面向再制造的产品设计体系研究_姚巨坤
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科技经济与管理科学科技经济导刊 2016.30期浅析用户需求对于产品设计的推动力姚敬旭(山东艺术学院 山东 济南 250001)工业革命以后,由于设计和生产的分离,设计开始登上历史舞台。
在批量化大生产的现代化工业生产中,设计一直扮演者“策划”产品并吸引更多客户和创造更大利润的角色。
本文从18世纪工业革命发生到20世纪进入现代化工业生产的历史进程中,分析用户需求对产品设计的影响。
1 18世纪混乱的需求18世纪英国发生第一次工业革命,新的资产阶级开始登上历史舞台,但同时封建阶级仍在各个领域影响着人们的生活。
随着机械化生产的扩展,手工行会慢慢消亡,工业化产品开始在市场崭露头角。
随着大量工厂的建立,工人阶级出现,并逐渐形成规模化——离开了自给自足的农村生活,他(她)们需要大量的生活日用品,而传统的手工艺产品远远满足不了这种需求,这反过来进一步推动产品的批量化和工业化。
在相似的工业产品生产和销售过程中,商人或资本家慢慢意识到拥有“装饰”的产品是吸引消费者的“筹码”。
由于机器生产的重复性和准确性,一旦产品进入生产线,它就将依照预先制定的样式、结构、功能等进行“不可逆转”的生产,这导致提前规划整个产品生产和制造的过程被提上日程——这就是“设计”的由来。
而且商人或资本家慢慢意识到设计是产品销售的保障并针对于此加以保护。
如陶瓷行业的模具制造,布匹印刷行业中的花样的制版等,都作为企业的专利和版权受到保护。
因为这是每个企业产品基于用户需求的竞争手段,也是企业的核心利益。
在这里设计和企业的厂房、物料、商品一样升级成企业“资本”。
另一方面,作为欧洲国家的统治阶级,如法国等依然是封建贵族处于统治地位,各种宫廷风格(巴洛克,洛可可)等在人们中依然具有“举足轻重”的影响力,这对新兴的资产阶级表现的尤为明显,作为新兴的、具有较大财富的阶级,却缺乏相应的政治影响力,他们只能通过“附庸风雅”的向封建贵族靠拢,以凸显他们的社会地位。
这种需求影响着整个18世纪的前中期,各种繁琐复杂的产品装饰风格——巴洛克、洛可可、哥特式以及东方风格等混杂在简单“粗陋”的机械化产品中。
--●《可再制造汽车零部件旧件分类分级标准》课题研究启动会召开2015年12月8日,由中国物资再生协会、中国物资再生协会再制造分会和张家港清研再制造产业研究院共同组织的《可再制造汽车零部件旧件分类分级标准》课题研究启动会在江苏省张家港国家再制造产业示范基地顺利召开。
课题启动会邀请了中国标准化研究院、中国循环经济协会、中国内燃机工业协会、武汉理工大学等单位的相关领导和专家及20多家汽车零部件回收、拆解企业、再制造企业以及汽车零部件流通企业代表参加。
会议由中国物资再生协会副会长、再制造分会会长罗健夫主持。
他介绍了协会近两年来为该标准制定所做的准备工作及课题研究的缘由和背景。
张家港经开区发展改革局张浩副局长致欢迎词,张家港清研首创再制造投资有限公司总经理郑郧介绍了张家港国家再制造产业示范基地近年来的发展与进展情况。
课题组邀请中国标准化研究院王秀滕博士介绍了新型标准体系制定政策和流程,他还对课题组制定的标准研究工作提出了意见和建议。
该项标准以张家港清研再制造产业研究院为主,联合行业典型企业共同编制。
该院执行副院长董金聪介绍了标准制定总体思路。
根据零部件的可再制造性以及旧件的质量状态,制定可再制造旧件分类、分级标准。
标准制定工作充分调研当前企业工作标准现状和需求,借鉴国外先进经验进行提炼优化,在产业链上下游建立统一的标准,提升汽车零部件再制造产品质量和服务水平,为再制造企业、汽车维修企业和终端客户提供有质量保障的配件,使整个行业价值最大化。
张家港清研再制造产业研究院专家朱泉介绍了标准研究的具体内容、组织机构、工作计划等内容。
该标准的制定具有重要意义,将为汽车拆解企业、旧件回收企业与再制造企业建立统一的标准。
与会企业代表结合自身业务情况,发表了意见和建议。
大家从目前旧件国内国外流通状况、分类分级范围和程度、拆车规范、国际国内可再制造旧件标准的衔合、政策预期方面展开了讨论。
提出困难、问题和担忧,分享了经验。
大家一致表达出对可再制造旧件分类分级标准的迫切需求。
面向众创设计的复杂定制装备设计方案融合方法冀翔; 张树有; 刘晓健【期刊名称】《《计算机集成制造系统》》【年(卷),期】2019(025)009【总页数】11页(P2344-2354)【关键词】众创设计; 复杂定制装备; 融合路径; 方案融合; 产品设计【作者】冀翔; 张树有; 刘晓健【作者单位】浙江大学流体动力及机电系统国家重点实验室浙江杭州 310027【正文语种】中文【中图分类】TP3910 引言定制装备是根据订单进行设计制造的产品。
复杂定制装备是系统结构复杂、研制生产过程不确定性高、服役工况环境多样的定制装备。
复杂定制装备往往具有需求多样、模糊动态,设计响应繁琐、设计工作量大等特点[1]。
专家预测,未来制造业一半以上的制造为个性化定制[2]。
如何满足客户个性化需求,同时实现复杂定制装备快速设计与创新,已成为衡量装备制造企业生存力和竞争力的一个重要特征,也是当前产品开发中全球竞争的制高点。
国内外专家学者对定制装备设计方法与技术进行了大量研究。
在复杂定制装备模块化设计方面[3],Fujita[4]从属性、模块和系统3个层面研究了定制装备模块化产品族设计优化问题,提出了基于多角度与分级模块划分方法的模块化设计。
文献[5]根据零件间的交互值,提出了基于层次分析法和模糊树图法的面向大规模定制产品的模块化设计方法。
文献[6]提出了定制产品的重组设计技术与方法,根据产品设计需求知识构建定制产品智能重组设计的信息建模理论模型。
在复杂定制装备协同设计方面,文献[7]围绕设计者之间的分布协同以及信息、资源共享和知识重用等问题,提出一种基于云服务的复杂产品协同设计方法。
Liu等[8]针对分布式产品开发的协同设计要求,提出了基于模块化和代理技术的协同设计机制。
文献[9-10]提出基于产品数据管理(Product Data Management, PDM)的并行设计方法,建立了并行化产品开发环境,实现了对产品数据全生命周期的有效管理。
基于QFD的机床数控化再制造升级需求预测方法研究崔培枝;姚巨坤;朱胜【摘要】再制造升级是再制造的重要模式,对于提升产品性能具有重要作用,而对再制造升级需求进行科学预测,满足市场需求,能够显著提升产品再制造实施的科学性和有效性.构建了再制造升级产品需求特性评价质量屋,参考建立了产品再制造升级性能需求特性的重要度计算及评价方法,并以老旧机床的数控化再制造升级需求评价为例,对提出的方法进行了验证,为产品的再制造升级需求评价与确定提供了参考手段.【期刊名称】《机械工程师》【年(卷),期】2017(000)007【总页数】4页(P22-24,26)【关键词】再制造升级;评价方法;机床数控化【作者】崔培枝;姚巨坤;朱胜【作者单位】装甲兵工程学院科研部,北京100072;装甲兵工程学院装备维修与再制造工程系,北京100072;装甲兵工程学院装备维修与再制造工程系,北京100072【正文语种】中文【中图分类】TH16;TH17传统的再制造方式是以恢复老旧产品性能作为目标,其有着严格的生产工艺流程和质量评价标准,已经在我国汽车等领域得到了政府推进与企业应用[1-3]。
但随着工业技术的飞速发展,产品因性能或功能落后导致退役的情况越来越多,这种以性能恢复为模式的再制造生产,一定程度上已经无法满足市场对产品性能快速发展的需求。
在此背景下,以提升产品性能为主的再制造升级方式作为再制造的重要组成部分,被我国再制造的倡导者徐滨士院士提出,并得到了广泛的关注和研究,已经在工程实践中得到了一定的应用[4-7]。
实现废旧产品的再制造升级需求预测,是进行再制造升级方案制定的前提,也是进行老旧产品毛坯再制造升级工艺设计的基础。
质量功能展开法(Quality Function Deployment,QFD)是一种用来将用户需求转化为设计需求的信息模型,是一种进行产品需求确定的有效方法,已经成为一种定量地实现顾客满意、取得竞争优势的强有力工具,当前在多项产品设计领域得到了应用[8-12]。
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面向再制造的闭环供应链云制造服务平台设计唐燕;李健;张吉辉【摘要】为提高再生资源综合利用效率、满足闭环供应链上不同主体对再制造的个性化服务需求,在分析闭环供应链上信息流程的基础上,结合其面临的问题阐述了云制造应用的重要意义,将云存储、云计算、云安全和物联网等支撑技术与再制造服务的信息收集、分析、集成、推送和优化等技术体系相结合,通过资源整合、需求对接和服务集成方式推进全生命周期制造和管理服务化,构建了面向再制造的闭环供应链云制造服务平台。
