模塊化深孔加工機床設(shè)計

目錄1概述 11.1研究的背景 21.2模塊化機床的基本特性 41.3模塊化機床設(shè)計方法學(xué) 62可重構(gòu)制造系統(tǒng)的基本理論 72.1可重構(gòu)制造系統(tǒng)介紹 72.1.1可重構(gòu)制造系統(tǒng)現(xiàn)狀及前景 72.1.2可重構(gòu)制造系統(tǒng)的特點 72.2可重構(gòu)制造系統(tǒng)的研究內(nèi)容 82.2.1系統(tǒng)設(shè)計與集成 82.2.2模塊化的可重構(gòu)軟件 92.2.3可重構(gòu)制造系統(tǒng)的控制與故障診斷 102.2.4產(chǎn)品與加工設(shè)備的模塊化設(shè)計 112.3可重構(gòu)制造系統(tǒng)的布局設(shè)計 122.4可重構(gòu)制造系統(tǒng)的評價 142.5本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段 163鉆床設(shè)計 173.1深孔鉆床總體方案分析 173.1.1課題要求 173.1.2性能指標(biāo) 173.1.3方案分析 173.2臥式深孔機床可重構(gòu)化思路 183.2.1深孔零件族分析 183.2.2深孔刀輔具分析 193.2.3成本最低，能迅速響應(yīng)市場 213.3機床結(jié)構(gòu)的功能模塊化設(shè)計 223.3.1模塊化的形成 223.3.2結(jié)構(gòu)可行性方案及可重構(gòu)性分析 223.4臥式深孔機床關(guān)鍵機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 23參考文獻 30致謝 311概述全球化經(jīng)濟激發(fā)的市場激烈競爭和客戶對產(chǎn)品需求的日益?zhèn)€性化趨勢，引起產(chǎn)品品種增多及市場生命周期不斷縮短。在這種環(huán)境下，制造企業(yè)的生產(chǎn)需求(產(chǎn)品品種和產(chǎn)量)將變化莫測，如何使現(xiàn)有制造系統(tǒng)快速、經(jīng)濟地響應(yīng)生產(chǎn)需求的變化，是當(dāng)今制造業(yè)面臨的一個巨大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的大量流水生產(chǎn)系統(tǒng)具有批量生產(chǎn)的經(jīng)濟效益，但面對生產(chǎn)需求的變化不能快速地響應(yīng)；而柔性制造系統(tǒng)雖能縮短產(chǎn)品的試制和生產(chǎn)周期，但投資巨大．回收周期長。因此，迫切需要一種既具有規(guī)模生產(chǎn)的經(jīng)濟效益，又能快速適應(yīng)動態(tài)多變的制造環(huán)境的新型制造系統(tǒng)。模塊化制造系統(tǒng)正是適應(yīng)這一需求的一條有效途徑，它通過配置合適功能的機床，對給定范圍的生產(chǎn)需求提供定制化柔性，當(dāng)需求變化時，在最大化利用現(xiàn)有資源的基礎(chǔ)上，通過對制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及組成單元的快速重組或更新，經(jīng)濟地轉(zhuǎn)換成新的制造系統(tǒng)，來定制地響應(yīng)新需求模塊化制造系統(tǒng)的獨特性在于其系統(tǒng)、機床和控制結(jié)構(gòu)都能快速、經(jīng)濟地轉(zhuǎn)換，以響應(yīng)市場/客戶需求的變化[1][2]。當(dāng)制造系統(tǒng)的生產(chǎn)需求變化時，相應(yīng)地，其組成工作站(機床)的工序需求(加工特征和周期)也將發(fā)生波動。模塊化機床及其控制器是實現(xiàn)模塊化制造系統(tǒng)的主要組成部分，其系統(tǒng)的設(shè)計方法是構(gòu)建模塊化制造系統(tǒng)的基石。模塊化機床對給定范圍的工序需求能定制設(shè)計，當(dāng)工序需求變化時，能快速、經(jīng)濟地轉(zhuǎn)換其硬、軟件來重新配置，從而定制地響應(yīng)新需求，因而模塊化機床是有成本效益的(cost-effective)。模塊化機床的這種對變化的需求能夠快速、經(jīng)濟地轉(zhuǎn)換來重新配置的能力，稱為模塊化性。模塊化性是模塊化機床的一個本質(zhì)特征，它不但有效地縮短了機床的設(shè)計前置期，更關(guān)鍵的是減少了機床的制造、安裝、鬩試時間和成本。這對應(yīng)用該類機床的制造企業(yè)，在頻繁更換產(chǎn)品或改進產(chǎn)品時，縮短生產(chǎn)周期、提高生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本等方面帶來顯著的經(jīng)濟效益[3][4][5]。模塊化機床的另一個本質(zhì)特征是定制化，包括定制化柔性和控制，它使得機床的冗余生產(chǎn)能力和，或功能最小化。本文以實現(xiàn)機床的模塊化和定制化為目標(biāo)，從：①模塊化機床設(shè)計基礎(chǔ)原理及方法學(xué)體系；②面向模塊化機床設(shè)計的工藝規(guī)劃中工序族的劃分和識別；③模塊化機床機械系統(tǒng)與控制器的同粒度、模塊化設(shè)計；④模塊化機床整個生命周期的配置設(shè)計幾個方面，對模塊化機床的設(shè)計理論與方法進行了系統(tǒng)的研究。模塊化機床及其系統(tǒng)的設(shè)計方法學(xué)是構(gòu)建模塊化制造系統(tǒng)的基石。模塊化機床設(shè)計不僅是對特定任務(wù)配置現(xiàn)有機床模塊，而是設(shè)計一種能闡釋模塊化科學(xué)理念。1.1研究的背景專用機床是適應(yīng)早期大批量生產(chǎn)環(huán)境的一種具有規(guī)模經(jīng)濟效益的機床。它對某一種零件(或一組相似零件)的特定工序需求定制設(shè)計。除了一些標(biāo)準(zhǔn)件外，其余大部分零件都要單獨地設(shè)計和制造，勞動量大，生產(chǎn)周期長，制造成本高。專用機床的主要問題是：一旦工序需求變化，難以實現(xiàn)經(jīng)濟地轉(zhuǎn)換以適應(yīng)新需求；當(dāng)零件的生產(chǎn)量達(dá)不到機床的設(shè)計能力時，由于生產(chǎn)能力冗余而造成成本增加。因此，專用機床缺乏適應(yīng)產(chǎn)品設(shè)計和加工過程變化的柔性，同時也不適合任何形式的產(chǎn)品混合加工。為了縮短專用機床的設(shè)計周期，便于組織機床功能零部件的專業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，降低機床的制造成本，發(fā)展了組合機床。對于工序需求的變化，組合機床能夠利用已有的通用部件和改裝部分專用部件組成滿足新需求的機床。因此，組合機床既具有專用機床的高效率和結(jié)構(gòu)簡單的特點，又具有能夠重新調(diào)整以適應(yīng)新零件加工的特點。