基于绿色制造的计算机辅助公差设计研究

摘要

随着环境和资源问题的日益突出，绿色制造已成为必然的趋势。基于绿色制造的公差设计是保护环境、降低制造成本、提高企业竞争能力的重要途径。本文根据绿色制造的基本理论，主要研究了基于蒙特卡洛模拟的统计公差设计和基于绿色制造的公差优化设计理论和方法。
　　 计算机辅助公差设计(CAT)是机械产品设计和制造过程中的重要环节。本文参考了大量的国内外文献，对CAT的研究现状进行了深入的研究;综述了国内外公差优化设计，公差与计算机模拟以及绿色制造在公差设计中应用的阶段性成果;提出了在绿色制造技术下的公差分配优化的目标函数，结果表明:以绿色制造为思想的公差设计可以对产品的公差进行柔性的设计，消除掉不必要的资源和能源的浪费，使其能够满足市场的柔性需要，更具有现实实用性，降低产品的成本，提高企业效益。
　　 蒙特卡洛方法作为一种统计试验方法，广泛用于各种试验和模拟分析中。本文对蒙特卡洛模拟方法公差分析进行了深入研究，在原有软件的基础上，详细介绍了基于Visual Basic和Matlab GUI的蒙特卡洛模拟分析软件的开发过程，并着重进行了贝塔分布，瑞利分布等一些常用分布的程序编写并进行了模拟及程序调试，囊括了机械加工各种常用的误差分布，使软件更加完整，具有更好的实用性。
　　 绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式。本文对基于绿色制造的公差优化设计进行了研究。研究并提出了以制造成本，质量损失成本和环境影响成本之和最小作为目标函数的公差优化分配方法的概念;并且以制造成本与质量损失成本的总成本最小进行了案例分析。结果表明:与传统的公差分配方法比较可以看出，考虑面向用户需求和环境影响既维护了用户的利益，又保持了产品的质量，而且成本最低，是一种最佳的公差分配方法。
　　 本文的研究对于蒙特卡洛模拟公差分析和基于绿色制造的公差优化分配具有一定的指导意义。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的学术背景和意义

1．2 绿色制造的研究历史、现状及发展趋势

1．2．1 绿色制造的历史、国内外研究现状

1．2．2 绿色制造的发展趋势

1．3 绿色制造概述

1．3．1 绿色制造的基本概念

1．3．2 绿色制造的特点

1．3．3 绿色制造的关键技术

1．3．4 再制造技术简介

1．4 基于绿色制造的公差设计研究

1．4．1 基于并行质量工程的6σ公差设计方法应用研究

1．4．2 稳健公差设计研究

1．4．3 并行公差设计研究

1．4．4 基于绿色制造的公差设计的研究方向

1．5 课题来源及本文研究的主要内容

2 计算机辅助公差设计研究

2．1 计算机辅助公差设计的研究意义、国内外现状及发展趋势

2．1．1 计算机辅助公差设计的意义

2．1．2 计算机辅助公差设计的国内外现状

2．1．3 计算机辅助公差设计的发展趋势

2．2 计算机辅助公差设计概述

2．2．1 计算机辅助公差设计的基本概念

2．2．2 计算机辅助公差图表技术

2．2．3 计算机辅助公差软件技术

2．2．4 基于绿色制造的计算机辅助公差分析方法

2．2．5 基于绿色制造的计算机辅助公差分配方法

2．3 本章小结

3 基于蒙特卡洛模拟的计算机辅助公差设计

3．1 蒙特卡洛方法介绍

3．1．1 Monte Carlo方法的基本思想

3．1．2 Monte Carlo方法的收敛性和基本特点

3．1．3 随机数与伪随机数的产生

3．1．4 随机变量的抽样

3．2 蒙特卡洛模拟公差分析方法

3．2．1 蒙特卡洛公差分析方法的步骤

3．2．2 组成环尺寸的随机模拟

3．2．3 抽样次数的确定

3．2．4 封闭环尺寸样本的统计处理

3．3 蒙特卡洛模拟公差分析软件

3．3．1 基于Visual Basic的蒙特卡洛模拟公差分析软件

3．3．2 基于Matlab GUI的蒙特卡洛模拟公差分析软件

3．3．3 应用实例

3．3．4 两种计算机软件模拟公差分析的比较

3．4 本章小结

4 基于绿色制造的公差优化设计

4．1 引言

4．2 公差优化分配的成本模型

4．2．1 公差成本--制造成本(加工成本)

4．2．2 公差成本--质量损失成本

4．2．3 公差成本--环境影响成本

4．2．4 公差优化设计的目标函数

4．3 公差模型优化分配的约束条件

4．3．1 概率约束条件

4．3．2 装配成功率约束条件

4．3．3 优化算法

4．4 基于绿色制造的公差分配优化设计模型

4．5 双螺杆磨浆机螺杆的公差成本模型优化设计实例

4．5．1 双螺杆磨浆机径向装配尺寸链应用分析

4．5．2 双螺杆磨浆机螺杆制造成本和质量损失成本统计方法

4．5．3 双螺杆磨浆机公差成本模型

4．5．4 概率法公差约束条件

4．5．5 双螺杆磨浆机公差成本优化设计模型

4．5．6 运用Matlab求优化解

4．5．7 极值法、概率法和最小成本法的公差分配结果及其对比

4．5．8 计算结果分析

4．6 本章小结

5 结论

6 展望

参考文献

8 攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

附录