小型農業作業機可重構模塊化分析范文
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1總體規劃步驟
產品可重構模塊化的主要目的之一就是以最少種類和數量的可重構模塊組成最多種類、規格的產品,即以最小的成本滿足市場的各種不同需求。因此,在進行產品的可重構模塊化設計之前,必須在市場調研的基礎上進行充分的準備和周密的規劃,合理確定產品系列型譜和產品的主要參數,以便達到預期的效果,能夠對市場作出快速響應,同時也避免可重構模塊化設計的重復和功能的冗余[2]。圖1給出了設計規劃的大致流程,在市場調研、功能分析的基礎上進行產品系列定義并依據其結構規劃劃分基本模塊、通用模塊和專用模塊;再通過可重構模塊綜合即對組合進行分析和評估,將各種具有不同功能的模塊組合成具有特定功能及某些特殊功能或特性的系統或產品,最大限度地滿足市場需要,從而完成整個產品庫的設計。
2市場調查和功能分析
市場調研和用戶需求分析是產品設計與生產的基本依據和導向。設計產品的范圍必須依據市場的需求來確定,然后根據功能和參數需要,確定合適的產品系列參數和功能范圍,擬定產品系列型譜,從而確定各種產品系列的設計規格。
2.1市場調研和用戶需求分析
根據調研結果發現,客戶群主要集中在高效設施農業、林業、牧業、傳統農業及園藝綠化等領域。
2.2功能分析
首先要確定系統的總功能,通過功能分析,將總功能分解成一個個獨立的子功能,最后將各個子功能結合起來,得到功能結構。就產品設計而言,可以通過產品結構分解,從己知解得功能結構,使各功能模塊組合成作業機時功能既不欠缺,也不冗余。可重構模塊化設計是一種旨在提高產品經濟效益的設計方法。它是將一個產品的同一功能部件(單元)設計成具有不同用途、性能的模塊,使之互換或組合形成多種技術功能的不同產品,從而大大提高產品的品種適應性和設計制造速度。其關鍵就是要設計一系列可重構模塊,即一組具有同一功能和結合要素(指聯接部位的形狀、尺寸和有關聯接件之間的配合,嚙合參數等)而有不同用途(或性能)和不同結構且能互換的各個單元(部件、機構或系統)或是能增加產品功能的單元。對小型農業作業機,可重構模塊化設計的關鍵應是各機構的可重構模塊功能設置和可重構模塊結構的設計[4]。
3可重構模塊的劃分與設計
進行可重構模塊化設計時,必須首先把產品劃分為若干可重構模塊,然后以可重構模塊為基本單位進行設計。因此可重構模塊劃分的合理性對可重構模塊化產品的性能、外觀以及可重構模塊的通用化程度和成本都有很大的影響。從功能、生產或運輸等不同角度,可重構模塊可以有不同的分類或層次,這里主要從功能角度進行分析,討論可重構模塊的劃分問題。就本質來講,可以把產品從任意層次上進行劃分,形成該級別的可重構模塊。可重構模塊的層次和級別愈低,可重構模塊愈簡單,通用化程度愈容易提高,但產品制造、裝配的管理也愈復雜[5]。因此,目前多以部件或分部件為可重構模塊。對于系列化程度較高的產品,應以分部件為可重構模塊,以擴大可重構模塊的通用范圍;對于非系列化或系列化程度較低的產品,則應該以部件作為可重構模塊,或者采用混合方式,即部分采用部件為可重構模塊,部分采用分部件為可重構模塊。通常按功能分析方法,把產品分為若干單元,把這些單元稱為功能模塊,由功能模塊系統實現產品的總功能。
4模塊綜合與評價
通過選擇具有不同分功能的可重構模塊,評價它們組合的可能性和合理性,進而組合成具有特定的總功能及某些特殊功能或特性的系統或產品的方法稱為可重構模塊的綜合。組合的目的是為了產生新方案設計。依據構件間的“與”和“或”關系、構件的標準化接口、構件的相容性等,制定構件組合的準則,通過數學方法或計算機編程來進行組合。組合方案的優劣必須通過評價才能得到評判。在信息比較缺乏的情況下,基于決策需要,建立數學模型,設計開發了以下優化模型[6]。
4.1層次分析模型
該模型用于確定同一系列可重構模塊的優先級,假設有n個對象S1,S2,…,Sn,要獲得每個對象的權重,則分別對n個對象進行兩兩比較,評比的值用bij表示。
4.2綜合評分
要得到最后的綜合評分,還需對指標進行量化,即通過相鄰構件間的結合后的總體性能進行評分,在不同可重構模塊系列、不同標準接口,同一系列的不同可重構模塊以及同一功能作業機的不同部件的條件下對指標進行量化。最后對各因素指標值加權求和,得出綜合評分。再應用動態尋優模型對其進行組合優化,最后使用遺傳算法再進一步優化,直至得到較滿意的解,則可全面、系統地反映各方面的影響,排除人為因素的干擾,使設計方案編排更規范、更科學[9,10]。
5結束語
本文對可重構作業機的模塊化設計方案進行了初步研究。針對作業機的特點,以可重構模塊形式實現功能模塊集合中相似模塊間的進一步集成;通過核心零件使平均不可互換零件或零件毛坯的種類減少;基于功能冗余與批量生產成本平衡原則進行變換效益評價;應用層次分析法獲得專家對產品的量化信息,并用動態規劃方法進行組合優化,從而最終獲得最優方案設計。這對降低制造風險和提高制造的成功率是十分有利的。
