面向MC的轴类零件的变型设计毕业论文.doc

11绪论大批量定制生产模式MassCustomization(简称MC)已成为学术界和企业界争先研究的重点。从市场发展总的趋势来看,采用大批量生产和按订单研制的市场策略的企业在逐渐减少,而追求多品种小批量和大批量定制策略的企业在日益增加。1997年底，美国乔治·华盛顿大学的一个专家小组对新兴技术发展作了预测，提出21世纪(2001-2030年)的85项技术，其中包括大批量定制生产技术。大批量定制是一种根据每一位客户的特殊需求，以大批量生产的效益进行定制产品的生产方式，大批量定制实现了客户的个性化和大批量生产的有机结合1。为了降低产品成本并提高开发速度，企业应最大程度地重用现有资源，但满足客户个性化需求，意味着不能充分地利用企业的现有资源。解决这一矛盾的有效途径是采用变型设计的策略5。变型设计是指在原有零部件或产品模型基础上，通过对它们的参数和尺寸关系的改变，最终形成与原有零部件和产品相似的零部件或产品的设计方法。产品变型设计是基于知识的过程，知识是实施变型设计技术的关键。为了快速响应市场需求，产品变型设计越来越受到产品设计人员的关注9。SolidWorks是一套基于Windows的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系统,是由美国SolidWorks公司在总结和继承了大型机械CAD软件的基础上,Windows环境下实现的第一个机械三维CAD软件.它全面采用非全约束的特征建模技术,其设计过程全相关性,可以在设计过程的任何阶段修改设计,同时牵动相关部分的改变；它还可以动态模拟装配过程进行静态干涉检查、计算质量特征等。它集成了设计、分析、加工和数据管理的整个过程,具有较好的开发性接口和功能扩充性,能轻松实现各种CAD软件之间的数据转换传送。为了适合特定企业的特定要求,使SolidWorks在企业中更有效地发挥作用,SolidWorks还提供了几百个API(应用程序接口)函数,这些API函数是SolidWorks的OLE(对象的嵌入与链接)或COM(组件对象模型)接口,用户可以使用VB/VBA/VC/Delphi等高级语言对SolidWorks进行二次开发,建立适合用户需要的、专用的Solidworks功能模块。SolidWorks是简单易学、技术发展最快、性价比最优的三维CAD软件,已被广泛应用于国内外制造业。用户还可以通过软件的设计表功能方便快速的对零件实施变型设计，以适应工业化发展的要求。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种集企业、客户、供应商和环境等于一体，在系统思想指导2下，用整体优化的观点，充分利用企业已有的各种资源，在标准化技术、现代设计方法学、信息技术和先进制造技术等的支持下，根据客户的个性化需求，以大批量生产的低成本、高质量和高效率提供定制产品和服务的生产方式14。2.2大批量定制的产生与发展在20世纪占主导地位的大批量生产方式越来越不适应市场的需求，随着市场竞争的日益加剧和客户需求的多样化、个性化，使得企业在成本、质量、交货期和客户满意度方面面临着越来越大的压力，而能以大批量生产的效率快速向客户提供定制产品的大批量定制生产很好地迎合了市场。大批量定制生产方式兼顾了企业和客户双方的利益，近些年来得到了迅速的发展，正在成为21世纪制造业的主流生产方式。大批量定制技术的实施需要PDM系统的支持以管理企业目前存在着的大量产品设计和工艺资源，同时管理设计和生产过程中产生的各种信息，通过产品配置和产品族管理来缩短订单产品的通过时间。2.3面向大批量定制的设计技术大批量定制生产设计技术以客户需求和未来市场需求预测为基础，以产品族设计为核心，根据客户订单从产品族中配置产品满足订单。当接到客户订单时，首先对订单进行分析，确认订单产品是否能够接受。若订单能够接受，则对订单产品进行处理和分解，确定订单产品是属于产品快速组合设计的哪种情况，即直接配置、产品变型设计还是产品全新设计。产品的变型设计是从产品族中配置出相似产品，在相似产品的基础上进行变型设计，可以进行标准化审核，作为产品族的一个产品实例。订单产品设计完成后，能够自动生成产品的模型图，在产品生产以前对产品的各种参数进行分析以减少设计的失误。由于每个部门对产品数据的需求不同，从产品结构中生成不同的BOM视图供各部门使用。在大批量定制中,面向大批量定制的设计(designformasscustomization)DFMC是最为关键的环节。DFMC不同于传统设计方法,它在产品设计中尽可能利用以往的产品信息、利用现成的产品模块和零件,设计出满足用户个性化和多样化的新产品。2.3.1DFMC中的产品配置设计方法配置是指对被描述在技术文档中或者体现在产品实际使用过程中的产品功能特性和物理特性进行表示。配置设计是在一个可配置的、包括所有标准构件的模块化产品系统的产品主结构基础上,通过基于Web的产品配置系统,配置客户需求的定制产品。通过对零部件的标准化和规范化,企业内部的零部件数量和种类数减少,零件分布日趋合理,在定制产品中标准件的比例得到提高,零部件的重用性得到提高,从而提高定制效率、保证定制质量、降低定制成本。3产品配置就是指依据一定的配置规则、方法和手段完成一个产品所对应的解空间。