由于組合機床使用了大量的通用零部件，因此，在理論上它可以實現(xiàn)重構(gòu)以適應(yīng)加工對象的變化。但由于組合機床一開始并不是為模塊化設(shè)計，當(dāng)需求變化時，機床需要較長的改裝時間和較高的改裝成本，且會造成整個生產(chǎn)系統(tǒng)的停滯，因而在實際應(yīng)用中組合機床并沒有用于重構(gòu)的目的，只作為一種高效的專用機床來使用。雖然，組合機床在很大程度上解決了專用機床的初始投資大的問題，但它仍然是一種剛性設(shè)計機床，對少品種(甚至單一品種)的大批量生產(chǎn)具有經(jīng)濟效益。因此，組合機床存在與專用機床同樣的問題，即難以經(jīng)濟地響應(yīng)種多、批量小和生命周期短這類需求的變化。為了提高單件和小批量生產(chǎn)的自動化水平．從20世紀(jì)60年代起，人們開發(fā)了柔性的數(shù)控機床，并且很快在制造業(yè)中得到了廣泛地應(yīng)用。數(shù)控機床只需改變數(shù)控程序就可以加工一系列相似的產(chǎn)品而不需要改變機床主要的配置。因此，數(shù)控機床將其初始投資的風(fēng)險分布在了機床的整個生命周期中，同時也極大地降低了由于生產(chǎn)模式改變所需的機床重新沒計和調(diào)試時間。但是，數(shù)控機床也存在著難以克服的缺陷：由于數(shù)控機床是在工序需求未知的前提下設(shè)計的，因而通常具有不必要的復(fù)雜性(如冗余的功能)。這不但使數(shù)控機床的成本升高而且可靠性降低[6]。由于全球化經(jīng)濟的激烈競爭和市場／客戶需求變化的驅(qū)動，在一個產(chǎn)品族中以大批量生產(chǎn)的效率和成本，來提供滿足不同客戶需求的個性化定制產(chǎn)品的生產(chǎn)模式已經(jīng)成為制造業(yè)的發(fā)展趨勢，如大批量定制生產(chǎn)。為此，機床制造企業(yè)正在增加傳統(tǒng)專用機床和組臺機床[7][8]。模塊化機床也是一種可重構(gòu)機床，它集專用機床、組合機床和數(shù)控機床的優(yōu)點于一身，同時避免了它們的不足。它具有以下一些基本特征：機床是由一些基本模塊根據(jù)功能需求組合而成的；機床結(jié)構(gòu)和布局可以根據(jù)產(chǎn)品的變化進行快速重組；機床的模塊結(jié)構(gòu)(硬件、軟件、控制系統(tǒng))是標(biāo)準(zhǔn)化的；模塊之間具有統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)化的界面；機床的設(shè)計是以產(chǎn)品族為基礎(chǔ)的；機床的功能可以改變，但基本無功能冗余；機床與制造系統(tǒng)的接口也是標(biāo)準(zhǔn)化的，以便于整個系統(tǒng)的重組。模塊化機床的主要優(yōu)點有：高柔性，可以極大地縮短產(chǎn)品的改型換代時間；與數(shù)控機床相比，在滿足加工需求的條件下可以簡化機床的功能和結(jié)構(gòu)；模塊化結(jié)構(gòu)便于組織專業(yè)化的大規(guī)模生產(chǎn)；專業(yè)化生產(chǎn)可以提高產(chǎn)品的成熟度和質(zhì)量，同時可以降低機床產(chǎn)品的成本和價格；機床便于維修，只需更換相應(yīng)的模塊即可；有利于通過計算機網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)動態(tài)聯(lián)盟；機床的功能零部件可以重復(fù)利用，提高了機床的環(huán)保性；多刀加工，可以有效提高生產(chǎn)效率[9][10][11][12]。如果不考慮時間和成本，任何機床都可以實現(xiàn)重構(gòu)。而問題的關(guān)鍵是如何快速、經(jīng)濟地轉(zhuǎn)換，以降低重構(gòu)時間和成本。為此，所設(shè)計的模塊化機床應(yīng)體現(xiàn)如下基本原理：（1）模塊化機床為獲得定制化柔性設(shè)計模塊化制造系統(tǒng)的設(shè)計是為了獲得定制化柔性，正如它對特定范圍的生產(chǎn)需求設(shè)計。模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)（或生產(chǎn)線）是模塊化制造系統(tǒng)的一種具體形式，它需要不同的組成要素包括：專用機床、柔性的通用數(shù)控機床和模塊化機床。機床的選擇需求根據(jù)特定工作站的工序需求（如加工特征和加工周期）來定。對于那些相對固定的工序需求（如典型的一個加工特性和固定的加工周期），選擇專用機床是恰當(dāng)。對于那些批量需求小且經(jīng)常地以未知方式變化的工序需求，柔性的數(shù)控機床是臺適的機床選擇。對于在生產(chǎn)系統(tǒng)(生產(chǎn)線)的整個生命周期內(nèi)，以未知方式在給定范周內(nèi)變化的工序需求，可重掏機床是最經(jīng)濟可行的選擇。因此，模塊化機床應(yīng)該為獲得定制化柔性設(shè)計，這樣它對特定范圍的工序需求就具有經(jīng)濟(有成本效益)的響應(yīng)能力，模塊化機床應(yīng)該針對工序族定制設(shè)計。模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)（或生產(chǎn)線）對特定的零件定制設(shè)計，零件族的所有加工工序由構(gòu)成模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)（或生產(chǎn)線）的機床完成。工序組成機床之間的分配決定了每臺機床的配置型式和功能需求。對于模塊化機床來說，起本質(zhì)特性決定了它需要完成一組加工工序，且這一組工序來自于零件族的不同零件，我們稱之為工序族。零件族和工序族分別決定了模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)（或生產(chǎn)線）和模塊化機床的重構(gòu)。定制設(shè)計的含義是模塊化機床從一開始就為完成一族（組）工序而設(shè)計。（2）工序族是一組相似的工序組合集合工序組合是一組以滿足零件質(zhì)量或提高加工效率為目的而聚在同一機床上完成的工序，每一個工序組合來自于零件族的不同零件。工序族在模塊化機床整個生命周期內(nèi)將發(fā)生變化，這些變化需要根據(jù)設(shè)計者的知識、洞察力和市場調(diào)研事先預(yù)測。（3）模塊化機床應(yīng)該以模塊化為出發(fā)點設(shè)計為了對工序族的需求變化提供定制化柔性與控制，模塊化機床從一開始就需要考慮其對不同工序需求的模塊化性。工序族的需求變化范圍決定了模塊化機床的重構(gòu)頻率和成本(重構(gòu)能力)。（4）模塊化機床應(yīng)該易于集成設(shè)計模塊化機床的機械系統(tǒng)和控制器應(yīng)該都具有模塊化結(jié)構(gòu)且粒度相同，從而使模塊化機床易于集成。模塊化結(jié)構(gòu)是指模塊化機床的硬、軟件都為模塊，如模塊化結(jié)構(gòu)的主軸、模塊化和開放式體系結(jié)構(gòu)控制器、模塊化軟件等等。