)量、降低定制成本。3產(chǎn)品配置就是指依據(jù)一定的配置規(guī)則、方法和手段完成一個產(chǎn)品所對應(yīng)的解空間。因此，配置精確程度的提高意味著解的具體化。產(chǎn)品配置的最后結(jié)果是完成產(chǎn)品的空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、明確產(chǎn)品各組成部分的構(gòu)成關(guān)系。產(chǎn)品配置的具體內(nèi)容包括：1、創(chuàng)建產(chǎn)品（部件）族：族是產(chǎn)品配置的基本部分，可以是一個零件，也可以是一個部件或產(chǎn)品。產(chǎn)品配置邏輯在產(chǎn)品（部件）族上進(jìn)行定義。2、創(chuàng)建可選參數(shù)表：可選參數(shù)表包括各個參數(shù)及參數(shù)間的約束條件。表的列是用戶想要限制的參數(shù)的可能取值。可選參數(shù)表把參數(shù)和它們的具體值聯(lián)系起來，通過可選參數(shù)表所建立的約束條件，用戶在使用過程中就可以通過只選取一個參數(shù)的值而得到多個參數(shù)的值。3、創(chuàng)建通用產(chǎn)品結(jié)構(gòu)：用樹狀形式建立產(chǎn)品所包含的產(chǎn)品（部件）族的結(jié)構(gòu)。生成配置方案：在配置生成器中通過輸入一些參數(shù)以得到具體的解決方案。包括產(chǎn)品中包含的產(chǎn)品（部件）族及其數(shù)量。一個配置方案是對多個產(chǎn)品（部件）族的具體選擇結(jié)果。大批量定制在設(shè)計過程中需要充分利用已有的標(biāo)準(zhǔn)模塊和已生產(chǎn)過的產(chǎn)品信息,使得產(chǎn)品設(shè)計變得快速而有效,并需采用參數(shù)化CAD系統(tǒng)進(jìn)行快速變型設(shè)計和自動編程,采用CNC進(jìn)行柔性制造。同時,也使開發(fā)設(shè)計人員在變型設(shè)計時,能對企業(yè)的整個生產(chǎn)過程有一個清晰和全面的了解。這就需要有一套支持全新產(chǎn)品開發(fā)和定制產(chǎn)品設(shè)計的集成信息系統(tǒng)。在大批量定制的過程中,由于有產(chǎn)品模塊庫的支持,企業(yè)與用戶的對話,包括價格、數(shù)量和交貨日期等信息交互能在幾分鐘內(nèi)完成?？梢陨a(chǎn)的信息產(chǎn)品被很好地定義在配置器中,并能快速提供給銷售商、批發(fā)商或用戶。通過標(biāo)準(zhǔn)的算法可以很快地決定產(chǎn)品價格和交貨日期。適配器是DFMC中產(chǎn)品配置設(shè)計方法的關(guān)鍵。對于選擇范圍不大或定制類型簡單的產(chǎn)品,可以把必要的信息說明列在表上,或存放在計算機(jī)電子數(shù)據(jù)表以及數(shù)據(jù)庫上。隨著用戶要求定制產(chǎn)品的交貨期越來越短,而激烈的市場競爭使產(chǎn)品的價格越來越低,采用產(chǎn)品配置器進(jìn)行產(chǎn)品快速變型設(shè)計的方法,盡可利用現(xiàn)有資源,才能滿足用戶的需求。如何對龐大的產(chǎn)品設(shè)計信息資源庫進(jìn)行快速有效的搜索,這是產(chǎn)品配置與快速變型設(shè)計技術(shù)中的關(guān)鍵問題。美國DELL公司在網(wǎng)上實現(xiàn)了由顧客自己進(jìn)行產(chǎn)品配置設(shè)計,從而減少了銷售環(huán)節(jié),降低了產(chǎn)品成本,取得了巨大的成功。產(chǎn)品配置是產(chǎn)品快速組合設(shè)計重要的實現(xiàn)手段。它根據(jù)客戶選定的選項對產(chǎn)品模型進(jìn)行變型，通過CAD系統(tǒng)向客戶展示該個性化產(chǎn)品并提供報價。若客戶滿意則可生成可供制造的產(chǎn)品模型并投入生產(chǎn)部門進(jìn)行制造。如果客戶需求不能得到滿足，則可向設(shè)計人員提供最相似的產(chǎn)品實例，使定制設(shè)計有較高的起點(diǎn)從而縮短工作時間。