HEATS 发表于 2010-9-13 21:46:31

夹具的优化设计及经济性分析研究

<H1>0 前言</H1>
<DD>现代<A href="http://buy.china.machine35.com/trade/6-55.html" target=_blank>夹具</A>(如成组<A href="http://buy.china.machine35.com/trade/6-55.html" target=_blank>夹具</A>、通用可调<A href="http://buy.china.machine35.com/trade/6-55.html" target=_blank>夹具</A>、组合<A href="http://buy.china.machine35.com/trade/6-55.html" target=_blank>夹具</A>)的结构共性，大都由通用基体和可调、可换元件两部分组成。其通用基体部分是零件组中所有零件共用的主要部分；而可调、可换部分则是针对零件组中某种(或几种)特定零件而专门设计的专用或准专用部分。可调、可换元件一般是随<A href="http://buy.china.machine35.com/trade/6-55.html" target=_blank>夹具</A>适用对象数的多少而变化的，因此，在现代<A href="http://buy.china.machine35.com/trade/6-55.html" target=_blank>夹具</A>设计时，适用对象种数选择得是否合理，将直接关系到可调、可换元件的数量和<A href="http://buy.china.machine35.com/trade/6-55.html" target=_blank>夹具</A>的整体经济性，以成组<A href="http://buy.china.machine35.com/trade/6-55.html" target=_blank>夹具</A>为例进行探讨和研究。
<H1>1 优化设计分析</H1>
<DD>这种优化设计的特点：
<OL style="LIST-STYLE-TYPE: lower-alpha">
<LI>可以正确确定适用对象种数。
<LI>根据优化设计的结果，对可调、可换元件和通用基体的结构设计从成本比例的角度进行调整，从而使之满足优化设计，达到整体经济性的目的。</LI></OL>
<OL><B></B>
<LI><B>成组<A href="http://buy.china.machine35.com/trade/6-55.html" target=_blank>夹具</A>的成本</B>
<DD>成组<A href="http://buy.china.machine35.com/trade/6-55.html" target=_blank>夹具</A>的成本
<TABLE width=550>
<TBODY>
<TR>
<TD align=middle>C<SUB>c</SUB>=C<SUB>t</SUB>+PN</TD>
<TD width=10>(1)</TD></TR></TBODY></TABLE>式中：C<SUB>t</SUB>——成组<A href="http://buy.china.machine35.com/trade/6-55.html" target=_blank>夹具</A>上通用基体的成本，元；
<DD>P——成组<A href="http://buy.china.machine35.com/trade/6-55.html" target=_blank>夹具</A>上可调、可换元件平均单件成本，元/种；
<DD>N——成组<A href="http://buy.china.machine35.com/trade/6-55.html" target=_blank>夹具</A>适用零件种数，种。
<DD>式(1)中，<SUB>t</SUB>对整套<A href="http://buy.china.machine35.com/trade/6-55.html" target=_blank>夹具</A>来说是一常数；PN则随着N的增减而变化(其中P为常数)。<B></B> </DD>
<LI><B>衡量成组<A href="http://buy.china.machine35.com/trade/6-55.html" target=_blank>夹具</A>经济性的2个基本概念</B>
<OL style="LIST-STYLE-TYPE: lower-alpha">
<LI>从成组<A href="http://buy.china.machine35.com/trade/6-55.html" target=_blank>夹具</A>适用对象种数所分摊的<A href="http://buy.china.machine35.com/trade/6-55.html" target=_blank>夹具</A>成本看，可以认为：适用对象在成组<A href="http://buy.china.machine35.com/trade/6-55.html" target=_blank>夹具</A>满负荷的范围内，对象种数愈多则<A href="http://buy.china.machine35.com/trade/6-55.html" target=_blank>夹具</A>分摊到适用对象种数上的单位成本就愈低。
<LI>从<A href="http://buy.china.machine35.com/trade/6-55.html" target=_blank>夹具</A>上的可调、可换元件看，随着<A href="http://buy.china.machine35.com/trade/6-55.html" target=_blank>夹具</A>适用对象种数的增加，则<A href="http://buy.china.machine35.com/trade/6-55.html" target=_blank>夹具</A>上的可调、可换元件也随着增加，这时，可调、可换元件的设计、制造费用以及<A href="http://buy.china.machine35.com/trade/6-55.html" target=_blank>夹具</A>的调整次数和调整、保管费用也随之相应增加。</LI></OL>