（5）模塊化機床應(yīng)該為減少批量之間的轉(zhuǎn)換時間和成本設(shè)計模塊化制造系統(tǒng)通過縮短批量之間的轉(zhuǎn)換時間，來降低批量生產(chǎn)的周期；通過提高批量轉(zhuǎn)換之間的資源利用率，來降低批量生產(chǎn)的成本。由于模塊化機床是實現(xiàn)模塊化制造系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施，因此模塊化機床應(yīng)該為滿足這些需求設(shè)計。（6）模塊化機床必須在投資成本與模塊化之間取得平衡通常，機床模塊度越大，模塊化性越好。但是，這將增加用于機床模塊功能上的投資成本：工序族的工序需求變化范圍最大，模塊化性越好。但是，在刀具和夾具系統(tǒng)上的投資成本也將提高。因此，應(yīng)該在綜合評價模塊化機床經(jīng)濟性和模塊化性的基礎(chǔ)上，來最終確定其配置和重構(gòu)配置。1.2模塊化機床的基本特性重構(gòu)機床的關(guān)鍵特性是模塊化性和定制化，這使得模塊化機床有別于傳統(tǒng)機床。此外，模塊化機床還綜合了一些傳統(tǒng)機床的特點。模塊化機床的基本特性如下：(1)模塊化性對于變化的工序需求，模塊化機床具有轉(zhuǎn)換其硬、軟件來重新配置機床，從而快速、經(jīng)濟地響應(yīng)新需求的能力。機床的這種能力稱為可熏構(gòu)性。(2)模快化為了實現(xiàn)機床的模塊化，模塊化機床的機械系統(tǒng)和控制器均需采用模塊化結(jié)構(gòu)。這使得通過轉(zhuǎn)換硬、軟件來重新配置機床成為可能。另外，模塊化也提高了機床的可維護性。(3)可轉(zhuǎn)換性模塊化機床的一些機床模塊具有改變其自身功能或拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的能力。使用這樣的機床模塊，可以不必替換模塊而改變機床的功能(如主軸或運動軸模塊的重定位或重定向)，從而實現(xiàn)機床的在線重構(gòu)。(4)可集成性模塊化機床的機械和控制模塊具有集成其它機床模塊的標(biāo)準(zhǔn)接口設(shè)計，從而能夠集成新技術(shù)和新功能以使機床在線升級。(5)可控制性模塊化機床的控制模塊通過定義其端口語言而相對獨立地設(shè)計和檢驗，當(dāng)機床重構(gòu)只需更改端口語言而不改變連結(jié)控制模塊之間的可控制性。(6)定制化定制化包括定制化柔性和定制化控制兩個方面。由于模塊化機床圍繞給定的工序構(gòu)建，它以低成本提供定制化柔性。模塊化機床的柔性不僅僅在于能夠加工多少品種的零件而關(guān)鍵在于可自身升級。定制化柔性使得機床資源利用率是大化。定制化控制通過集成與機械模塊同粒度的控制模塊來實現(xiàn)，提供當(dāng)前機床所需的控功能。(7)有成本效益(cost—effective)模塊化性和定制化決定了模塊化機床是有成本效益的機床。模塊化、可集成性和可控制性減少了模塊化機床的重構(gòu)時間和重構(gòu)工作量；可轉(zhuǎn)換性和定制化降低了模塊化機床的資源投資和重構(gòu)成本[13]。1.3模塊化機床設(shè)計方法學(xué)模塊化機床與傳統(tǒng)機床的主要區(qū)別在于其具有可重構(gòu)性、機械系統(tǒng)與控制器的同粒度模塊化結(jié)構(gòu)和定制化柔性與控制。也就是說，模塊化機床能夠通過重組與更替機床的組成部件或模塊，來調(diào)整其生產(chǎn)能力和某些功能，從而快速、經(jīng)濟地提供整個生命周期各個階段所需的定制化柔性與控制。模塊化機床的基本原理和特性決定了它必須采用一種獨特的設(shè)計方法學(xué)，它是模塊化機床設(shè)計的科學(xué)基礎(chǔ)。模塊化機床設(shè)計方法學(xué)將主要解決下面一些問題：(1)工序族的劃分和識別；(2)模塊化機床功能需求的表達(dá)方法；(3)模塊化機床功能結(jié)構(gòu)的設(shè)計；(4)模塊化機床基本構(gòu)件塊(或模塊包括機械和控制)的表達(dá)方法；(5)模塊化(重用)機床模塊(包括機械和控制)的設(shè)計；(6)可選擇的模塊化機床配置及重構(gòu)配置的列舉；(7)模塊化機床控制器的構(gòu)建，重構(gòu)方法；(8)模塊化機床整個生命周期的配置經(jīng)濟性和模塊化性的評價；(9)可選擇的可重構(gòu)機床配置路徑的2可重構(gòu)制造系統(tǒng)的基本理論2.1可重構(gòu)制造系統(tǒng)介紹2.1.1可重構(gòu)制造系統(tǒng)現(xiàn)狀及前景現(xiàn)有各種制造技術(shù)的共同特點是都使用固定的硬件設(shè)備，并且其軟件結(jié)構(gòu)和控制算法也是不可變的。因此,它們都是靜態(tài)的，基本不具備可重構(gòu)性。以這些技術(shù)形成的各類制造系統(tǒng)主要存在著生產(chǎn)效率與柔性間的矛盾，很難適應(yīng)現(xiàn)代快速變化的市場需求。為了解決這一問題，20世紀(jì)90年代中期，國外學(xué)者和研究機構(gòu)提出了可重構(gòu)制造的概念[14][15]。RMS的基本特征是可重組(可組態(tài))性,另外還包括可變性、可集成性、定貨化、模塊化、可診斷性、經(jīng)濟可承受性、敏捷性等。據(jù)此給RMS定義如下：可重構(gòu)制造系統(tǒng)是一種基于現(xiàn)有的、可利用的或可獲得的新加工設(shè)備和其它組元，能按市場需求的變化，以重排、重復(fù)利用或更新元素的方式，實現(xiàn)以低成本快速地調(diào)整制造過程的功能和生產(chǎn)能力，具有足夠柔性和可適應(yīng)性的新一代可變制造系統(tǒng)?？芍貥?gòu)制造系統(tǒng)可定義為：能適應(yīng)市場需求的產(chǎn)品的變化，按系統(tǒng)規(guī)劃的要求，以重排、重復(fù)利用、革新組元或子系統(tǒng)的方式，快速調(diào)整制造過程、制造功能和制造生產(chǎn)能力的一類新型可變制造系統(tǒng)。從上述資料給出的可重構(gòu)制造系統(tǒng)的定義可以看出，目前人們對可重構(gòu)制造系統(tǒng)的認(rèn)識有一定的統(tǒng)一之處，強調(diào)的基本依據(jù)和方式一致。可重構(gòu)制造系統(tǒng)代表了自動化制造系統(tǒng)的發(fā)展方向，是21世紀(jì)制造業(yè)的核心技術(shù)之一。2.1.2可重構(gòu)制造系統(tǒng)的特點盡管對于什么是可重構(gòu)制造系統(tǒng)，說法不一，但它應(yīng)體現(xiàn)出以下幾方面的特點：（1）制造系統(tǒng)的快速構(gòu)造能力提出制造系統(tǒng)可重構(gòu)思想的一個基本依據(jù)是期望制造系統(tǒng)能夠具有對激烈變化的市場需求做出及時準(zhǔn)確的響應(yīng)，因此要求制造系統(tǒng)本身的構(gòu)造能夠在短時期內(nèi)完成。如果一個制造系統(tǒng)可以被快速地構(gòu)造出來，產(chǎn)品上市時間必將大大地縮短，企業(yè)也能夠獲得更大的市場競爭能力。