基于绿色制造的公差设计

公差分析和公差分配是公差设计的两个重要方面。本文介绍了绿色制造的概念和关键技术,研究了绿色制造在公差设计中的应用,提出了在绿色制造技术下的公差分配优化的目标函数,并且论述了基于绿色制造的公差优化的方法。     

公差分析与综合的进展

公差分析与综合是产品设计阶段的一项重要内容，对产品装配质量及成本有直接的影响。详细介绍了公差分析过程中所采用的三种主要方法：极值公差法、统计公差法和Monte Carl仿真方法，以及公差综合过程中目标函数的确定、优化方法的选择等问题。同时指出，为实现公差分析与综合的自动化，提高计算效率，需要更为有效的公差综合与分析算法。     

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.     

有限元分析在配合公差中的应用

公差配合是机械理论中的基本概念,在产品设计中经常用到,目前选用的大部分公差配合是采用或借鉴标准、规范而得到,并参考工程师的经验予以修正。但是实际过程中,公差配合的选择必须与零部件的受力工况结合分析而确定,选择不适合的公差配合会对产品的性能产生很大的影响,甚至是造成产品可靠性不高的主要因素,所以应利用有限元的方法分析公差配合在产品设计中的影响。本文从一个承载零部件的实际情况分析,说明有限元分析在配合公差中的应用。     

基于价值分析的装配尺寸链公差可靠性优化分配

讨论了公差与制造成本之间的关系,同时从概率设计的角度提出了装配尺寸链可靠度的概念及设计方法。建立了以总制造成本为目标函数,装配尺寸可靠度为约束条件的装配尺寸链优化 设计数学模型,实例设计结果表明这里提出的公差分配方法较传统方法更科学,准确。     

概念设计中的三维公差分析？

根据三维公差分析理论与产品设计和制造之间的公差分配矛盾,提出了在概念设计阶段进行公差设计的思想。应用矢量环公差数学理论在三维公差软件 CETOL 6σ中建模,并用二阶分析理论进行三维公差分析。通过工程实例表明三维公差分析在概念设计中的应用具有重要意义。     

机械产品精度优化设计模型的研究

通过分析零件公差与加工成本之间的关系,从产品制造的角度出发,同时兼顾产品使用者的利益,推导了由设计产品精度分配零件公差的计算公式,得到机械产品精度优化设计的数学模型。     

基于佳点集的装配公差分析方法

为提高传统的蒙特卡罗模拟方法进行公差数值分析时计算结果的收敛速度,基于数论中的佳点集理论构造出一种新的准蒙特卡罗法(quasi-Monte Carlo method)。在此基础上建立了基于确定性定位分析的白车身翼子板装配三维偏差模型,分别采用传统的蒙特卡罗伪随机数序列和基于佳点集的准蒙特卡罗法序列对该模型进行公差数值分析。在理论分析基础上的结果表明,在进行高精度复杂机械产品的装配公差分析过程中,与传统的蒙特卡罗模拟方法相比,所提出的方法的计算结果所需要的统计样本较少并且精度较高。     

尺寸公差与形位公差混合优化分配

为解决尺寸公差与形位公差混合优化分配问题,提出了一种公差优化分配方法.根据成本-公差函数和尺寸公差与形位公差的关系,建立了以最小制造总成本为目标的非线性公差混合优化分配模型.该模型的约束包括装配尺寸链的功能要求和加工能力.求解该模型能同时得到优化的尺寸公差和形位公差.最后,分别用公差混合优化分配法和传统方法对一个实例进行公差分配,结果表明所提方法比传统方法更优越.     

用Solid Edge对尺寸链公差快速标注的方法

Solid Edge的2D制图提供了全面的尺寸和标注工具,它能在数秒内快速创建完整详细的工程图,是易学、高效、易用的机械CAD系统。但在产品的设计中,零件和装配件的尺寸链计算与分配工作量仍然较大,而Solid EdgeV16以上版本提供了快速计算标注尺寸链公差的工具,实现了计算机完成尺寸链的计算与分配,增强了Solid Edge对机械产品的设计能力。     

Tolerance control for dimensional and geometrical specifications

The development of tolerance charts has come a long way from the past manual methods to the current computer-aided models. As a result, many techniques have emerged over the years. However, the area of geometrical tolerance charting has not been given much attention. In view of this, this paper addresses both linear and geometrical tolerance control.The method proposed in this paper allows the user to construct a model directly from the process plan. The relevant process links between any two planes which are required to satisfy both the linear and geometrical requirements are easily obtained from the model. Having established all the appropriate constraints, the linear programming optimisation software is used for the determination of the unknown working dimensions and tolerances.In essence, this paper presents a new methodology for deriving the process links from the process plan and also highlights the significance of the use of linear programming in achieving the optimal tolerance mix or combination.     

