基于元?jiǎng)幼鲉卧臋C(jī)電產(chǎn)品分析與應(yīng)用淺析

李琦

摘要：評(píng)估復(fù)雜結(jié)構(gòu)下機(jī)電系統(tǒng)的有效性，切實(shí)可行的對(duì)策是對(duì)機(jī)電系統(tǒng)構(gòu)建一個(gè)元?jiǎng)幼鲉卧哪Ｐ停缓髮?duì)內(nèi)部的能量進(jìn)行綜合性仿真，在此基礎(chǔ)之上組建出系統(tǒng)性的分析模型。這種方法可以全面考慮在某個(gè)機(jī)電系統(tǒng)中存在的所有的交聯(lián)耦合作用，能夠提早的發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的缺陷，能夠不斷的更新與優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，使得機(jī)電系統(tǒng)具備穩(wěn)定的特性和輸出。

關(guān)鍵詞：機(jī)電產(chǎn)品;模型優(yōu)化;元?jiǎng)幼鲉卧?/p>

1 ?元?jiǎng)幼鲉卧ぷ鬟^(guò)程分析

1.1 元?jiǎng)幼鲉卧ぷ鬟^(guò)程

從運(yùn)動(dòng)的層面來(lái)講，機(jī)電產(chǎn)品可以接收某種動(dòng)力源所發(fā)出的動(dòng)力然后通過(guò)內(nèi)部復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，將初始輸入的動(dòng)力轉(zhuǎn)變?yōu)楣δ苓\(yùn)動(dòng)。在機(jī)電系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的構(gòu)成要素就是元?jiǎng)幼鲉卧浜诵牡墓δ芫褪且约榷ǖ倪\(yùn)動(dòng)來(lái)傳遞動(dòng)力。只有元?jiǎng)幼鲉卧妮敵龇狭讼嚓P(guān)的質(zhì)量特征，那么系統(tǒng)就可以順利的實(shí)現(xiàn)即定任務(wù)。

元?jiǎng)幼鲉卧趯?shí)際輸出時(shí)會(huì)存在諸多的因素對(duì)其產(chǎn)生干擾，這就會(huì)導(dǎo)致其實(shí)際的質(zhì)量特性無(wú)法達(dá)到理想值。所以要充分的掌握元?jiǎng)幼鲉卧旧硭邆涞馁|(zhì)量特性，只有在這個(gè)基礎(chǔ)之上才可以采取相應(yīng)的管控措施最終使得元?jiǎng)幼鲉卧獙?shí)際輸出的質(zhì)量特性會(huì)無(wú)限接近于理想狀態(tài)。

1.2 元?jiǎng)幼鲉卧膿p過(guò)程

在元?jiǎng)幼鲉卧膿p耗過(guò)程中，可以看到元?jiǎng)幼鲉卧谕瓿杉榷ǖ墓δ軙r(shí)，存在零部件之間的摩擦、內(nèi)部與外部環(huán)境的變化等等干擾因素，這些干擾因素會(huì)改變?cè)獎(jiǎng)幼鲉卧膬?nèi)部狀態(tài)，進(jìn)而使其質(zhì)量特性的相關(guān)參數(shù)會(huì)產(chǎn)生退化，一旦參數(shù)退化到一個(gè)最低值時(shí)，此時(shí)元?jiǎng)幼鲉卧獜氐资?，也就意味著出現(xiàn)了故障。

