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外文翻譯
專 業(yè) 機械設計制造及其自動化
學 生 姓 名 錢 俊
班 級 B機制077
學 號 0710101715
指 導 教 師 袁 健
外文資料名稱: Series Design of Large-Scale NC
Machine Tool
外文資料出處:J China Univ Mining & Technol 2007, 17(2): 0272–0276
附 件: 1.外文資料翻譯譯文
2.外文原文
指導教師評語:
簽名:
年 月 日
大型數(shù)控機床的系列設計
TANG Zhi
東華大學,工程及機械研究所、中國,上海201620
錢俊 譯
摘 要: 在西方發(fā)達國家,產(chǎn)品體系的設計是一個成熟的概念.在上個世紀,它已應用于軍工業(yè)。然而到目前為止, 在中國,功能組合仍是產(chǎn)品系統(tǒng)設計的主要方法。因此,就產(chǎn)品概念的生成和產(chǎn)品相互作用而言,我們和全球市場的要求相比處于弱勢。今天,這個系列產(chǎn)品設計的想法已經(jīng)引起了人們對設計領域和產(chǎn)品一代的定義及其參數(shù)標準化的關注。雖然一臺大型數(shù)控機床的設計是很復雜的,但是系列產(chǎn)品牢固地設計了平臺建立的概念,它可以由配售對象設計的精確演練進一步優(yōu)化。一臺大型數(shù)控機床的設計過程詮釋了系列產(chǎn)品設計的本質(zhì)。
關鍵詞:大型數(shù)控機床;系列產(chǎn)品設計;優(yōu)化設計
1 前言
大型機床的設計管理需要許多不同科目的參與包括工程學,運動學,色彩研究學,工效學和企業(yè)標識。目前,在中國強調(diào)功能設計,然而在西方國家,多彩識別系統(tǒng)和系列產(chǎn)品定義已經(jīng)進入工業(yè)設計領域。在中國模仿臺灣和其他一些地區(qū)的產(chǎn)品是很普遍的,這就導致了市場中的產(chǎn)品質(zhì)量相同的現(xiàn)象。不同工廠制造的大型數(shù)控機床基本上沒有區(qū)別。所以,引進系列產(chǎn)品設計對中國的生產(chǎn)過程很重要。
早在19世紀30年代,美通用公司的設計者們采用了一種新的設計模式,即計劃性淘汰。根據(jù)這個計劃,汽車的風格至少每2年有一個小的變化,每3-4年有較大的變化,這樣就能定期提供新款式的汽車。這個計劃的目的就是說服客戶放棄他們的舊汽車來追趕新的風格。理論上,根據(jù)計劃廢除已經(jīng)建立的系列產(chǎn)品設計,引進新的系列產(chǎn)品設計提高了公司內(nèi)部的管理決策水平和銷售。從19世紀30年代到60年代,系統(tǒng)設計由于金融危機和第二次世界大戰(zhàn)沒有得到太多的改善。然而,戰(zhàn)爭的需求激發(fā)了消費者產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn),在產(chǎn)生了大量廉價的工業(yè)產(chǎn)品后,戰(zhàn)爭的另一種危害出現(xiàn)了。第二次世界大戰(zhàn)之后,系統(tǒng)設計和系列產(chǎn)品設計在美通用汽車公司和一些其他出現(xiàn)在意大利,英國和德國的汽車制造商。這發(fā)展到先進水平,許多注意力被用來指導公司間的合作。很明顯,這種變化的影響非常顯著,例如BRAUN。從1960年到1970年,日本開始在多國公司進行產(chǎn)品開發(fā),與此同時,日本政府設立工業(yè)產(chǎn)品出口規(guī)范。在最近20年,許多機構(gòu)和組織忙于設計過程,設計方法和設計管理的研究。目前,就大型數(shù)控機床的系列設計而言,重要的是保持對公司的內(nèi)部特色,這是系列設計系統(tǒng)的核心。圖1是中國一個特定公司的大型數(shù)控機床的原型。
圖1中原始機床原型的風格實際上與20世紀中期的設計系統(tǒng)相符合。它有一些問題:1)無輔助設備發(fā)動機;2)尖銳的角落風格;3)配件不匹配的主機;4)線路安排并非有序;5)開放式的門已經(jīng)過時了;6)單一的顏色,缺少鑒定;7)整體風格過時,與先進產(chǎn)品識別系統(tǒng)不相符合。因此,這樣的風格在表達產(chǎn)品形態(tài)和功能方面太直接。系列產(chǎn)品的設計與其基本功能特點相符合是很重要的。
圖1原始車床原型
2 產(chǎn)品識別系統(tǒng)