相反，如果一個制造系統(tǒng)不能被迅速地建立起來，那么當(dāng)該制造系統(tǒng)具備生產(chǎn)能力時，它所生產(chǎn)的產(chǎn)品也許已經(jīng)無法獲取合適的利潤價值，甚至該產(chǎn)品會被市場所淘汰。（2）制造系統(tǒng)的模塊化由于加工機器設(shè)備正在變得愈來愈貴重，其投資決策也愈來愈難。因此，模塊化可重構(gòu)的硬件插件兼容式技術(shù)必然會降低制造系統(tǒng)的投資成本，提高柔性，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。采用模塊化部件構(gòu)造機器設(shè)備，以便按生產(chǎn)要求的變化可以通過重構(gòu)使用這些模塊化部件使生產(chǎn)系統(tǒng)升級、機器重新配置，而不必重新制造和購買機器。例如，將加工中心設(shè)計成標(biāo)準(zhǔn)模塊——工作臺、電機、控制器、換刀裝置等多種模塊化兼容性部件。采用這種設(shè)計方法的直接結(jié)果是節(jié)約制造資源與生產(chǎn)成本，提高了系統(tǒng)運行的可靠性。當(dāng)生產(chǎn)任務(wù)改變時，首先立足于現(xiàn)有資源，通過優(yōu)化配置現(xiàn)有的各種資源模塊來解決不確定性問題。當(dāng)現(xiàn)有加工設(shè)備無法滿足生產(chǎn)需要時，則采購、定制新模塊，升級、擴充舊有的資源模塊，快速地集成各種生產(chǎn)模塊來獲取新的生產(chǎn)能力。（3）統(tǒng)一的集成環(huán)境隨著生產(chǎn)系統(tǒng)規(guī)模越來越大，不同部件間的耦合也越來越緊密，對整體管理系統(tǒng)的方法學(xué)需求也越來越明顯。目前的部件控制方法是單獨處理每一個單元，然后用一些并不妥當(dāng)?shù)姆椒▽⑺械膯卧o緊地聯(lián)系在一起，使之成為一體。這樣做的結(jié)果必然是設(shè)計、運行和集成導(dǎo)致了一個龐大的軟件控制系統(tǒng)，而且該控制系統(tǒng)在資源消耗和時間響應(yīng)方面具有很大的不可預(yù)見性。目前的設(shè)計方法是將系統(tǒng)集成當(dāng)作一次性的工作，而不是按任務(wù)的變化不斷改變的集成過程[22]。因此,它一旦建成則很難對其進行必要的修改與擴充。為適應(yīng)激烈變化的市場需求有必要建立一個統(tǒng)一的系統(tǒng)集成環(huán)境。系統(tǒng)的控制被設(shè)計成與每個元素?zé)o關(guān)，每個模塊都避免受到其它模塊的影響，而系統(tǒng)的總體則是協(xié)同一致的。2.2可重構(gòu)制造系統(tǒng)的研究內(nèi)容為實現(xiàn)制造系統(tǒng)按照市場導(dǎo)向快速地重構(gòu)這一目標(biāo)需要進行大量的工作。特別需要對一些關(guān)鍵的使能技術(shù)與方法進行深入的研究與探討。這些關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展與成熟一方面將有助于可重構(gòu)制造系統(tǒng)的實施，同時也有利于帶動其他相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。下面，從四個方面進行說明。2.2.1系統(tǒng)設(shè)計與集成現(xiàn)代制造是一種社會化的生產(chǎn)與營銷活動。在這種制造活動中,不可避免地需要解決系統(tǒng)的集成與分散之間的關(guān)系。所謂集成就是對制造各種要素進行組合或綜合的過程。利用集成的手段可以統(tǒng)籌與協(xié)調(diào)各種制造信息、各種制造資源、各種制造技術(shù)與各種制造功能模塊。在本質(zhì)上，集成體現(xiàn)了社會化協(xié)作，而分散或分解則體現(xiàn)了社會化的另一方面——分工與專業(yè)化。它包括分布式制造、單元制造、各種軟硬件模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化。顯然，無論集成與分散都是一種手段而不是目的。正確的做法應(yīng)該是根據(jù)企業(yè)的實際情況，在其經(jīng)濟可承受性與技術(shù)支撐可能性的約束下，應(yīng)用集成與分散手段，促進企業(yè)提高產(chǎn)品與服務(wù)的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低成本，增強企業(yè)整體對市場需求的靈活快速反應(yīng)能力，以良好的競爭力奪取市場。在制造系統(tǒng)中，集成的功能主要通過系統(tǒng)層實現(xiàn)。制造系統(tǒng)的系統(tǒng)層主要解決如何依據(jù)生產(chǎn)任務(wù)優(yōu)化配置制造資源，并保證各種制造信息在各子系統(tǒng)之間無縫流動并完成物料流的準(zhǔn)確調(diào)度。它的任務(wù)主要包括：制造資源的布局設(shè)計并確定運輸路徑，依據(jù)加工零件的交貨期制定生產(chǎn)計劃，依據(jù)加工過程中的各種信息進行作業(yè)調(diào)度與負(fù)荷平衡等多項內(nèi)容。對于一個可重構(gòu)的制造系統(tǒng)而言，更為重要的是系統(tǒng)層能夠依據(jù)不同的任務(wù)需求對制造系統(tǒng)的各個可重構(gòu)的模塊進行配置并對配置的結(jié)果進行評估。由于評價系統(tǒng)配置結(jié)果需要考慮產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)成本、交貨時間等多種因素，因此對這些評價指標(biāo)模型的深入研究具有重要的意義。與此問題相關(guān)的一個問題是如何評價系統(tǒng)配置的變化對諸如系統(tǒng)生產(chǎn)率、系統(tǒng)可靠性等制造系統(tǒng)特征的影響，如果這一問題得到有效解決必將為模塊化的制造系統(tǒng)綜合問題提供理論指導(dǎo)。系統(tǒng)層對配置后的制造系統(tǒng)評估的一個例子是對布局重構(gòu)的評估。例如：，美國的GM公司為縮短產(chǎn)品上市時間縮短了生產(chǎn)線的長度，有些企業(yè)設(shè)備布置變動已經(jīng)成為常事，甚至平均一年變動一次。然而，頻繁的設(shè)備布局變化會導(dǎo)致生產(chǎn)成本的增加。最終的結(jié)果必然是在二者中尋求平衡,為此系統(tǒng)層應(yīng)該能夠幫助決策者制定合適的策略。2.2.2模塊化的可重構(gòu)軟件制造系統(tǒng)的應(yīng)用軟件設(shè)計是一項非常復(fù)雜的工作。由于制造系統(tǒng)中存在大量的制造資源，多種設(shè)備操縱方法，我們需要將這些信息與方法抽象出來并構(gòu)造在一起使其成為一個可靠的應(yīng)用程序。面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)是解決這一問題的有效手段。遺憾的是，面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)并不能解決制造系統(tǒng)中軟件設(shè)計的所有問題。