通过对该平台进行实例设计和研究,验证了该平台的可行性和可推广性。
%To enhance the utilization efficiency of renewable resources and to meet various services demand for remanufacturing of different subjects on closed-loop supply chain, the significance of cloud manufacturing application was illustrated based on analyzing the information flow of close&loop supply chain. Through the combination of support technology such as cloud storage, cloud computing, cloud security and internet of things with remanufaeturing technology system such as information collection, analysis, integration, push and optimization, service-oriented manu- facturing and management of full life cycle were implemented according to integration of resources, demand and service. The cloud service platform for closed-loop supply chain oriented to remanufacturing was constructed. Finally example was designed and researched to verify the feasibility and generalizability of the constructed platform .【期刊名称】《计算机集成制造系统》【年(卷),期】2012(018)007【总页数】9页(P1554-1562)【关键词】再制造;云制造;闭环供应链;服务平台;再生资源【作者】唐燕;李健;张吉辉【作者单位】天津理工大学管理学院,天津300384/天津大学管理与经济学部,天津300072;天津理工大学管理学院,天津300384/天津大学管理与经济学部,天津300072;天津大学管理与经济学部,天津300072【正文语种】中文【中图分类】TH166;TP3910 引言随着公众环保意识的增强和政府环保机制的日益完善,以可持续发展为目的的闭环供应链逐步受到国内外政府、企业和学者的强烈关注,它可有效处理生产过程中产生的金属废料和终端产品消费后产生的废弃物,避免能源和资源的极大浪费。
第24卷第4期中 国 表 面 工 程Vo l.24N o.42011年8月CHI NA SU RF A CE EN GIN EERIN G A ugust 2011doi:10.3969/j.issn.1007-9289.2011.04.001装备再制造设计及其内容体系*朱 胜,姚巨坤(装甲兵工程学院再制造技术重点实验室,北京100072)摘 要:装备再制造工程是实现装备资源节约与环境保护的重要手段,科学的装备再制造设计是提高装备再制造效益及提高装备再制造性的关键方法,也是再制造工程的重要研究领域。
文中指出装备再制造设计面向装备再制造的全过程,包括面向生产的设计、面向回收物流的设计和面向装备服役的设计3部分内容,提出了再制造设计研究的范围、对象、目的、手段及时域,明确了其任务和目标,构建了包含再制造设计基础、再制造技术与工艺设计、再制造管理设计的装备再制造设计理论与技术体系,并确立了装备再制造设计要采取全系统、全寿命、全费用和绿色化的基本观点,给出了今后发展的装备再制造性设计与评价、再制造生产系统规划设计、再制造逆向物流优化设计、再制造信息管理与应用设计等4个关键领域的研究目标和内容。
关键词:再制造设计;技术体系;绿色化;装备设计中图分类号:T H 16;T H 17 文献标识码:A 文章编号:1007-9289(2011)04-0001-06Equipment Remanufacturing Design and Its Content SystemZH U Sheng ,Y A O Ju -kun(Science and T echno lo gy on Remanufacturing Labor ator y,Academy of Ar mor ed F orce Engineering ,Beijing 100072)Abstract:Equipment r emanufactur ing is an import ant appr oach to r ealize the equipment resource sav ing and environmentpr otectio n,and develo ping the scientific r emanufacturing design is the key method to enhance the r emanufacturing benefit and increase the r emanufacturability,so it has beco me the impo rtant r esear ch field fo r r emanufact ur ing engineer ing.I t is intro duced in this paper that the equipment r emanufact ur ing desig n faces the who le pro cess o f r emanufacturing,and in -cludes thr ee par ts of design facing pro duction:desig n facing r everse log istics and desig n facing equipment serv ice.So me questions,such as the scopes,object,tar get,measure,t ime f ield,task and g oal abo ut remanufacturing desig n,hav e been studied and defined in this paper,also constr uct the r emanufactur ing desig n system which consists o f the remanufacturing de -sig n,remanufacturing technology and pr ocess design,remanufacturing manag ement design,and br ing s fo rwar d that should adopt total system,total life,total cost and gr een po int in remanufactur ing design.F inally four key dev elopment fields that co mpr ise of the remanufacturability desig n and assessment,plan and desing of remanufacturing production system and re -manufactur ing info rmation management and applicatio n desig nw ere w er e descr ibed.Key words:r emanufact ur ing design;technolog y system;g r een;equipment desig n收稿日期:2011-07-14;修回日期:2011-07-20基金项目:*国家自然科学基金(50975286);装备维修预研基金(代号略)作者简介:朱胜(1964 ),男(汉),江苏丹阳人,教授,博士。
大气细粒子液化采样技术(PILS)是一种全新概念的细粒子采样方法,将该采样技术与具有快速分析能力的仪器相连接即可形成大气细粒子在线分析技术系统[1],采用水蒸气遇冷表面后快速冷凝的原理。
如果PILS采样可有效地用于有机组分的分析研究,将会使该采样技术的应用范围更加广阔,但目前尚未见到关于PILS样品用于有机组分的研究报道。
