[发明专利]针对机械装备的可适应性动态设计平台构建方法

权利要求书

1.一种针对机械装备的可适应性动态设计平台构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：搭建适用于目标机械装备制造的可适应服务平台，包括：

1-1.以市场调研为准绳，根据用户对于产品规格尺寸、功能、性能的不同要求进行产品细分，从而建立客户需求模型；

1-2.对目标机械装备进行产品族规划，从而得到产品族型谱系列，并对产品族型谱系列进行扩展；

1-3.功能模块划分，模型创建：对目标机械装备进行功能模块划分；然后，对功能模块进行CAD建模，考虑恶劣工况，对各功能模块单件进行CAE静刚度校验；

1-4建立柔性编码系统：结合目标机械装备的特点，遵循编码规则将复杂的产品信息转化成由字符组成的编码，对功能模块的规格、工艺、功能信息进行描述；

1-5.建立产品族模块结构库，并据此建立典型大类虚拟样机整机模型；

至此，搭建起可适应服务平台，为下一步中的循迹动态设计做好基础；

步骤二：对目标产品进行循迹动态设计，包括：

2-1.针对具体客户的实际需求，调用步骤一中搭建好的产品族模块结构库，建立起虚拟样机整机模型，并进行干涉检查；

2-2.虚拟样机整机模型CAE静刚度分析:验证其静刚度参数是否满足实际功能要求，若不满足，则修正虚拟样机整机模型，若满足，进入下一步；

2-3.虚拟样机整机模型CAE动态分析、运动分析：通过CAE动态分析，计算得到虚拟样机整机模型前6阶模态振型和相应的模态频率；通过运动分析，验证虚拟样机整机模型的装配方案，并输出关键部位的速度，位移，加速度时间曲线；

2-4.对客户原始样机和各关键结构进行动力学建模，综合考虑原始样机的实际情况，采用适用于目标样机的激励、拾振方案，布置测点，进行模态实验，分析实验数据，得到实际样机的前6阶振型和相应的频率；

2-5.比对虚拟样机整机模型有限元计算结果与实际样机模态实验结果，如果吻合则进入下一步，否则修正有限元模型，并返回步骤2-2；

步骤三：对目标样机进行变量化优化设计，包括：

3-1.变量化分析及优化：对上一步中得到的虚拟样机整机模型进行变量化分析，以虚拟样机整机结构中的关键设计参数为设计变量，根据所述设计变量对结构静态或动态性能的影响，通过有限元计算，灵敏度分析和变参数分析，修正有限元模型得到虚拟样机整机优化模型；

3-2.工艺性分析及优化：验证虚拟样机整机模型各关键结构是否符合制造和修理方面的工艺性要求，是否和生产条件相适应，通过优化虚拟样机整机模型，确保其具有良好的加工、装配可能性和经济性；

3-3.生产实际样机，实验验证：在上述变量化分析和工艺性分析的基础上，生产单台试验样机进行关键结构动平衡实验和实际运行响应实验，验证样机是否能够满足预定的功能性能要求，若不满足，根据实际情况返回3-1或3-2修改模型；

若满足要求，则以步骤一中所建立的客户需求模型为准绳，对优化样机进行特定客户需求校验，若符合校验标准，则得到最终优化虚拟样机整机模型，并将主要功能模块组分存入产品族模块结构库，对原始产品族模块结构库进行补充更新，进入下一步；否则，修正有限元模型，并返回步骤2-2；

3-4.CAM批量化生产：将最终优化虚拟样机整机模型导入到CAM软件中，交由数控机床加工，实现批量化生产；

还有，通过搭建一PDM服务平台将上述可适应服务平台、循迹动态设计和变量化设计耦合为一个整体；所述PDM服务平台用于管理其中的CAD和CAE数据，同时，支持CAD和CAE的实时运行；上述所有步骤中涉及到的CAD建模、CAE静刚度分析、CAE动态分析和变量化优化设计过程均基于Solidworks2012软件平台实现，无需转化格式，实现数据传输无缝连接。

2.根据权利要求1所述一种针对机械装备的可适应性动态设计平台构建方法，其特征在于：步骤1-2中对产品族型谱系列进行扩展包括横系列扩展和纵系列扩展，横系列扩展是对功能结构的扩展，纵系列扩展是对规格尺寸的扩展。

3.根据权利要求1所述一种针对机械装备的可适应性动态设计平台构建方法，其特征在于：步骤2-5中所述修正有限元模型及步骤3-1中所述关键设计参数视不同机械装备结构而确定。

4.根据权利要求3所述一种针对机械装备的可适应性动态设计平台构建方法，其特征在于：机械设备为大型数控落地镗铣床，该大型数控落地镗铣床的立柱的静、动态参数指标对机床加工性能影响很大，关键设计参数为立柱内部横纵向筋板排布密度、厚度和高度参数，修正有限元模型即对这些关键设计参数进行离散取值以得到最优解。