面向能量优化的产品结构要素组合设计

以产品结构的能量属性为研究对象,在产品全生命能量消耗模型的基础上,针对产品结构要素的组合原理和方法进行研究.对产品全生命周期能量消耗进行分析,建立产品系统资/能源流框图,给出产品全生命周期能量模型.分析产品结构与产品生命周期各阶段能量消耗之间的关系.从材料相容性、装配与拆卸、使用过程能量转递、零件寿命和回收处理等方面探讨兼顾能量优化和功能实现的结构组合设计准则,得到产品要素之间各种关联度的计算方法.运用模块化思想,采用模糊聚类算法进行产品结构要素组合优化,提出产品结构要素能量聚类的优化模型.以冰箱结构为例,对提出的方法进行分析和验证.得到组合优化结果,并在此基础上提出改进建议.     

数控机床多能量源的动态能耗建模与仿真方法

机床能量消耗过程的评估和分析是机床能效优化研究的基础。现有研究提出的机床能耗模型主要是静态能耗模型,少数对机床动态性能耗的研究又主要集中在机床运行状态的动态性的建模,缺乏对机床能量源特别是数控机床多能量源的动态性能耗的研究。针对数控机床能量源多、加工任务及加工参数动态变化等特点,提出了一种数控机床多能量源的动态能耗建模与仿真方法。对数控机床能耗过程的动态性进行分析;在此基础上,结合面向对象着色赋时Petri网(Colored timed object-oriented Petri net,CTOPN)和虚拟部件方法建立数控机床多能量源动态能耗模型,其中CTOPN模型用于描述数控机床能耗过程机床和多能量源运行状态的动态特性,虚拟部件方法用于描述数控机床多能量源受加工参数影响的动态特性;通过CTOPN中"变迁"蕴含的信息来驱动虚拟部件模型实现对数控机床多能量源的动态能耗特性的建模。案例分析结果证明了该方法的可行性,上述模型可为数控机床动态能耗的预测、综合的能耗特性分析以及定量的能耗影响因素分析提供一种基础支持,具有较广阔的应用前景。     

机床服役过程机电主传动系统的时段能量模型

机床能量消耗问题的研究正在国际上兴起,机床能量消耗系统的建模问题是其热点问题之一。现有的功率方程或功率传输模型是一类描述能量变化率的瞬态能量模型,应用于实际生产现场的多时段和多传动链组成的机床服役过程(Machine tools’ service process,MTSP)尚存在困难。为此,从面向应用需求出发,对MTSP机电主传动系统(Electro-mechanical main driving system,EMDS)的能量模型进行研究。对MTSP的输入能耗过程的时段分类特性,不同能量传动链和多传动链特性进行分析;建立一种面向多传动链的机床EMDS功率方程;在此基础上,建立MTSP中EMDS的时段能量模型的基础模型;并面向生产现场实际,通过分段建立表格函数和数据拟合函数,将十分复杂的各启动时段能耗和比较复杂的各空载时段能耗的分析和获取变成简单函数处理,形成MTSP中EMDS的实用化能量模型。分析和案例结果表明,上述模型在MTSP的能耗研究、能效评估、能耗定额制定、切削工艺参数节能性优化等一系列问题解决方案的研究和应用方面能够提供一种基础支持;具有较广阔的应用前景。     

面向机械装备节能设计的能耗信息描述与集成

清晰描述能耗构成,表达能量信息与设计信息之间的映射关系是实施机械装备节能设计的基础。在分析机械装备运行过程能耗因素的基础上,提出一种开放的能量信息描述模型——能量分解结构(Energy breakthrough structure,EBS),并建立设计-能量信息集成模型以表达设计信息的能量特征。EBS是一种结构化的能量描述模型,由一系列相互联系的能量要素构成,支持多层次的能量建模,上一层与下一层能量要素之间的关系既可以基于运行过程建立,也可以基于产品结构、能量转换及损耗关系等建立,能够适应多角度的能耗分析需求。设计-能量信息关联模型将关联两个信息域的问题转换为描述设计信息的物理和力学特性的问题,通过在EBS基础上提取力、位移、压力、流量等能量特征,并映射相关的几何特征、运动特征、动力特征等设计特征,实现能量信息和设计信息的本质关联。最后以重型板式给料机为例分析了模型及方法的有效性。     