1 样品分析P I L S样品处理方法:收集的液态样品倒入1000mLTeflon分液漏斗中,加入二氯甲烷50mL,萃取分离获取二氯甲烷溶液,同样步骤重复3次,将滤液合并后旋转蒸发至1mL左右,转移至4mL样品瓶中。
滤膜前处理方法:采样前将玻璃纤维滤膜置于马弗炉中450℃焙烧4.5h。
样品处理方法:采集样品的滤膜放入干燥器内24h后称量,确定样品质量。
将滤膜样品剪成条状,加入二氯甲烷超声萃取,滤液合并旋转蒸发至1mL左右,转移至4mL样品瓶中。
将处理完的PILS与滤膜样品柱色谱分离分别得到正构烷烃。
正构烷烃定性与定量分析用GC完成。
2 结果与讨论PILS与滤膜样品中正构烷烃色谱对照显示PILS与滤膜样品中正构烷烃的组成和分布整体上非常相似:正构烷烃碳数分布范围均为C14~C33,均呈双峰群分布模式,前峰群主峰碳均为C16,后峰群中主峰碳均为C25。
C19以下低碳数的正构烷烃,PILS样品中正构烷烃丰度组成明显高于滤膜法采样,这说明PILS样品对于碳原子数小于19的正构烷烃的收集效率要高于滤膜样品,滤膜样品中碳原子数小于19正构烷烃的损失几乎达到50%。
一些研究认为,细颗粒物中有机组分约有一半是半挥发性有机物,其中60%~90%在采样过程中从滤膜上挥发而导致负偏差 。
William K. Modey也认为由于有机物的损失滤膜法无法准确的测定PM2.5浓度,导致了对大气污染程度无法正确的评价。
显然,滤膜样品损失与低碳数烷烃化合物的损失有关。
因此,PILS法可以弥补滤膜法在低碳数正构烷烃采样中的损失。
第31卷第5期中国机械工程V o l .31㊀N o .52020年3月C H I N A M E C HA N I C A LE N G I N E E R I N Gp p.567G575基于监测诊断的在役机床个性化再设计技术体系杜彦斌1㊀曹华军21.重庆工商大学制造装备机构设计与控制重庆市重点实验室,重庆,4000672.重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆,400030摘要:在役机床再制造具有典型的个性化特征.在分析在役机床再制造个性化需求的基础上,提出了在役机床个性化再设计的概念,并分析了多重个性化内涵;从机床产品生命周期㊁机床整机及零部件性能演化与损伤等理论基础,运行状态数据采集与监测㊁数据存储与处理㊁状态诊断与决策分析㊁个性化再设计支持工具等支撑技术以及个性化匹配㊁可再制造性评价㊁质量提升再设计㊁智能化提升再设计㊁绿色化提升再设计等关键技术三个方面构建了基于监测诊断的在役机床个性化再设计技术体系;最后,结合某在役重型卧式车床再设计过程进行了案例分析.关键词:机床;在役再制造;个性化再设计;技术体系;监测诊断中图分类号:T H 17D O I :10.3969/j .i s s n .1004 132X.2020.05.009开放科学(资源服务)标识码(O S I D ):T e c h n o l o g y S y s t e mo f I n d i v i d u a l i z e dR e d e s i g n f o r I n Gs e r v i c eM a c h i n e T o o l sB a s e do n M o n i t o r i n g a n dD i a gn o s i s D U Y a n b i n 1㊀C A O H u a ju n 21.C h o n g q i n g K e y L a b o r a t o r y o fD e s i g na n dC o n t r o l o fM a n u f a c t u r i n g E q u i pm e n tM e c h a n i s m ,C h o n g q i n g T e c h n o l o g y a n dB u s i n e s sU n i v e r s i t y ,C h o n g q i n g,4000672.S t a t eK e y L a b o r a t o r y o fM e c h a n i c a lT r a n s m i s s i o n ,C h o n g q i n g U n i v e r s i t y ,C h o n g q i n g ,400030A b s t r a c t :I n Gs e r v i c em a c h i n e t o o l r e m a n u f a c t u r i n g h a d t y pi c a l i n d i v i d u a l i z e d c h a r a c t e r i s t i c s .B a s e d o n t h e a n a l y s e s o f t h e i n d i v i d u a l i z e d r e q u i r e m e n t s o f i n Gs e r v i c em a c h i n e t o o l r e m a n u f a c t u r i n g,t h e c o n Gc e p t o f i n d i v i d u a l i z e d r e d e s i g n f o r i n Gs e r v i c em a c h i n e t o o l sw a s p r o p o s e d a n d t h e c o n n o t a t i o no fm u l t i Gp l e i n d i v i d u a l i z a t i o nw a s a n a l y z e d .I n a d d i t i o n ,t h e t e c h n o l o g y s y s t e mo f i n d i v i d u a l i z e d r e d e s i g n f o r i n Gs e r v i c e m a c h i n et o o l s w a se s t a b l i s h e d b a s e d o n m o n i t o r i n g a n d d i a gn o s i s .T h et h e o r e t i c a lb a s i s i n c l u d e d p r o d u c t l i f e c y c l e t h e o r y o fm a c h i n e t o o l s ,p e r f o r m a n c e e v o l u t i o na n dd a m a g e t h e o r y ofm a Gc h i n e t o o l sa n dc o m p o n e n t s .T h es u p p o r t i n g t e c h n o l o g i e s i n c l u d e dd a t aa c q u i s i t i o na n d m o n i t o r i n gd u r i n g o pe r a t i o n s ,d a t a s t o r a g e a n d p r o c e s s i n g ,o p e r a t i o n s t a t e d i a g n o s i s a n dd e c i s i o nm a k i n g a sw e l l a s s u p p o r t t o o l sf o r i n d i v i d u a l i z e d r e d e s ig n .Th e k e y t e c h n o l o gi e s i n c l u d e d i n d i v i d u a l i z a t i o nm a t c h i n g,r e m a n u f a c t u r a b i l i t y e v a l u a t i o n ,q u a l i t y i m p r o v e m e n tr e d e s i g n ,i n t e l l i g e n tu p g r a d i n g r e d e s i g n a n d g r e e ni m p r o v e m e n tr e d e s i g n .F i n a l l y ,c a s es t u d y w a sc a r r i e d o u ti nc o n j u n c t i o n w i t har e d e s i gn p r o c e s s o f a n i n Gs e r v i c eh e a v y d u t y ho r i z o n t a l l a t h e .K e y wo r d s :m a c h i n e t o o l ;i n Gs e r v i c e r e m a n u f a c t u r i n g ;i n d i v i d u a l i z e d r e d e s i g n ;t e c h n o l o g y s y s t e m ;m o n i t o r i n g a n dd i a gn o s i s 收稿日期:20190527基金项目:国家自然科学基金资助项目(51775071);重庆市技术创新与应用示范项目(c s t c 2018j s c x Gm s y b X 0334);重庆市教委科学技术研究计划青年项目(K J Q N 201800801)0㊀引言在役再制造是再制造领域研究的热点,对保障重点行业㊁重点工程的制造能力具有重要意义[1].