纏繞機(jī)基于模塊化設(shè)計(jì)方法

纏繞機(jī)具有生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等特點(diǎn)，是碳纖維復(fù)合材料成型的關(guān)鍵工藝裝備。 針對(duì)產(chǎn)品小批量、定制化的生產(chǎn)需求，提出了針對(duì)纏繞機(jī)結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)方法（ＭＤＭ），拓展纏繞機(jī)的功能多樣性。 將纏繞機(jī)的結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行功能分解和關(guān)聯(lián)強(qiáng)度分析，采用組遺傳算法（ＧＧＡ）將部件聚類(lèi)為標(biāo)準(zhǔn)化的模塊，根據(jù)產(chǎn)品需求，以產(chǎn)品性能最好和成本最低為目標(biāo)建立模塊配置模型，基于快速分類(lèi)的非支配遺傳算法（ＮＳＧＡ-Ⅱ）求解多目標(biāo)優(yōu)化模型完成機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊化配置。 提出基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的分布式網(wǎng)絡(luò)控制器結(jié)構(gòu)，將控制器的接口標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化，根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)的模塊化配置實(shí)現(xiàn)控制器的快速重構(gòu)。 基于模型組件對(duì)象（ＣＯＭ）技術(shù)將軟件模塊設(shè)計(jì)為 ＣＯＭ 組件，采用 ｋ 近鄰（ｋＮＮ）方法進(jìn)行控制模式分類(lèi)，并進(jìn)行 ＣＯＭ 組件的重構(gòu)，控制軟件動(dòng)態(tài)解析控制模式并管理 ＣＯＭ 組件的狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)軟件的快速重構(gòu)。

  碳纖維復(fù)合材料具有超高模、耐腐蝕、低熱膨脹系數(shù)和可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等性能，可以制備出熱膨脹系數(shù)為零的承力結(jié)構(gòu)件，在航空航天等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。 纏繞成型是進(jìn)行大批量生產(chǎn)的有效工藝方法，纏繞機(jī)是實(shí)現(xiàn)該工藝的核心裝備。 隨著碳纖維復(fù)合材料制品的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，客戶(hù)需求呈現(xiàn)出多樣化和定制化的特點(diǎn)，客戶(hù)在多品種、小批量、高質(zhì)量方面的要求使纏繞成型制造等高端制造面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[３]。

  模塊化設(shè)計(jì)方法 （ Ｍｏｄｕｌａｒ Ｄｅｓｉｇｎ Ｍｅｔｈｏｄ，ＭＤＭ）是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)的有效手段，通過(guò)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行功能分解，從而劃分出一系列的通用化模塊，建立產(chǎn)品的模塊化體系。 當(dāng)客戶(hù)的需求發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)具有特定功能的模塊的選擇和組合重構(gòu)系統(tǒng)功能，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速響應(yīng)設(shè)計(jì)。 采用模塊化設(shè)計(jì)方法可以實(shí)現(xiàn)高效產(chǎn)品升級(jí)、 降低復(fù)雜性、 降低費(fèi)用、 實(shí)現(xiàn)快速產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

  在機(jī)械系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)方法中，Ｓｔｏｎｅ 等[６]

 以客戶(hù)需求程度作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)定量框架的方法量化功能與客戶(hù)需求之間的關(guān)系，提出一種啟發(fā)式的模塊分類(lèi)方法。 以模塊內(nèi)組件的功能和物理聯(lián)系最大。

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