一個(gè)獨(dú)立的元?jiǎng)幼鲉卧獣?huì)涵蓋諸多質(zhì)量特性方面的參數(shù)，而且當(dāng)元?jiǎng)幼鲉卧谶M(jìn)行實(shí)際的運(yùn)動(dòng)時(shí)，這些參數(shù)會(huì)存在退化的可能性，一旦某一個(gè)質(zhì)量特性的參數(shù)退化到了最低閥值時(shí)，那么元?jiǎng)幼鲉卧鸵馕吨耆珕适Я斯δ?。在試?yàn)元?jiǎng)幼鲉卧邆浜畏N程度可靠性的試驗(yàn)中，將其中與質(zhì)量特性參數(shù)相關(guān)的一系列退化數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，然后對(duì)其進(jìn)行擬合運(yùn)算或者以預(yù)測(cè)，來(lái)最終制定失效閥值。在一個(gè)時(shí)刻t內(nèi)，假設(shè)此時(shí)存在于元?jiǎng)幼鲉卧械呐c質(zhì)量特性參數(shù)相關(guān)的退化量的實(shí)際個(gè)數(shù)為m個(gè)，那么有，相應(yīng)的失效閾，元?jiǎng)幼鲉卧獡碛械目煽砍潭葹椋?/p>

2 ?元?jiǎng)幼鲉卧\(yùn)動(dòng)模型構(gòu)建

可以將元?jiǎng)幼鲉卧麄€(gè)工作過(guò)程看作是一個(gè)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，然后對(duì)其建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型，最終所設(shè)計(jì)的函數(shù)是探究在多元隨機(jī)變量的干擾下，元?jiǎng)幼鲉卧\(yùn)動(dòng)的具體情況。其運(yùn)動(dòng)學(xué)方程如下：

在移動(dòng)狀態(tài)下，在動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域中元?jiǎng)幼鲉卧姆匠淌剿磉_(dá)的是位移與速度兩者關(guān)系。這個(gè)方程將元?jiǎng)幼鲉卧谶\(yùn)動(dòng)狀態(tài)下所具備的特性參數(shù)給予了表述，這個(gè)函數(shù)可以針對(duì)運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行精確的定義。

3 ?元?jiǎng)幼鲉卧|(zhì)量波動(dòng)傳遞

如果存在干擾因素影響了某一個(gè)元?jiǎng)幼鲉卧妮敵鲑|(zhì)量，使其產(chǎn)生了質(zhì)量波動(dòng)，那么存在于這個(gè)系統(tǒng)中其余同層次的元?jiǎng)幼鲉卧妮敵鲆矔?huì)受其影響出現(xiàn)質(zhì)量波動(dòng)，這些質(zhì)量波動(dòng)會(huì)以逐層的方式來(lái)進(jìn)行傳遞，最終使得整個(gè)機(jī)電系統(tǒng)產(chǎn)生質(zhì)量波動(dòng)。所以可以得出單元中存在的質(zhì)量波動(dòng)會(huì)按照層層遞進(jìn)的傳遞方式（同層、異層）最終使得整機(jī)的質(zhì)量出現(xiàn)波動(dòng)。

機(jī)電系統(tǒng)中諸多動(dòng)作單元相互協(xié)作才能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)電產(chǎn)品的功能，因此在管控機(jī)電產(chǎn)品質(zhì)量方面所制定的政策也是以此為基礎(chǔ)的。將機(jī)電產(chǎn)品本身具備的功能運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分解，最終分解到元?jiǎng)幼鲉卧簿褪亲钚〉倪\(yùn)動(dòng)單元，以設(shè)計(jì)與裝配的層面為出發(fā)點(diǎn)，定義與分類(lèi)了機(jī)電產(chǎn)品中的元?jiǎng)幼鲉卧?，基于FMA樹(shù)進(jìn)行了質(zhì)量特性層次映射。

偶發(fā)與異常兩種因素會(huì)造成元?jiǎng)幼鲉卧a(chǎn)生質(zhì)量波動(dòng)，參考分析不確定性狀態(tài)下的概念及其影響因素，然后針對(duì)元?jiǎng)幼鲉卧嬖诘膬煞N類(lèi)型的質(zhì)量不確定性進(jìn)行了實(shí)際的定義，即：漸進(jìn)與突發(fā)。最終為其構(gòu)建了數(shù)學(xué)模型，此外還詳細(xì)的分析了質(zhì)量波動(dòng)的整個(gè)傳遞過(guò)程并且構(gòu)建了數(shù)學(xué)模型，為管控元?jiǎng)幼鲉卧馁|(zhì)量特性明確了具體的目標(biāo)。

