公差稳健优化设计的研究

为了解决产品加工成本与质量稳健的协调性问题,提出了一种新的公差稳健优化设计数学模型.依据公差稳健设计的思想,考虑产品质量的模糊性,以封闭环误差分布概率密度函数的方差和优质品概率之比为设计目标,建立了公差优化设计产品质量稳健性损失成本目标函数,并研究了优质品率和封闭环误差分布方差的确定方法.以加工成本和产品质量稳健性损失成本为目标,以模糊装配可靠度、可取公差极限范围为约束条件,建立了公差多目标优化数学模型.举例说明了文中所述的公差稳健优化设计方法的应用,采用遗传算法实现了公差的多目标优化设计.实例表明,该方法能够协调零件的加工成本和产品质量的稳健性损失成本,使优化指标的综合性能最佳.     

复杂发动机关键机构的公差分析和优化

分析了公差对复杂发动机性能的影响,提出了针对复杂产品的公差分析和优化方法,综合考虑了各零件公差值大小、公差分布位置和零件误差积累对产品性能的影响,并根据公差分析结果和零件的加工成本等综合因素对零件公差进行优化。定义了具有公差信息的3维模型,开发了通用计算机辅助设计模型到公差模型的数据接口,给出了复杂产品公差分析和公差优化的一般步骤。最后,使用该方法对某型发动机曲柄连杆机构和活塞机构进行了公差分析和优化,并在实际产品开发中得到了验证。     

载荷不确定性的机床支承件公差优化设计

为降低不确定因素对机床支承件精度的影响,提高支承件精度稳健性,针对机床支承件安装基准面,提出一种考虑载荷不确定性的机床支承件公差优化设计方法。首先建立机床支承件精度稳健性优化模型;其次,考虑载荷不确定性求解与支承件所联接零部件的位姿误差分布,利用响应面法构建支承件安装基准面公差、载荷不确定变量与支承件误差分布参数间的近似模型;再次,结合现有的加工成本函数,利用粒子群嵌套优化算法求解优化问题。以某龙门式加工中心横梁为例,利用不确定性优化方法优化基准面公差。最后,通过与确定性优化结果对比,发现提出的稳健性公差优化设计方法在保证加工成本较低的同时,可以有效提升设计产品的稳健性。     

基于离散化成本—公差模型的多目标公差优化设计

针对现阶段工厂普遍采用数控加工的现状,对原有基于普通机床提出的公差模型进行改进,提出了一种新的多目标公差设计优化模型。在考虑加工时间、夹具和刀具磨损等因素的影响下,建立了离散化的成本—公差模型。以加工成本、公差敏感性和质量损失为目标,装配功能和加工能力为约束条件,建立了基于离散化成本—公差模型和差分进化—全局蜂群混合算法的多目公差设计优化模型。以特里科型高速经编机编花部件为例,运用所提优化模型快速地得到了公差最优解,降低了产品的制造成本,提高了产品质量,验证了该模型的有效性。     

考虑制造过程资源环境特性的公差设计

为对产品的公差进行优化设计,提出了综合考虑各零部件制造过程中的加工成本、加工过程能量消耗和加工过程废弃物的公差设计方法.提出了加工时间与公差的函数关系,在此基础上建立了加工成本-公差模型、加工能耗-公差模型、加工废物-公差模型.在综合考虑公差与成本、能耗、废物之间关系的基础上,建立了基于多目标的公差优化分配模型.为了提高模型的计算精度,采用迭代方法计算封闭环的相对分布系数,再根据封闭环的相对分布系数确定各组成环的公差.通过实例验证了该方法的有效性.     

