基于形体特征层次分析的概念设计原型评价与演化方法

为对概念设计原型进行定量评价,实现具有形位公差需求的机械零件成形时间与制造质量之间的均衡,提出一种基于形体特征层次分析(Shape Feature Hierarchical Analysis,SFHA)的概念设计原型评价与演化方法。针对概念设计形体的孔和轴的形态特性,采用最大内切圆柱和最小外接圆柱构建特征模型,计算由分层策略所导致偏移的实际轴线位置,推算圆柱度误差大小。进行基于形位公差的自适应分层,在保证圆柱度等公差满足设计需求的情况下尽可能减少所需层数。通过改进粒子群算法进行非凸优化求解,遴选出最优的分层序列。计算特征层次化模型向正平面V(XOZ)和侧平面W(YOZ)的平行正投影面积及绝对梯度变化,实现基于SFHA的概念设计原型特征定量化描述与动态演化。以典型支座零件为例进行验证,采用熔融沉积成形设备进行物理试验,基于高精度结构光三维扫描仪获取原型零件的圆柱度误差,相较于均匀分层方法,所提出的SFHA方法制造时间可减少26.97%。

某型飞行器机翼安装互换的低成本制造技术

针对某型批产飞行器机翼与机身连接销安装困难、销孔共铰后孔距超差、机翼损坏后无法安装互换等问题进行分析。运用飞行器制造中经常采用的工装设计和容差分配技术,设计了两套铰孔与检验一体工装,具备单独铰孔功能。设计了机身与机翼插接检验检具和孔距检验的功能,避免了共铰带来的孔距超差问题。通过规划铰孔操作流程,设计专用刀具,改进了以往需要多套工装检具保证孔距协调的思路。实现了某型飞行器机翼的安装互换,经过批量试生产验证,这种设计方法有效地解决了某型飞行器机翼与机身安装互换的问题,提高了生产效率,降低了生产成本。同时,也为其他类似结构的生产方式提供了参考。

Robust Optimum Design of Thrust Hydrodynamic Bearings for Hard Disk Drives

This paper describes the robust optimum design which combines the geometrical optimization method proposed by Hashimoto and statistical method. Recently, 2.5″ hard disk drives (HDDs) are widely used for mobile devices such as laptops, video cameras and car navigation systems. In mobile applications, high durability towards external vibrations and shocks are essentials to the bearings of HDD spindle motor. In addition, the bearing characteristics are influenced by manufacturing error because of small size of the bearings of HDD. In this paper, the geometrical optimization is carried out to maximize the bearing stiffness using sequential quadratic programming to improve vibration characteristics. Additionally, the bearing stiffness is analyzed considering dimensional tolerance of the bearing using statistical method. The dimensional tolerance is assumed to distribute according to the Gaussian distribution, and then the bearing stiffness is estimated by combining the expectation and standard deviation. As a result, in the robust optimum design, new groove geometry of bearing can be obtained in which the bearing stiffness is four times higher than the stiffness of conventional spiral groove bearing. Moreover, the bearing has lower variability compared with the result of optimum design neglecting dimensional tolerance.

适用于高效过滤器容尘性能试验的一种分离器的优化设计

为了使旋风分离器分离出来的颗粒大小适用于高效过滤器容尘性能试验,采用试验设计(Design of Experiment,DOE)法,并借助计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)软件优化旋风分离器的结构尺寸,显著提升了分离性能,使切割粒径从微米级减小至亚微米级。同时,分析了各结构尺寸对分离效率的显著影响及交互作用。

批量生产部件轴向间隙调整垫片的设计方法研究

为保证批量生产部件轴向装配间隙达到技术要求,同时提高装配效率、缩短生产周期、降低生产成本,以某减速器轴向间隙要求为具体研究对象,应用装配尺寸链理论和概率理论对其误差分布范围及分布规律进行分析和计算,在此基础上按三种不同设计思路对轴向间隙调整垫片进行了全面、系统的设计,并详细分析和比较了三种设计方法各自的应用特点。研究表明:在优先关注“不需装垫片概率”的基础上,根据能否将调整垫片的设计纳入关联零件的设计过程,来选择设计方法,同时通过概率分析科学合理地确定不同厚度调整垫片的储备量,可实现装配质量和效益双丰收。