在采用FMA結(jié)構(gòu)化的方法針對(duì)機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)行了分解，最終將其分為具備既定的功能，然后又可以自主的完成既定的操作（運(yùn)動(dòng)）這樣一類(lèi)最基本的元?jiǎng)幼鲉卧?。元?jiǎng)幼鲉卧^之于其余分解單元，它更加適合用于可靠性及其質(zhì)量方面的分析。由于元?jiǎng)幼鲉卧獣?huì)存在穩(wěn)定性、可靠性、實(shí)際壽命等等，這就導(dǎo)致了產(chǎn)品擁有極為復(fù)雜的質(zhì)量特性。所以要更深層次的探究每一個(gè)質(zhì)量特性它在形成方面的機(jī)理。

機(jī)電產(chǎn)品所擁有的質(zhì)量特性非常之多，諸如：有功能符合性、精度保持性、安全保障性、技術(shù)領(lǐng)先性、應(yīng)用可靠性、成本經(jīng)濟(jì)性、維修方便性、造型美觀性、性能穩(wěn)定性、服務(wù)及時(shí)性、特征獨(dú)有性、感知滿意性等，也可以使元?jiǎng)幼鲉卧獡碛卸喾N多樣化的質(zhì)量特性。部分核心質(zhì)量特性是需要基于用戶的需要及其故障在哪些層面進(jìn)行分布這兩種情況來(lái)進(jìn)行探究的。機(jī)電產(chǎn)品的最小分解單元就是運(yùn)動(dòng)單元，元?jiǎng)幼鲉卧鶕碛械馁|(zhì)量特性中還存在著動(dòng)態(tài)的特征，因此要更深層次的來(lái)研究其形成的原理。每一個(gè)核心質(zhì)量特性在表征方面所形成的指標(biāo)是以運(yùn)動(dòng)學(xué)為基礎(chǔ)的，然后組建模型，利用該模型來(lái)評(píng)判元?jiǎng)幼鲉卧嬖诘南嗨菩浴?/p>

4 ?實(shí)例分析

分解特定的機(jī)電產(chǎn)品，選擇最終垂直或者回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的兩種分解結(jié)果，然后獲取元?jiǎng)幼鲉卧泻诵馁|(zhì)量特性。

①針對(duì)具體機(jī)械結(jié)構(gòu)產(chǎn)品中的兩個(gè)單元（轉(zhuǎn)動(dòng)元?jiǎng)幼骷捌溥\(yùn)動(dòng)）進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，具體的掌握在回轉(zhuǎn)與托架兩個(gè)具體單元中所包含的零部件。結(jié)合元?jiǎng)幼鲉卧碚?，現(xiàn)實(shí)中可以結(jié)合很多產(chǎn)品進(jìn)行印證。

圖2所示為自調(diào)式裝配工裝系統(tǒng)，借助三個(gè)維度的裝配支架能夠完成產(chǎn)品的運(yùn)送、在線裝配、下線等流程工藝的操作。

②根據(jù)精度、精度壽命、可靠性、性能穩(wěn)定性和其它質(zhì)量特性的分類(lèi)，初步確定了托架轉(zhuǎn)動(dòng)元?jiǎng)幼鲉卧南鄬?duì)關(guān)鍵的質(zhì)量特性指標(biāo)。

③以企業(yè)為搜集源點(diǎn)，分析故障數(shù)據(jù)中存在的質(zhì)量流動(dòng)特性。以質(zhì)量約束的RPN值進(jìn)行參考，在元?jiǎng)幼鲉卧诵馁|(zhì)量特性中，將故障修正系數(shù)和用戶的實(shí)際需求的比例設(shè)定為10：1（k=0，p=10），然后就可以將元?jiǎng)幼鲉卧写嬖诘墓收闲拚禂?shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算。

