面向產(chǎn)品廣義質(zhì)量的“1+3+X”綜合設(shè)計(jì)法及其應(yīng)用研究.pdf

1、機(jī)械產(chǎn)品在國內(nèi)外市場中競爭力的強(qiáng)弱，在很大程度上取決于產(chǎn)品的質(zhì)量，而且隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展與市場競爭的日益激烈，產(chǎn)品的技術(shù)含量和復(fù)雜程度正在不斷增加。本文所述的質(zhì)量是包括質(zhì)量Q(Quality)、價(jià)格C(Cost)、研發(fā)生產(chǎn)周期T(Time)、工作環(huán)境E(Environment)和售后服務(wù)S(Service)等用戶對產(chǎn)品的各種要求的廣義質(zhì)量。而產(chǎn)品的廣義質(zhì)量在很大程度上取決于產(chǎn)品的研究與開發(fā)，最重要的就是產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量

2、可賦予某種產(chǎn)品“先天性優(yōu)劣”這種至關(guān)重要的本質(zhì)特性。因此對絕大多數(shù)的產(chǎn)品來說，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作在保證產(chǎn)品質(zhì)量的過程中起著頭等重要的作用。 長期以來，國內(nèi)外科技工作者試圖通過研究與設(shè)計(jì)來滿足用戶對產(chǎn)品廣義質(zhì)量的要求，盡最大努力來提高所研制產(chǎn)品的質(zhì)量。到目前為止，為了使研究開發(fā)出的產(chǎn)品獲得較高的廣義質(zhì)量和綜合性能，已提出了數(shù)十種設(shè)計(jì)方法，如概念設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、智能設(shè)計(jì)、虛擬設(shè)計(jì)、綠色設(shè)計(jì)等，這些設(shè)計(jì)方法雖然可從不

3、同角度來滿足用戶對產(chǎn)品廣義質(zhì)量的要求，但存在著一定的局限性。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中全面采用所有這些設(shè)計(jì)方法是不現(xiàn)實(shí)的，只能選擇對產(chǎn)品質(zhì)量有重要影響的少數(shù)幾種方法進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，而對其它能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量基本要求的設(shè)計(jì)方法，只能在設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行適當(dāng)考慮，對產(chǎn)品質(zhì)量影響不大的設(shè)計(jì)方法甚至不予考慮。 據(jù)此，聞邦椿教授提出一種以非線性動(dòng)力學(xué)理論與方法、智能控制理論與技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的，以“功能優(yōu)化設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)、智能優(yōu)化設(shè)計(jì)和可視優(yōu)化設(shè)計(jì)”為

4、核心的，以提高產(chǎn)品廣義質(zhì)量和綜合性能為目標(biāo)的、能夠克服單一設(shè)計(jì)法局限性的、面向現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品廣義質(zhì)量和綜合性能的高層次的“1+3+X”綜合設(shè)計(jì)法，本文對綜合設(shè)計(jì)法理論及其應(yīng)用進(jìn)行了研究，并利用此方法完成了靜動(dòng)壓沉 的“1+3+X”綜合設(shè)計(jì)與質(zhì)量綜合評價(jià)。 本文建立了“1+3+X”綜合設(shè)計(jì)法的整體理論框架，構(gòu)建了“動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)、智能優(yōu)化設(shè)計(jì)和可視優(yōu)化設(shè)計(jì)”為核心的并融為一體的“三化”方法的基本思想，對機(jī)械產(chǎn)品功能優(yōu)化設(shè)計(jì)的理論和方

5、法，以動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)為主的非線性動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)法的理論與方法，以產(chǎn)品工作參數(shù)、工作過程智能控制為目的的智能優(yōu)化設(shè)計(jì)法的理論與方法和以裝配過程、工作過程可視化為內(nèi)容的可視優(yōu)化設(shè)計(jì)法的理論與方法等進(jìn)行了詳細(xì)的論述，以及采用綜合設(shè)計(jì)法使所設(shè)計(jì)產(chǎn)品獲得良好的功能、結(jié)構(gòu)性能、工作性能和工藝性能的思路。 產(chǎn)品的功能優(yōu)化是產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作的先導(dǎo)，它是產(chǎn)品設(shè)計(jì)中一項(xiàng)十分重要的工作，它關(guān)系到產(chǎn)品直接所完成的功能與工作效率。由于靜力樁機(jī)在間歇沉樁方

