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设备可制造性综合评价研究

设备可制造性综合评价研究

第9卷　第4期2000年12月　

运　筹　与　管　理

OPERATIONSRESEARCHANDMANAGEMENTSCIENCE

.9,No.4Vol

Dec.,2000

设备可制造性综合评价研究

吴晓平1,　邵立周2,（11海军工程大学基础部动力工程学院,21,:

给出了设备可制造性:

;模糊评价;系统综合

中图分类号:

TH12∶O225　　　文献标识码:

A　　　文章编号:

100723221（2000）0420191205

TheOverallEvaluationStudiesforthe

EquipmentManufactureAbility

122

WUXiao2ping,SHAOLi2zhou,CHENGuo2jun

（1.PowerEngineeringofCollage,NavalEngineeringUniversity,Wuhan430033,China;2.OfficeofScientificandTechnologicalofNavalEquipment

Department,Beijing100072,China）

Abstract:

Theevaluationsystemoftheequipmentmanufactureabilityisdiscussed,andits

overallevaluationmethodisputforward.

Keywords:

equipmentmanufactureability;fuzzyevaluation;systemoverall

0　引言

设备的可制造性评价是面向制造的设计（DFM）的重要组成部分,它要求在设备的设计阶段就考虑设备的可制造性,从而保证所设计的产品易于制造和装配,能缩短设备的开发周期,降低设备成本。

为达到这一目的,人们提出了并行工程设计的思想,即在设备进行系统设计的同时,就考虑其可制造性

。

使设计者要在设备元件的制造工艺、制造环境等约束下,进行设备元件的特征设计[1]。

也就是在进行设备系统化、智能化、同步化设计的同时,要基于制造知识、面向制造对象,以可能提供的材质和制造工艺等为约束条件,对被制造加工元件的形状、尺寸等外观特征和加工精度等内涵因素,建立设备元件可制造性的评价体系,还应考虑整个评价系统

　　收稿日期:

2000206212

作者简介:

吴晓平（19612）,男,山西新绛人,海军工程大学基础部副教授,博士研究生,硕士生导师,主要从事随机运筹学与决策理论研究。

122运　筹　与　管　理　　　　　　　　　2000年第9卷

的信息需求、系统知识组成、面向对象的知识表达及系统过程的实现等因素,进行设备元件可制造性评价。

以期在满足被制造加工设备元件性能的条件下,缩短生产周期与降低生产成本。

1　设备的可制造性评价指标体系

设备的可制造性是在考虑设备经济效益的条件下能满足一定设计目标的设计能力的度量[2],

它是一门有关设备设计易于制造的科学和艺术,性等来评估设备的设计质量。

、质量等优化设计因素,关,[3]、,。

111,其指标的选取要能充分体现船舶动力装置可制造性评价的各个方面,要易于判定,且要使指标尽可能的不交叉。

要使所选指标能尽可能的定量化表述,就是不易量化的指标,也要通过其它数学知识进行转化,要注意动态指标与静态指标相结合、综合指标与单项指标相结合。

为些,可建立如下船舶动力设备其设备元件制造评价层次结构:

技术性评价指标B1

设备的可装配性C11设备的结构工艺性C12设备的加工可行性C13设备的模块化程度C14设备的生产周期C21设备的制造成本C22设备的产品质量C23加工机械限制C31加工设备限制C32选用材料限制C33制造技术限制C34制造工艺限制C35

设备可制造性综合评价A

经济性评价指标B2

限制性评价指标B3

112　设备可制造性评价指标分析

要对设备的可制造性进行综合评价（因素A）,应考虑诸如可制造性评价的技术性指标（B1）、经济性指标（B2）及限制性指标（B3）等方面的因素Cij（i=1,2,3;j=1,