制造系統(tǒng)中應(yīng)用軟件的修改與升級就是其中之一。目前，一個應(yīng)用程序通常由單個的二進制文件組成。當(dāng)編譯器生成此應(yīng)用程序之后，應(yīng)用程序一般不會發(fā)生變化。這樣，客戶需求的改變必須等到整個應(yīng)用程序被重新編譯之后才能得到認(rèn)可。顯然，如果現(xiàn)有的這種情況不發(fā)生改變，客戶的需求將難以得到迅速的響應(yīng)，這對于制造企業(yè)而言是一個非常嚴(yán)峻的問題?？芍貥?gòu)的制造系統(tǒng)模塊化的特性要求應(yīng)用程序在發(fā)行之后不再保持靜止?fàn)顟B(tài)，它應(yīng)該隨著時代的發(fā)展與用戶需求的改變不斷地被注入新的活力。可喜的是，通過COM（組件模型），DCOM（分布式組件模型）等多項技術(shù)正在使現(xiàn)有的這種情況發(fā)生改變。COM的解決方案是將單個的應(yīng)用程序分割成多個獨立的部分，也就是組件(Component)。利用新的組件不斷地取代舊的組件，再將現(xiàn)有的各種組件重新配置實現(xiàn)用戶定制。同時，組件構(gòu)架最引人注目的優(yōu)點之一是快速應(yīng)用程序開發(fā)。這一優(yōu)點可以使某個組件庫中取出所需的組件并將其快速地組裝到一起以構(gòu)造所需的應(yīng)用程序。同時，由于引入動態(tài)鏈接技術(shù)(DLL)并封裝了組件的內(nèi)部信息，可以動態(tài)地將各種組件插入與卸出應(yīng)用程序從而實現(xiàn)應(yīng)用軟件的優(yōu)化與配置。借助于計算機網(wǎng)絡(luò)，更可將應(yīng)用程序劃分為位于遠(yuǎn)地的各種功能組件，并相應(yīng)地創(chuàng)建專門與之通訊的組件實現(xiàn)分布式計算。這一點對于制造系統(tǒng)自動化而言有著重要的意義。由于制造系統(tǒng)設(shè)計眾多的數(shù)據(jù)信息，如果所有這些信息完全由一臺或幾臺主控計算機進行處理，必然導(dǎo)致計算成本增大，某些實時信息難以得到響應(yīng)，更為嚴(yán)重的是一旦主控計算機出現(xiàn)問題制造系統(tǒng)將面臨全面的混亂。因此，有必要對制造系統(tǒng)中的各種信息進行分布式處理，使得計算量得到相應(yīng)的平衡。2.2.3可重構(gòu)制造系統(tǒng)的控制與故障診斷顧客對產(chǎn)品品種與規(guī)格、功能與性能、外觀與色澤需求量的要求呈多樣化，促使制造企業(yè)減少產(chǎn)品批量，以定單牽引生產(chǎn)。為適應(yīng)這種多樣化、個性化需求，必然要求制造系統(tǒng)配置一些可完成多種加工任務(wù)的機床與機器人。然而遺憾的是目前大多數(shù)工業(yè)機器人并不具備這種能力。其中的一個重要原因在于工業(yè)機器人的控制器基本上都是開發(fā)者基于自己的獨立結(jié)構(gòu)進行開發(fā)的，采用專用計算機，專用的機器人語言與專用的操作系統(tǒng)。這種“封閉”的控制器結(jié)構(gòu)使其僅具有特定的功能、適應(yīng)特定的環(huán)境、不便于進行系統(tǒng)擴展。針對這樣的問題，日本、歐美等一些國家近年來都在開發(fā)有開放式結(jié)構(gòu)的控制器。具有開放式結(jié)構(gòu)的控制器應(yīng)具有以下的特點：①采用標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)與總線結(jié)構(gòu)采用標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)與控制語言可以改變當(dāng)前各種專用機器人語言并且互不兼容的局面。利用標(biāo)準(zhǔn)的總線結(jié)構(gòu)使得各種傳感器與硬件控制板的“即插即用”成為可能。②利用網(wǎng)絡(luò)通訊，實現(xiàn)資源共享可重構(gòu)制造系統(tǒng)的一個重要特征是充分利用現(xiàn)有資源。當(dāng)生產(chǎn)任務(wù)改變時，一個可重構(gòu)的制造系統(tǒng)能夠合理有效地對現(xiàn)有制造資源進行優(yōu)化配置，使之迅速地適應(yīng)新的市場需求。因此開放式控制系統(tǒng)也有網(wǎng)絡(luò)通訊的功能，以便于實現(xiàn)資源共享或多臺工業(yè)機器人與加工機床協(xié)同工作。通過有效地交換數(shù)據(jù)來支撐控制系統(tǒng)各設(shè)備的協(xié)同工作，以便預(yù)見潛在的問題，及時有效地解決已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的問題。制造系統(tǒng)中的另一重要研究內(nèi)容是故障診斷與過程監(jiān)控。在制造過程中，一方面由于制造過程本身相當(dāng)復(fù)雜，制造任務(wù)多種多樣，另一方面制造環(huán)境會隨著制造系統(tǒng)的重構(gòu)發(fā)生改變，特別的制造環(huán)境會受到隨機的干擾。這些因素常使制造系統(tǒng)偏離所設(shè)置的最優(yōu)狀態(tài)。更為嚴(yán)重的是，由于制造設(shè)備長期飽和運行容易導(dǎo)致設(shè)備器件損壞，從而使得產(chǎn)品質(zhì)量難以得到保證，甚至?xí)斐芍圃煜到y(tǒng)的癱瘓。為解決這樣的問題，一方面要加強制造系統(tǒng)的監(jiān)控，通過獲取和分析制造過程的實時信息保證制造過程安全，可靠與高效地運行。同時，要加強制造設(shè)備的容錯能力與適應(yīng)能力。通過以下三種措施可以使得系統(tǒng)在誤差允許的范圍內(nèi)維持系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)而不致影響完成主要任務(wù)：①系統(tǒng)重構(gòu)：在系統(tǒng)某一部件發(fā)生故障時,其他部件可以部分代替其工作，使整個系統(tǒng)繼續(xù)運行。②解析容余：利用測量之間或控制之間的依賴關(guān)系，在某一部件發(fā)生故障時，其它部件的參數(shù)耦合可以代替失效部件所負(fù)擔(dān)的任務(wù)。③設(shè)計預(yù)量：在設(shè)計中對影響系統(tǒng)性能指標(biāo)的參數(shù)留有一定允許偏離設(shè)計值的預(yù)量，這樣系統(tǒng)在長期運行過程中，由于漸變退化等原因，使得有關(guān)參數(shù)漂移只要不超過其預(yù)期值或范圍，則還能維持系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)，不致影響生產(chǎn)。2.2.4產(chǎn)品與加工設(shè)備的模塊化設(shè)計為開發(fā)具有多種功能的不同產(chǎn)品，不必對每種產(chǎn)品施以單獨的設(shè)計，而是精心設(shè)計出多種模塊，將其經(jīng)過不同的方式進行組合來構(gòu)成不同的產(chǎn)品，以解決產(chǎn)品品種、規(guī)格和設(shè)計周期、成本之間的矛盾。