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外文翻譯
專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
學(xué) 生 姓 名 錢 俊
班 級 B機制077
學(xué) 號 0710101715
指 導(dǎo) 教 師 袁 健
外文資料名稱： Series Design of Large-Scale NC
Machine Tool
外文資料出處：J China Univ Mining & Technol 2007, 17(2): 0272–0276
附 件： 1.外文資料翻譯譯文
2.外文原文
指導(dǎo)教師評語：
簽名：
年 月 日
大型數(shù)控機床的系列設(shè)計
TANG Zhi
東華大學(xué),工程及機械研究所、中國,上海201620
錢俊 譯
摘 要: 在西方發(fā)達國家,產(chǎn)品體系的設(shè)計是一個成熟的概念.在上個世紀(jì)，它已應(yīng)用于軍工業(yè)。然而到目前為止, 在中國，功能組合仍是產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計的主要方法。因此,就產(chǎn)品概念的生成和產(chǎn)品相互作用而言，我們和全球市場的要求相比處于弱勢。今天，這個系列產(chǎn)品設(shè)計的想法已經(jīng)引起了人們對設(shè)計領(lǐng)域和產(chǎn)品一代的定義及其參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的關(guān)注。雖然一臺大型數(shù)控機床的設(shè)計是很復(fù)雜的，但是系列產(chǎn)品牢固地設(shè)計了平臺建立的概念，它可以由配售對象設(shè)計的精確演練進一步優(yōu)化。一臺大型數(shù)控機床的設(shè)計過程詮釋了系列產(chǎn)品設(shè)計的本質(zhì)。
關(guān)鍵詞:大型數(shù)控機床；系列產(chǎn)品設(shè)計；優(yōu)化設(shè)計
1 前言
大型機床的設(shè)計管理需要許多不同科目的參與包括工程學(xué)，運動學(xué)，色彩研究學(xué)，工效學(xué)和企業(yè)標(biāo)識。目前，在中國強調(diào)功能設(shè)計，然而在西方國家，多彩識別系統(tǒng)和系列產(chǎn)品定義已經(jīng)進入工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域。在中國模仿臺灣和其他一些地區(qū)的產(chǎn)品是很普遍的，這就導(dǎo)致了市場中的產(chǎn)品質(zhì)量相同的現(xiàn)象。不同工廠制造的大型數(shù)控機床基本上沒有區(qū)別。所以，引進系列產(chǎn)品設(shè)計對中國的生產(chǎn)過程很重要。
早在19世紀(jì)30年代，美通用公司的設(shè)計者們采用了一種新的設(shè)計模式，即計劃性淘汰。根據(jù)這個計劃，汽車的風(fēng)格至少每2年有一個小的變化，每3-4年有較大的變化，這樣就能定期提供新款式的汽車。這個計劃的目的就是說服客戶放棄他們的舊汽車來追趕新的風(fēng)格。理論上，根據(jù)計劃廢除已經(jīng)建立的系列產(chǎn)品設(shè)計，引進新的系列產(chǎn)品設(shè)計提高了公司內(nèi)部的管理決策水平和銷售。從19世紀(jì)30年代到60年代，系統(tǒng)設(shè)計由于金融危機和第二次世界大戰(zhàn)沒有得到太多的改善。然而，戰(zhàn)爭的需求激發(fā)了消費者產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)，在產(chǎn)生了大量廉價的工業(yè)產(chǎn)品后，戰(zhàn)爭的另一種危害出現(xiàn)了。第二次世界大戰(zhàn)之后，系統(tǒng)設(shè)計和系列產(chǎn)品設(shè)計在美通用汽車公司和一些其他出現(xiàn)在意大利，英國和德國的汽車制造商。這發(fā)展到先進水平，許多注意力被用來指導(dǎo)公司間的合作。很明顯，這種變化的影響非常顯著，例如BRAUN。從1960年到1970年，日本開始在多國公司進行產(chǎn)品開發(fā)，與此同時，日本政府設(shè)立工業(yè)產(chǎn)品出口規(guī)范。在最近20年，許多機構(gòu)和組織忙于設(shè)計過程，設(shè)計方法和設(shè)計管理的研究。目前，就大型數(shù)控機床的系列設(shè)計而言，重要的是保持對公司的內(nèi)部特色，這是系列設(shè)計系統(tǒng)的核心。圖1是中國一個特定公司的大型數(shù)控機床的原型。
圖1中原始機床原型的風(fēng)格實際上與20世紀(jì)中期的設(shè)計系統(tǒng)相符合。它有一些問題：1)無輔助設(shè)備發(fā)動機；2)尖銳的角落風(fēng)格；3)配件不匹配的主機；4)線路安排并非有序；5)開放式的門已經(jīng)過時了；6)單一的顏色，缺少鑒定；7)整體風(fēng)格過時，與先進產(chǎn)品識別系統(tǒng)不相符合。因此，這樣的風(fēng)格在表達產(chǎn)品形態(tài)和功能方面太直接。系列產(chǎn)品的設(shè)計與其基本功能特點相符合是很重要的。