随机与区间不确定下基于近似灵敏度的序列

为解决复杂系统多学科可靠性设计优化过程中由于存在多源不确定性和多层嵌套而导致的计算效率低的问题,将近似灵敏度技术与两级集成系统综合策略(Bi-level integrated system synthesis,BLISS)和功能测度法集成,提出一种能同时处理随机和区间不确定性的序列化多学科可靠性设计优化方法。基于概率论和凸模型对混合不确定性进行量化,提出一种随机和区间不确定性下的混合可靠性评价指标,并基于功能测度法建立多学科可靠性设计优化模型。采用近似灵敏度信息替代实际灵敏度值,将近似灵敏度技术同时嵌入多级多学科设计优化策略和多学科可靠性分析方法中,避免每轮循环都进行全局灵敏度信息的分析与迭代,提高了计算效率。基于序列化思想同时将四层嵌套的多学科可靠性设计优化循环和三层嵌套的多学科可靠性分析过程进行解耦,形成一个单循环顺序执行的多学科可靠性设计优化过程,避免了每轮循环对整个可靠性分析模型进行迭代分析的过程,减少灵敏度分析和多学科分析次数。以汽车侧撞工程设计为例,验证了该法具有同时处理随机和区间不确定性的能力,并且计算效率较传统方法分别提高了10.98%和23.63%,表明该法具有一定工程实用价值。     

Concurrent tolerance charting for component and assembly using “modified tree” approach

The interaction between components in an assembly plays a major role in the performance and reliability of the assembly. However, in conventional design, the dimensions and tolerances of components are usually assigned intuitively to satisfy design constraints. Tolerance analysis is then performed to determine the critical tolerance accumulation that results from the assembly. The tolerances are then modified so that the interaction requirements are satisfied. This approach relies on the experience of the designers and the results may not be an optimum.This paper presents a direct method to determine the working dimensions and tolerances of components that allows control of the assembly interaction. The model is easy to construct and it provides a clear picture of the entire process and assembly links. Using the model, a set of linear equations is formulated directly based on the design constraints and interaction requirements. With appropriate constraints derived in terms of the process capabilities, the desired working dimensions and tolerances can be determined using LINDO, software for solving the linear programming problem. This approach allows the working dimensions and tolerances of all components in an assembly to be determined concurrently.     

基于粒子群算法的装配公差优化分配

装配公差分配是产品公差设计的重要组成部分.目前装配公差优化分配主要使用遗传算法.为了提高收敛速度,避免早熟收敛,提出了基于粒子群算法的装配公差优化分配方法.采用了基于实数的编码表示方法,以装配公差分配的优化目标函数作为评价函数,利用罚常数将约束条件并入评价函数中.一个实例的优化结果表明所提方法的收敛性、稳定性和算法效率均优于基于遗传算法的方法.     

Optimal Tolerance Allocation Based on Fuzzy Comprehensive Evaluation and Genetic Algorithm

It is very important to know how to allocate tolerances economically for parts in a CAD/CAM system because this directly affects the machining costs of the parts. A new approach based on fuzzy comprehensive evaluation (FCE) and a genetic algorithm (GA) is presented to obtain a rational tolerance allocation for the parts. First, the current methods for tolerance allocation are reviewed in detail. Then, FCE is used to evaluate the machinability of a part; a new optimal model, which can fully exploit DFA (design for assembly) and DFM (design for manufacturing), is established by combining the functional sensitivity factors and machinability factors of parts. A genetic algorithm (GA) is developed and used to verify the feasibility of the above method; the computed result shows that the method can produce tolerance allocations economically and accurately.     

基于价值分析的公差优化设计及计算程序

本文用价值分析的方法对公差优化设计进行讨论，得出了使成本最低的公差设计公式，并给出了相应的计算程序。     

多学科优化设计在热成形车架轻量化中的应用

采用最优拉丁方试验设计方法进行样本数据设计,采用移动最小二乘响应面方法构建白车身扭转刚度、白车身关键区域强度、整车正碰多学科系统的近似模型。利用连续二次规划优化方法对此近似模型进行优化,将热成形板的前中后大梁厚度、大梁内部加强板厚度作为设计变量,在满足正碰设计要求、白车身强度刚度要求的同时,显著减小了车架的质量。     

基于生长型设计的公差研究

当前的公差设计研究大多集中于详细设计阶段,对设计前期的公差研究较少。在设计前期的公差设计将减少设计修改并缩短设计周期。在生长型概念结构设计的基础上,将公差问题提前到概念设计阶段。首先介绍生长型设计的基本概念和模型,而后研究结构与公差并行设计的过程模型。分析在设计过程中自动生成局部尺寸链和全局尺寸链的方法,建立公差设计和反馈的整体框架。应用此方法实现了液压缸夹具的尺寸公差设计。     

基于EPS电流采样模块的容差分析与研究

基于EPS电流采样模块容差分析,利用了PSPICE软件对EPS采样电路误差进行了仿真和分析,讨论了元器件参数的温漂变化、精度以及环境温度对采样电路的影响,并对灵敏度以及最坏情况的结果进行了计算和探讨。结果表明:在EPS中,最坏情况分析法是目前应用范围最广泛、操作最简便的方法,该方法确保了所有零件组合的容差在最大范围或最小范围都有考虑,符合实际应用产品的严谨度和高可靠性,为EPS电流采样电路的可靠性设计提供了参考。     

Optimal Process Tolerance Balancing Based on Process Capabilities

An optimal approach for process tolerance balancing is presented. The new approach is based on process capabilities and is to be used in the stage of process planning. A nonlinear programming model is used to simultaneously optimise process tolerances of required operations. In the optimisation model, the objective function is to minimise the total manufacturing cost with different weighting factors. Using the estimated standard deviations of the dimensions and the manufacturing cost-tolerance functions, the constraint equations for the process tolerance chains and the manufacturing capability indices are established, together with a model for the economical tolerance bounds of machine tools. A practical example was used to verify the usefulness of the proposed approach. The results of the comparative study show that the proposed approach is more advantageous in relaxing tolerance requirements and in reducing scrap rates generally, compared with the existing methods. ID="A1"Correspondance and offprint requests to: Dr Y. Gao, Department of Mechanical Engineering, Hong Kong University of Science and Technology, Clear Water Bay, Kowloon, Hong Kong. E-mail: meygao@ust.hk