机械制造系统能效评价的特点、研究现状及发展趋势

机械制造系统能效评价是对机械制造系统能量消耗状态和能量消耗过程及其能量效率的系统评价,它是机械制造系统降低能量消耗、提高能量效率的基础,其研究正在国际上兴起。首先,对机械制造系统能效评价的特点进行了分析,提出了能量消耗状态及其能效评价的多能量源特性和层次分布特性、能量消耗过程及瞬态能量效率的复杂多变性和产品全生命周期过程特性4个特点;然后,基于上述特点分析,对机械制造系统能效评价内容和能效评价指标的研究现状进行了分析;最后,指出了机械制造系统能效评价的发展趋势,即机械制造系统能效评价指标完整体系的建立、机械制造系统能效基础数据库的建立、机械产品和制造任务能量消耗的定额化、机械制造系统能效评价的标准化以及机械制造系统能效评价及能效提升的信息化支持平台开发等。     

基于性能参数的主动再制造时机分析方法

针对目前再制造毛坯数量及质量的不确定性问题,提出了基于性能参数的主动再制造时机抉择评价模型。从产品全生命周期的角度出发,对产品性能参数在服役过程中的演化规律进行了分析。以能耗参数为核心指标,分析了产品在全生命周期（制造、服役及再制造过程）中的能耗规律,构建了产品年均能耗函数模型。在该函数模型的基础上,得到考虑能耗因素的产品最佳主动再制造时间。最后以某型号的直列六缸柴油机为例,验证了所提出方法的有效性和可行性。     

气动执行器与电动执行器的生命周期评价研究

基于生命周期理论,对气动执行器与电动执行器的整个生命周期内总的成本费用、总的能耗和总的污染物排放量进行了研究,提出了衡量产品全生命周期成本的一种新的模型;同时给出了基于动态的两个执行器在整个生命周期中总的能耗、总的污染物排放量的计算方法。     

面向能量效率的数控铣削加工参数多目标优化模型

切削参数是数控加工工艺中的重要组成,切削参数的合理选择能够显著影响到机床能量效率。为提高机床能量效率,分析数控铣削加工的能耗构成特性和加工时段能耗特性,建立数控铣削加工能耗模型,并通过非线性回归拟合获取能耗模型的相关系数,建立了以最高能量效率和最小加工时间为目标的多目标优化模型,采用连续禁忌算法对模型进行优化求解。通过算法优化结果与试验结果进行对比分析,验证了能效模型的有效性。     

非对称泵控差动缸速度伺服系统特性

为解决差动缸两腔面积差引起的吸排油流量不对称问题,系统应用非对称泵的结构特点使其在运动过程中能进行自动补偿。但由于两腔面积差不是严格的比例关系以及系统存在气蚀、泄漏等非线性的影响,仍然存在差动缸伸出和收回速度不一致,动静态性能差,系统能耗大等问题。针对于此,分析非对称泵控差动缸系统四象限运行特性,建立能量传输模型,从理论上阐述能量消耗和速度的关系,并进行开环特性试验验证。进一步以差动缸速度和电动机转速的特性曲线为速度闭环控制的前馈函数,提出非线性动态前馈补偿控制策略,根据工况实时调用,将计算所得值作为电动机给定转速,对差动缸的速度进行动态补偿。仿真和试验结果表明,该控制策略有效改善差动缸伸出和收回速度动静态性能,提高了系统能量效率。     

有限元技术在基于能量平衡的机床动态设计中的应用

结构动态系统的能量平衡是实现机床结构动态设计的依据之一.文中尝试将有限元技术应用于基于能量平衡的机床结构动态设计,在介绍结构动态系统能量分析方法的基础上,针对结构动态系统的有限元模型,提出定量描述结构动态特性优劣的方法,通过算例对悬臂梁结构的集中参数模型能量分析结果与有限元能量分析结果进行比较,并以有限元能量分析实现悬臂梁结构的改进.结果表明该结构动态设计技术具有明显的优越性,最后将该技术应用于某平面磨床结构的动态特性分析,找出该磨床结构的薄弱环节,对该磨床结构的优化设计起到指导作用.     

RELIABILITY-BASED DESIGN AND ANALYSIS ON HYDRAULIC SYSTEM FOR SYNTHETIC RUBBER PRESS

To overcome the design limitations of traditional hydraulic control system for synthetic rubber press and such faults as high fault rate, low reliability, high energy-consuming and which always led to shutting down of post-treatment product line for synthetic rubber, brand-new hydraulic system combining with PC control and two-way cartridge valves for the press is developed, whose reliability is analyzed, reliability model of the hydraulic system for the press is established by analyzing processing steps, and reliability simulation of each step and the whole system is carried out by software MATLAB, which is verified through reliability test. The fixed time test has proved not that theory analysis is sound, but the system has characteristics of reasonable design and high reliability, and can lower the required power supply and operational energy cost.     