圖1原始車床原型
2 產(chǎn)品識別系統(tǒng)
一般的，產(chǎn)品識別因素決定了特定公司的運作，這是產(chǎn)品識別系統(tǒng)的本質(zhì)即清楚地鑒定特定的產(chǎn)品。因此，產(chǎn)品識別系統(tǒng)應(yīng)該1)盡可能地吸引社會關(guān)注，2)同意公司的視覺概念標(biāo)準(zhǔn)，3)提供一個特有的標(biāo)志，4)能給人留下深刻印象，5)滿足不同類型產(chǎn)品的需求，6)符合審美情趣，7)不會顯著增加新的設(shè)計開發(fā)帶來的生產(chǎn)成本。
從產(chǎn)品鑒別的觀點來看，這是為了提高產(chǎn)品價格和滿足市場競爭的需求。類似于飛利浦標(biāo)簽上的“精于心簡”，其核心價值觀的體現(xiàn)是一個公司獲得公眾熱情接受的關(guān)鍵。其平臺的建立，優(yōu)化設(shè)計和模塊化管理應(yīng)作為系列產(chǎn)品的主體被引進來支持公司層面上的產(chǎn)品識別系統(tǒng)。
圖2是設(shè)計平臺圖表。
在建立識別系統(tǒng)之前，需要提供一個大型系列數(shù)控機床的通用平臺，然后為了確定哪個平臺適合特定產(chǎn)品的設(shè)計而進行優(yōu)化。因此，該平臺是未來系列產(chǎn)品的關(guān)鍵。
圖2 平臺設(shè)計的介紹
3 建立產(chǎn)品平臺
3.1 平臺的建立過程
為了產(chǎn)品集成的不同構(gòu)架，該平臺通常能最有效的確定成本。設(shè)計時間可以減少，生產(chǎn)率可以提高因為變形產(chǎn)品來自同一個平臺。特別的，對大型數(shù)控機床來說，特定地區(qū)的定制產(chǎn)品采用已經(jīng)建立的產(chǎn)品平臺簡單而且有效，這很重要。
建立一個平臺的目的不是為了產(chǎn)品功能，而是專注于系列產(chǎn)品的設(shè)計和對其他系統(tǒng)有關(guān)的產(chǎn)品技術(shù)。就平臺而言，工程團隊?wèi)?yīng)該建立產(chǎn)品的系統(tǒng)模型，包含了精確描述產(chǎn)品的系統(tǒng)框架，然后匯報給設(shè)計師作為建立平臺的參考（圖3）。
圖3 機床平臺的設(shè)計過程
3.2平臺設(shè)施的評價
以下是四個基本評價標(biāo)準(zhǔn)：
1) 材料成本和生產(chǎn)成本（這將影響到產(chǎn)品的最終價格）。
2) 庫存成本。
3) 視覺的需求。
4) 工效學(xué)。
這些標(biāo)準(zhǔn)的列舉是系列產(chǎn)品差異化的基礎(chǔ)。圖4顯示了該系列產(chǎn)品四個備選項目的清單。這些產(chǎn)品都列在圖標(biāo)的頂部，并列為介紹。為了方便分析，該系列產(chǎn)品分為幾個部分。四個不同的平臺提出四個不同的系列，其中A系列包含一個電源供應(yīng)器，B系列包含電源，石油槽和電線，C系列包含電源，底座和一條線控制器，D系列包含電源和油過濾器。它們的分?jǐn)?shù)根據(jù)以下規(guī)則記錄：1)基本設(shè)計，“0”； 2)好于基本設(shè)計，“+”； 3)差于基本設(shè)計，“X”。
圖4 產(chǎn)品平臺及系列產(chǎn)品選擇圖表
在評價之后，我們獲得一個總得分，這是優(yōu)化平臺的基本項目。對像大型數(shù)控機床這樣的項目來說，為產(chǎn)品零件建立一個部分優(yōu)化設(shè)計是至關(guān)重要的。
4 產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計
優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計的通常的目的不是在于平臺，而是在于特定產(chǎn)品和結(jié)構(gòu)設(shè)計，它應(yīng)該遵循一些功能就像我們機床門風(fēng)格的改善。平臺和單一的產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計通常被大型設(shè)備所采用。通過利用基本平臺，新型產(chǎn)品很容易被開發(fā)出來。模塊化開發(fā)，電樞板技術(shù)和快速成形技術(shù)變得很容易并足以滿足市場的需求。然而，基本平臺也有一些缺點。一般來說，一個系列中只有一樣產(chǎn)品在材料，開發(fā)費用，外觀要求和人為因素方面都較為成功的。對于其他低等級的系列產(chǎn)品來說，這就是所謂的旗艦產(chǎn)品。
假設(shè)某產(chǎn)品是一個單一的設(shè)計，不是基于平臺，因此它可以表示為一個優(yōu)化問題?，F(xiàn)在讓我們來嘗試一下優(yōu)化以為結(jié)構(gòu)變量的目標(biāo)函數(shù)，受限于函數(shù)，成本和其他方面的限制，然后我們得到
限制函數(shù)，