一般的,產(chǎn)品識別因素決定了特定公司的運作,這是產(chǎn)品識別系統(tǒng)的本質(zhì)即清楚地鑒定特定的產(chǎn)品。因此,產(chǎn)品識別系統(tǒng)應該1)盡可能地吸引社會關注,2)同意公司的視覺概念標準,3)提供一個特有的標志,4)能給人留下深刻印象,5)滿足不同類型產(chǎn)品的需求,6)符合審美情趣,7)不會顯著增加新的設計開發(fā)帶來的生產(chǎn)成本。
從產(chǎn)品鑒別的觀點來看,這是為了提高產(chǎn)品價格和滿足市場競爭的需求。類似于飛利浦標簽上的“精于心簡”,其核心價值觀的體現(xiàn)是一個公司獲得公眾熱情接受的關鍵。其平臺的建立,優(yōu)化設計和模塊化管理應作為系列產(chǎn)品的主體被引進來支持公司層面上的產(chǎn)品識別系統(tǒng)。
圖2是設計平臺圖表。
在建立識別系統(tǒng)之前,需要提供一個大型系列數(shù)控機床的通用平臺,然后為了確定哪個平臺適合特定產(chǎn)品的設計而進行優(yōu)化。因此,該平臺是未來系列產(chǎn)品的關鍵。
圖2 平臺設計的介紹
3 建立產(chǎn)品平臺
3.1 平臺的建立過程
為了產(chǎn)品集成的不同構(gòu)架,該平臺通常能最有效的確定成本。設計時間可以減少,生產(chǎn)率可以提高因為變形產(chǎn)品來自同一個平臺。特別的,對大型數(shù)控機床來說,特定地區(qū)的定制產(chǎn)品采用已經(jīng)建立的產(chǎn)品平臺簡單而且有效,這很重要。
建立一個平臺的目的不是為了產(chǎn)品功能,而是專注于系列產(chǎn)品的設計和對其他系統(tǒng)有關的產(chǎn)品技術。就平臺而言,工程團隊應該建立產(chǎn)品的系統(tǒng)模型,包含了精確描述產(chǎn)品的系統(tǒng)框架,然后匯報給設計師作為建立平臺的參考(圖3)。
圖3 機床平臺的設計過程
3.2平臺設施的評價
以下是四個基本評價標準:
1) 材料成本和生產(chǎn)成本(這將影響到產(chǎn)品的最終價格)。
2) 庫存成本。
3) 視覺的需求。
4) 工效學。
這些標準的列舉是系列產(chǎn)品差異化的基礎。圖4顯示了該系列產(chǎn)品四個備選項目的清單。這些產(chǎn)品都列在圖標的頂部,并列為介紹。為了方便分析,該系列產(chǎn)品分為幾個部分。四個不同的平臺提出四個不同的系列,其中A系列包含一個電源供應器,B系列包含電源,石油槽和電線,C系列包含電源,底座和一條線控制器,D系列包含電源和油過濾器。它們的分數(shù)根據(jù)以下規(guī)則記錄:1)基本設計,“0”; 2)好于基本設計,“+”; 3)差于基本設計,“X”。
圖4 產(chǎn)品平臺及系列產(chǎn)品選擇圖表
在評價之后,我們獲得一個總得分,這是優(yōu)化平臺的基本項目。對像大型數(shù)控機床這樣的項目來說,為產(chǎn)品零件建立一個部分優(yōu)化設計是至關重要的。
4 產(chǎn)品優(yōu)化設計
優(yōu)化產(chǎn)品設計的通常的目的不是在于平臺,而是在于特定產(chǎn)品和結(jié)構(gòu)設計,它應該遵循一些功能就像我們機床門風格的改善。平臺和單一的產(chǎn)品優(yōu)化設計通常被大型設備所采用。通過利用基本平臺,新型產(chǎn)品很容易被開發(fā)出來。模塊化開發(fā),電樞板技術和快速成形技術變得很容易并足以滿足市場的需求。然而,基本平臺也有一些缺點。一般來說,一個系列中只有一樣產(chǎn)品在材料,開發(fā)費用,外觀要求和人為因素方面都較為成功的。對于其他低等級的系列產(chǎn)品來說,這就是所謂的旗艦產(chǎn)品。
假設某產(chǎn)品是一個單一的設計,不是基于平臺,因此它可以表示為一個優(yōu)化問題?,F(xiàn)在讓我們來嘗試一下優(yōu)化以為結(jié)構(gòu)變量的目標函數(shù),受限于函數(shù),成本和其他方面的限制,然后我們得到
限制函數(shù),
預算限制 ,
其中g代表限制函數(shù),cost代表系列產(chǎn)品,B代表預算。
計劃工作已平臺能夠構(gòu)建一個優(yōu)化模型為基礎。在選擇產(chǎn)品平臺之前,我們首先必須確定什么是公用部分和什么事專用部分。當專用部分的成本降至最低時,整個系列的成本也隨之降為最低。所以優(yōu)化需要在兩個層面是進行,即平臺和專用部分?;谄脚_的產(chǎn)品的功能取決于變量,共用同一平臺的產(chǎn)品功能取決于變量的設置。同樣這個準則也可以用于單一產(chǎn)品的設計。在平臺上控制相關變量,不同的優(yōu)化過程可以變得靈活。優(yōu)化問題由
函數(shù)極限,
預算極限所決定。
其中B為系列產(chǎn)品的預算。
