一种基于稳健性的卷筒产品平台设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于稳健性的卷筒产品平台设计方法，该方法根据用户需求、现有的技术及设计者的分析，由设计者产生主要的功能概念，提取对产品结构影响较大的参数作为特征参数，通过“Zigzagging”映射，依照功能需求分析及三种类型的划分，合理提炼卷筒特征设计参数，建立产品平台的功能要求和设计参数矩阵。将灰色系统理论应用到产品平台的稳健设计中，结合试验设计与关联度方差分析，合理识别平台参数和变型参数。然后分两阶段进行稳健优化，确定卷筒组产品族基体产品和每个变型产品的设计参数的最佳设计方案，提升产品适应外部环境变化的能力、考虑设计变更及以低成本获得高质量产品。应用本发明专利技术进行设计时，在产品平台设计初期就开始考虑产品的稳健性，并使设计具有可适应性，以避免后期出现大的返工。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及，属起重机

技术介绍
在工程实际应用中，如桥式起重机，由于设计过程中一些设计变量、参数和约束条 件的不确定性，W及环境条件、材料特性等因素的随机性，该些不确定性引发的变差将会传 递给设计目标，从而引起质量性能指标的波动，增大了它们对产品质量的影响。因此，为提 高产品族设计的稳健性，在设计过程中，各种设计参数的取值大小不仅要保证优化设计的 水平，而且要保证每个变型产品所有质量性能指标的偏差最小。 卷筒作为起重机起升机构重要的承载部件，其性能直接影响到起重机的工作效 率。卷筒设计会因起重量、起升高度、绳径、起升速度、工作级别、滑轮组倍率等因素的改变 而随之改变，因而卷筒难W完全标准化，一般都是单件小批生产。为了缩短卷筒的设计周 期，提高设计效率及企业对市场的快速响应能力，增强设计的可适应性，应建立卷筒组产品 平台，优化卷筒设计参数。尽量减小它们对产品质量的影响。而产品的稳健性可提升产品 适应外部环境变化的能力。为了提高产品设计的稳健性，必须在系统设计阶段就开始考虑 产品的稳健性，并使产品设计具有可适应性，W避免后期出现大的返工。为此，本专利技术建立 了，对设计过程中的不确定性参数进行分析和处 理，实现产品平台的稳健性。 本专利技术根据用户需求、现有的技术及设计者的分析，由设计者产生主要的功能概 念，提取对卷筒结构影响较大的参数作为特征参数，通过"Zigzagging"层级映射，得到功能 分解图，根据建立的功能要求-设计参数映射关系及对卷筒组在起重机上所起的主要作用 与结构分析，确定卷筒组的基本功能要求、期望功能要求和附加功能要求，得到对应的公共 参数和定制参数，将灰色系统理论应用到产品平台的稳健设计中，结合试验设计与方差分 析，解决平台设计的稳健性问题。 为了缩短产品的研发或改型时间，进而提高产品设计质量、设计效率及企业对市 场的快速响应能力，要求所设计出的产品具有更高的稳健性。 鉴于此，本专利技术人专口研制出，本案由 此产生。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了，缩短了作为 非标准件的卷筒的研发和改型时间，提高产品的设计效率、质量和对市场的快速响应客户 多样化需求的能力，同时提高了平台的可适应能力W及稳健性，降低了设计成本。 为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下： ，包括如下步骤。 步骤1，根据用户需求、现有的技术W及设计人员的分析，由设计人员确定卷筒的 主要功能概念。 步骤2,提取对卷筒结构影响较大的参数作为特征参数。 步骤3,通过"Zigzagging"层次映射，得到卷筒的功能分解图。 步骤4,根据步骤3所建立的卷筒功能要求-设计参数映射关系及对卷筒在起重机 上所起的主要作用与结构分析，确定卷筒产品族的基本功能要求、期望功能要求和附加功 能要求，得到对应的公共参数、定制参数W及可适应设计参数。 步骤5,对卷筒体的部分参数进行关联度分析。 步骤6,计算出卷筒的重量，并通过有限元分析得出卷筒的强度和稳定性系数，输 出卷筒屈曲分析ansys计算图。 步骤7,根据灰色关联度分析对数据规范化进行处理，再根据公式计算获得各设计 参数的灰色关联数据及关联度。 步骤8,对关联度的数据进行分析，W及分析其他参数的敏感性和可适应性，确定 平台参数和变型参数。 步骤9,卷筒产品族的稳健优化设计，确定卷筒产品族基体设计参数的合理取值。 进一步，步骤1中所述的准确获取与表达产品功能需求信息是产品平台设计的首 要环节，在产品开发阶段只有充分地理解产品功能需求信息，将该些功能需求信息经分析、 准确描述与表达并转化为产品结构信息，才有可能使所建立的产品概念模型有效地支持后 续的产品设计。 进一步，步骤2中对卷筒结构影响较大的参数为；绳槽、名义直径（槽底直径）、厚 度、卷筒长度（绳槽长度、之间光滑部分长度、固定绳圈长度）。 