0 引言
在传统的模块化设计理论、方法的基础上,利用客户需求分析和产品功能结构分析.提出了一种液压支架模块设计策略。液压支架是机械化采煤时实现支撑、切顶等功能的支护设备,是机械化采煤的关键设备。对液压支架进行模块化设计易于产品的变型设计,缩短设计周期,并满足批量生产需求。
液压支架模块化设计主要分为以下步骤:
(1)液压支架的功能结构分解,建立功能模型,并实现功能一结构的映射;
(2)分析得到的各结构的子功能,考虑接口约束、物理约束、用户需求等因素,进行功能模块划分;
(3)对模块进行组合,即可得到液压支架,对其进行评价。
1 液压支架模块划分
QFD(质量功能展开)是一种将客户或市场需求转化为产品设计目标特征的分析方法。利用QFD对用户视角参数进行分析,转化为定性的设计者视角的技术参数,明确产品的功能需求。
任何产品都存在着物料、能量与信号的交换,为了明确产品如何运作,将上述确定的所有产品功能串接起来,根据物料、能量和信号的流向建立产品黑箱模型。产品黑箱模型仅能表示产品的功能部分,并不能体现出功能一结构之间的对应关系,而产品的功能一结构映射能够表示出上述要求。因此将黑箱模型和功能一结构映射结合在一起,实现液压支架的功能分解。该方法中,粗实线代表物料流,细实线代表能量流,虚线代表信息流,方框表示结构,结构下方的图框表示功能。液压支架各功能结构用物料流、能量流和信息流连接起来,从而得到液压支架的功能一结构模型,如图1所示。
图1 液压支架功能结构模型
2 基于液压支架功能一结构的功能模块划分
利用模糊分级以及AHP(层次分析法)对各个功能一结构单元间的结构和接口设定相应的相关值r(Ui,Uj)。根据AHP法设定如2个单元间存在物质联系,其相关值为0.464,如存在能量联系,其相关值为0.382,如存在信息联系,其相关值为0.154。如果同时存在2种或2种以上联系,则相关值累加。如两单元若同时存在物质、能量的联系,则其相关值r(Ui,Uj)=0.464+0.382=0.846。结构间的相关值按模糊分级,如表1所示。
表1 结构相关值
同时考虑结构与接口之间的相关值,得出单元间的总相关值,总相关值算法如下:
式中 U——功能一结构单元;
s——结构;
i——接口;
w——权重,取采用模糊分级法,根据实际情况对Ws、Wi进行取值;
r(Ui,Uj)——总相关值。
根据液压支架的功能一结构模型选出其主要功能结构单元,对功能结构单元间的结构和接口相关值进行计算。液压支架功能结构单元如下:底座U1、推移千斤顶U2、推移机构U3、后连杆U4、前连杆U5、后连杆侧护板U6、掩护梁侧护板U7、掩护梁U8、平衡千斤顶U9、立柱U10、顶梁U11、顶梁侧护板U12、伸缩梁U13。如取结构权重ws=0.8,接口权重wi=0.2,可得r(Ui,Uj) =wsrs(U1,U2)+Wiri(U1,U2)=0.8×0.6+0.2×0.846=0.649,其中取rs(U1,U2)=0.6表示底座与推移千斤顶之间属于适中过度配合,取ri(U1,U2)=0.846表示底座与推移千斤顶之间存在物质和能量的关系。根据所得的各结构单元间的总相关值建立液压支架功能-结构相关矩阵为
确定模块划分粒度,划分不同粒度的模块。给出模块划分粒度度量值λ,找出矩阵中所有大于λ的相关值,合并其包含的功能结构单元,即得到相应的功能结构模块。如若取λ=0.6,则提取所有相关值在0.6以上的功能结构单元划分为一个模块。模块划分如下:模块1(U1,U2,U3)、模块2(U4,U5,U6,U7,U8)、模块3(U9,U11,U12,U13)、模块4(U10),即完成了液压支架的模块划分,将上述模块装配到一起,即构成液压支架。