因此，配置精确程度的提高意味着解的具体化。产品配置的最后结果是完成产品的空间拓扑结构、明确产品各组成部分的构成关系。产品配置的具体内容包括：1、创建产品（部件）族：族是产品配置的基本部分，可以是一个零件，也可以是一个部件或产品。产品配置逻辑在产品（部件）族上进行定义。2、创建可选参数表：可选参数表包括各个参数及参数间的约束条件。表的列是用户想要限制的参数的可能取值。可选参数表把参数和它们的具体值联系起来，通过可选参数表所建立的约束条件，用户在使用过程中就可以通过只选取一个参数的值而得到多个参数的值。3、创建通用产品结构：用树状形式建立产品所包含的产品（部件）族的结构。生成配置方案：在配置生成器中通过输入一些参数以得到具体的解决方案。包括产品中包含的产品（部件）族及其数量。一个配置方案是对多个产品（部件）族的具体选择结果。大批量定制在设计过程中需要充分利用已有的标准模块和已生产过的产品信息,使得产品设计变得快速而有效,并需采用参数化CAD系统进行快速变型设计和自动编程,采用CNC进行柔性制造。同时,也使开发设计人员在变型设计时,能对企业的整个生产过程有一个清晰和全面的了解。这就需要有一套支持全新产品开发和定制产品设计的集成信息系统。在大批量定制的过程中,由于有产品模块库的支持,企业与用户的对话,包括价格、数量和交货日期等信息交互能在几分钟内完成。可以生产的信息产品被很好地定义在配置器中,并能快速提供给销售商、批发商或用户。通过标准的算法可以很快地决定产品价格和交货日期。适配器是DFMC中产品配置设计方法的关键。对于选择范围不大或定制类型简单的产品,可以把必要的信息说明列在表上,或存放在计算机电子数据表以及数据库上。随着用户要求定制产品的交货期越来越短,而激烈的市场竞争使产品的价格越来越低,采用产品配置器进行产品快速变型设计的方法,尽可利用现有资源,才能满足用户的需求。如何对庞大的产品设计信息资源库进行快速有效的搜索,这是产品配置与快速变型设计技术中的关键问题。美国DELL公司在网上实现了由顾客自己进行产品配置设计,从而减少了销售环节,降低了产品成本,取得了巨大的成功。产品配置是产品快速组合设计重要的实现手段。它根据客户选定的选项对产品模型进行变型，通过CAD系统向客户展示该个性化产品并提供报价。若客户满意则可生成可供制造的产品模型并投入生产部门进行制造。如果客户需求不能得到满足，则可向设计人员提供最相似的产品实例，使定制设计有较高的起点从而缩短工作时间。产品配置的前提和基础是一组已经建立的、模块化的零部件集合。产品配置设计的目的是根据客户的需求，最终确定出该定制产品的物料清单BOM(BillofMaterial)。产品配置本身并不能实现产品的快速组合设计，它为产4品族和客户需求之间建立了联系。产品快速组合设计的真正实现还依赖于产品族的设计以及零部件的变型设计等。2.3.2DFMC中的产品变型设计方法许多产品往往在相同的基本功能和结构的基础上作一些适当的变型以满足各种用户的不同的需要,其基型就称为典型产品。典型产品往往由企业内部或行业的标准化手册采用母图的形式予以描述。通过一些参数的修改或确定,由母图可以迅速得到新的产品图。在机器的部件和组件的结构形状已定的情况下,仅仅使尺寸作或大、或小变动的设计称为变型设计。在进行这种设计之前,一般先要通过调查研究,作好这类产品对象的系列设计。设计时,设计人员根据已知的条件选择结构形式,将产品转化为部件,再把复杂部件转化为简单零件,并完成尺寸计算,然后在系列中选择相应的零件尺寸。在这类设计中,只需要系统地改变尺寸,而零件和组件仍能重复使用。在设计过程中,不仅对零件采用变型设计方法,而且对部件这一级引入变型设计方法也是完全必要的。它的优点是能重复使用结构合理经过实践检验的部件,减少部件的类别和便于信息处理,使设计自动化。另外,在设计过程中,要对各种设计方案进行比较。使用这种变型设计方法,能提高计算机辅助设计的效率,减少设计人员的重复设计工作,满足用户的多样化需求,而且进一步为以后的加工合理化提供方便。图1描述了产品变型设计过程。产品变型设计是快速响应市场需求的有效产品设计方法。企业必须在产品设计和制造过程中尽量重用已有的信息资源，只有这样才能提高设计速度和产品质量，信息资源的重用包括原理、功能、系统结构的重用，还包括设计结果的直接重用，如设计结构、工艺方案等。在进行可变型的工艺规程之前，一定要充分分析所加工零件的相似性，形成个性化的零件族，并根据零件族中零件的结构和参数，设计工艺流程的相关工艺操作参数及其变化范围。同时为了减少产品加工的辅助时间。在产品的设计过程中也要充分考虑到现有加工系统的加工能力，尽量选择加工能力范围内的设计方案，以便充分利用现有资源。产品的变型设计是从产品族中配置出相似产品，在相似产品的基础上进行变型设计，可以进行标准化审核，作为产品族的一个产品实例。订单产品设计完成后，能够自动生成产品的模型图，在产品生产以前对产品的各种参数进行分析以减少设计的失误15。为了适应大批量定制生产模式的要求，设计部门需要在产品设计原型的基础上进行系列化工作，针对市场需求的多样性，进行产品结构和参数的调整。企业中存在大量相似的零部件，在新设计的零部件中，大部分零部件与已有的零部件结构相似。分析已有相似零部件参数，其目的是减少零部件的可变参数，