国家工信部印发的«绿色制造工程实施指南(2016 2020年)»在 在役再制造专项 中明确提到推广 在役设备个性化再设计 等技术;«工业绿色发展规划(2016 2020年)»在 积极发展再制造 方面明确提到研发 基于监测诊断的个性化设计 等关键技术.我国在役机床保有量超过800万台,部分机床存在功能㊁性能不能满足企业当前加工要求以及未来转型升级要求的问题,尤765 Copyright©博看网 . All Rights Reserved.其是部分服役时间较长㊁加工负荷大的重型机床,迫切需要实施再制造与升级[2].在役机床再制造具有典型的个性化特征,机床用户的加工任务㊁加工要求存在差异性,因此需对机床再制造提出个性化的需求,而每台在役机床经历多年服役,其结构㊁功能及性能状态本身具有个性化,这种多重个性化及不确定性使得机床再制造设计方案具有不确定性,机床零部件及整机再制造过程采用的工艺方法㊁工艺路线㊁工艺设备具有个性化[3].在役机床再制造设计过程需要考虑对象㊁需求㊁功能㊁结构㊁方案㊁工艺等多重个性化,传统的㊁通用型的㊁主要考虑产品共性需求的设计方法已不适用,需要从个性化的角度对在役机床再制造的设计过程进行分析.设计是一个问题求解的过程,是一种从主体需求转换为客观存在的过程,是从用户需求空间到功能空间㊁再到属性空间的映射过程[4].现有设计理论主要包括T o m i y a m a等提出的一般设计理论㊁G r a b o w s k i等提出的通用设计理论,以及S u h等提出的公理化设计理论[5].基于新产品设计的相关理论与方法,国内外相关研究机构及学者对再制造设计(可简称 再设计 )展开了研究,并已应用于机床产品.文献[6]提出了主动再制造设计的概念,建立了主动再制造设计理论与设计方法框架,可划分为产品级㊁零部件级㊁结构级三个层次,并在文献[7G8]中对寿命匹配㊁结构功能梯度和冗余强度等主动再制造设计方法展开了研究.文献[9]提出了装备再制造设计研究的范围㊁对象㊁目的㊁手段及时域,构建了包含再制造设计基础㊁再制造技术与工艺设计㊁再制造管理设计的装备再制造设计理论与技术体系.文献[10]提出了面向再制造创新设计的产品梯度寿命设计理论㊁再制造设计与评价理论㊁产品再制造工程设计理论.文献[11]提出了一种基于公理化设计理论的废旧产品可重用再设计方法,可应用于废旧机床再制造设计过程.文献[12]针对机床再制造设计存在的不确定性,应用模糊非线性回归方法建立了用户需求与再设计参数的模糊关联性矩阵,并对再设计参数进行了优化分析,提高了用户满意度.文献[13]针对废旧产品在原设计时并未考虑再制造而再制造工艺必须适应废旧产品结构约束的问题,提出了一种设计阶段集成考虑再制造约束的方法,并开发了支持工具.文献[14]将再制造融入公理化设计理论的设计域,提出了一种考虑再制造的重型机床模块化划分与设计方法,可提高重型机床的可再制造性.机床设计包括需求分析㊁总体方案设计㊁详细设计㊁验证分析与评价等过程,具体包括主传动系统设计(含主轴部件)㊁进给传动系统设计㊁支承件设计㊁夹具设计㊁造型设计㊁电气与控制系统设计等内容,已逐步从传统的经验设计发展到采用定量分析与实验研究相结合㊁动态设计㊁数字化设计等设计方法与工具.由于在役机床再制造具有不确定性㊁多约束性等特征,故在零部件选型㊁方案设计与优化时并不能像新机床设计一样可以任意选择,而针对新机床产品设计的相关理论与方法并不完全适用于针对在役机床再制造的再设计过程.为此,本文分析了在役机床个性化再设计过程的特点㊁内涵,建立了在役机床个性化再设计的技术体系.1㊀在役机床个性化再设计的概念及内涵依据笔者团队所提出的在役机床再制造的概念[2],在役机床再制造基于在役机床运行状态监测诊断,通过再制造与质量㊁智能化㊁绿色化等个性化综合提升,实现了在役机床升级换代,以满足制造企业加工要求及转型升级需求,如图1所示.个性化再设计是实施在役机床再制造的核心.在役机床再制造设计的设计对象㊁用户需求具有个性化,导致再制造机床个体在功能㊁结构㊁属性等方面具有个性化.在役机床个性化再设计是以在役机床为对象,以满足用户个性化的需求为目标,对在役机床再制造开展的设计过程.该过程包括个性化需求匹配,在役机床结构㊁功能㊁性能再设计以及再制造工艺过程设计等,如图2所示.在役机床再设计具有多重个性化特征,具体体现在:①设计对象个性化.新产品设计过程具有开放性,在材料选择㊁结构设计方面具有多种解决方案,在役机床再设计针对的是经历服役期的设计对象,在役机床的服役环境㊁加工负荷㊁维护保养等各有不同,从而造成其运行状态具有个性化,导致再设计过程受到设计对象的结构㊁功能㊁性能的约束.②设计需求个性化.不同机床的加工任务㊁产品加工要求各异,制造企业在不同发展阶段产生不同的加工要求以及转型升级的需求,再设计需要满足不同制造企业㊁不同机床㊁不同加工要求情况下的各种个性化需求.③设计功能个性化.功能反映了再制造机床满足用户需求所能865中国机械工程第31卷第5期2020年3月上半月Copyright©博看网 . All Rights Reserved.图1㊀在役机床再制造过程示意图F i g .1㊀P r o c e s s d i a g r a mo f i n Gs e r v i c em a c h i n e t o o l r e m a n u f a c t u r i ng图2㊀在役机床个性化再设计的过程及内涵F i g .2㊀P r o c e s s a n d c o n n o t a t i o no f i n d i v i d u a l i z e d r e d e s i gn f o r i n Gs e r v i c em a c h i n e t o o l s完成的任务等用途及特性,个性化的需求导致再制造机床的功能要求和约束具有个性化.④设计结构个性化.在役机床个性化再设计是一个用户需求到功能需求㊁功能需求到结构特征的映射过程,用户需求㊁功能需求的个性化导致再制造机床结构存在明显个性化.⑤设计方案个性化.所形成的在役机床再制造总体设计方案㊁详细设计方案㊁再制造工艺方案体现了设计结果的个性化.⑥工艺设计个性化.在役机床性能状态㊁设计需求及设计方案的个性化,使得机床零部件及整机再制造的工艺过程具有个性化.2㊀在役机床个性化再设计的技术体系框架在役机床个性化再设计以机床产品生命周期理论㊁机床整机及零部件性能演化与损伤理论为理论基础,以在役机床运行状态数据采集与监测㊁数据存储与处理㊁状态诊断与决策分析㊁个性化再设计支持工具等为支撑技术,以个性化匹配㊁可再制造性评价㊁质量提升再设计㊁智能化提升再设计㊁绿色化提升再设计等为关键技术,形成了基于监测诊断的在役机床个性化再设计的技术体系框架,如图3所示.2.1㊀在役机床个性化再设计的理论基础2.1.1㊀机床产品生命周期理论机床产品的生命周期过程主要包括零部件的选材㊁制造㊁装配㊁使用与维护㊁报废等阶段.实施再制造,改变了机床产品原有的单一线性的生命周期过程,构建了机床产品全生命周期 原材料 制造 使用 再制造 使用 的闭环过程,可实现965 基于监测诊断的在役机床个性化再设计技术体系杜彦斌㊀曹华军Copyright©博看网 . All Rights Reserved.图3㊀在役机床个性化再设计技术体系F i g .3㊀T e c h n o l o g y s y s t e mo f i n d i v i d u a l i z e d r e d e s i gn f o r i n Gs e r v i c em a c h i n e t o o l s机床产品服役过程多生命周期循环[15].