面向产品可持续性的公差优化设计

摘要

公差是机械产品的制造与设计的桥梁，公差选择的合理性在很大程度上决定产品的性能、可靠性、使用寿命等关键特性。公差设计的目的是实现机械产品的低成本、高质量。随着环境的污染、资源的短缺、以人为本核心思想的提出，作为经济支撑的制造业被迫改变生产模式，不再用开环系统的传统制造模式，而逐渐转向兼顾经济、环境、社会的可持续发展战略。
　　公差贯穿于产品的整个生命周期，对产品的经济、环境、社会影响有着密切的联系。目前对公差的优化设计主要致力于最小化制造成本和质量损失成本的总和，也有基于制造环境、加工工序、稳健性等的研究，考虑产品可持续发展的研究尚且很少。面向产品可持续性的公差优化设计的关键在于公差设计过程中兼顾产品生命周期中的经济、环境、社会影响，是一种顺应时代发展需要、具有现实实用意义的研究。
　　本文根据现有的公差设计技术，结合可持续发展的核心思想提出了面向产品可持续性的公差优化设计方法，论文主要工作如下:
　　1)综述计算机辅助公差设计和面向产品可持续性设计的发展历程及研究现状，综述可持续发展及面向产品可持续性的公差优化设计的研究现状;
　　2)分析公差与产品可持续性影响因素的关系，并提出产品可持续性与公差决策间的关系模型;
　　3)结合公差与产品可持续性影响因素间的定性分析结果，对产品的制造阶段、使用阶段及终端处理阶段的可持续影响依次进行定量分析;
　　4)根据产品的可持续影响的定量分析结果，并结合已有的公差——制造成本数学模型及现有的相关研究，分别提出产品的公差与经济、环境、社会影响成本间的数学模型;
　　5)提出面向产品可持续性的公差优化设计的目标函数、约束条件及优化算法，求出最优的公差分配结果;并对数控铣床的部分铣头结构进行公差优化设计，进而对本文所提出的公差优化方法进行分析验证。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 计算机辅助公差设计的发展历程及发展趋势

1．1．1 计算机辅助公差设计的发展历程

1．1．2 计算机辅助公差设计的发展趋势

1．2 公差优化设计的关键技术

1．2．1 公差——制造成本的关系模型

1．2．2 公差优化算法

1．3 面向产品可持续性设计的研究

1．3．1 可持续性发展

1．3．2 面向产品可持续性设计的国内外研究现状

1．3．3 面向产品可持续性的公差设计研究现状

1．4 课题的提出及本文的研究内容

1．4．1 课题的提出

1．4．2 本文的研究内容

第2章 公差与产品可持续性关系分析

2．1 公差设计

2．2 产品的可持续发展

2．3 产品生命周期中的可持续性影响因素

2．3．1 设计阶段的可持续性影响因素

2．3．2 制造阶段产品的可持续性影响

2．3．3 使用阶段产品的可持续性影响

2．3．4 终端处理阶段产品的可持续性影响

2．4 产品可持续性与公差相关决策间的关系模型

2．5 本章小结

第3章 可持续性影响成本的量化及成本模型的构建

3．1 生命周期各阶段的可持续性的定量分析

3．1．1 制造阶段的可持续性影响的定量分析

3．1．2 使用阶段的可持续性影响的定量分析

3．1．3 终端处理阶段的可持续性影响的定量分析

3．2 产品生命周期中总的经济、环境、社会影响成本

3．3 产品可持续性与公差的成本模型

3．3．1 公差——经济影响成本

3．3．2 公差——环境影响成本

3．3．3 公差——社会影响成本

3．4 本章小结

第4章 面向产品可持续性的公差优化设计

4．1 面向产品可持续性的公差优化目标函数

4．2 约束条件

4．2．1 概率边界约束

4．2．2 加工能力约束

4．2．3 装配成功率约束

4．3 面向产品可持续性的公差优化设计模型

4．4 实例分析

4．4．1 公差——成本模型中参数的计算

4．4．2 结果比较

4．5 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间参与的科研项目