基于DEX的综合确定尺寸公差的方法

公差是机械设计和制造过程中最重要的参数之一，其对加工成本和产品质量有很大影响。采用DFX法对制造过程中的装配精度进行分析和综合，对设计公差和加工公差进行了系统分析，以最低加工成本为目标，根据成本—公差间的函数关系，建立了非线性的公差优化模型，并采用遗传算法使这一问题得到了很好地解决。实例证明该方法是可行的。     

基于一种新的公差成本模型公差分配问题的研究

提出了一个并行设计公差和工序优化选择的计算方法，提出了一个新的公差－－成本模型，优化分配公差以达到最小的加工成本要求。公差设计过去大多采用数学规划法和启发式优化方法，而且采用通用的一些公差成本模型，现提出的新的公差－－成本模型显示比传统的模型具有更高的精度。按照这种模型，提出采用基因遗传算法解决公差分配及工序优化选择并行计算的问题。     

一种新的公差设计数学模型的研究

本文提出了一种新的公差设计的多目标优化模型。该模型是以各组成零件的加工成本（即成本公差模型）和质量损失成本之和最小作为多目标函数。实验结果表明，这种方法所给出的公差较符合经济加工的要求。     

串行布置的多装配尺寸链组公差分配优化设计

针对航天产品在装配过程中面临需同时满足多个装配要求而导致的公差分配不合理问题,通过构建串行布置的多装配尺寸链组,将多个装配要求分配给组内成员尺寸链,基于加工成本—公差模型和质量损失模型,以成员尺寸链公差,原装配尺寸链公差和加工能力为约束条件,建立了多装配尺寸链组的多目标公差优化分配数学模型。在Pareto机制下,采用非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）对数学模型进行求解,进而得到模型的Pareto前沿曲线图。以某航天企业产品复材箱体中纵筋与环筋的装配为例验证了公差优化分配模型的有效性和适用性,为公差优化分配提供更多的解决思路和理论依据。     

基于DFX的综合确定尺寸公差的方法

公差是机械设计和制造过程中最重要的参数之一,其对加工成本和产品质量有很大影响.采用DFX法对制造过程中的装配精度进行分析和综合,对设计公差和加工公差进行了系统分析,以最低加工成本为目标,根据成本-公差间的函数关系,建立了非线性的公差优化模型,并采用遗传算法使这一问题得到了很好地解决.实例证明该方法是可行的.     

基于VSA的冷镦机关键零部件公差设计

计算机辅助公差设计是CAD/CAM集成的关键技术之一,它不仅影响机械产品的质量与性能,而且也直接影响着产品的制造成本和企业的产出效益。通过虚拟样机结合现代计算机辅助公差设计软件VSA进行公差设计与验证,在确保冷镦机加工质量前提下降低了产品零件的制造成本。     

Manufacturing Cost Modeling for Product Design

The process of product design is driven toward achieving design specifications while meeting cost targets. Designers typically have models and tools to aid in functional and performance analysis of the design but few tools and little quantitative information to aid in cost analysis. Estimates of the cost of manufacture often are made through a cost multiplier based on material cost. Manufacturing supplies guidelines to aid in design, but these guidelines often lack the detail needed to make sound design decisions.A need was identified for a quantitative way for modeling manufacturing costs at Motorola. After benchmarking cost modeling efforts around the company, an activity-based costing method was developed to model manufacturing cycle time and cost. Models for 12 key manufacturing steps were developed. The factory operating costs are broken down by time, and cost is allocated to each product according to the processing it requires. The process models were combined into a system-level model, capturing subtle yet realistic operational detail.The framework was implemented in a software program to aid designers in calculating manufacturing costs from limited design information. Since the information tool provides an estimate of manufacturing costs at the design prototype stage, the development engineer can identify and eliminate expensive components and reduce the need for costly manufacturing processing. Using this methodology to make quantitative trade-offs between material and manufacturing costs, significant savings in overall product costs are achieved.     