进一步，步骤3中进行"Zigzagging"层级映射时，每一层级分解时可利用独立公 理对功能和结构的独立性进行判断，使之尽可能满足独立公理。其中，功能分解图的左半部 分表示为卷筒功能要求Fes的层次结构，右半部部分表示为卷筒功能要求所对应的设计参 数Dps，其功能要求与设计参数之间的关系可W描述为： Fr=ADP 其中，Fk是功能要求集，Fk= T;Dp是设计参数集，Dp=扣pi，Dp2,…，Dp m]T;A为设计矩阵，为使设计更好地满足稳健性，避免禪合设计，设计矩阵A的形式应尽为对 角阵或=角的形式。但在产品族中，各变型产品的功能要求基本相同，其物理结构组成及拓 扑形状也相同，可用一组多元设计参数Dp来描述产品几何拓扑结构与结构参数关系。功能 要求的变化与延伸可通过功能要求矩阵规划来表达，此处的功能要求可W是一子功能要求 或功能模块，可根据产品的复杂程度层级展开；对应地，设计参数及其规格的变化可通过设 计参数矩阵来表达，此处的设计参数可W是一叶参数或结构模块，表示如图1所示。 在功能要求矩阵中，第一列表示产品族的主功能要求，其它列表示变型产品的功 能要求；任意一行表示某功能要求的延伸（功能要求的强弱或大小变化）。而在设计参数 矩阵中，第一列表示产品族的主设计参数，其它列表示变型产品；任意一行表示该设计参数 的规格变化。图中第j列虚框中的功能要求和对应的设计参数就是第j个变型产品的功能 参数属性。 进一步，由步骤4确定卷筒的基本功能要求为；F,i安全卷绕一定长度的钢丝绳、Fm 支撑卷筒、Fki2减少绳弯曲W及保证一定的速度和扭矩、Fki3保证强度和稳定性；期望功能要 求和附加功能要求包括提供润滑通道、F。1。压注脂润滑、F。14起升高度限位和Fwe限制起 重量超载。对应的公共参数为；Dpi_i绳槽，Dpi_2直径，DP4卷筒轴，DP12卷筒轴承座组件，DP13 卷筒支座组件；定制参数为Dpg油管及接头，DP1。油杯，DP14起升高度限位器，DPU起重量超 载限制器；其余为可适应设计参数。 进一步，由步骤4对卷筒的设计参数分析可知，卷筒体的设计参数绳槽和直径归 类为公共参数，则对卷筒体余下的设计参数作为可控因素进行步骤5所述的关联度分析。 进一步，在步骤6中进行有限元分析中，把绳槽卷筒作为一种有环向密集弱加筋 的圆柱中厚壳体，绳槽作为环筋加入到卷筒壁厚中进行建模有限元分析。进一步，步骤7中所述的灰色关联度分析中，按着灰色理论的公式进行数据规范 化处理，如下： 对于指标为望小型特性的数据规范化对于指标为望目型特性的数据规范化式中，{xj，也}，…，{x。}为n个比较序列。{xj={Xi(1)，X;似，…，X; (m)}，i= 1，2,…，n，n为试验方案数，m为质量指标个数。 然后，根据W下的公式得出各自的灰色关联数据W及关联度。{xj与{X。}关于第 k个元素关联系数为：其中，C为分辨系数，一般取0.5,CG(〇，1)， {xj与{X。}的关联度r,计算公式如下： 进一步，步骤8所述的对关联度数据分析，分析每个因素对单个试验指标的影响 程度，计算各个因素对每个指标关联系数的水平和，再计算极差，将同一因素对不同指标关 联系数的极差相加，将影响较为显著的因素作为平台参数；再根据敏感性和可适应性分析 确定变型参数。 进一步，步骤9所述的对卷筒产品族稳健优化分析，把满足卷筒的强度和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于稳健性的卷筒产品平台设计方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)根据用户需求、现有的技术以及设计人员的分析，由设计人员确定卷筒的主要功能概念；(2)提取对卷筒结构影响较大的参数作为特征参数；(3)通过“Zigzagging”层次映射，得到卷筒的功能分解图；(4)根据(3)所建立的卷筒功能要求‑设计参数映射关系及对卷筒在起重机上所起的主要作用与结构分析，确定卷筒产品族的基本功能要求、期望功能要求和附加功能要求，得到对应的公共参数、定制参数以及可适应设计参数；(5)对卷筒体的部分参数进行关联度分析；(6)计算出卷筒的重量，并通过有限元分析得出卷筒的强度和稳定性系数，输出卷筒屈曲分析ansys计算图；(7)根据灰色关联度分析对数据规范化进行处理，再根据公式计算获得各设计参数的灰色关联数据及关联度；(8)对关联度的数据进行分析，以及分析其他参数的敏感性和可适应性，确定平台参数和变型参数；(9)卷筒产品族的稳健优化设计，确定卷筒产品族基体设计参数的合理取值。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程贤福，朱启航，林品斌，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：江西;36