柴油机机体铸造毛坯位置度检测装置设计

针对机体铸造毛坯位置度[1]检测工序中出现的生产效率低、成本高和劳动强度大等问题,以轻便和准确为理念,设计了一套机体铸造毛坯位置度检测装置,并在装置设计和使用方面进行了详细论述。该装置一人就能手动装卸,操作方便,并在车间现场就能准确检测;而且降低了生产成本,提高了生产效率。

含间隙飞行器折叠舵面的尺寸链分析

间隙在飞行器折叠舵面中普遍存在,会显著影响结构系统的动态行为,给折叠舵面的动力学建模与特性预示带来巨大挑战。针对含间隙飞行器折叠舵面的结构设计问题,从控制间隙特征、改善工作性能的角度出发,以间隙为目标尺寸,综合考虑间隙的产生机理,提出基于矢量环法的折叠舵面尺寸链分析方法,来获取间隙对相关尺寸的敏感度以及相关尺寸对间隙的贡献度指标。以典型含间隙折叠舵面为例,结合其实际工作原理构建尺寸链,分别采用所提出的矢量环法和计算机辅助的统计分析法进行尺寸链分析,两者所得的各相关尺寸的敏感度和贡献度指标相互吻合,验证了基于矢量环法进行折叠舵面尺寸链分析的可行性,可为折叠舵面的间隙特征设计优化提供技术支撑。

基于变动几何约束网络的公差设计研究

在阐述和完善变动几何约束的定义和分类,变动几何约束网络的生成及其运动学模型的基础上,研究了计算机辅助公差类型的生成规则、方法,公差网络的表示方法,以及公差大小的最优分配方法。给出了基于三维CAD系统的计算机辅助尺寸公差和形位公差综合设计的总体框架和原型系统。实例分析验证了此系统的有效性。

基于多色集合理论的几何公差信息推理及其规范性验证

针对基准体系、公差类型、附加符号等几何公差信息设计不规范的问题,提出基于多色集合理论的几何公差信息推理及其规范性验证方法。首先根据构建的几何公差本体模型,提出几何公差信息推理层次结构,并建立了该推理层次结构的多色集合模型。然后根据新一代产品几何规范,提炼了推理层次结构中不同层次信息之间的映射关系,形成了几何公差信息推理围道矩阵。在此基础上,通过分析基准约束的自由度方向,判断是否存在基准冗余和基准顺序不一致等问题,验证了基准体系的规范性;基于围道矩阵以及推导的几何公差信息推理算法,经过两步推理得到了适用的公差类型、附加符号,验证了几何公差设计结果的规范性。基于上述模型和算法开发了几何公差信息规范性验证软件模块,通过实例分析,证明了所提方法的可行性与有效性。

基于伪谱法的翼伞系统归航轨迹容错设计

针对翼伞系统在归航过程中,控制电机工作异常致使控制性能发生变化,无法按原有规划轨迹到达目标点的问题,提出一种基于Gauss伪谱法的归航轨迹容错设计方法.首先根据翼伞系统控制特性的不同,分别建立了正常和单电机异常工作状态下的质点模型,并根据伞形参数确定了两种工作状态下的约束条件和目标函数;其次,利用Gauss伪谱法分别对两种工作状态下轨迹规划的最优控制问题求解,获得翼伞系统不同状态下的最优飞行轨迹.仿真结果表明,在约束情况下,翼伞系统无论在正常和单电机异常工作时都可以顺利到达目标点,获得高精度的飞行轨迹.