2,…,mi,m1=4,m2=3,m3=5）。

11211　设备可制造性评价的技术性指标（B1）

包括设备的可装配性（C11）体现于其结构特征与装配模型,即体现于其模块化、对称性、结

构复杂性及结构的功能性等。

设备的结构工艺性（C12）体现于其结构与功能的关联程度、结构与加工方法的关联程度、设备的总体结构与元件结构的关联等。

设备的加工可行性（C13）体现于其形状、尺寸、精度等可否加工制造出来,且得以质量保证。

具体体现于设备元件的铸造、锻造、冲压、切削、焊接、热处理等工序的可加工性。

设备的模块化程度（C14）体现于其形状、结构、尺寸、精度要求的标准化程度,加工材料、加工工艺的标准化,加工机械、设备的标准化及设备

第4期　　　　　　　　　吴晓平,等:

设备可制造性综合评价研究元件加工的系列化等。

11212　设备可制造性评价的经济性指标（B2）

123

包括设备的生产周期（C21）体现于其制造准备时间,产品加工时间和产品装配调试时间。

设备的制造成本（C22）体现于其所选用的材料费用、制造的人力费用、产品加工费用、产品装配调试以及相关的专用设备和场地费用等。

设备的产品质量（C23）体现于单元的质量和系统的整体质量等。

11213　设备可制造性评价的限制性指标（B3）

（C31素（C32）、33）因素（、精度要求及材料要求（它）等来体现,即要考虑到对设备元件制造特征与对设备元。

2　设备可制造性评价方法

产品的可制造性评价是一个复杂的综合评价过程,它受到多种因素的关联与制约。

再加上评价对象不同,故可制造性评价策略亦不同,针对船舶动力设备并行设计过程,可区分为设备系统可制造性评价、设备之设备可制造性评价、设备元件可制造性评价等类型。

具体评价中还依赖于面向制造对象的设备元件信息、制造资源信息、制造工艺信息等,进行面向对象的可制造性评价,从而可先建立设备元件设计信息资料库,进而建立设备元件制造资源信息资料库及制造工艺信息资料库。

依据设备元件的功能、结构及其区配关系,设备元件的特征、尺寸及精度要求,设备元件的表面粗糙度及公差关系等特征单元信息及特征间的关系;依据制造资源的结构特征与性质特性参数,制造资源的加工能力与制造能力及其技术状态;依据制造工艺名称、具体信息项目的属性与精度,各种制造工艺与方法、功能与精度,制造工艺与欲加工的设备元件及制造资源的匹配关系等。

建立面向对象的可制造性评价其由目标、约束、属性、匹配、方法及规则等基础知识表述的数学模型。

从最底层过程评价做起,达到最顶层过程评价的实现。

在每一层次的过程评价中,都要进行可制造性评价其内容、方法、资源、约束等信息的搜索及匹配,要进行综合分析与比较,以便科学、合理地给出评价结果。

211　系统模糊决策的层次权重

由各评估准则及各评估指标（A—B层,m=3;B—C层分别取m=4,3,5）,则可得到有关各层次因素相对重要性的有序二元比较矩阵:

r11

R=（rij）m×m=

r21rm1

r12r22rm2

………

r1mr2mrmm

其中rij表示层次因素i对因素j关于相对重要性做二元比较时的模糊标度,且0ΦrijΦ1,rij+r

ji=1,rii=015（i,j=1,2,…,m）。

rij的值可由评估专家群组的评估语气,通过与模糊标度的对应关系而得到。

124

语　气标度值

同样重要

0150

运　筹　与　管　理　　　　　　　　　2000年第9卷

较重要

0165

明显重要

0170

十分重要

0180

非常重要

0185

极端重要

0195

　　具体评估时,依评估群组人数多少可采用算术平均或技术平均得到各rij及矩阵R,R中每一行模糊标度值的和为:

rii=

6

m

rij　（j≠i,i=1,2,…,m）

j=1

即为因素i的相对重要性。

再对ri进行归一化处理,iT

W=（W1,W2,…,W）即W=r=

rri=

i=1

66

mm

rij

i=1j=1

j≠i

又因矩阵R中除对角元素rii=015外,其余元素的总和满足r,故

=Wi=

rm（m-1）

6

m

rij

j=1j≠i

以此可得A—B层的权重:

T

W=（W1,W2,W3）

及B—C层的权重:

（W11,W12,W

13

W

14

）T,（W

21

W

22

W

23

）T,（W

31

W

32

W

33

W

34

W

35

）T等,

从而可得A—B—C层的组合权重:

T

Z=（Z1,Z2,…,Z12）

212　设备可制造性评价的系统模糊综合评估

设有n个评估对象,则对12个（m=12）评估指标可用Xij表示第j个评估对象对第i个评估指标的特征量（对定量指标,以具体数据表示,对定性指标,以专家评分值表示）,进而可得评

价对象的特征向量矩阵X=（xij）mn。

再利用模糊数学知识,可将X转化为评估指标的隶属度矩阵R=（rij）mn。

其中对数值越大越优的指标,可取:

0,当xijΦinfxij

j

xij-infxij

rij=

supxij-infxij

j

j

当infxij

j

j

1,当xijΦsupxij

j

对数值越小越优的指标可取:

0,supxij-xij

rij=

当xijΕsupxij

j

supxij-xij

supxij-infx

ij

j

j

当

supxij-infxij

j

jj

1,当xijΦinfxij

上式中,supxij及infxij分别表示对第i个评估指标,各评估对象相应特征量的上确界和下确

jj

第4期　　　　　　　　　吴晓平,等:

设备可制造性综合评价研究125

界。

再依据多目标系统模糊决策理论,可得各评估对象的多目标模糊决策的相对隶属度:

Uj=1+

6

m

[Zi（ai-rij）]

2

-1

6

m

　j=1,2,…,n

[Zi（rij-bi）]2

i=1

这里,ai、bi分别表示指标i的最大与最小相对隶属度,且

ai=ri1∨ri2∨…∨rin,　bi=ri1∧ri2∧…∧rin,　i=1,2,…,m再由uj=Vuj,j

D1,D2,…,Dm},其中DiiY,这里Y={Y,,Yjjr位设备设计、建造等方面的专家,xij表示个第i评价对象对第j评价指标的评价值

这里可采用（即:

认为好,给90～100分;较好给75～89分;一般给60～74分;较差给45～59分;差给45分以下）,并进行技术平均,或采用隶属度转换的方法,由模糊语气判断给出其评价分值[4]。

即可得设备可制造性评价的评价特征量矩阵:

X=（xij）m×n,且可将指标特征量矩阵X转变为指标隶属度矩阵T:

～～

3

n

T1T2

t11t12t22

T=

～

=

t21

tn1

tn2

T………

t1mt2m

tnm

=（tij）m×n,　

i=1,2,…,mj=1,2,…,n

由上述给出的设备可制造性评价体系中各评价指标的权重W={w1,w2,…,wn},即可得到n个评价对象的可制造性综合评价结果:

Z=W・T={z1,z2,…,zm}其中zi=

6

n

设可制造性评价系统的评语集为P={好,较好,一般,较差,差},依zi的得wjtij。

j=1

分值即可知第i个评价对象其可制造性评价结果。

（实例从略）

3　结束语

设备可制造性评价是当今设备建设与发展的一个重要内容,也是设备系统优化设计中实

现并行工程的重要组成部分。

本文仅对设备元件的可制造性评价因素、体系及方法做了探讨,在具体应用中,面向不同的评价对象,可就评价指标进行修订,再结合数据库知识与CAD知识,使其融于设备的并行设计系统中。

参考文献

[1]OwenRF.Object2OrientedDesignforManufacture[J].JournalofIntelligeManufacturing,1994,（5）:

1211

.[2]HeldenrelchP.DesignforManufactureability[J].QualityProgress,1988,（3）:

41244.

[3]ChuX,HolmH.ProductManufacturingControlforConcurrentEngineering[J].CompuatersinIndustry,1994,24

（6）:

29238.

[4]吴晓平,吴树和,陈国钧.潜艇AIP研究选型的系统分析[J].武汉:

海军工程学院报,1998,

（1）:

74279.