在本世紀(jì)二十年代左右，模塊化的設(shè)計原理就開始用于機床設(shè)計。到本世紀(jì)五十年代，歐美一些國家正式提出“模塊化設(shè)計”的概念，把模塊化設(shè)計提高到理論高度來研究。目前，模塊化設(shè)計的方式主要有以下幾種：①橫系列模塊化設(shè)計，不改變產(chǎn)品主要參數(shù)，利用模塊發(fā)展變型產(chǎn)品。這種方式最容易實現(xiàn)，應(yīng)用的也最廣。常見的做法是在某型品種上更換與添加模塊，形成新的品種。②縱系列模塊化設(shè)計，也就是在同一類型中對不同規(guī)格的某型產(chǎn)品進行設(shè)計。由于產(chǎn)品主參數(shù)發(fā)生改變，會導(dǎo)致產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式與尺寸不同，因此縱系列模塊化較橫系列模塊化更為復(fù)雜。加工設(shè)備的模塊化設(shè)計是可重構(gòu)制造系統(tǒng)中另一個重要問題。由于可重構(gòu)制造系統(tǒng)中的制造單元具有模塊化的特性，這使得設(shè)計制造系統(tǒng)中的加工設(shè)備具有相當(dāng)?shù)膹?fù)雜性。制造系統(tǒng)加工設(shè)備的傳統(tǒng)設(shè)計僅考慮了機床級的重構(gòu)，而在可重構(gòu)制造系統(tǒng)中，為完成新的加工任務(wù)整個制造系統(tǒng)有可能被重新配置。為解決模塊化機器的系統(tǒng)優(yōu)化問題，需要發(fā)展可重構(gòu)設(shè)計理論。其內(nèi)容包括對可重構(gòu)機器的拓?fù)渚C合，優(yōu)化機器的運動鏈與結(jié)構(gòu)，分析機器磨損、結(jié)構(gòu)振動與剛性等問題。這種理論能夠分析由不同模塊所構(gòu)成的加工機器的系統(tǒng)指標(biāo)，如加工精度與可靠性。產(chǎn)品與加工設(shè)備的模塊化設(shè)計中遇到的首要問題是制造模塊的范圍問題。換句話說，對一個模塊化的產(chǎn)品與加工設(shè)備，如何科學(xué)與準(zhǔn)確地劃分各種模塊。模塊化的設(shè)計原則是力求以少量的模塊來組成盡可能多的產(chǎn)品與加工設(shè)備，并盡量保證性能可靠，成本低廉。為此應(yīng)在模塊設(shè)計時注意以下幾個問題：①保證模塊結(jié)構(gòu)盡量簡單、規(guī)范，模塊間的聯(lián)系盡可能的簡單。②模塊的接口應(yīng)便于連接與分離，同時模塊的劃分不能影響系統(tǒng)的主要功能。③模塊化設(shè)計應(yīng)避免片面追求功能的實現(xiàn)，而應(yīng)注重模塊化產(chǎn)品生命周期全周期多目標(biāo)的權(quán)衡與綜合決策。如易于回收、裝配與維修，產(chǎn)品報廢后某些模塊仍可利用，模塊可以升級與重新配置。2.3可重構(gòu)制造系統(tǒng)的布局設(shè)計制造系統(tǒng)的最優(yōu)布局設(shè)計是一個需要在制造系統(tǒng)最初設(shè)計階段就必須解決的重要問題。如果一個制造系統(tǒng)最初的布局設(shè)計不合理，必然導(dǎo)致該系統(tǒng)實際運行時出現(xiàn)各種各樣的問題。Tompkins與White指出因布局不合理所產(chǎn)生的運行費用占制造系統(tǒng)整體運行費用的20-50%。因此對制造系統(tǒng)最優(yōu)布局問題進行深入研究具有重大的理論與實際意義。目前對這一問題研究已經(jīng)取得的很多良好的結(jié)果[2,6,7]。但是，目前眾多算法的一個基本假設(shè)是制造系統(tǒng)的布局策略是一種長期的巨大投資策略的體現(xiàn)。在這種假設(shè)下，系統(tǒng)布局一旦設(shè)定基本上就不再改變。只有在大量的資本投入與長時期停產(chǎn)等情況下，制造布局才可能發(fā)生改變。因此目前大多數(shù)的系統(tǒng)布局方法多集中于將給定的機床分配到相應(yīng)的工位以保證運送加工材料的時間(或代價)最小。然而，日益加劇的市場競爭會使得以上假定失效。迅速變化的市場需求要求制造系統(tǒng)具有快速調(diào)整生產(chǎn)能力與迅速加工新的生產(chǎn)對象的能力。這對制造系統(tǒng)本身提出了兩方面的要求：一方面制造系統(tǒng)本身應(yīng)具有一定的魯棒性與適應(yīng)能力，我們不需要對制造系統(tǒng)做出大的改變就能生產(chǎn)出新的產(chǎn)品。另一方面，制造系統(tǒng)應(yīng)具有可擴展能力。如果制造系統(tǒng)的加工設(shè)備、工件流支持系統(tǒng)、刀具流支持系統(tǒng)和信息流支持系統(tǒng)都由標(biāo)準(zhǔn)化的功能模塊構(gòu)成，那么當(dāng)目前的制造系統(tǒng)無法滿足生產(chǎn)需要時，就可通過采購、定制新模塊，升級、擴充舊設(shè)備，快速地集成各種生產(chǎn)模塊等方法來獲取新的生產(chǎn)能力。顯然，市場需求變化越激烈，對制造系統(tǒng)本身的可擴展、可重構(gòu)的要求就越高。因此，在現(xiàn)有制造系統(tǒng)構(gòu)型的基礎(chǔ)上，研究重構(gòu)系統(tǒng)的新布局具有重要的理論與實際意義。首先，制造系統(tǒng)可重構(gòu)布局研究的對象是各種模塊化的制造單元。幾十年制造自動化技術(shù)發(fā)展的實踐表明，集成化是建立在單元化的基礎(chǔ)上的，功能模塊標(biāo)準(zhǔn)化就是為發(fā)展制造系統(tǒng)提供高質(zhì)量的“預(yù)制構(gòu)件”。功能模塊標(biāo)準(zhǔn)化的好處是非常巨大的。一方面，模塊化的制造系統(tǒng)可以保證系統(tǒng)的可靠性和降低系統(tǒng)的費用。如果某一生產(chǎn)過程的“瓶頸”設(shè)備完全與整個制造系統(tǒng)的其他部分“解耦”，就可以方便地將該設(shè)備剔除出生產(chǎn)系統(tǒng)而對制造系統(tǒng)的其余部分不造成影響。另一方面，制造系統(tǒng)模塊化有助于縮短系統(tǒng)的調(diào)試周期，便于系統(tǒng)優(yōu)化與擴展。當(dāng)系統(tǒng)底層模塊的屬性已知，各個模塊之間的關(guān)系理順后，系統(tǒng)規(guī)劃層就可針對生產(chǎn)要求協(xié)調(diào)好各個模塊之間的關(guān)系，迅速地改變制造系統(tǒng)加工能力。應(yīng)當(dāng)注意到可重構(gòu)布局的研究是建立在現(xiàn)有布局基礎(chǔ)上的研究。依賴現(xiàn)有的制造單元是可重構(gòu)制造系統(tǒng)布局研究的出發(fā)點。為減少重新配置系統(tǒng)的代價，應(yīng)盡量減少現(xiàn)有布局的改變。系統(tǒng)的重構(gòu)配置不是完全推倒現(xiàn)有系統(tǒng)，而是盡量利用現(xiàn)有的制造資源。不充分利用這些已購置的設(shè)備與儀器，僅僅依賴于重新添置新的加工設(shè)備必然會導(dǎo)致極大的浪費。