在役机床个性化再设计正是基于机床产品生命周期理论,从在役机床使用与维护阶段出发并面向多生命周期过程,探索如何实现在役机床全生命周期的拓展与延伸.2.1.2㊀机床整机及零部件性能演化与损伤理论机床零部件在运行过程中由于受热㊁受力㊁摩擦等原因,会出现磨损㊁腐蚀㊁疲劳㊁变形㊁老化等现象;机床整机结构复杂,服役过程承受复杂多变的热/力载荷作用,受到设计精度㊁制造与装配工艺以及功能部件结构等的影响,其性能会不可避免地产生退化,并随着服役时间的延长而加剧[16];再制造可在一定程度上改变机床整机及零部件的性能演化规律并提高其性能.机床整机及零部件性能演化与损伤理论是在役机床运行状态诊断分析㊁再制造时机判断㊁可再制造性评价的理论依据,为个性化再设计提供了技术可行性保障.2.2㊀在役机床个性化再设计的支撑技术在役机床个性化再设计以在役机床状态监测诊断为基础,需要一系列关键技术㊁工具㊁软件作为支撑,如图4所示.充分运用云平台㊁工业物联网㊁大数据处理㊁人工智能等技术,将在役机床服役过程的运行参数㊁状态特征等进行数据采集与监测,利用各种网络通信手段实现数据的传输,并利用实时数据库㊁云平台等实现数据的存储㊁处理等,实现机床运行状态分析㊁预警信息分析判断㊁再制造时机判断及个性化决策等功能.同时,在役机床个性化再设计过程需要用户需求与功能分析㊁整机方案与配置设计㊁机械C A D 与仿真验证的支持软件与工具.图4㊀在役机床个性化再设计支撑技术F i g .4㊀S u p p o r t i n g t e c h n o l o g i e s o f i n d i v i d u a l i z e d r e d e s i gn f o r i n Gs e r v i c em a c h i n e t o o l s075 中国机械工程第31卷第5期2020年3月上半月Copyright©博看网 . All Rights Reserved.2.2.1㊀在役机床运行状态数据采集与监测技术在役机床运行状态数据采集与监测技术涉及到机床C N C技术㊁P L C技术㊁传感器㊁通信接口㊁数据采集与处理等基础理论与技术[17].基于在役机床P L C㊁C N C㊁HM I等接口,或在机床内部安装传感器㊁数据采集器等,可以采集关键信号采集点的受力㊁受热㊁电流㊁电压㊁噪声等信号,可以提取机床操作模式㊁主轴参数(负载㊁转速㊁倍率等)㊁伺服轴参数(速度㊁功率/负载)㊁进给倍率等运行参数,还可以获取加工任务㊁加工状态㊁加工进度㊁加工质量等加工信息[18],将这些采集数据及信息存入实时数据库,用于实时监测在役机床的健康程度和运行状态[19];同时,对车间环境的噪声㊁油雾油污㊁粉尘等进行监测与分析.2.2.2㊀在役机床运行状态数据存储与处理技术在役机床运行过程中将产生大量的数据,甚至整个车间每天可以产生上千兆字节的数据,且数据具有多源异构㊁动态变化㊁多种类型并存等特点[20].为此,需要利用各种数据传输接口/协议㊁实时数据库㊁大数据㊁云平台等新技术,实现数据存储㊁数据检索㊁数据组织㊁数据交换㊁数据过滤㊁数据安全防护㊁数据转换㊁数据访问㊁数据查询以及数据处理等功能,解决大数据的高效实时存储㊁查询及处理等问题[19,21];充分利用人工神经网络㊁时间序列分析㊁小波分析㊁支持向量机㊁多元线性回归及最小二乘法等数据处理与优化方法[22],完成对数据的特征提取㊁时频域分析及处理,形成机床运行状态诊断及决策分析所需的有用信息.2.2.3㊀在役机床状态诊断与决策分析技术在役机床状态诊断与决策分析涉及机床运行状态分析㊁预警信息分析判断㊁再制造时机判断㊁个性化决策等过程及技术.①通过人工智能与深度学习等手段,根据机床各个零部件状态的特征信息,与知识库中所建立的机床整机及零部件状态资源库与样本库进行对比分析,判定在役机床的运行状态.②当发现机床运行状态出现异常时,需要基于推理及专家经验等,识别在役机床故障或性能变化的原因㊁趋势,以实现预警信息的分析与判断.③选取在役机床运行状态特征作为再制造时机判断的指标(指标的选取需要结合企业的个性化需求及实际情况,进行针对性㊁个性化的选择),并设定好阈值与权重值,作为评判在役机床是否需要实施再制造的依据.如果机床当前的运行状态㊁加工效果及性能状态的变化趋势已不能满足企业当前的加工要求或者企业未来转型升级的要求,就需要实施个性化再设计与在役再制造.④针对企业需求以及在役机床运行状态的差异化㊁个性化,需要由技术人员或利用智能决策算法,形成在役机床实施再制造的个性化决策.比如:针对机床精度退化导致零部件加工精度不能满足需求的问题,就做出实施质量提升的决策,而如果是加工效率不能满足企业需求,就需要做出提高在役机床加工效率的决策.2.2.4㊀在役机床个性化再设计支持工具在役机床再制造过程具有不可重复性.为此,个性化再设计需要采用模拟仿真的方式来综合分析㊁验证再制造机床的功能㊁结构㊁性能等是否满足设计要求.在役机床个性化再设计过程主要包括用户需求与功能分析㊁整机方案与配置设计㊁详细设计等过程,需要利用C A D系统等设计方法与手段,通过二维㊁三维建模以及仿真加快个性化再设计过程,将新机床开发过程中应用的C A D/C A P P/C AM/C A E/P D M等软件应用于个性化再设计过程.在用户需求与功能分析阶段,可利用Q F D(质量功能配置)方法,构建用户需求与在役机床功能之间的映射函数,完成在役机床功能分析与确定[23].在整机方案与配置设计方面,需要完成机床总体布局与方案设计㊁机床结构再设计,并根据工作参数㊁用户需求及约束条件确定各个零部件的主要设计参数,可利用相关的分析工具参与计算分析过程,最终形成满足功能及性能要求的再制造机床整机结构方案.在详细设计阶段,需要利用C A D等技术完成再制造零部件特征建模㊁产品装配图及零部件优化等.2.3㊀在役机床个性化再设计的关键技术2.3.1㊀在役机床再设计个性化匹配技术在役机床再设计个性化匹配主要包括机床运行状态特征与再制造需求之间的匹配(用于识别在役机床当前存在的问题以及影响制造企业质量㊁智能化或绿色化转型升级的因素)㊁再制造需求与再设计方案之间的匹配(针对再制造需求选择匹配的在役机床个性化再设计方案)两个方面.在役机床再制造实施的关键在于其运行状态已不能满足企业加工要求,为此,需要针对在役机床当前的运行状态与企业的加工要求进行匹配分析,如果发现不匹配就需要实施在役再制造.再制造需求具有个性化,对应的是需要相匹配的个性化再设计方案,可开发与个性化再设计匹配的软件系统,采用智能算法实现再设计的自动匹配以及方案推荐.在役机床再设计可通过功能配置的模块化来满足用户不同加工需求的个性化选择.175基于监测诊断的在役机床个性化再设计技术体系 杜彦斌㊀曹华军Copyright©博看网 . All Rights Reserved.2.3.2㊀在役机床可再制造性评价技术大多数在役机床的运行状况良好,但由于加工精度㊁智能化㊁绿色化水平达不到或满足不了企业转型升级的要求而需要实施在役再制造,这使得在役机床可再制造性评价不能采用废旧或退役机床可再制造性评价的方法.废旧机床可再制造性评价主要由机床再制造实施者开展,侧重于再制造的可行性及性价比[24],而在役机床可再制造性评价主要由用户基于监测诊断数据及用户需求来开展,强调的是在役机床能否开展再制造㊁能否满足用户个性化的需求㊁是否具有再制造的价值.2.3.3㊀质量提升再设计技术随着产品及零部件加工要求的提高,对在役机床的几何精度㊁传动精度㊁定位精度及加工精度等提出了更高的要求,尤其是部分机床加工负荷重,精度丧失及退化现象严重,需要从质量提升的角度出发对在役机床开展再制造.质量提升再设计需要确定影响在役机床精度退化的源头及关键因素,形成个性化的质量提升方案,包括:机床主轴精度提升设计㊁机床传动系统精度提升设计㊁机床导轨精度提升设计㊁机床定位精度提升设计㊁机床加工误差补偿设计等方案,最终满足用户质量提升的需求.2.3.4㊀智能化提升再设计技术随着工业互联网㊁大数据㊁云计算㊁物联网等技术的发展,许多制造企业为提高加工效率㊁降低人为因素的影响,积极实施智能制造转型,开展智能车间㊁智能工厂建设[25].而大多数在役机床服役多年,已不能与企业新的智能制造系统相联,无法支持企业智能互联,但是更换新设备成本高昂.为支持企业智能化转型,需要充分利用智能控制㊁工业物联网㊁云制造等技术,实施在役机床智能化提升再设计,形成适用的智能化再制造提升方案,可实现机床运行异常智能识别与预防㊁机床联网集成与互联互通等功能,支持制造企业实现生产透明化㊁效率提高㊁全过程质量追溯㊁精益生产.2.3.5㊀绿色化提升再设计技术原有大多数机床在设计制造时并未考虑机床的环境污染㊁能耗等绿色化问题,从而导致机械加工车间油雾油污㊁噪声㊁粉尘等污染重而且能耗高.针对制造企业绿色转型升级的个性化要求,开展了在役机床绿色化提升再设计.