復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、“設(shè)計(jì)是產(chǎn)品質(zhì)量的源頭”，這一觀點(diǎn)已被越來越多的專家和制造企業(yè)所認(rèn)同，企業(yè)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量越來越重視，同時(shí)投入大量的資源努力提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量。本論文以數(shù)控機(jī)床為例，對(duì)復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量展開研究，針對(duì)設(shè)計(jì)質(zhì)量特性的多尺度性、多領(lǐng)域性、多學(xué)科性、演化性和耦合性等特點(diǎn)，將關(guān)鍵設(shè)計(jì)質(zhì)量特性(KDQCs)的概念引入到產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，研究了關(guān)鍵設(shè)計(jì)質(zhì)量特性的定義、關(guān)鍵質(zhì)量特性的提取、基于反向映射的機(jī)床精度設(shè)計(jì)、基于優(yōu)化決策模型的可靠性設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)質(zhì)量

2、的綜合評(píng)價(jià)等技術(shù)。本論文在國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品質(zhì)量特性多尺度耦合理論與預(yù)防性控制技術(shù)”(項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)50835008)、國家“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專項(xiàng)(2009ZX04014-016)及數(shù)字制造裝備與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(華中科技大學(xué))開放基金的資助下，進(jìn)行了復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量相關(guān)理論研究，提出提高復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量的解決方案，具體內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　　 (1)首先，討論了產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量特性

3、基礎(chǔ)理論。根據(jù)對(duì)已有文獻(xiàn)的研究，分析了設(shè)計(jì)質(zhì)量特性和關(guān)鍵設(shè)計(jì)質(zhì)量特性的基本概念，論述了設(shè)計(jì)質(zhì)量的發(fā)展歷程及國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，說明了本論文的課題來源、主要研究內(nèi)容及總體結(jié)構(gòu)。然后，研究了產(chǎn)品關(guān)鍵設(shè)計(jì)質(zhì)量特性的基礎(chǔ)理論，分析了產(chǎn)品關(guān)鍵設(shè)計(jì)質(zhì)量特性的形成機(jī)理，得出了產(chǎn)品關(guān)鍵設(shè)計(jì)質(zhì)量特性的演變規(guī)律，并分類研究了關(guān)鍵設(shè)計(jì)質(zhì)量特性對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，結(jié)合設(shè)計(jì)質(zhì)量控制的技術(shù)與方法，提出了基于關(guān)鍵質(zhì)量特性的產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量控制策略。
　　 (2)研究

4、了復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品關(guān)鍵設(shè)計(jì)質(zhì)量特性提取與排序。綜合分析了關(guān)鍵設(shè)計(jì)質(zhì)量特性在不同子系統(tǒng)、不同層次、不同功能的多元性，建立了復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品多元質(zhì)量特性的功能分解樹。針對(duì)關(guān)鍵設(shè)計(jì)質(zhì)量特性提取的復(fù)雜性和不確定性，綜合運(yùn)用模糊理論和FAHP方法建立關(guān)鍵設(shè)計(jì)質(zhì)量特性的提取模型，用三角模糊數(shù)表示模糊比較判斷的方法計(jì)算主觀權(quán)重，并使用信息熵(IE)確定質(zhì)量特性指標(biāo)層的客觀權(quán)重。然后應(yīng)用模糊Borda方法組合FAHP法和信息熵法進(jìn)行綜合提取，根據(jù)模糊Borda

5、數(shù)值大小最終決定多元設(shè)計(jì)質(zhì)量特性的重要度，從中提取關(guān)鍵設(shè)計(jì)質(zhì)量特性。該綜合方法可實(shí)現(xiàn)程序化的求解，減少人工干預(yù)并提高了提取結(jié)果的準(zhǔn)確性。最后用數(shù)控機(jī)床實(shí)例驗(yàn)證了該綜合提取方法的合理性和可行性。
　　 (3)研究了機(jī)電產(chǎn)品精度這一關(guān)鍵設(shè)計(jì)質(zhì)量特性的反向映射技術(shù)。針對(duì)數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)過程的特殊性和復(fù)雜性，在考慮傳統(tǒng)的質(zhì)量功能配置(QFD)多源、多階段復(fù)雜處理過程的基礎(chǔ)上，本論文增加了產(chǎn)品運(yùn)行階段的反向映射，通過識(shí)別影響加工質(zhì)量的關(guān)鍵要素