生长型设计中公差进化设计方法研究

为实现生长型设计中尺寸链及形位公差项目的自动生成,在产品结构设计自动化技术基础上,研究生长型设计中公差进化设计的策略与原则。指出生长型设计中紧随结构的自顶向下、不断进化,公差进化设计模型也呈现为一种层次式结构;同时由于功能表面及其名义特征所具有的承载功能及几何信息的特点,可作为公差进化演绎的单元载体;在此基础上建立公差进化设计的基本过程模型。提出产品结构进化设计中,构建基于功能表面的装配网络以及基于名义特征的约束网络的双层装配约束网络的基本方法,给出辅助公差进化设计的公差断言;在此基础上,给出基于双层装配约束网络及公差断言的尺寸链及形位公差进化设计的基本过程。以活塞精镗销孔夹具的公差设计为例,说明所提出的公差进化设计方法在生长型设计中的成功应用。

基于合作博弈的公差稳健设计方法

结合合作博弈理论和装配产品公差稳健设计建模,提出一种基于Nash仲裁均衡的公差稳健设计方法.首先将考虑稳健设计要求的装配产品质量与成本视为多目标优化对象,通过建立博弈决策方、效用函数,对各博弈方策略进行归属分类,将装配质量和成本多目标优化问题转化为多目标博弈决策问题,并建立相应的博弈模型及效用矩阵,最后采用合作博弈中的Nash仲裁法进行优化求解.该方法应用于车身前端装配总成的公差设计案例,通过与单目标优化方法比较,说明了其工程应用的有效性.

稳健优化设计进程策略的研究及实践

分析了田口方法和容差模型法的各自特点 ,提出了一种综合运用两种方法使其互补的稳健优化设计进程策略。在一个机械锁紧装置的稳健优化设计实践中运用这一进程策略 。

多公差耦合装配结合面误差建模与公差优化设计

以装配结合平面为研究对象,分析多种公差耦合情况下零件间装配结合面误差建模和公差优化设计问题。采用小位移旋量(Small displacement torsor,SDT)描述公差,针对不同类型公差建立零件平面误差模型,通过蒙特卡洛模拟法获得装配平面误差变动分量的实际变动区间带宽,通过响应面法建立误差变动分量实际变动区间带宽与公差间的显式函数关系;建立包含零件加工误差与装配过程误差的装配结合面综合误差模型。将该方法扩展应用于复杂装配体的装配误差建模中,实现了在设计阶段对装配精度的预测。以加工成本为目标,装配精度可靠度为约束,进行零件公差的优化设计。以一典型产品精度设计为例,验证了用该方法预测装配精度和优化零件公差设计的可行性与实用性。

支持并行工程的公差设计与评价研究

基于ISO/TC213的几何产品规范标准中的特征定义,提出了变动几何约束网络概念,并给出了它的运动学模型。阐述了基于该网络的完全约束评价和可装配性评价;引入并行工程的设计理念,将公差评价方法融入公差优化设计过程;研究了面向三维CAD系统的公差设计方法和原型系统。

公差多目标优化求解方法

为了提高产品质量、降低加工成本,采用协调曲线法进行公差优化设计.在建立以加工成本和产品质量稳健性损失成本为目标的公差多目标优化设计数学模型的基础上,提出用协调曲线法求解公差多目标优化设计模型的方法,详细分析加工成本与稳健性损失成本协调曲线的确定方法及优化设计最佳可行解的确定方法.结合齿轮泵的具体实例,分析公差多目标优化数学模型的建立方法,用遗传算法实现了齿轮泵径向尺寸公差的优化分配,通过对协调曲线变化规律的分析,可以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优,实现产品质量和加工成本的最佳协调.

航空发动机涡轮叶尖间隙损失的统计设计

应用数值计算方法对发动机涡轮叶尖间隙引起的涡轮效率损失进行了分析,结合计算机辅助公差设计,提出了基于涡轮叶尖间隙损失的间隙尺寸和公差优化设计方法。以制造成本和涡轮效率损失最小为优化目标函数,采用Monte Carlo随机模拟法和基因遗传算法,分析计算了涡轮间隙尺寸公差和装配组成环的尺寸公差分配。