同時，應(yīng)該重視現(xiàn)有的各種加工技術(shù)與經(jīng)驗教訓(xùn)并把它們集成到新的制造系統(tǒng)中去，這是因為只有對現(xiàn)有系統(tǒng)有了充分的認(rèn)識才能正確發(fā)現(xiàn)滿足新的生產(chǎn)任務(wù)的方法。如何選取應(yīng)該重新配置的模塊強烈地依賴于各種專家知識的提取，而現(xiàn)有的各種制造經(jīng)驗會成為將來重新構(gòu)造系統(tǒng)的重要規(guī)則。因此，在研究可重構(gòu)系統(tǒng)布局時首先應(yīng)對現(xiàn)有系統(tǒng)有充分而全面的認(rèn)識?？芍貥?gòu)布局研究的一個重要問題是研究如何提供一套綜合的、系統(tǒng)的方法實現(xiàn)制造系統(tǒng)的布局設(shè)計。目前的設(shè)計方法大都要求預(yù)先設(shè)定一個唯一并且已知的制造環(huán)境，同時現(xiàn)有的設(shè)計方法由幾個獨立的、互相之間缺乏有效接口的部分組成。因此在系統(tǒng)設(shè)計層應(yīng)提供一個有效的總體框架來快速地集成各種輔助工具。在這個框架之下，制造單元的劃分、構(gòu)成與制造功能的封裝，制造系統(tǒng)內(nèi)部各制造單元之間的聚合、運行與分解等問題都可以得到有效的解決。如何評價已經(jīng)設(shè)計出的系統(tǒng)新布局是可重構(gòu)布局研究的另一個問題。系統(tǒng)布局的評價應(yīng)考慮多種因素，包括生產(chǎn)質(zhì)量，生產(chǎn)成本，零件加工時間等多種要素。顯然針對各種評價指標(biāo)必然會得出各種不同的評價結(jié)果，而如何在這些評價結(jié)果中選取合適的結(jié)論又依賴于決策者的偏好。因此如何在眾多的評價標(biāo)準(zhǔn)與方法中選取合適的標(biāo)準(zhǔn)與方法是一個復(fù)雜而又重要的問題。與此問題相關(guān)的一個問題是如何確定布局的特定變化對諸如系統(tǒng)生產(chǎn)率，系統(tǒng)可靠性等制造系統(tǒng)特征的影響。顯然這一問題對于由各種功能模塊單元構(gòu)成的制造系統(tǒng)而言有著特殊的重要意義。另外，對可重構(gòu)布局的研究應(yīng)注意避免使其成為“自動化孤島”。它應(yīng)與其他的計算機輔助制造軟件之間留有完整而有效的接口，確保各種設(shè)計信息“完整、無縫”地在系統(tǒng)的整體規(guī)劃層流動。同時，可重構(gòu)布局系統(tǒng)本身應(yīng)成為整個制造系統(tǒng)的一個“模塊”，可以方便升級，修改與維護。它本身的功能被封裝起來，而與制造系統(tǒng)的其他模塊相互之間耦合很小。當(dāng)布局重構(gòu)理論發(fā)展時，可重構(gòu)布局系統(tǒng)能夠相應(yīng)的發(fā)生改變，而這種改變不會造成整個制造系統(tǒng)全面重新設(shè)計[16]。2.4可重構(gòu)制造系統(tǒng)的評價可重構(gòu)制造系統(tǒng)的評價指標(biāo)大致上可以分成四類：柔性、生產(chǎn)節(jié)奏、經(jīng)濟性、可靠性。如圖2.1示?？芍貥?gòu)制造系統(tǒng)評價指標(biāo)體可重構(gòu)制造系統(tǒng)評價指標(biāo)體系柔性生產(chǎn)節(jié)奏經(jīng)濟性可靠性加工精度加工功能配置生產(chǎn)率設(shè)備利用均衡度安裝功能冗余機床負(fù)荷可重用性可靠度系數(shù)MTBF圖2.1可重構(gòu)制造系統(tǒng)的綜合評價指標(biāo)體系就具體的可重構(gòu)制造系統(tǒng)而言，評價指標(biāo)的選取應(yīng)遵循以下原則：①完整性，指標(biāo)應(yīng)能反應(yīng)可重構(gòu)制造系統(tǒng)的主要特征；②可操作性，評判指標(biāo)應(yīng)易于計算及評估；③清晰性，評判指標(biāo)應(yīng)具有明確含義；④非冗余性，同一特性不應(yīng)用多個指標(biāo)來度量。⑤可比性，指標(biāo)的確定應(yīng)便于對不同的重構(gòu)系統(tǒng)進行比較。重構(gòu)的好壞應(yīng)從幾個方面進行評價：a.低的生產(chǎn)成本和重組成本的綜合值cost。重組成本包含設(shè)備移位、調(diào)試、增添和重組停工損失等費用。b.短的設(shè)計建造時間和斜升時間time。斜升時間，指新建或重組制造系統(tǒng)運行開始后達(dá)到規(guī)劃或設(shè)計規(guī)定的質(zhì)量，運轉(zhuǎn)時間和成本的過渡時間。它是制造系統(tǒng)重組可行性的一個重要性能測度指標(biāo)。c.最大限度地利用已有的資源resource。可重構(gòu)制造系統(tǒng)的一個主要特點就是要最大限度地利用已有的生產(chǎn)資源。d.在公共地基上達(dá)到物流最優(yōu)stream。現(xiàn)在傾向于利用變長、變寬和變深的物流河理論描述，研究變流理論的目的在于及時檢測、控制物流河，使物流系統(tǒng)新建、重組后快速達(dá)到和保持系統(tǒng)運行性能的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。C、T、R、S是可重構(gòu)制造的評價指標(biāo)。當(dāng)然,這4個評價指標(biāo)是相互依存相互矛盾的，在進行制造系統(tǒng)重構(gòu)設(shè)計時可以運用計算機技術(shù)和仿真技術(shù)全面考慮，在它們之間取得和諧的平衡[17]。2.5本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（?。┰O(shè)計模塊化支撐部件，使機床具有模塊化形式；（2）設(shè)計整體機床，使機床具有可重構(gòu)模式。3鉆床設(shè)計3.1深孔鉆床總體方案分析3.1.1課題要求在原有的深孔機床上增加機構(gòu)，便于拆裝，達(dá)到一機多用，提高生產(chǎn)效率和節(jié)約成本。3.1.2性能指標(biāo)要求新設(shè)計的機床比原先使用的機床有較大的改進：①生產(chǎn)率要有較大的提高，主軸功率提高；②采用單一軸；③要求采用最先進的深孔加工技術(shù)，保證順利排屑；④采用數(shù)控技術(shù)，有較高的自動化控制功能；⑤一機多用，有較廣的使用范圍。3.1.3方案分析針對上述項目要求，根據(jù)現(xiàn)有的深孔加工技術(shù)水平和先進的機床設(shè)計技術(shù)水平，我采用了以下方案：（1）采用最新的可重構(gòu)設(shè)計理論，采用功能模塊化設(shè)計，大量采用標(biāo)準(zhǔn)件和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)接口，不僅大大提高了設(shè)計效率，而且使機床具有一定的可重構(gòu)性，滿足當(dāng)前客戶化生產(chǎn)的要求；在這里存在的一個問題是可重構(gòu)機床的設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)并沒有行業(yè)級的標(biāo)準(zhǔn)，只能以簡單的標(biāo)準(zhǔn)來衡量。