<DD>以上2个不同内容有些矛盾的因素，从不同的角度影响着成组<A href="http://buy.china.machine35.com/trade/6-55.html" target=_blank>夹具</A>的经济性。下面将通过建立数学模型，进一步阐明上述这2个基本概念。<B></B> </DD>
<LI><B>建立数学模型</B>
<OL style="LIST-STYLE-TYPE: lower-alpha">
<LI>从式(1)中得知，在1≤N≤N<SUB>x</SUB>时，其中N<SUB>x</SUB>为<A href="http://buy.china.machine35.com/trade/6-55.html" target=_blank>夹具</A>在满负荷时的适用对象种数，成组<A href="http://buy.china.machine35.com/trade/6-55.html" target=_blank>夹具</A>分摊到适用对象种数上的单位成本
<TABLE width=550>
<TBODY>
<TR>
<TD align=middle>
<TABLE>
<TBODY>
<TR align=middle>
<TD rowSpan=3>P<SUB>0</SUB>=</TD>
<TD>C<SUB>t</SUB>+PN</TD></TR>
<TR bgColor=#006600 height=1>
<TD></TD></TR>
<TR align=middle>
<TD>N</TD></TR></TBODY></TABLE></TD>
<TD width=10>(2)</TD></TR></TBODY></TABLE>
<DD>(2)整套<A href="http://buy.china.machine35.com/trade/6-55.html" target=_blank>夹具</A>中可调、可换元件所需的费用
<TABLE width=550>
<TBODY>
<TR>
<TD align=middle>P<SUB>TW</SUB>=PN</TD>
<TD width=10>(3)</TD></TR></TBODY></TABLE></DD>
<LI>建立数学模型F
<DD>把式(2)和式(3)进行叠加，则得
<TABLE width=550>
<TBODY>
<TR>
<TD align=middle>
<TABLE>
<TBODY>
<TR align=middle>
<TD rowSpan=3>F=P<SUB>0</SUB>+P<SUB>TW</SUB>=</TD>
<TD>C<SUB>t</SUB>+PN</TD>
<TD rowSpan=3>+PN</TD></TR>
<TR bgColor=#006600 height=1>
<TD></TD></TR>
<TR align=middle>
<TD>N</TD></TR></TBODY></TABLE></TD>
<TD width=10>(4)</TD></TR></TBODY></TABLE></DD></LI></OL><B></B>
<LI><B>最优数N<SUB>K</SUB>的求解</B>
<DD>假设：C<SUB>t</SUB>=1,000元，P=50元/种，N<SUB>x</SUB>=100种对式(4)用微分法求极小值K，即求出N<SUB>K</SUB>值
<TABLE width=550>
<TBODY>
<TR>
<TD width=10>令</TD>
<TD align=middle>dF/dN=0</TD></TR></TBODY></TABLE>
<TABLE width=550>
<TBODY>
<TR>
<TD width=10>即</TD>
<TD align=middle>
<TABLE>
<TBODY>
<TR align=middle>
<TD rowSpan=3>F'=</TD>
<TD>-C<SUB>t</SUB></TD>
<TD rowSpan=3>+P</TD></TR>
<TR bgColor=#006600 height=1>
<TD></TD></TR>
<TR align=middle>
<TD>N<SUP>2</SUP></TD></TR></TBODY></TABLE></TD></TR></TBODY></TABLE>
<TABLE width=550>
<TBODY>
<TR>
<TD width=10>又令</TD>
<TD align=middle>F'=0</TD></TR>
<TR>
<TD width=10>则有</TD>
<TD align=middle>N=(C<SUB>t</SUB>/P)<SUP>&frac12;</SUP></TD>
<TD width=10>(5)</TD></TR></TBODY></TABLE>式(5)中求出的N 即为N<SUB>K</SUB>，且1≤N<SUB>K</SUB>≤N<SUB>x</SUB>。
<TABLE width=550>
<TBODY>
<TR>
<TD width=10>得</TD>
<TD align=middle>N<SUB>K</SUB>=(1,000/50)<SUP>&frac12;</SUP>≈4.5种</TD></TR></TBODY></TABLE>
