小型农业作业机可重构模块化分析范文

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1总体规划步骤

产品可重构模块化的主要目的之一就是以最少种类和数量的可重构模块组成最多种类、规格的产品,即以最小的成本满足市场的各种不同需求。因此,在进行产品的可重构模块化设计之前,必须在市场调研的基础上进行充分的准备和周密的规划,合理确定产品系列型谱和产品的主要参数,以便达到预期的效果,能够对市场作出快速响应,同时也避免可重构模块化设计的重复和功能的冗余[2]。图1给出了设计规划的大致流程,在市场调研、功能分析的基础上进行产品系列定义并依据其结构规划划分基本模块、通用模块和专用模块;再通过可重构模块综合即对组合进行分析和评估,将各种具有不同功能的模块组合成具有特定功能及某些特殊功能或特性的系统或产品,最大限度地满足市场需要,从而完成整个产品库的设计。

2市场调查和功能分析

市场调研和用户需求分析是产品设计与生产的基本依据和导向。设计产品的范围必须依据市场的需求来确定,然后根据功能和参数需要,确定合适的产品系列参数和功能范围,拟定产品系列型谱,从而确定各种产品系列的设计规格。

2.1市场调研和用户需求分析

根据调研结果发现,客户群主要集中在高效设施农业、林业、牧业、传统农业及园艺绿化等领域。

2.2功能分析

首先要确定系统的总功能,通过功能分析,将总功能分解成一个个独立的子功能,最后将各个子功能结合起来,得到功能结构。就产品设计而言,可以通过产品结构分解,从己知解得功能结构,使各功能模块组合成作业机时功能既不欠缺,也不冗余。可重构模块化设计是一种旨在提高产品经济效益的设计方法。它是将一个产品的同一功能部件(单元)设计成具有不同用途、性能的模块,使之互换或组合形成多种技术功能的不同产品,从而大大提高产品的品种适应性和设计制造速度。其关键就是要设计一系列可重构模块,即一组具有同一功能和结合要素(指联接部位的形状、尺寸和有关联接件之间的配合,啮合参数等)而有不同用途(或性能)和不同结构且能互换的各个单元(部件、机构或系统)或是能增加产品功能的单元。对小型农业作业机,可重构模块化设计的关键应是各机构的可重构模块功能设置和可重构模块结构的设计[4]。

3可重构模块的划分与设计

进行可重构模块化设计时,必须首先把产品划分为若干可重构模块,然后以可重构模块为基本单位进行设计。因此可重构模块划分的合理性对可重构模块化产品的性能、外观以及可重构模块的通用化程度和成本都有很大的影响。从功能、生产或运输等不同角度,可重构模块可以有不同的分类或层次,这里主要从功能角度进行分析,讨论可重构模块的划分问题。就本质来讲,可以把产品从任意层次上进行划分,形成该级别的可重构模块。可重构模块的层次和级别愈低,可重构模块愈简单,通用化程度愈容易提高,但产品制造、装配的管理也愈复杂[5]。因此,目前多以部件或分部件为可重构模块。对于系列化程度较高的产品,应以分部件为可重构模块,以扩大可重构模块的通用范围;对于非系列化或系列化程度较低的产品,则应该以部件作为可重构模块,或者采用混合方式,即部分采用部件为可重构模块,部分采用分部件为可重构模块。通常按功能分析方法,把产品分为若干单元,把这些单元称为功能模块,由功能模块系统实现产品的总功能。

4模块综合与评价

通过选择具有不同分功能的可重构模块,评价它们组合的可能性和合理性,进而组合成具有特定的总功能及某些特殊功能或特性的系统或产品的方法称为可重构模块的综合。组合的目的是为了产生新方案设计。依据构件间的“与”和“或”关系、构件的标准化接口、构件的相容性等,制定构件组合的准则,通过数学方法或计算机编程来进行组合。组合方案的优劣必须通过评价才能得到评判。在信息比较缺乏的情况下,基于决策需要,建立数学模型,设计开发了以下优化模型[6]。

4.1层次分析模型

该模型用于确定同一系列可重构模块的优先级,假设有n个对象S1,S2,…,Sn,要获得每个对象的权重,则分别对n个对象进行两两比较,评比的值用bij表示。

4.2综合评分

要得到最后的综合评分,还需对指标进行量化,即通过相邻构件间的结合后的总体性能进行评分,在不同可重构模块系列、不同标准接口,同一系列的不同可重构模块以及同一功能作业机的不同部件的条件下对指标进行量化。最后对各因素指标值加权求和,得出综合评分。再应用动态寻优模型对其进行组合优化,最后使用遗传算法再进一步优化,直至得到较满意的解,则可全面、系统地反映各方面的影响,排除人为因素的干扰,使设计方案编排更规范、更科学[9,10]。

5结束语

本文对可重构作业机的模块化设计方案进行了初步研究。针对作业机的特点,以可重构模块形式实现功能模块集合中相似模块间的进一步集成;通过核心零件使平均不可互换零件或零件毛坯的种类减少;基于功能冗余与批量生产成本平衡原则进行变换效益评价;应用层次分析法获得专家对产品的量化信息,并用动态规划方法进行组合优化,从而最终获得最优方案设计。这对降低制造风险和提高制造的成功率是十分有利的。