液壓支架模塊化設(shè)計策略

液壓支架模塊化設(shè)計策略

0引言

在傳統(tǒng)的模塊化設(shè)計理論、方法的基礎(chǔ)上，利用客戶需求分析和產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)分析．提出了一種液壓支架模塊設(shè)計策略。液壓支架是機械化采煤時實現(xiàn)支撐、切頂?shù)裙δ艿闹ёo設(shè)備，是機械化采煤的關(guān)鍵設(shè)備。對液壓支架進行模塊化設(shè)計易于產(chǎn)品的變型設(shè)計，縮短設(shè)計周期，并滿足批量生產(chǎn)需求。

液壓支架模塊化設(shè)計主要分為以下步驟：

(1)液壓支架的功能結(jié)構(gòu)分解，建立功能模型，并實現(xiàn)功能一結(jié)構(gòu)的映射；

(2)分析得到的各結(jié)構(gòu)的子功能，考慮接口約束、物理約束、用戶需求等因素，進行功能模塊劃分；

(3)對模塊進行組合，即可得到液壓支架，對其進行評價。1液壓支架模塊劃分

QFD（質(zhì)量功能展開）是一種將客戶或市場需求轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品設(shè)計目標特征的分析方法。利用QFD對用戶視角參數(shù)進行分析，轉(zhuǎn)化為定性的設(shè)計者視角的技術(shù)參數(shù)，明確產(chǎn)品的功能需求。

任何產(chǎn)品都存在著物料、能量與信號的交換，為了明確產(chǎn)品如何運作，將上述確定的所有產(chǎn)品功能串接起來，根據(jù)物料、能量和信號的流向建立產(chǎn)品黑箱模型。產(chǎn)品黑箱模型僅能表示產(chǎn)品的功能部分，并不能體現(xiàn)出功能一結(jié)構(gòu)之間的對應(yīng)關(guān)系，而產(chǎn)品的功能一結(jié)構(gòu)映射能夠表示出上述要求。因此將黑箱模型和功能一結(jié)構(gòu)映射結(jié)合在一起，實現(xiàn)液壓支架的功能分解。該方法中，粗實線代表物料流，細實線代表能量流，虛線代表信息流，方框表示結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)下方的圖框表示功能。液壓支架各功能結(jié)構(gòu)用物料流、能量流和信息流連接起來，從而得到液壓支架的功能一結(jié)構(gòu)模型，如圖1所示。圖1液壓支架功能結(jié)構(gòu)模型2基于液壓支架功能一結(jié)構(gòu)的功能模塊劃分

利用模糊分級以及AHP（層次分析法）對各個功能一結(jié)構(gòu)單元間的結(jié)構(gòu)和接口設(shè)定相應(yīng)的相關(guān)值r（Ui，Uj）。根據(jù)AHP法設(shè)定如2個單元間存在物質(zhì)聯(lián)系，其相關(guān)值為0.464，如存在能量聯(lián)系，其相關(guān)值為0.382，如存在信息聯(lián)系，其相關(guān)值為0.154。如果同時存在2種或2種以上聯(lián)系，則相關(guān)值累加。如兩單元若同時存在物質(zhì)、能量的聯(lián)系，則其相關(guān)值r（Ui，Uj）=0.464+0.382=0.846。結(jié)構(gòu)間的相關(guān)值按模糊分級，如表1所示。表1結(jié)構(gòu)相關(guān)值

同時考慮結(jié)構(gòu)與接口之間的相關(guān)值，得出單元間的總相關(guān)值，總相關(guān)值算法如下：

式中

U——功能一結(jié)構(gòu)單元；

s——結(jié)構(gòu)；

i——接口；

w——權(quán)重，取采用模糊分級法，根據(jù)實際情況對Ws、Wi進行取值；

r（Ui，Uj）——總相關(guān)值。

根據(jù)液壓支架的功能一結(jié)構(gòu)模型選出其主要功能結(jié)構(gòu)單元，對功能結(jié)構(gòu)單元間的結(jié)構(gòu)和接口相關(guān)值進行計算。液壓支架功能結(jié)構(gòu)單元如下：底座U1、推移千斤頂U2、推移機構(gòu)U3、后連桿U4、前連桿U5、后連桿側(cè)護板U6、掩護梁側(cè)護板U7、掩護梁U8、平衡千斤頂U9、立柱U10、頂梁U11、頂梁側(cè)護板U12、伸縮梁U13。如取結(jié)構(gòu)權(quán)重ws=0.8，接口權(quán)重wi=0.2，可得r(Ui，Uj)=wsrs(U1，U2)+Wiri(U1，U2)=0.8×0.6+0.2×0.846=0.649，其中取rs(U1，U2)=0.6表示底座與推移千斤頂之間屬于適中過度配合，取ri(U1，U2)=0.846表示底座與推移千斤頂之間存在物質(zhì)和能量的關(guān)系。根據(jù)所得的各結(jié)構(gòu)單元間的總相關(guān)值建立液壓支架功能-結(jié)構(gòu)相關(guān)矩陣為

確定模塊劃分粒度，劃分不同粒度的模塊。給出模塊劃分粒度度量值λ，找出矩陣中所有大于λ的相關(guān)值，合并其包含的功能結(jié)構(gòu)單元，即得到相應(yīng)的功能結(jié)構(gòu)模塊。如若取λ=0.6，則提取所有相關(guān)值在0.6以上的功能結(jié)構(gòu)單元劃分為一個模塊。模塊劃分如下：模塊1(U1，U2，U3)、模塊2(U4