6、式下，雙層沉樁機(jī)構(gòu)同向工作，即同時(shí)從上往下沉樁，當(dāng)?shù)竭_(dá)下限位置時(shí)，同時(shí)上升回程，這樣就出現(xiàn)樁的停歇現(xiàn)象，然后再次下沉。交替沉樁時(shí)，雙層沉樁機(jī)構(gòu)相向工作，一下一上，在彼此到達(dá)上下限時(shí)交換，同樣存在樁身停歇現(xiàn)象。針對液壓靜力沉拔樁機(jī)在施工過程中存在樁身停歇而增加沉樁阻力的問題，利用“1+3+X”綜合設(shè)計(jì)法的功能優(yōu)化方法對樁機(jī)功能進(jìn)行分析和優(yōu)化，在不改變機(jī)械結(jié)構(gòu)的情況下，除保留了間歇沉樁與交替沉樁施工方式外，增加了連續(xù)沉樁的功能，使樁機(jī)能夠在

7、連續(xù)的狀態(tài)下完成施工任務(wù)。 針對連續(xù)沉樁功能的實(shí)現(xiàn)能夠提高樁機(jī)工作效率，解決了在施工過程中樁的停歇，但是并沒有提高樁機(jī)沉樁能力的缺陷，分析振動(dòng)沉拔樁機(jī)工作的原理，完成了樁機(jī)隔振系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，既避免了樁機(jī)振動(dòng)沉樁時(shí)，樁機(jī)對場地的直接沖擊作用，又實(shí)現(xiàn)了樁機(jī)在沉樁力達(dá)到極限時(shí)利用機(jī)身參振產(chǎn)生的慣性力沉樁的功能。 應(yīng)用“1+3+X”綜合設(shè)計(jì)法的動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)，分析土的力學(xué)特性建立了樁機(jī)振動(dòng)沉樁工作狀態(tài)下土的滯回模型，并對樁-土系統(tǒng)進(jìn)

8、行了動(dòng)力學(xué)分析，建立了樁-土系統(tǒng)的力學(xué)模型和非線性動(dòng)力學(xué)方程，并利用攝動(dòng)法、漸進(jìn)法等非線性方法對方程求解，完成了系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性分析。結(jié)合可視化方法完成了產(chǎn)生液壓激振力的旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分析了旋轉(zhuǎn)閥過流面積的變化情況，建立了工作狀態(tài)下過流面積的數(shù)學(xué)方程，進(jìn)而完成了在液壓激勵(lì)作用下的液壓缸動(dòng)態(tài)特性分析，以及沉樁液壓系統(tǒng)在旋轉(zhuǎn)閥與溢流閥耦合下的動(dòng)態(tài)特性分析，得到了液壓系統(tǒng)回路中壓力變化情況。 通過對整個(gè)振動(dòng)沉拔樁機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分析，建立

9、了樁機(jī)-樁-土系統(tǒng)的力學(xué)模型和動(dòng)力學(xué)非線性振動(dòng)方程，以及考慮振動(dòng)施工中隨著樁身下沉，樁周土參振質(zhì)量變化的情況，建立了系統(tǒng)的質(zhì)量慢變動(dòng)力學(xué)方程。利用漸進(jìn)法等方法對動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行求解，得到樁機(jī)-樁-土系統(tǒng)在非共振以及共振狀態(tài)下的解析解和質(zhì)量慢變動(dòng)力學(xué)方程的解析解。 利用“1+3+X”綜合設(shè)計(jì)法的智能優(yōu)化設(shè)計(jì)與液壓仿真技術(shù)對振動(dòng)樁機(jī)的控制系統(tǒng)以及液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成了樁機(jī)工作過程的PLC控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)的可視化設(shè)計(jì)與動(dòng)態(tài)仿真，實(shí)現(xiàn)

10、了樁機(jī)工作過程的智能控制，在實(shí)驗(yàn)樣機(jī)上得到了很好的應(yīng)用和驗(yàn)證。 運(yùn)用“1+3+X”綜合設(shè)計(jì)法的可視優(yōu)化設(shè)計(jì)與智能優(yōu)化設(shè)計(jì)的融合完成了實(shí)驗(yàn)樁機(jī)的可視化設(shè)計(jì)與裝配，建立了三維可視化實(shí)體模型，利用虛擬樣機(jī)技術(shù)完成了樁機(jī)工作過程動(dòng)態(tài)仿真及運(yùn)動(dòng)性能驗(yàn)證與修改。并通過視頻監(jiān)控和信息采集分析系統(tǒng)完成了工作過程的可視化檢測和監(jiān)控。 將“1+3+X”綜合設(shè)計(jì)法與模糊理論相結(jié)合，建立了產(chǎn)品廣義質(zhì)量的多層次模糊綜合評價(jià)模型。利用該模型對產(chǎn)品質(zhì)