產(chǎn)品配置的前提和基礎(chǔ)是一組已經(jīng)建立的、模塊化的零部件集合。產(chǎn)品配置設(shè)計的目的是根據(jù)客戶的需求，最終確定出該定制產(chǎn)品的物料清單BOM(BillofMaterial)。產(chǎn)品配置本身并不能實現(xiàn)產(chǎn)品的快速組合設(shè)計，它為產(chǎn)4品族和客戶需求之間建立了聯(lián)系。產(chǎn)品快速組合設(shè)計的真正實現(xiàn)還依賴于產(chǎn)品族的設(shè)計以及零部件的變型設(shè)計等。2.3.2DFMC中的產(chǎn)品變型設(shè)計方法許多產(chǎn)品往往在相同的基本功能和結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上作一些適當(dāng)?shù)淖冃鸵詽M足各種用戶的不同的需要,其基型就稱為典型產(chǎn)品。典型產(chǎn)品往往由企業(yè)內(nèi)部或行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化手冊采用母圖的形式予以描述。通過一些參數(shù)的修改或確定,由母圖可以迅速得到新的產(chǎn)品圖。在機(jī)器的部件和組件的結(jié)構(gòu)形狀已定的情況下,僅僅使尺寸作或大、或小變動的設(shè)計稱為變型設(shè)計。在進(jìn)行這種設(shè)計之前,一般先要通過調(diào)查研究,作好這類產(chǎn)品對象的系列設(shè)計。設(shè)計時,設(shè)計人員根據(jù)已知的條件選擇結(jié)構(gòu)形式,將產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為部件,再把復(fù)雜部件轉(zhuǎn)化為簡單零件,并完成尺寸計算,然后在系列中選擇相應(yīng)的零件尺寸。在這類設(shè)計中,只需要系統(tǒng)地改變尺寸,而零件和組件仍能重復(fù)使用。在設(shè)計過程中,不僅對零件采用變型設(shè)計方法,而且對部件這一級引入變型設(shè)計方法也是完全必要的。它的優(yōu)點(diǎn)是能重復(fù)使用結(jié)構(gòu)合理經(jīng)過實踐檢驗的部件,減少部件的類別和便于信息處理,使設(shè)計自動化。另外,在設(shè)計過程中,要對各種設(shè)計方案進(jìn)行比較。使用這種變型設(shè)計方法,能提高計算機(jī)輔助設(shè)計的效率,減少設(shè)計人員的重復(fù)設(shè)計工作,滿足用戶的多樣化需求,而且進(jìn)一步為以后的加工合理化提供方便。圖1描述了產(chǎn)品變型設(shè)計過程。產(chǎn)品變型設(shè)計是快速響應(yīng)市場需求的有效產(chǎn)品設(shè)計方法。企業(yè)必須在產(chǎn)品設(shè)計和制造過程中盡量重用已有的信息資源，只有這樣才能提高設(shè)計速度和產(chǎn)品質(zhì)量，信息資源的重用包括原理、功能、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的重用，還包括設(shè)計結(jié)果的直接重用，如設(shè)計結(jié)構(gòu)、工藝方案等。在進(jìn)行可變型的工藝規(guī)程之前，一定要充分分析所加工零件的相似性，形成個性化的零件族，并根據(jù)零件族中零件的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，設(shè)計工藝流程的相關(guān)工藝操作參數(shù)及其變化范圍。同時為了減少產(chǎn)品加工的輔助時間。在產(chǎn)品的設(shè)計過程中也要充分考慮到現(xiàn)有加工系統(tǒng)的加工能力，盡量選擇加工能力范圍內(nèi)的設(shè)計方案，以便充分利用現(xiàn)有資源。產(chǎn)品的變型設(shè)計是從產(chǎn)品族中配置出相似產(chǎn)品，在相似產(chǎn)品的基礎(chǔ)