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《浙江大学》 2010年
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面向质量特性的定制产品稳健设计技术及其应用研究

丁力平  
【摘要】:为解决产品定制化程度与质量稳健性之间的矛盾,本文提出了面向质量特性的定制产品稳健设计技术,对产品质量模型的构建、产品质量特性的优化提取方法、产品模块的划分与重构技术、产品族的稳健规划和产品模块选配与装配线设计进行了深入研究,并结合企业具体应用将上述技术应用于实际产品开发中,取得了良好的效果。 论文的主要内容如下: 第一章综述了质量特性和定制产品设计的研究现状,阐述了稳健设计的内涵和研究现状,在分析了现有定制产品的稳健设计方法不足基础之上,给出了面向质量特性的定制产品稳健设计的主要思想和研究背景。 第二章分析了产品的基本质量观,探讨了定制产品的质量概念特点,提出了定制产品质量物元概念,给出了质量物元的表达方法,并基于可拓逻辑的物元变换构建了定制产品的多维质量物元模型;在此基础上,提出了定制产品的多维质量物元可拓评价方法。数控加工中心的质量模型构建与质量评价实例,验证了方法的可行性。 第三章提出了基于证据推理的细分需求群质量特性提取方法。研究了客户需求的物元表达、关系和筛选,给出了客户需求物元相似性度量计算方法,采用物元蚁群聚类实现了对客户需求群的聚类细分;建立了客户需求、质量特性以及质量特性自相关的群体信念度结构,通过对评价证据的融合与递归推理,得出客户需求重要度、质量特性初始重要度和质量特性自相关关系,进而构建了优化决策的整数规划模型,实现了对细分需求群的质量特性优化提取。上述方法在数控加工中心需求聚类划分和质量特性提取的具体应用,可表明方法的先进性。 第四章提出了基于质量准则的产品模块划分与重构方法。研究以质量需求变化而引起的产品零部件之间的变动程度为模块划分准则,并由此给出质量需求与产品零部件的关联变动度计算方法,采用扩展的解析结构模型对产品综合关联关系进行描述,通过对扩展解析结构模型的演化分解,形成产品初始模块,给出了衡量模块聚合度,耦合度以及质量需求趋同度的计算方法,构建了产品模块重构的优化数学模型。最后详细分析了GMC型精密五轴加工中心的模块划分与重构的应用案例。 第五章提出了基于多元质量特性波动的产品族稳健规划方法。针对设计参数随机变化引起的产品族质量特性的波动问题,提出了多元质量特性稳健指数概念和计算方法,构建了以多元质量特性稳健指数作为约束条件的产品族稳健优化模型;在产品族规划过程中,首先通过对设计参数的灵敏度分析选择平台参数,然后采用模糊C-均值聚类算法确定平台参数的共享策略,最后进行产品实例的稳健优化,实现设计目标与设计稳健性的综合优化。以数控加工中心的微型电机产品族设计为具体应用,证明所提方法是一种有效的产品族稳健优化设计方法。 第六章提出了基于田口质量的定制产品选配及装配线平衡优化方法。分别给出了衡量模块实例稳健性和产品装配稳健性的计算公式,据此建立了定制产品稳健选配的数学规划模型,实现模块实例的最优选配组合;构建了以装配线闲置率、负荷均衡和装配成本为决策目标的装配线平衡多目标优化数学模型,并将蚁群优化算法与Pareto过滤技术相结合,提出了可求解装配线平衡的多目标蚁群优化算法。分别以数控加工中心的关键部件回转刀架装置和机械手装置的模块选配和装配生产实例,验证了上述模型和算法的有效性。 第七章结合企业项目需求和本文研究成果,开发了数控机床定制化稳健设计系统(CNC-CRDS),以工程实践验证了所提理论和方法的正确性和可行性。 第八章总结了本文的主要研究内容和成果,并展望了今后的研究工作。
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