這個數(shù)學表達式是優(yōu)化過程的一個簡單描述。事實上,我們在細節(jié)方面仍然采用小規(guī)模的模塊化設計。對于這些大型數(shù)控機床,模塊化設計非常適用,它可以處理產(chǎn)品內(nèi)部零件的細節(jié),使研究和開發(fā)成本降低。此外,優(yōu)化設計可以應用在功能模塊組合,就像不同尺寸的機床在結(jié)構(gòu)和門的數(shù)量上有很大差異。然而,優(yōu)化設計需要在控制臺的安裝,接線設置和應用方面進行一定的調(diào)整。
5 產(chǎn)品模塊化設計
配件的標準化和快速成形是模塊化設計的兩個主要特點?;谶@兩個特點,在一個系統(tǒng)中,模塊化產(chǎn)品一般可以分為幾個層次。然而,由于不同角度的理解,模塊化的標準和結(jié)果并不是唯一的;子函數(shù)的最終關系很可能是整體或模塊化的結(jié)構(gòu)。有兩種產(chǎn)品模塊:一種基于功能模塊,另一種基于生產(chǎn)模塊。第一種是根據(jù)一般產(chǎn)品功能設置并由子功能來表達。對于第二種,考慮到生產(chǎn)過程中一些配件的結(jié)合,形成組裝模塊(圖5)。此處提到的模塊化是在概念層次的,它的功能特性有生產(chǎn)和組裝。
圖5 產(chǎn)品系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設計模塊
6 系列產(chǎn)品的參數(shù)集
6.1 尺寸參數(shù)
在像大型數(shù)控機床的復雜產(chǎn)品方面,參數(shù)的確定是很重要的。當我們調(diào)節(jié)相對量的時候,產(chǎn)品的功能性是我們首先要考慮的?,F(xiàn)在,毫無疑問,產(chǎn)品受到全球競爭,越來越多的經(jīng)典產(chǎn)品成為世界范圍內(nèi)的首選。
對一個來自系列產(chǎn)品設計的旗艦產(chǎn)品來說,冗雜,復雜的和反人性的細節(jié)已經(jīng)根據(jù)一定的標準消除。在設計過程中,審美,結(jié)構(gòu)和相互作用必須加以考慮。顯然,機床的底座和電源可以是三維特性標準(圖6),即新產(chǎn)品的標志設計。所以,大小和比例參數(shù)是可調(diào)的。關于不同種類的比例參數(shù),見圖7,介紹了門的比例,移動門和電源。所有參數(shù)都根據(jù)人體工程學確定,特別鑒于亞洲人的身體比例。
圖6 新機床概念
圖7 工程圖設計標準
6.2 參數(shù)設置圖表
有四種類型的產(chǎn)品,每個都有四個名叫A,B,C和D的平臺。工程師們被要求選擇出適合任一產(chǎn)品的平臺。他們還被要求對應于每一類產(chǎn)品評估剩余的四個因素:材料成本,開發(fā)成本,視覺需求和人體工程學要求。
7 結(jié)論
真正的產(chǎn)品是系列產(chǎn)品設計的必然結(jié)果。在最后組裝過程中調(diào)整參數(shù)唧是很有必要的。
任何能夠占據(jù)目標市場的單一產(chǎn)品會在不久的將來變得眾所周知,系列產(chǎn)品的發(fā)展方向必定將贏得世界個地的美譽。每一個在產(chǎn)品方面的改進并不意味著徹底改變。開始時有一個好的計劃設計方向是項目管理的關鍵。在市場經(jīng)濟指導下,滿足系列產(chǎn)品設計的期望是很必要的,如果我們不能有效地利用新產(chǎn)品的發(fā)展和設計過程,我們將會失去系列產(chǎn)品設計所用的資源。
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文 獻 資 料
專 業(yè) 機械設計制造及其自動化
學 生 姓 名 錢 俊
班 級 B機制077
學 號 0710101715
指 導 教 師 袁 健
文 獻 資 料
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第19卷第4期 2009年10月 null null null null null null null 安徽冶金科技職業(yè)學院學報 Journal of AnhuiVocational College of Metallurgy andTechnology null null null null null null null null Vol.19.No.4 Oct. 2009 ' d G F ? 5 ¥ ! 9 # ? / 丁貴軍,王碩煜,楊null 鈞,吳昊川 (馬鋼第二機械設備制造公司null 安徽馬鞍山null 243000) K null 1 :介紹了馬鋼第二機制公司在加工深孔時利用數(shù)控機床加工, 為了降低生產(chǎn)成本,提高數(shù)控機床的使用率, 根據(jù)深 孔加工的特點,設計并制造了一臺專門用于加工深孔的組合機床