基于宽容分层序列法的飞机装配公差稳健设计技术

飞机制造中由于工序能力指数和公差等设计变量存在变差,可能导致无法满足飞机装配质量要求以及制造成本波动较大的问题。运用稳健设计方法建立了飞机装配公差的可行稳健性和敏感稳健性两类设计模型。可行稳健设计考虑了公差等设计变量对装配可行性的影响,使其变差不影响装配功能的实现;敏感稳健性设计则考虑了公差等设计变量对制造成本和装配质量的影响,在目标成本较小的前提下使得目标成本和装配质量受设计变量变差的影响最小。提出了针对飞机装配公差可行敏感稳健设计的多目标优化问题的宽容分层序列求解算法。将公差设计中制造成本、装配质量波动、制造成本波动多个设计目标按照重要性依次排序。首先求解成本最小情况下的公差一般优化解,然后在成本最小值的宽容约束下,求得具有装配质量波动最小值的公差,最后在上述两个优化目标的宽容约束下,求得成本波动最小的最优公差。应用实例和分析结果表明了方法的有效性。

基于置信水平和熵权法的参数和容差经济性设计

为降低生产运作成本并提高产品稳健性,需要对产品系统进行参数和容差的经济性设计.本文考虑模型参数不确定性和质量损失函数系数对优化结果的影响,从质量损失成本和容差成本的角度,提出了基于置信水平和熵权法的参数和容差经济性设计方法.该方法分为两个阶段:在参数设计阶段,根据因子响应试验数据构建质量特性的响应曲面模型,进而得到质量特性规格限为约束区间的置信水平计算公式,再通过最大化置信水平得到最优设计变量;在容差设计阶段,构建质量特性的均值方差关于设计变量和容差的模型,同时根据容差成本试验数据构建容差成本模型,再采用熵权法计算质量损失函数系数进而构建总成本函数,最终通过最小化总成本计算最优容差值.本文以树脂生产过程的胺添加试验为案例,系统地研究了温度、搅拌速度和添加速度这三个设计变量对树脂粘度的影响.结果表明,与已有方法相比,通过本文方法所确定的最优设计变量及其容差值,减少了模型参数不确定性对优化结果影响,同时降低了质量损失和容差成本.

Box-Behnken设计-响应面法优化番石榴叶总黄酮提取工艺及总黄酮对糖尿病小鼠糖耐量的影响研究

目的:优化番石榴叶总黄酮提取工艺,考察番石榴叶总黄酮对糖尿病模型小鼠糖耐量的影响。方法:在单因素试验的基础上,以提取时间、料液比、乙醇用量为自变量,金丝桃苷、槲皮素-3-O-β-D-吡喃阿拉伯糖苷、槲皮素-3-O-α-L-呋喃阿拉伯糖苷和浸出物得率的综合评分为因变量,采用Box-Behnken设计-响应面法优化番石榴叶总黄酮回流提取工艺并进行验证试验。取60只小鼠随机分为空白组、模型组、二甲双胍组(170 mg/kg)和番石榴叶总黄酮低、中、高剂量组(23.41、46.81、93.62 mg/kg,以总黄酮含量计),每组10只。除空白组小鼠外,其余各组小鼠复制糖尿病模型,成模后灌胃给药,每天1次,连续21 d,末次给药6 h后,灌胃葡萄糖2.0 g/kg,于给予葡萄糖后0、0.5、1.0、2.0 h测定血糖值,计算血糖变化曲线下面积(AUC)。结果:番石榴叶总黄酮最优工艺为提取2次,每次1.0 h,料液比1∶17,乙醇体积分数56%,验证试验中金丝桃苷、槲皮素-3-O-β-D-吡喃阿拉伯糖苷、槲皮素-3-O-α-L-呋喃阿拉伯糖苷含量分别为2.57、3.38、2.26 mg/g(RSD<2%,n=3),浸膏得率为25.71%(RSD<1.19%,n=3),综合评分平均值为96.41(RSD=1.34%,n=3),与预测值99.98的相对误差为3.57%。与空白组比较,各组小鼠AUC显著升高;与模型组比较,二甲双胍组和番石榴叶总黄酮中、高剂量组AUC显著降低,差异均有统计学意义(P<0.05或P<0.01)。结论:优化的提取工艺稳定可行、质量可控;番石榴叶总黄酮可促进糖尿病小鼠血糖恢复正常。