通过基于高效电机与变频的在役机床能效提升㊁基于能量管理与监控的机床节能性改进㊁机床加工切屑回收与净化处理㊁机床油雾油烟净化与分离㊁机械加工车间粉尘控制与处理㊁机床少无切削液加工改进(如微量润滑等)㊁机床噪声控制等绿色化提升再设计方案[26],可提高机床能效水平,减少加工过程污染物排放,提高在役机床的绿色化程度,支持制造企业绿色化转型.3㊀案例分析某装备制造企业主要生产水电设备及其零部件,所使用的机床等加工设备价值高㊁加工负荷重,是企业制造水平的重要依托.为保障企业的制造能力并避免因机床故障造成突然停工而带来的巨大损失,该公司探索实施一种基于监测诊断的在役机床个性化再设计与再制造模式.3.1㊀个性化需求分析某大件车间拥有数10台重型机床装备,主要承担企业大型零部件的加工.该公司对在役重型机床实施了运行状态监测与诊断,主要采集并分析机床的运行状态(包括主轴转速㊁进给速度㊁振动等)以及零部件加工质量等信息.T C A125重型卧式车床主要承担企业大直径重型零件的加工,已服役10多年,积累了丰富的工艺经验.加工过程监测数据显示该机床出现精度退化现象:①存在振动,加工表面粗糙度差;②加工主轴外圆时会产生锥度现象,锥度约为1ʒ1000;③加工法兰平面存在凸度,约为0.03mm;④车内孔㊁外圆时,表面粗糙度R a达到3.2~6.3μm,超出了允差.同时,企业为提高加工效率,实现加工过程的智能化,面临智能制造转型升级,需要对在役的智能化水平低的重型机床进行智能化升级.通过对在役T C A125重型卧式车床运行状态的监测与诊断分析,该机床已服役多年且加工任务重导致其性能状态变化较大,具有明显的个性化特征;当前的运行状态已无法匹配加工要求及企业转型升级要求,需要实施个性化再设计与在役再制造.3.2㊀个性化再设计方案对在役T C A125重型卧式车床的个性化需求及可再制造性进行分析,经过再制造需求与再设计方案之间的匹配,并从其功能㊁结构的个性化特点出发,确定该机床需要实施质量提升再设计㊁智能化提升再设计,最终形成个性化的再设计方案.3.2.1㊀质量提升个性化再设计该机床加工精度退化的主要原因在于机械部分磨损严重㊁几何精度及传动精度超差.(1)主传动系统再设计.原交流电机再设计为交流变频调速电机驱动,再设计并优化主传动链为2级或4级机械变挡,满足原主轴调速范围,275中国机械工程第31卷第5期2020年3月上半月Copyright©博看网 . All Rights Reserved.消除主轴径向跳动㊁轴向窜动误差,恢复主轴的回转精度.再设计联轴器㊁制动器及编码器.更换主轴箱内传动轴㊁轴承㊁齿轮㊁轴套㊁紧固件㊁密封件等磨损或损坏零部件.(2)进给系统再设计.精磨或人工刮研各拖板导轨面.再设计Z 轴(刀架大拖板纵向移动)传动方式:交流伺服电机ң双齿轮消隙进给箱ң双齿轮/齿条消除间隙传动,半闭环控制.再设计X 轴(刀架中拖板横向移动)传动方式:交流伺服电机ң高精度齿轮减速器ң滚珠丝杆双螺母副消除间隙传动,半闭环控制.(3)床身导轨及尾座再设计.精磨床身各导轨面达到精度要求.更换床身上的可供刀架大拖板纵向移动的齿条,采用磨削加工的精密齿条,并重新找正㊁定位.更换尾座下体纵向导轨的导轨板,尾座下体纵向导轨与床身导轨配刮;更换尾座下体纵向导轨的镶条,配刮镶条.(4)液压润滑系统再设计.检查㊁清洗润滑系统,并更换易损液压元件.再设计溜板进给自动润滑系统,大拖板导轨㊁中拖板导轨㊁滚珠丝杆副㊁丝杆支承轴承采用定时定量自动润滑装置.3.2.2㊀智能化提升个性化再设计(1)数控化再设计.采用西门子828D 数控系统,集成C N C ㊁P L C ㊁操作界面与数字驱动技术于一体.主轴驱动电机采用交流变频调速电机,配置西门子变频器M I C R OMA S T E R440驱动.机械2挡或4挡由P L C 控制实现自动切换.采用西门子主轴编码器,以实现螺纹及恒线速加工功能.X ㊁Z 轴配置西门子1F T 6交流伺服电机,采用自带的编码器作为位置检测反馈,以实现半闭环控制.(2)运行状态智能采集与监控.为支持智能车间加工信息㊁机床运行状态的实时获取及匹配性分析,对再制造T C A 125重型卧式车床加装新的机床数据采集与监控系统,并与企业制造执行系统(m a n u f a c t u r i n g e x e c u t i v es y s t e m ,M E S )等系统相联.该系统可实时采集该机床的主轴转速㊁温升㊁进给速度㊁振动㊁功率等状态参数,并将机床利用率㊁空闲率㊁加工状态㊁加工进度等信息反馈给各管理单元,以支持企业实现产品加工过程的智能化,提高生产效率.3.3㊀再设计与再制造效果对T C A 125重型卧式车床实施在役再设计与再制造,资源重用率达90%以上,而成本仅为同等性能新机床成本的30%~40%,交货期比采购新机床缩短60%.该机床电气安全㊁电气三项试验㊁几何精度㊁位置精度㊁噪声㊁温度和温升试验㊁速度和进给率㊁功能试验㊁原点返回试验㊁最小设定单位试验项目等均达到原出厂标准要求,表1所示为机床几何精度㊁位置精度的第三方检验结果.同时,该机床智能化水平明显提升,有力支撑企业生产效率提高10%~20%,成为企业智能制造转型升级的重要制造能力保障,并为其他在役机床实施在役再制造提供了参考借鉴.表1㊀T C A 125ˑ800重型卧式车床再设计与再制造精度指标T a b .1㊀P r e c i s i o no f r e d e s i g n e da n d r e m a n u f a c t u r e dT C A 125ˑ800h e a v y d u t y ho r i z o n t a l l a t h e 序号检验项目允差(mm )实测值(mm )12主轴锥孔轴线的径向跳动靠近主轴端面处0.0150.010距主轴端面500mm 处0.0400.03834主轴轴线对Z 轴线的平行度在Z X 水平平面内500测量长度上为0.0300.018(前倾)在Z Y 垂直平面内500测量长度上为0.0400.016(上倾)5主轴顶尖的径向跳动0.0200.0086尾座顶尖的径向跳动0.0200.0187主轴和尾座两顶尖轴线的等高度0.060(只许尾座高)0.056(尾座高)8双向定位精度A 刀架横向移动(X 轴线)0.0250.01999单向重复定位精度R ʏ刀架横向移动(X 轴线)0.0080.007910单向重复定位精度R ˌ刀架横向移动(X 轴线)0.0080.00781112反向差值B刀架横向移动(X 轴线)0.0100.0098溜板移动(Z 轴线)0.0310.02794㊀结论大量在役机床在制造企业转型升级的背景下迫切需要实施再设计与再制造.在役机床再设计具有对象㊁需求㊁功能㊁结构㊁方案㊁工艺等多重个性化,使得传统的机床设计过程及技术并不适用.本文对该问题展开了研究,提出了在役机床个性化再设计的概念及内涵,并构建了基于监测诊断的在役机床个性化再设计的支撑技术与关键技术体系.(1)在役机床个性化再设计的实施,需要在役机床运行状态数据采集与监测技术㊁在役机床运375 基于监测诊断的在役机床个性化再设计技术体系杜彦斌㊀曹华军Copyright©博看网 . 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面向再制造全过程的再制造设计
姚巨坤;朱胜;崔培枝
【期刊名称】《机械工程师》
【年(卷),期】2004(000)001
【摘要】面向再制造全过程的再制造设计是开展再制造工程的必要前提,涉及许多新兴学科.文中探讨了再制造设计的内涵、主要内容及前沿研究课题.通过再制造设计的研究,可以为开展科学的再制造提供依据,最大限度地挖掘废旧产品中蕴含的财富和信息,实现资源的可持续发展战略.
【总页数】3页(P27-29)
【作者】姚巨坤;朱胜;崔培枝
【作者单位】装甲兵工程学院,材料科学与工程系,北京,100072;装甲兵工程学院,材料科学与工程系,北京,100072;装甲兵工程学院,材料科学与工程系,北京,100072【正文语种】中文
【中图分类】X76
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5.面向再制造的金属切削机床设计方案评价研究 [J], 邢冠梅
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再制造性综合评估研究
钟骏杰;范世东;姚玉南;杨勇虎
【期刊名称】《中国机械工程》
【年(卷),期】2003(014)024
【摘要】以基于装配的设计(DFA)和现有两种再制造的评估方法为基础,提出了一种产品再制造性综合评价体系.该体系改进了已有评价模式,新建和修改了评估指标和定量计算公式,以模块方式建立的评价模式既可全面评价产品再制造性,又可兼容已有评价方式.一方面为产品再制造设计提供定性和定量的依据,另一方面可为再制造企业对已有报废或损坏产品实施再制造提供评估意见.最后给出了柯达Funsaver 相机再制造性计算实例.
