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1總體規(guī)劃步驟

產(chǎn)品可重構(gòu)模塊化的主要目的之一就是以最少種類和數(shù)量的可重構(gòu)模塊組成最多種類、規(guī)格的產(chǎn)品,即以最小的成本滿足市場的各種不同需求。因此,在進(jìn)行產(chǎn)品的可重構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)之前,必須在市場調(diào)研的基礎(chǔ)上進(jìn)行充分的準(zhǔn)備和周密的規(guī)劃,合理確定產(chǎn)品系列型譜和產(chǎn)品的主要參數(shù),以便達(dá)到預(yù)期的效果,能夠?qū)κ袌鲎鞒隹焖夙憫?yīng),同時(shí)也避免可重構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)的重復(fù)和功能的冗余[2]。圖1給出了設(shè)計(jì)規(guī)劃的大致流程,在市場調(diào)研、功能分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行產(chǎn)品系列定義并依據(jù)其結(jié)構(gòu)規(guī)劃劃分基本模塊、通用模塊和專用模塊;再通過可重構(gòu)模塊綜合即對組合進(jìn)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(tǒng)或產(chǎn)品,最大限度地滿足市場需要,從而完成整個(gè)產(chǎn)品庫的設(shè)計(jì)。

2市場調(diào)查和功能分析

市場調(diào)研和用戶需求分析是產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的基本依據(jù)和導(dǎo)向。設(shè)計(jì)產(chǎn)品的范圍必須依據(jù)市場的需求來確定,然后根據(jù)功能和參數(shù)需要,確定合適的產(chǎn)品系列參數(shù)和功能范圍,擬定產(chǎn)品系列型譜,從而確定各種產(chǎn)品系列的設(shè)計(jì)規(guī)格。

2.1市場調(diào)研和用戶需求分析

根據(jù)調(diào)研結(jié)果發(fā)現(xiàn),客戶群主要集中在高效設(shè)施農(nóng)業(yè)、林業(yè)、牧業(yè)、傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)及園藝綠化等領(lǐng)域。

2.2功能分析

首先要確定系統(tǒng)的總功能,通過功能分析,將總功能分解成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的子功能,最后將各個(gè)子功能結(jié)合起來,得到功能結(jié)構(gòu)。就產(chǎn)品設(shè)計(jì)而言,可以通過產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分解,從己知解得功能結(jié)構(gòu),使各功能模塊組合成作業(yè)機(jī)時(shí)功能既不欠缺,也不冗余。可重構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)是一種旨在提高產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益的設(shè)計(jì)方法。它是將一個(gè)產(chǎn)品的同一功能部件(單元)設(shè)計(jì)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(shù)功能的不同產(chǎn)品,從而大大提高產(chǎn)品的品種適應(yīng)性和設(shè)計(jì)制造速度。其關(guān)鍵就是要設(shè)計(jì)一系列可重構(gòu)模塊,即一組具有同一功能和結(jié)合要素(指聯(lián)接部位的形狀、尺寸和有關(guān)聯(lián)接件之間的配合,嚙合參數(shù)等)而有不同用途(或性能)和不同結(jié)構(gòu)且能互換的各個(gè)單元(部件、機(jī)構(gòu)或系統(tǒng))或是能增加產(chǎn)品功能的單元。對小型農(nóng)業(yè)作業(yè)機(jī),可重構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵應(yīng)是各機(jī)構(gòu)的可重構(gòu)模塊功能設(shè)置和可重構(gòu)模塊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)[4]。

3可重構(gòu)模塊的劃分與設(shè)計(jì)

進(jìn)行可重構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)時(shí),必須首先把產(chǎn)品劃分為若干可重構(gòu)模塊,然后以可重構(gòu)模塊為基本單位進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此可重構(gòu)模塊劃分的合理性對可重構(gòu)模塊化產(chǎn)品的性能、外觀以及可重構(gòu)模塊的通用化程度和成本都有很大的影響。從功能、生產(chǎn)或運(yùn)輸?shù)炔煌嵌?可重構(gòu)模塊可以有不同的分類或?qū)哟?這里主要從功能角度進(jìn)行分析,討論可重構(gòu)模塊的劃分問題。就本質(zhì)來講,可以把產(chǎn)品從任意層次上進(jìn)行劃分,形成該級別的可重構(gòu)模塊。可重構(gòu)模塊的層次和級別愈低,可重構(gòu)模塊愈簡單,通用化程度愈容易提高,但產(chǎn)品制造、裝配的管理也愈復(fù)雜[5]。因此,目前多以部件或分部件為可重構(gòu)模塊。對于系列化程度較高的產(chǎn)品,應(yīng)以分部件為可重構(gòu)模塊,以擴(kuò)大可重構(gòu)模塊的通用范圍;對于非系列化或系列化程度較低的產(chǎn)品,則應(yīng)該以部件作為可重構(gòu)模塊,或者采用混合方式,即部分采用部件為可重構(gòu)模塊,部分采用分部件為可重構(gòu)模塊。通常按功能分析方法,把產(chǎn)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(tǒng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的總功能。

4模塊綜合與評價(jià)

通過選擇具有不同分功能的可重構(gòu)模塊,評價(jià)它們組合的可能性和合理性,進(jìn)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(tǒng)或產(chǎn)品的方法稱為可重構(gòu)模塊的綜合。組合的目的是為了產(chǎn)生新方案設(shè)計(jì)。依據(jù)構(gòu)件間的“與”和“或”關(guān)系、構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化接口、構(gòu)件的相容性等,制定構(gòu)件組合的準(zhǔn)則,通過數(shù)學(xué)方法或計(jì)算機(jī)編程來進(jìn)行組合。組合方案的優(yōu)劣必須通過評價(jià)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(shù)學(xué)模型,設(shè)計(jì)開發(fā)了以下優(yōu)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(gòu)模塊的優(yōu)先級,假設(shè)有n個(gè)對象S1,S2,…,Sn,要獲得每個(gè)對象的權(quán)重,則分別對n個(gè)對象進(jìn)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(biāo)進(jìn)行量化,即通過相鄰構(gòu)件間的結(jié)合后的總體性能進(jìn)行評分,在不同可重構(gòu)模塊系列、不同標(biāo)準(zhǔn)接口,同一系列的不同可重構(gòu)模塊以及同一功能作業(yè)機(jī)的不同部件的條件下對指標(biāo)進(jìn)行量化。最后對各因素指標(biāo)值加權(quán)求和,得出綜合評分。再應(yīng)用動(dòng)態(tài)尋優(yōu)模型對其進(jìn)行組合優(yōu)化,最后使用遺傳算法再進(jìn)一步優(yōu)化,直至得到較滿意的解,則可全面、系統(tǒng)地反映各方面的影響,排除人為因素的干擾,使設(shè)計(jì)方案編排更規(guī)范、更科學(xué)[9,10]。

5結(jié)束語

本文對可重構(gòu)作業(yè)機(jī)的模塊化設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了初步研究。針對作業(yè)機(jī)的特點(diǎn),以可重構(gòu)模塊形式實(shí)現(xiàn)功能模塊集合中相似模塊間的進(jìn)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(chǎn)成本平衡原則進(jìn)行變換效益評價(jià);應(yīng)用層次分析法獲得專家對產(chǎn)品的量化信息,并用動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法進(jìn)行組合優(yōu)化,從而最終獲得最優(yōu)方案設(shè)計(jì)。這對降低制造風(fēng)險(xiǎn)和提高制造的成功率是十分有利的。