基于可拓分类挖掘的产品配置设计

基于实例推理的产品配置设计往往是在整个产品模型上,而非各个性能属性上,匹配出最相似产品并调整相应的方案解;同时,由于客户对产品内部结构、实现原理及使用环境等的不充分认识,性能需求仍存在不确定性和模糊性。鉴于此,基于可拓分类挖掘的产品配置设计方法被提出,其针对每一性能属性进行产品实例划分,当没有产品公共实例存在于各个性能的正域时,则需在结构配置与性能改进的共同约束下,选择适当实例并作相应的调整,并将静、动态分类知识共同存储于关系型数据库中。     

现代产品设计理论研究综述

简要回顾设计学科的发展历史,分析影响设计理论发展的重要思想,总结其发展趋势,最后对企业选择设计理论给出初步建议。     

非圆齿轮曲柄摇杆串联传动机构的设计与抽油机节能

通过建立非圆齿轮—曲柄摇杆机构的数学模型,分析了该机构的运动学特性。并以节能为出发点,提出了用于游梁式抽油机的非圆齿轮副的设计方法。在此基础上以CYJ10-3-53HB型抽油机为例,利用MATLAB软件对游梁式抽油机采用非圆齿轮传动减速箱和采用常规齿轮传动减速箱时的运动和动力性能进行了仿真对比,证实了理论分析的正确性。     

设计历史的建模方法

系统地综述了产品开发过程中设计历史的建模方法。在此基础上 ,给出了设计历史的定义 ,提出以产品设计过程为中心 ,综合考虑产品数据、产品开发过程中的理性信息的产品历史建模方法     

基于键合图的五轴联动数控机床动态特性分析与能耗建模研究

制造业是我国碳排放的主要源头，高能效绿色机床装备是制造业实现“碳达峰、碳中和”目标的关键，机床的动态特性分析与能耗建模是机床绿色设计的重要环节。以五轴联动数控机床的各子轴系统为研究对象，针对其能量交互不明晰、自由度高、结构复杂的特点，基于键合图理论建立动力学特性数学模型和能耗模型。该模型综合考虑了机床各子轴系统动态特性和对能源消耗具有强关联性的关键变量，并利用Matlab-Simulink仿真工具建立了动态仿真模型。仿真分析和实验验证结果表明，所提出的基于键合图理论的动力学特性数学模型和能耗模型是合理且有效的。该模型对于深入分析各子轴系统的动态特性，了解其能量传递过程，指导其高能效优化设计，具有现实的指导意义。     

基于非线性接触理论的行星传动系数

基于非线性接触理论和多体动力学理论,建立了某行星齿轮传动系统的多体动力学模型 ,对实际运行工况下的动态性能进行仿真研究,获取了轮齿的实时动态接触力和关键部件 的 动态等效应力,仿真结果与理论分析吻合较好。研究表明,采用刚柔耦合多体动力学模型 研究行星齿轮传动系统的动态性能更加符合实际,分析结果合理、可靠。     

产品再制造的绿色模块化设计方法

再制造性是机械产品设计时必须考虑的重要问题.在产品设计初期其实体生命诞生之前就全面考虑产品在今后全生命周期内的绿色特性及零部件的重用性,并用反映环境友好性的绿色度及反映功能、重用性的模块度进行评价和检验,可同时满足机械产品的绿色性和再制造性.     

数据挖掘技术在产品概念设计建模中的应用研究

计算机辅助概念设计(Computer Alded Conceptual Design，CACD)系统的根本目的就在于能有效支持产品的创新设计。本文是在阐述了人、环境和产品数据相互作用的概念基础上，提出基于数据挖掘的动态全息虚拟产品概念设计模型的数学表达式及综合描述，并开发了数据挖掘工具(DM Tool)，实现了从已有的产品库、设计规则库、知识库中挖掘感兴趣的信息和知识，以支持产品概念设计过程。文中以机床主轴箱设计为例，实现了机械产品概念设计过程中的功构映射及机构组合的预测评价，这对CACD的实用研究做了有益的探索。