【总页数】4页(P2110-2113)
【作者】钟骏杰;范世东;姚玉南;杨勇虎
【作者单位】武汉理工大学;武汉理工大学;武汉理工大学;武汉理工大学
【正文语种】中文
【中图分类】TH16;TH17;X38
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1.慢性阻塞性肺疾病稳定期患者中医辨证分型与综合评估的相关性研究 [J], 周华娟;刘明;杨伟莲
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面向绿色性能优化的产品族模块再设计优先次序识别赖荣燊;林文广;吴永明【摘要】针对产品族绿色化过程中模块再设计优先次序识别问题,基于产品族层次结构模型提出功能模块通用性指标,以反映模块类型对再设计优先次序的影响;构建模块实例生命周期绿色性能评估模型,采用模糊层次分析法和灰色关联分析法来评价模块实例的绿色性能;以绿色性能评价值与通用性指标值之比来确定模块再设计优先次序;通过实例验证了所提方法的可行性和有效性.【期刊名称】《中国机械工程》【年(卷),期】2019(030)011【总页数】7页(P1329-1335)【关键词】产品族;绿色再设计;性能优化;优先次序【作者】赖荣燊;林文广;吴永明【作者单位】厦门理工学院机械与汽车工程学院,厦门,361024;厦门理工学院机械与汽车工程学院,厦门,361024;贵州大学现代制造技术教育部重点实验室,贵阳,550003【正文语种】中文【中图分类】TH1220 引言随着全球资源、能源消耗以及环境恶化等问题的凸显,环境保护意识和可持续发展理念不断深入人心。
企业不仅要满足多样化个性化的客户需求,还需遵守日益严格的环保法律法规。
作为当前主流生产模式,大批量定制实现了通过接近大批量生产的成本、质量和效率,来向客户提供高度个性化产品的需求,基于平台的产品族设计是实现大批量定制的关键使能手段之一,已在制造业中得到广泛应用。
现有产品族设计研究主要集中于平台构建、产品族建模、通用性与多样性权衡等方面,而对产品族生命周期的环境因素考虑不足。
制造企业要想建立和保持其竞争优势,必须将绿色设计理念融入大批量定制生产模式,以实现产品族综合性能最优化。
绿色设计与大批量定制技术体系集成研究方面已经有了一些进展。
吴迪冲等[1]通过分析大批量定制中的绿色性能以及绿色制造与大批量定制的相通性,提出了面向绿色制造与大批量定制的一般生产模式;张雷等[2-6]针对大批量定制模式下面向绿色设计的产品信息模型、产品族规划、配置设计与知识重用等进行了系统深入的研究;KIM等[7]提出了面向产品族设计的可持续产品平台识别方法;魏巍等[8]将绿色理念贯穿产品全生命周期,提出了基于环境资源属性的产品集成信息模型和产品平台模块划分方法。
工业产品设计方案的研究曾晓娟【期刊名称】《办公自动化(综合版)》【年(卷),期】2012(000)012【摘要】工业设计发展的历史形象地反映了人类文明的演进,本文就工业产品设计的目的、内容、原则、具体过程等方面进行阐述,运用课堂所讲授方法收集、整理分析产品和从市场需要出发,为我们的学习者提供参考。
% The development of industrial design history reflects the evolution of human civilization, this paper expounds the industrial product design the purpose, content, principle, specific training process and other aspects, use of classroom teaching methods, analysis of products and from the market needs. For our study to provide reference.【总页数】2页(P7-8)【作者】曾晓娟【作者单位】徐州机电工程高等职业学校信息工程系徐州 221011【正文语种】中文【中图分类】TB472【相关文献】1.基于GIS和AHP量化分析的城市设计方案评价与比较方法研究——以三林滨江南片区城市设计方案比选为例 [J], 瞿奇2.集成神经网络的工业产品设计方案评价 [J], 唐珊;秦家怡3.工业产品设计方案的模糊综合评价方法 [J], 李华军;梅宁;杨新华4.基于3D打印技术的工业产品设计研究 [J], 李变霞5.新工业产品设计中机械制图教学研究 [J], 刘梅令因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
面向生产的技术整合——自主创新中不可或缺的环节
邓艳;刘耀祥
【期刊名称】《中国青年科技》
【年(卷),期】2008(000)001
【摘要】本文首先对各种关于自主创新的界定进行了梳理,提出自主创新的内涵应该包括两个方面,并从创新价值链的角度,论述了面向生产的技术整合是自主创新的必要环节。
在自主创新体系建设中,本土企业要通过担起面向生产的技术整合的任务,将国内外其它创新资源有机结合起来。
【总页数】5页(P4-8)
【作者】邓艳;刘耀祥
【作者单位】清华大学技术创新研究中心,北京100084;中国水利报社,北京100038
【正文语种】中文
【中图分类】F124.3
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1.面向GIS的全数字测绘生产体系的技术整合 [J], 孙江勇
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面向再制造的产品设计体系研究*T he Research of Design System for Remanufacturing装甲兵工程学院(100072) 姚巨坤 朱胜 崔培枝【摘要】废旧产品的再制造性决定了产品能否进行再制造,而再制造性主要是在产品的设计阶段决定的。
通过面向再制造的产品设计研究,能显著地提高产品再制造的效益,最大限度地挖掘废旧产品中所蕴含的财富,实现资源的可持续发展战略。
本文提出了面向再制造的产品设计中的相关概念,并初步提出了产品设计阶段的再制造性研究内容和定性设计要求。
关键词 面向再制造的产品设计 再制造性 产品设计Keywords desig n for rem anufacturing,r em anufacturability,pro duct design 随着环保法律的制定,再制造受到越来越多的关注,发达国家的一些大公司开始注重对废旧产品的回收和再制造,通过不断实践,认识到在产品设计阶段就考虑产品使用寿命到期后的再制造工程,可显著地提高再制造效益[1]。
一些学者也开始对再制造性进行研究,并建立了相关的评价方法[2,3]。
据相关资料,笔者初步探讨了面向再制造产品设计中的相关概念、再制造性设计的定量及定性分析等内容。
1 面向再制造产品设计的相关概念1.1 面向再制造的产品设计面向再制造的产品设计(Desig n for Remanufacturing)是指在产品设计阶段对产品的再制造性进行考虑,并提出再制造性指标和要求,使得产品在寿命末端时具有良好的再制造能力。
1.2 再制造性再制造性是产品本身的一种属性,是决定废旧产品进行再制造的前提,是再制造基础理论研究中的首要问题。
再制造性(Rem anufacturability)是面向再制造的产品设计中的重要内容,其定义可描述为:在规定的条件及时间内使用的产品退役后,综合考虑技术、环境等因素,通过再制造达到规定性能时,获取原产品价值的能力,记作R(a)。
由定义可知,同一产品在不同条件下的再制造性也不同,离开具体条件谈论再制造性是无意义的。
无论在原设计时是否考虑再制造性,它都客观存在,再制造性也会随时间而变化,且会随着再制造技术的发展而增大。
1.3 再制造度由于再制造性主要反映在产品价值的回收上,而产品的价值回收又是依据外界条件而变化的随机变量,因而可以用再制造度(Remanufacturing rate)作为再制造性的定量描述。
