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废旧机电产品再制造设计中的冲突分析

时间:2023-07-01 理论教育 版权反馈
【摘要】:但却鲜有面向废旧机电产品再制造设计的冲突消解方法,这使再制造产品仍旧缺乏足够的市场竞争力。任何对原有废旧机电产品结构进行的改变均有很大概率造成再制造设计冲突。图4-11 主轴编码器又如在主轴箱变速功能的改造过程中,若要实现无级变速,既可以对原主传动结构进行重新规划,又可以直接通过无级变速电动机通过电主轴等先进传动系统直接控制,这就在再制造机床的功能的实现方面产生了再制造设计冲突。

废旧机电产品再制造设计中的冲突分析

1.设计冲突的内涵

设计是把一种计划、规划、设想通过某种形式传达出来的活动过程。人类通过劳动改造世界创造文明、创造物质财富和精神财富,而最基础、最主要的创造活动是造物。设计便是针对造物活动进行的预先计划,即可以把任何造物活动的计划技术和计划过程理解为设计。然而在设计过程中,有时为了提高设计目标的某一设计特征,需要对整体设计结构进行调整优化;在此过程中,可能对另外一些设计特征的性能造成不利影响,由此便形成了设计冲突。

关于设计冲突的解决方案多种多样。Jenab等[33]针对在概念设计阶段产生的设计冲突,提出了一个多层次设计结构模型,将多种决策准则整合到图表中,得到冲突消解结果;Lebedieva等[34]研究并分析了协同设计中的冲突类型、来源及解决方法;Ostrosi等[35]基于模糊集理论建立了解决协作式设计和分布式设计中存在的设计冲突;Yan等[36]提出了公理化设计冲突表达模型,对设计冲突中各个要素之间的关系进行了分析;Gutierrez等[37]提出了能够识别产品环境系统冲突的系统化算法,弥补了传统EBD方法无法识别设计冲突的问题;Hisarciklilar等[38]提出在协同设计中采用统一的设计接口,并构建了子系统连接表示通用接口方案进行系统的界面表示方法;Wits等[39]提出为了最大程度的消解设计冲突,在产品开发过程中应选择具有模块化和整体设计特点的产品架构;Heussen等[40]分析了信息控制系统设计中存在的冲突,通过标准化的建模语言,构建了面向早期需求检测的控制结构模型,能够在设计初期识别潜在设计问题;Shimomura等[41]提出了使服务设计者能够识别当前存在的设计冲突及初期消解策略的方法,对PSS系统的效率具有改善作用;Troitsky[42]讨论了在计算机辅助设计与产品开发中的设计冲突问题,并构建了能够早期预测潜在冲突风险的模型;Canbaz等[43]讨论了在分布式设计系统中由于设计目标和异构设计人员在设计系统交互的工作程序中的任何不一致而导致的设计冲突,并提出了基于集合的设计和约束编程技术;Meijers等[44]提出通过有效的变更管理、沟通管理、质量管理、风险管理流程来检测和管理并行设计过程中遇到的设计冲突。

可以看出,设计冲突的消解对设计质量具有重要影响。因此,再制造设计过程同样需要相应的设计冲突解决方案以保证再制造设计质量。

2.再制造设计冲突的内涵

对废旧机电产品进行再制造设计,应对其原有性能参数进行分析,综合用户需求、再制造成本、再制造难易度、再制造周期、废旧零部件寿命周期等因素制定相应的再制造设计目标参数。再制造设计的关键在于其最终方案应达到期望的用户满意度,这就需要设计者根据用户需求对废旧机电产品原有性能做出提升。

然而,与设计新产品不同,由于再制造设计的面向对象为废旧机电产品,其原有结构、功能及材料等方面均以固定,为了实现再制造设计目标参数,有时要对原有结构等方面做出改变。如果为了某个再制造设计质量参数而必须要将废旧机电产品原有结构进行重新规划,而造成的其他再制造设计质量参数对应的性能下降,则将会产生再制造设计冲突。目前,已有学者对这种冲突问题进行了研究,如陈建等[45]采用转换桥方法对油锯的绿色设计进行冲突消解;阳斌等[46]采用公理化设计及TRIZ对变速箱进行再制造设计冲突消解。但却鲜有面向废旧机电产品再制造设计的冲突消解方法,这使再制造产品仍旧缺乏足够的市场竞争力。

3.再制造设计冲突的类型

再制造设计冲突的类型主要包括结构冲突、功能冲突及材料冲突,而前两种冲突最为常见。

(1)结构冲突 结构冲突是再制造设计冲突中最常见的冲突类型。任何对原有废旧机电产品结构进行的改变均有很大概率造成再制造设计冲突。例如在废旧机床的数控化再制造过程中,需要将原废旧机电产品的进给系统全部移除,由伺服进给电动机驱动。对于横向进给系统而言,其丝杠与原废旧机床床身的配合就会形成再制造设计冲突,因此要对原丝杠轴承孔及电动机座进行重新设计,如图4-6~图4-8所示。

同理,对于横向进给系统,要充分考虑伺服电动机的机座与原废旧机床床身之间的配合冲突,根据床身特点对伺服电动机座进行重新设计,如图4-9、图4-10所示。

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图4-6 丝杠支撑座

(2)功能冲突 功能冲突同样在废旧机电产品的数控化再制造过程中尤为常见。以机床为例,原有废旧机电产品绝大部分功能均需手动操作,而要实现数控机床的功能,必须在原废旧机电产品的基础上增添相应的数控设备,如操作面板、编码器、无级变速电动机等控制与驱动设备,而上述设备的安装与固定往往就会和原废旧机电产品的原有功能产生冲突。(www.xing528.com)

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图4-7 丝杠轴承孔

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图4-8 进给电动机座

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图4-9 横向进给电动机座

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图4-10 横向进给系统

例如在安装编码器的过程中,要充分考虑原废旧机电产品与编码器之间的兼容性,编码器与原废旧机电产品主轴箱之间的固定方式等因素,如图4-11所示。

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图4-11 主轴编码器

又如在主轴箱变速功能的改造过程中,若要实现无级变速,既可以对原主传动结构进行重新规划,又可以直接通过无级变速电动机通过电主轴等先进传动系统直接控制,这就在再制造机床的功能的实现方面产生了再制造设计冲突。

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