《可重構工具機的模組化設計與分析方法研究》是依託同濟大學，由李愛平擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：可重構工具機的模組化設計與分析方法研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李愛平
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
可重組製造系統可解決不可預測、快速多變和不斷增強的全球化市場競爭等一系列問題，其中可重構工具機是其核心的硬體設備基礎。為此，本課題基於系統快速重構的特徵，首先提出可重構工具機的模組粒度劃分及其相關性分析。以工具機功能為依據，通過子功能與結構映射分析滿足功能的部件結構，求解滿足設計功能的工具機模組劃分。其次，對產品特徵與生產工藝進行聚類，分析工具機功能模組與相應工藝之間的相關性，實現從模組功能域到模組結構域的映射過程。構建工具機全生命周期的的重構最佳化策略，為工具機配置方案提供理論基礎。最後，建立可反映工具機動態特性的動力學模型，採用嵌入式分析方法對零部件和整機進行動靜態性能、物理幾何結構和誤差性能的系統分析，預測模組化工具機重構後的使用功能。將上述研究成果套用到生產實踐中，有利於及時調整加工設備的生產能力及生產功能，從而動態回響訂單變化。
結題摘要
面對全球日益激烈的市場競爭和快速變化的客戶需求，定製、快速、個性化是工具機產品新的發展趨勢。可重構工具機的模組化設計方法研究能快速回響企業的個性化需求。本項目從可重構工具機的模組劃分、可重構配置與工具機動靜態性能分析出發，構建了適合可重構工具機快速模組化設計框架，形成了一個適合機械行業可重構工具機模組化設計的方法，為工具機行業的發展奠定理論基礎。主要研究內容及成果可歸納如下：（1）可重構工具機模組化設計過程中，合理的模組劃分粒度是可重構工具機進行快速和最優配置、重構的基礎。工具機模組劃分研究包括工藝規劃、工具機功能分解、功構映射關係和子功能相關度。根據客戶需求進行工藝規劃和模組劃分，提出了面向工具機結構可重構設計的多零件工序族工藝規劃方法，對不同客戶需求建立相應的功構映射關係，為可重構工具機的模組化設計提供了基礎。（2）依據工具機功能-結構相關性，構建了基於多目標約束的可重構工具機配置模型，分析了其可配置性、經濟性和可靠性，建立了可重構工具機的快速配置、重構最佳化策略。根據可重構工具機配置生成機理與圖重寫規則的重寫操作相似性，提出了一種基於圖重寫規則的可重構配置規劃方法，利用圖重寫規則對節點有無標識、邊的標識屬性和圖表示有向、無向等約定進行操作，可有效地對可重構工具機進行快速配置重構，減少了重構斜升時間。（3）可重構工具機的性能分析方法包括對嵌入式工具機模組和整機進行動靜態性能分析，以及物理幾何結構和誤差性能的系統分析，並預測模組化工具機重構後的使用功能。在模組動態性能設計的基礎上，建立了整機有限元模型，利用變數化分析方法對工具機進行了模組化動態設計，使工具機在模組筋板、模組框架和導軌滑塊結合部等方面得到了綜合最佳化，並基於非參數化方法結合有限元分析技術對工具機主軸-刀柄結合面非線性動態特徵參數進行了識別，進而提升了整機的動力學性能。（4）構建了基於模組化的可重構工具機配置重構規劃系統框架，利用Visual C++平台建立了基於模組化的可重構工具機配置重構規劃系統。系統包括五個主模組：工具機整機庫模組、功能模組庫模組、配置任務管理模組、配置設計模組和重構設計模組。實現了工具機產品工藝聚類、工藝-結構映射、配置設計和重構設計等功能，有效解決了利用動態資料庫對客戶需求進行工藝規劃的問題，實現了可重構工具機的模組化設計。