再制造度可以定义为:在规定的条件及时间内使用的产品退役后,综合考虑技术、环境等因素,通过再制造所能获得的纯利润与生成的再制造产品的价值的比率,表示为R(n)。
再制造度是再制造性的定量定义,可用下式表示: R(n)=C r+C e-C cC r+C e=1-C cC r+C e式中:C r——再制造产品本身价值;C e——再制造的环境效益价值;C c——再制造过程的总投入费用。
若再制造度是负值,说明再制造投入费用(C c)要大于再制造所获得的全部价值(C r+C e),显然再制造是亏本的。
但如果C c>C r,而再制造的环境效益价值C e较大时,也可以通过政府的资助进行再制造。
这时获得的主要是再制造的环保价值,政府是投资的主体,企业通过政府获得再制造补助而获利。
1.4 再制造性工程再制造性工程(Remanufactur ability engineering)是指为了达到产品的再制造性要求所进行的一系列设计、研制、生产、试验、维护等工作以及再制造实施前的再制造性评价工作。
再制造性工程是再制造学科体系中的重要分支,其目的是通过参与产品设计,生产出易于再制造的产品,并对再制造前废旧产品的再制造性进行评价,确定产品的最佳再制造方案[4]。
2 产品再制造性设计的内容 根据相关资料,产品再制造性的66.6%是在产品设计阶段确定的[5]。
因此,对产品进行正确的再制造性设计是保证产品再制造能力的重要环节。
产品再制造性设计的主要内容包括以下几个方面。
2.1 再制造性指标值的确定产品的再制造能力可通过再制造性指标值来衡量。
再制造性指标值是产品再制造性设计所要达到的目标。
恰当地提出和确定再制造性指标值是做好产品再制造性设计的关键环节,再制造性指标值过低,使废旧产品不具备再制造价值;但过高,又会过量增加成本。
所以产品再制造性指标值的选择必须根据产品的设计和使用要求,科学合理地确定。
再制造性指标值一般可以参照同类产品的再制造性指标值来确定;或者由产品的再制造性分析模型和再制造性预测方法来预测产品的再制造性指标值后确定。
在确定再制造性指标值时还必须考虑技术、环境、工艺等因素的影响和需要。
2.2 再制造性建模再制造性建模的目的是用模型来表达产品及各零部件再制造性以及再制造性与设计、再制造参数之间的关系,供再制造性分配、预计及验证使用。
再制造性模型可用于:再制造性分配,即把产品的再制造性指标值,分配给各个零部件,以便进行产品设计;再制造性预测和评定,即估计或确定设计可达到的再制造性水平,为再制造性的设计提供依据。
建立再制造性模型可参照图1程序进行:首先明确目的和要求,对分析对象进行描述,建立再制造性物理模型,指出对欲分析的参数有影响的因素,并确定其参数。
然后建立数学模型,通过收集数据和分析确定的参数比较,不断对模型进行修改完善,最终使模型固定下来并运用模型进行分析。
图1 建立再制造性模型的一般程序2.3 再制造性分配再制造性分配是指将确定的再制造性指标值按给定的准则分配给各组成部分而进行的工作。
再制造性分配是从大到小,由上到下的分解过程,其主要目的是明确各部分的再制造性要求或指标,以便通过设计实现这些指标,保证产品最终符合规定的再制造性要求。
再制造性分配要尽早开始,逐步深入,适时修正。
只有尽早开始分配,才能充分地权衡,进行更改和向更下层分配。
在产品论证中就需要进行分配,但这时的分配属于高层次的,比如把产品再制造费用性指标分配到各分系统和重要的零部件。
在初步设计中分配自然要深入一步,但由于产品设计与产品故障情况等信息仍有限,再制造费用性指标仍限于较高层次。
随着设计步步深入,分配也步步深入,直到各个可拆卸单元。
各单元的再制造性要求必须在详细设计之前确定下来,以便在设计中确定结构和连接方式等,避免设计结构与连接等影响再制造性。
2.4 再制造性预测再制造性预测是再制造性设计的重要内容,包括零件的再制造性预测和产品的再制造性预测。
再制造性预测是指根据历史经验和类似产品的数据等来估计、测算新产品在给定工作条件下的再制造性参数,以便了解设计满足再制造性要求的程度。
再制造性预测的目的是:协调设计参数及指标,提高产品的再制造性;对比产品设计方案,以选择最佳形式;预示再制造性薄弱环节,以采取改进措施。
设计过程中的再制造性预测要尽早开始,逐步深入,适时修正。
在产品方案论证及确认阶段,就要对满足使用要求的系统方案进行再制造性预测,评估这些方案满足再制造性要求的程度,作为选择方案的重要依据。
但这个阶段可供利用的数据有限,不确定因素较多,主要是利用相似产品的数据进行预测,较粗略。
在设计初始阶段,需要针对已做出的设计,预测相关再制造性指标,并做出是否符合要求的评判。
此时由于有更多的系统信息,预测会更精确。
随着设计的深入,有了产品详细的功能方框图和装配方案,就可以进行更为详细而准确的预测。
在产品设计方案更改时,要及时做出预测,以评估其是否会对再制造性产生不利影响以及产生影响的程度。
2.5 再制造性分析与权衡再制造性分析与权衡是一项内容相当广泛的、关键性的再制造性工作,它包括产品设计过程中对产品需求、约束、研究与设计等各种信息进行的反复分析、权衡,并将这些信息转化为详细的设计手段或途径,以便为设计与保障决策提供依据。
再制造性分析的目的可概括为以下几方面:确立再制造性设计准则,为设计决策创造条件,为保障决策(确定再制造策略和保障资源等)创造条件,考察并证实产品设计是否符合再制造性设计要求。
图2 再制造性分析示意图由图2可知,再制造性分析的信息输入来自于订购方、承制方、再制造方,其中再制造方主要提供类似产品的再制造性相关数据以及再制造案例。
通过各种分析,选择确定产品的设计准则、再制造方案、计划及相关技术文件。
由此可见,再制造性分析好比整个再制造性工作的“中央处理机”,它把来自各方的信息经过处理转化,提供给各个所需方面(设计、制造、保障及再制造)。
2.6 再制造性试验与评定新设计产品的再制造性是否满足使用要求,只有通过再制造实践才能真正检验。
再制造性试验与评定是用较短时间、较少费用及时进行检验产品再制造性的良好途径。
再制造性试验的目的是:考核产品的再制造性,确定其是否满足规定要求;发现和鉴别有关再制造性的设计缺陷,以便采取纠正措施,实现再制造性增长。
此外,在再制造性试验与评定的同时,还可对有关再制造的各种保障要素(如再制造计划、备件、工具、设备、技术资料等资源)进行评价。
为了提高试验费用效益,再制造性试验与评定一般应与功能试验、可靠性试验及维修性试验结合进行。
必要时,也可单独进行。
3 再制造性的定量要求 参照再制造全过程中各工艺步骤的要求,可以初步建立再制造性定性要求的一般准则[6]。
3.1 易于运输性产品设计过程必须考虑末端产品的运输性,使得产品更经济、完好地运送到再制造工厂,保证废旧产品的质量和数量。
例如对于装卸时需要使用叉式升运机的,要设计出足够的底部支撑面;尽量减少产品突出部分,避免在运输时碰坏,并节约贮存面积;考虑废旧产品包装的经济性,并减少污染。
3.2 易于拆解性再制造的拆解不同于再循环,应尽量减少拆解过程中造成的零件损坏和提高拆解效率。
例如减少接头的数量和类型,减少拆解深度,避免使用永固性接头;注意协调好拆解效率和再制造费用的关系,例如卡销类连接虽然可减少拆解装配时间,但一旦损坏,则整个零件都将报废,增加再制造费用。
因此对于容易损坏的接头还应考虑使用经济实用的螺钉类连接。
3.3 易于分类性零件分类的效率,不但直接影响到再制造产品质量,而且可明显地降低再制造周期和费用。
为了使拆解后的零件易于分类,设计时要优先采用标准化零件,减少零件种类;并加强零件标识和类别特征以便于分类,节约分类时间。
3.4 易于清洗性易于清洗的零件可以显著地提高再制造的经济性和环保性。
清洗液可达性是零件清洗难易的关键。
另外,设计时应使产品表面特征易清洗,例如采用规则表面以及合适的表面材料和涂料,减少表面在清洗过程中的损伤概率等。
3.5 易于修复(升级)性再制造费用依赖于零部件的再利用率,设计时要增加零部件的可靠性,采用科学的寿命设计,减少材料和结构的腐蚀、磨损和断裂;采用易于替换的标准化零部件和可以改造的结构并预留模块接口,增加升级性;采用模块化设计,通过模块替换或者增加模块而升级再制造产品。