6、，并結(jié)合用戶需求，提出基于反向映射的設(shè)計(jì)關(guān)鍵質(zhì)量特性的修正方法，綜合映射成數(shù)控機(jī)床的精度設(shè)計(jì)質(zhì)量特性。該方法使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和使用過程的質(zhì)量控制形成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，使產(chǎn)品質(zhì)量信息能夠及時(shí)、全面和準(zhǔn)確地反映到產(chǎn)品各階段，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量和用戶滿意度。其次，通過對(duì)加工質(zhì)量要求(QRs)和關(guān)鍵設(shè)計(jì)質(zhì)量特性的轉(zhuǎn)換關(guān)系進(jìn)行研究，提出了基于粗糙集(RS)和質(zhì)量功能配置中質(zhì)量屋(HoQ)的反向映射模型。接著，運(yùn)用粗糙集理論簡化和提取滿足加工質(zhì)量要求的

7、要素，并提出了應(yīng)用近似精確粗糙數(shù)確定加工質(zhì)量要求的權(quán)重。然后，通過構(gòu)建關(guān)鍵設(shè)計(jì)質(zhì)量特性的反向映射模型，實(shí)現(xiàn)主要加工質(zhì)量要求和關(guān)鍵設(shè)計(jì)質(zhì)量特性之間的轉(zhuǎn)換，幫助產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員完成設(shè)計(jì)目標(biāo)。最后，以臥式加工中心為例，驗(yàn)證了該模型的實(shí)用性和有效性。
　　 (4)研究了產(chǎn)品可靠性這一關(guān)鍵設(shè)計(jì)質(zhì)量特性的優(yōu)化決策技術(shù)。通過分析機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案中多元設(shè)計(jì)質(zhì)量特性的特定要求，給出了可靠性的優(yōu)化方案決策流程，建立了可靠性的多屬性指標(biāo)體系，保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)

8、質(zhì)量符合預(yù)定設(shè)計(jì)質(zhì)量特性要求。提出了基于改進(jìn)“逼近理想值的排序方法”(TOPSIS)和ELECTRE I的綜合方法進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的決策。建立了產(chǎn)品可靠性這一關(guān)鍵設(shè)計(jì)質(zhì)量特性最優(yōu)設(shè)計(jì)方案的多目標(biāo)決策模型，應(yīng)用改進(jìn)的TOPSIS方法計(jì)算各設(shè)計(jì)質(zhì)量特性的決策指標(biāo)的重要性，通過綜合應(yīng)用ELECTRE I方法準(zhǔn)確地確定產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣程度。最后，以高檔數(shù)控機(jī)床的可靠性設(shè)計(jì)方案為例，說明該方法的有效性和可行性。
　　 (5)研究了

9、機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量的模糊物元綜合評(píng)價(jià)技術(shù)。分析了產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量評(píng)價(jià)的應(yīng)用現(xiàn)狀，給出了設(shè)計(jì)質(zhì)量評(píng)價(jià)的原則及多元質(zhì)量特性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系模型。針對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量多層次指標(biāo)評(píng)價(jià)問題，提出了一種基于模糊物元(FME)的綜合評(píng)價(jià)方法。該方法利用模糊物元理論分析多元質(zhì)量特性及其屬性特征，并建立了產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)模型。針對(duì)傳統(tǒng)決策法中權(quán)值確定的主客觀評(píng)價(jià)的片面性，采用網(wǎng)絡(luò)層次分析法(ANP)和IE技術(shù)方法綜合確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，建立基于最小二乘法的優(yōu)化組合權(quán)重模