（2）主軸采用大功率直流無級調(diào)速電機，可提高主軸轉(zhuǎn)速，提高生產(chǎn)率；進給電機也采用無級調(diào)速。主軸電機和進給電機在市場均有出售。（3）為了解決排屑不暢的問題，我們采用了高效參數(shù)可調(diào)負(fù)壓抽屑器，有效的解決了堵屑的問題，而且大大降低了液壓系統(tǒng)的油路壓力，使液壓系統(tǒng)的密封簡單化。（4）基于本設(shè)計是在深孔機床支撐部件的模塊化設(shè)計，所以在機床工作臺安裝便于拆卸的V型槽，用于加工非回轉(zhuǎn)體工件的支撐。在車床的動力頭（刀頭）平行放置小型電機，用于帶動刀桿轉(zhuǎn)動。當(dāng)車床加工回轉(zhuǎn)體零件時，撤掉V型槽，工件固定在主軸上，工件旋轉(zhuǎn)，進行加工；當(dāng)加工非回轉(zhuǎn)體零件時，安裝V型槽，電機工作，刀具轉(zhuǎn)動完成轉(zhuǎn)孔任務(wù)。我們按要求完成機床的設(shè)計、零部件加工和組裝。在滿足項目要求的前提下，我們進行了機床的可重構(gòu)設(shè)計研究，希望對當(dāng)前最新研究課題——可重構(gòu)機床的認(rèn)識和研究進一步加深，這也是本論文選題的意義所在?；诂F(xiàn)有的技術(shù)條件和研究能力，3.2臥式深孔機床可重構(gòu)化思路深孔機床的可重構(gòu)化以加工對象和加工工具為切入點，分析深孔零件族和深孔刀輔具來確定深孔機床各功能模塊的劃分。以重構(gòu)后功能冗余最小分析深孔機床可重構(gòu)思路。3.2.1深孔零件族分析深孔是與淺孔相比較而言的，通常以長徑比（即孔深與孔徑之比值，以L/D表示）來劃分。國內(nèi)多數(shù)人習(xí)慣把長徑比大于10的孔稱之為深孔，長徑比小于10的孔稱之為淺孔。深孔加工一般要采用特殊的孔加工刀具、技術(shù)和裝備來實現(xiàn)。（1）深孔零件的分類深孔零件按結(jié)構(gòu)特征可分回轉(zhuǎn)體零件和非回轉(zhuǎn)體零件。其中比較常見的是回轉(zhuǎn)體深孔件。本機床的設(shè)計僅以回轉(zhuǎn)體零件為準(zhǔn)。深孔零件按尺寸大小可分為：特小直徑深孔件、小直徑深孔件、中直徑深孔件、大直徑深孔件和超大直徑深孔件。特小直徑深孔件是指直徑在3mm以下的深孔，這類小孔的加工目前在現(xiàn)有的技術(shù)條件下是比較困難的；小直徑深孔件指直徑在3mm~18mm的深孔，這類深孔的加工常采用槍鉆進行加工，槍鉆加工出來的孔精度較高；中直徑深孔件指直徑在18mm~65mm的深孔，常采用BTA鉆進行加工；大直徑深孔件指直徑在65mm~180mm的深孔,常常采用機夾式BTA鉆或者采用擴孔鉆，BTA鉆加工效率比槍鉆高，加工精度能滿足一般精一般不采用度要求；超大直徑深孔件指直徑大于180mm的深孔，機械加工方式來切除金屬。深孔零件按精度等級可分為：精密級、普通精度級、一般精度級。零件要求的精度等級與采用的加工工具密切相關(guān)。（2）深孔件加工成形運動工藝分析深孔零件加工不同于一般的內(nèi)孔加工，一般內(nèi)孔加工常采用工件固定不動，刀具作進給加旋轉(zhuǎn)運動的方式進行加工；深孔零件常常是采用工件旋轉(zhuǎn)，刀具進給的方式作成形運動。一般的深孔鉆削運動形式有下列幾種：本團隊全部是在讀機械類研究生，熟練掌握專業(yè)知識，精通各類機械設(shè)計，服務(wù)質(zhì)量優(yōu)秀?？扇梯o導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計，知識可貴，帶給你的不只是一份設(shè)計，更是一種能力。聯(lián)系方式：QQ712070844，請看QQ資料。按DF系統(tǒng)設(shè)計液壓系統(tǒng)，其設(shè)計原理圖如（圖3.8）所示。從圖中看油路共分八路：分別輸送至前裝置的液壓缸和輸油器、后裝置的負(fù)壓器及導(dǎo)軌潤滑。因為是雙軸驅(qū)動，所以共需要八路油路。為了提高機床的自動化程度及方便工人操作，考慮到機床的美觀，前裝置的頂緊套采用液壓驅(qū)動，因此需要兩個液壓缸。在供負(fù)壓抽屑器和輸油器兩路油路上分別安裝了兩個液壓表，用于測量油路中的油液流量，并根據(jù)負(fù)壓效果和排屑效果，調(diào)整液壓流量，以達(dá)到最好的抽屑和排屑效果。這一設(shè)計突破了傳統(tǒng)DF系統(tǒng)油路分流比定為2：1的束縛。每一油路互不干擾，有一定的重構(gòu)能力。參考文獻[1]胡維剛.機床模塊化設(shè)計及其智能支持系統(tǒng)的研究與實踐:[博士學(xué)位論文].華中理工大學(xué)機械科學(xué)與工程學(xué)院,1994[2]陳光耀,王榮航,丘第魁等.機床模塊化設(shè)計研究和應(yīng)用概況.上海工業(yè)大學(xué)學(xué)報,1986[3]姜華,周濟,王春和等.機械裝配設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù).華中理工大學(xué)學(xué)報,1997[4]廖林清.機械設(shè)計方法學(xué).重慶大學(xué)出版社,1996[5]賈延林.模塊化設(shè)計.機械工業(yè)出版社,1993[6]李洪.實用機床設(shè)計手冊.遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,1999[7]姚家倫.機床設(shè)計指導(dǎo)書.寧夏人民出版社，1988[8]潘維海.機床概論與設(shè)計習(xí)題集.哈爾濱科技大學(xué)，1986[9]戴曙.金屬切削機床設(shè)計.機械工業(yè)出版社，1981[10]金振華.組合機床及其調(diào)整與使用.機械工業(yè)出版社，1990[11]黃鶴汀.金屬切削車床設(shè)計.上?？萍汲霭嫔纾?986[12]李天無.簡明機械工程師手冊.云南科技出版社，1988[13]Makino.FANOC11ME-MODELProgrammingManual.Tokyo:Makino,1991[14]Sodick.EDMA3RProgrammingManual.Tokyo:Sodick,1991[15]王世芳.質(zhì)量管理學(xué).上?？萍技夹g(shù)文獻出版社，1993[16]吳清.現(xiàn)代質(zhì)量控制.世界圖書出版社，1997[17]王世芳.工序控制論.華中理工大學(xué)出版社，1992A目錄目錄第一章總論 1一、項目概述 1二、可行性研究報告編制依據(jù)和范圍 2三、項目主要經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo) 3四、******國家森林公園概況 3第二章項目背景及必要性 8一、項目背景 8二、項目建設(shè)的必要性與可行性 10第三章項目選址分析 13一、項目選址 13二、項目城市概況 13三、經(jīng)濟發(fā)展概況 14四、公共設(shè)施依托條件及施工條件