<DD>取整数，则N<SUB>K</SUB>=5种，该N<SUB>K</SUB>值，亦即为当C<SUB>t</SUB>=1,000元，P=50元/种时，<A href="http://buy.china.machine35.com/trade/6-55.html" target=_blank>夹具</A>适用对象种数的最优数值。</DD></LI></OL>
<H1>2 优化设计的现实意义</H1>
<OL>
<LI>当所设计的成组<A href="http://buy.china.machine35.com/trade/6-55.html" target=_blank>夹具</A>，其适用对象零件种数等于或接近N<SUB>K</SUB>值时，可以认为这套成组<A href="http://buy.china.machine35.com/trade/6-55.html" target=_blank>夹具</A>符合经济性的原则；反之，从经济的角度可以认为是不合理的。这时，应该从各方面采取调整措施，如修改通用基体或可调、可换元件的结构设计，使之C<SUB>t</SUB>值与P值的比例关系得到调整，最终符合经济性的原则。
<LI>在成组<A href="http://buy.china.machine35.com/trade/6-55.html" target=_blank>夹具</A>设计中，根据<A href="http://buy.china.machine35.com/trade/6-55.html" target=_blank>夹具</A>的复杂程度，从已积累的统计资料中取得C<SUB>t</SUB>值与P值的当量值，以预定成组<A href="http://buy.china.machine35.com/trade/6-55.html" target=_blank>夹具</A>适用对象零件种数，然后对实际的C<SUB>t</SUB>值与P 值进行评价，这样可以达到减少过程损失的目的。
<LI>为了使成组<A href="http://buy.china.machine35.com/trade/6-55.html" target=_blank>夹具</A>达到优化设计，必须对N<SUB>K</SUB>进行求解，但当已经掌握了它们内在的数学关系之后，便没有必要在每套成组<A href="http://buy.china.machine35.com/trade/6-55.html" target=_blank>夹具</A>设计中都逐个进行求解，为了达到提高设计工效之目的，可以通过建立速查表的办法来提高优化设计和评价效率。这个速查表可以根据非常简便的均方根关系来建立，详见表1。
<TABLE cellSpacing=0 borderColorDark=#ffffff cellPadding=0 width=300 align=right bgColor=#e5ebba borderColorLight=#006600 border=1>
<CAPTION>表1 速查表</CAPTION>
<TBODY>
<TR align=middle>
<TH>C<SUB>t</SUB>/P<SUB>TW</SUB></TH>
<TD>4</TD>
<TD>9</TD>
<TD>16</TD>
<TD>25</TD>
<TD>36</TD>
<TD>49</TD>
<TD>64</TD>
<TD>81</TD>
<TD>100…</TD></TR>
<TR align=middle>
<TH>N<SUB>K</SUB></TH>
<TD>2</TD>
<TD>3</TD>
<TD>4</TD>
<TD>5</TD>
<TD>6</TD>
<TD>7</TD>
<TD>8</TD>
<TD>9</TD>
<TD>10…</TD></TR></TBODY></TABLE>
<DD>可借助表1 中所列的N<SUB>K</SUB>值，来确定优化设计中的N<SUB>K</SUB>值，或者在设计之后用表1中列的N<SUB>K</SUB>值来检验设计结论的经济性，如等于或接近表列的N<SUB>K</SUB>值，则从经济的角度可裁定该设计已达到了优化设计的目的。否则，则应相应修改设计方案，直至达到或接近N<SUB>K</SUB>值为止。 </DD>
<LI>按照此方法进行通用化工装设计，可大大降低工装成本，缩短产品开发周期。由于通用<A href="http://buy.china.machine35.com/trade/6-55.html" target=_blank>夹具</A>在产品开发中的占总体工装的1/5～1/10，其制造可由本企业的机修单位来完成，工装<A href="http://buy.china.machine35.com/trade/6-55.html" target=_blank>夹具</A>的到货周期由原来的几个月缩短为几天。
<LI>可以大大减少<A href="http://buy.china.machine35.com/trade/6-55.html" target=_blank>夹具</A>库存量。以工装库存的最低储备量来估算，库存量为现场用量的2～3 倍，而通用工装<A href="http://buy.china.machine35.com/trade/6-55.html" target=_blank>夹具</A>会使原来现场使用的<A href="http://buy.china.machine35.com/trade/6-55.html" target=_blank>夹具</A>由几百种下降为几十种，库存量可降至1/2～1 倍的生产用量。
<LI>大幅度提高单机设备的通过能力，提高产品质量。现场同类设备由于工装的差异影响了设备本身较宽的工艺通过能力，通用工装使现场整体的设备通过能力得到提高，有利于均衡生产，提高了工艺质量和产品质量。
<LI>提高现场应变能力和单一品种的加工能力，有利于物流顺畅和均衡生产。</LI></OL></DD>
               
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