預(yù)算限制 ，
其中g(shù)代表限制函數(shù)，cost代表系列產(chǎn)品，B代表預(yù)算。
計劃工作已平臺能夠構(gòu)建一個優(yōu)化模型為基礎(chǔ)。在選擇產(chǎn)品平臺之前，我們首先必須確定什么是公用部分和什么事專用部分。當(dāng)專用部分的成本降至最低時，整個系列的成本也隨之降為最低。所以優(yōu)化需要在兩個層面是進行，即平臺和專用部分?；谄脚_的產(chǎn)品的功能取決于變量，共用同一平臺的產(chǎn)品功能取決于變量的設(shè)置。同樣這個準(zhǔn)則也可以用于單一產(chǎn)品的設(shè)計。在平臺上控制相關(guān)變量，不同的優(yōu)化過程可以變得靈活。優(yōu)化問題由
函數(shù)極限，
預(yù)算極限所決定。
其中B為系列產(chǎn)品的預(yù)算。
這個數(shù)學(xué)表達式是優(yōu)化過程的一個簡單描述。事實上，我們在細(xì)節(jié)方面仍然采用小規(guī)模的模塊化設(shè)計。對于這些大型數(shù)控機床，模塊化設(shè)計非常適用，它可以處理產(chǎn)品內(nèi)部零件的細(xì)節(jié)，使研究和開發(fā)成本降低。此外，優(yōu)化設(shè)計可以應(yīng)用在功能模塊組合，就像不同尺寸的機床在結(jié)構(gòu)和門的數(shù)量上有很大差異。然而，優(yōu)化設(shè)計需要在控制臺的安裝，接線設(shè)置和應(yīng)用方面進行一定的調(diào)整。
5 產(chǎn)品模塊化設(shè)計
配件的標(biāo)準(zhǔn)化和快速成形是模塊化設(shè)計的兩個主要特點?；谶@兩個特點，在一個系統(tǒng)中，模塊化產(chǎn)品一般可以分為幾個層次。然而，由于不同角度的理解，模塊化的標(biāo)準(zhǔn)和結(jié)果并不是唯一的；子函數(shù)的最終關(guān)系很可能是整體或模塊化的結(jié)構(gòu)。有兩種產(chǎn)品模塊：一種基于功能模塊，另一種基于生產(chǎn)模塊。第一種是根據(jù)一般產(chǎn)品功能設(shè)置并由子功能來表達。對于第二種，考慮到生產(chǎn)過程中一些配件的結(jié)合，形成組裝模塊（圖5）。此處提到的模塊化是在概念層次的，它的功能特性有生產(chǎn)和組裝。
圖5 產(chǎn)品系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計模塊
6 系列產(chǎn)品的參數(shù)集
6.1 尺寸參數(shù)
在像大型數(shù)控機床的復(fù)雜產(chǎn)品方面，參數(shù)的確定是很重要的。當(dāng)我們調(diào)節(jié)相對量的時候，產(chǎn)品的功能性是我們首先要考慮的?，F(xiàn)在，毫無疑問，產(chǎn)品受到全球競爭，越來越多的經(jīng)典產(chǎn)品成為世界范圍內(nèi)的首選。
對一個來自系列產(chǎn)品設(shè)計的旗艦產(chǎn)品來說，冗雜，復(fù)雜的和反人性的細(xì)節(jié)已經(jīng)根據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)消除。在設(shè)計過程中，審美，結(jié)構(gòu)和相互作用必須加以考慮。顯然，機床的底座和電源可以是三維特性標(biāo)準(zhǔn)（圖6），即新產(chǎn)品的標(biāo)志設(shè)計。所以，大小和比例參數(shù)是可調(diào)的。關(guān)于不同種類的比例參數(shù)，見圖7，介紹了門的比例，移動門和電源。所有參數(shù)都根據(jù)人體工程學(xué)確定，特別鑒于亞洲人的身體比例。
圖6 新機床概念
圖7 工程圖設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)
6.2 參數(shù)設(shè)置圖表
有四種類型的產(chǎn)品，每個都有四個名叫A，B，C和D的平臺。工程師們被要求選擇出適合任一產(chǎn)品的平臺。他們還被要求對應(yīng)于每一類產(chǎn)品評估剩余的四個因素：材料成本，開發(fā)成本，視覺需求和人體工程學(xué)要求。
7 結(jié)論
真正的產(chǎn)品是系列產(chǎn)品設(shè)計的必然結(jié)果。在最后組裝過程中調(diào)整參數(shù)唧是很有必要的。
任何能夠占據(jù)目標(biāo)市場的單一產(chǎn)品會在不久的將來變得眾所周知，系列產(chǎn)品的發(fā)展方向必定將贏得世界個地的美譽。每一個在產(chǎn)品方面的改進并不意味著徹底改變。開始時有一個好的計劃設(shè)計方向是項目管理的關(guān)鍵。在市場經(jīng)濟指導(dǎo)下，滿足系列產(chǎn)品設(shè)計的期望是很必要的，如果我們不能有效地利用新產(chǎn)品的發(fā)展和設(shè)計過程，我們將會失去系列產(chǎn)品設(shè)計所用的資源。
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