产品族架构设计与供应商选择的主从关联优化

针对产品族架构设计与供应商选择的关联优化问题，提出了基于主从对策的交互评价机制。根据主从决策机制建立主从关联双层规划优化模型，以产品族架构设计为主，供应商选择为从。模型上层以效用-成本比为目标，决策产品族架构设计方案。模型下层以成本为目标，决策供应商的选择。构建双层嵌套遗传算法求解模型，并添加具有产品族特色的编码处理策略。最后以客车底盘的案例对模型和遗传算法进行了验证。     

基于三维几何特征的产品报价方法

针对当前主流报价系统对产品实例库的多样性和时效性要求高且报价响应效率低的问题,在研究自动特征识别技术和CAD二次开发方法的基础上提出了基于三维几何特征的产品报价方法。首先,对常用设计特征进行分类并建立设计特征标识号、设计特征和加工特征间的映像关系,利用特征标识号和设计特征间的一一映像关系完成设计特征的识别,结合设计特征与加工特征的映像关系实现加工特征的识别;其次,通过零件的材料费用和特征加工费用进行零件的报价研究,综合产品、部件及零件的报价层次关系建立产品报价模型;再次,为快速响应用户个性化需求,建立了从用户需求到产品配置再到快速响应报价的服务模型;最后,开发了基于Creo的三维几何特征的报价系统,并将该报价系统应用于某企业大功率逆变器报价中,提高了产品报价效率,验证了基于三维几何特征的产品报价方法的可行性。     

成本-公差模型中加工因素的研究

对成本-公差模型中加工因素的研究是产品精度优化设计中重要的基础问题.通过对加工因素影响成本的权系数的分析和研究,创建了加工因素权系数表.此表既紧密联系实际加工工艺过程,使成本-公差模型又可按制造环境的变化进行方便地调整,简捷适用.     

Functional tolerance theory in incremental growth design

The evolutionary tolerance design strategy and its characteristics are studied on the basis of automation technology in the product structure design. To guarantee a successful transformation from the functional requirement to geometry constraints between parts, and finally to dimension constraints, a functional tolerance design theory in the process of product growth design is put forward. A mathematical model with a correlated sensitivity function between cost and the tolerance is created, in which the design cost, the manufacturing cost, the usage cost, and the depreciation cost of the product are regarded as control constraints of the tolerance allocation. Considering these costs, a multifactor-cost function to express quality loss of the product is applied into the model. In the mathematical model, the minimum cost is used as the objective function; a reasonable process capability index, the assembly function, and assembly quality are taken as the constraints; and depreciation cost in the objective function is expressed as the discount rate—terminology in economics. Thus, allocation of the dimension tolerance as the function and cost over the whole lifetime of the product is realized. Finally, a design example is used to demonstrate the successful application of the proposed functional tolerance theory in the incremental growth design of the product. __________ Translated from Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2006, 42(10): 73–79 [译自: 机械工程学报]     

产品概念结构设计中的公差进化模型和算法

在产品概念结构设计自动化技术基础上，研究了产品公差设计过程及其特点，提出了四层产品公差结构模型。应用局部公差分配模型与公差设计过程建立了全局公差优化理论模型，提出了以保证产品总精度需求为目标的概念结构设计阶段公差的同步设计算法。实例表明，提出的公差进化模型和算法，避免了人为建模工作，大大提高了公差设计效率和质量，为快速完成多方案的并行设计奠定了基础。     

大规模定制下制造商延迟生产的成本优化模型

为解决大规模定制下延迟生产系统中制造商的生产成本优化问题,建立了大规模定制下制造商实施延迟生产的生产成本优化基本模型和扩展模型,以大规模定制下延迟生产系统的生产成本最小化为目标,综合考虑了固定资产的投资成本、制造成本、在制品持有成本、半成品库存成本,以及客户提前期问题.分析了客户订单分离点最佳位置及其决定因素,并指出了客户需求平均到达率、定制化产品种类数量,以及制造中心平均生产率对客户订单分离点最佳位置的影响.最后,对延迟生产系统的生产成本优化模型进行了仿真.