④以采集到的用戶實(shí)際需求為基礎(chǔ)構(gòu)建質(zhì)量分析表，將質(zhì)量需求轉(zhuǎn)化為零件元?jiǎng)幼鲉卧|(zhì)量特性的權(quán)重，然后集成兩個(gè)存在對(duì)應(yīng)關(guān)系的故障修正系數(shù)、元?jiǎng)幼鲉卧|(zhì)量特性，進(jìn)一步的修正質(zhì)量特性權(quán)重。

⑤分析修訂、改正之后的質(zhì)量特性權(quán)重所產(chǎn)生的結(jié)果，從中找到元?jiǎng)幼鲉卧诵牡馁|(zhì)量特性，為深入分析與管控零件動(dòng)單元打下基礎(chǔ)。在整個(gè)的針對(duì)核心質(zhì)量特性進(jìn)行提取的過(guò)程中得知，在元?jiǎng)幼鲉卧捌錂C(jī)電產(chǎn)品中核心的質(zhì)量特性有四種：精度、壽命、性能穩(wěn)定性和可靠性。

前文闡述了評(píng)估質(zhì)量的綜合特性及其元?jiǎng)幼鲉卧獌煞矫娴膬?nèi)容，以此為基礎(chǔ)使用故障診斷及其狀態(tài)監(jiān)測(cè)兩種方法，然后將新興技術(shù)（數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)等）融合其中，以元?jiǎng)幼鲉卧獮榛A(chǔ)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)用于分析、診斷機(jī)電產(chǎn)品存在故障的一個(gè)系統(tǒng)，它可以針對(duì)機(jī)電產(chǎn)品的工作過(guò)程進(jìn)行持續(xù)性的檢測(cè)、分析與記錄，然后評(píng)估元?jiǎng)幼鲉卧嬖诘馁|(zhì)量特性在每個(gè)時(shí)間段的狀態(tài)，最終降低故障發(fā)生的概率，提升機(jī)電產(chǎn)品的質(zhì)量。圖3為系統(tǒng)運(yùn)行的原理圖。

5 ?總結(jié)

本篇論文深入的探究了機(jī)電產(chǎn)品元?jiǎng)幼鲉卧秃诵馁|(zhì)量特征的形成機(jī)制，分析了在具體的設(shè)計(jì)與制造流程中，以下四種特性：性能的穩(wěn)定程度、精度壽命、可靠性、精度，是怎樣形成并且傳遞的，之后就可以很順利的針對(duì)元?jiǎng)幼鲉卧M(jìn)行建模、分析與管控。

以分析與管控元?jiǎng)幼鲉卧鶕碛械暮诵馁|(zhì)量特性為根本，然后以元?jiǎng)幼鲉卧写嬖诘馁|(zhì)量特性為基礎(chǔ)組建的耦合約束模型進(jìn)行探究，將同代與異代的存在的匹配關(guān)系進(jìn)行分析，參考各類(lèi)的耦合關(guān)系來(lái)核算耦合的強(qiáng)度，在解耦規(guī)劃上采用了MDO的方法：FMA的分解樹(shù)可以在“分解-綜合”的思想中映射為關(guān)聯(lián)的關(guān)系樹(shù)，并以此為基礎(chǔ)構(gòu)建評(píng)估模型，從而對(duì)機(jī)電產(chǎn)品整機(jī)關(guān)鍵質(zhì)量特性進(jìn)行預(yù)測(cè)和控制，同時(shí)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)出基于元?jiǎng)幼鲉卧臋C(jī)電產(chǎn)品故障分析診斷系統(tǒng)，最終保證機(jī)電產(chǎn)品關(guān)鍵質(zhì)量特性符合預(yù)期要求。

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