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隨著高鐵、汽車等制造業(yè)的快速發(fā)展，導致對高精度、高可靠性的數(shù)控加工中心尤其是加工中心的需求不斷攀升，市場需求的多變還要求加工中心不僅功能強大，而且開發(fā)周期短、成本低。目前國內(nèi)外學者對加工中心等復(fù)雜數(shù)控加工中心的設(shè)計過程的研究主要在產(chǎn)品模塊化設(shè)計、產(chǎn)品配置過程規(guī)劃、產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計技術(shù)等方面，如德國卡爾斯魯厄大學的Fleischer等^[1]提出了基于多體仿真與組件壽命預(yù)測的面向生命周期的加工中心組件選型配置方法;裘樂淼等^[2]研究了基于數(shù)據(jù)流圖的產(chǎn)品配置過程任務(wù)建模，通過重組配置任務(wù)，實現(xiàn)了產(chǎn)品配置過程的規(guī)劃;英國布魯內(nèi)爾的HuO等^[3]提出整體集成的動態(tài)建模方法，并將其應(yīng)用到超精密的微型銑削加工中心的設(shè)計上;Zhang等^[4]通過對模塊選擇算法的研究更好的實現(xiàn)了數(shù)控加工中心的模塊化設(shè)計;徐敬華等^{[5 ]}利用“屬性——模塊——模板”的映射將數(shù)控加工中心的設(shè)計拓展到“布局域——選配域——變異域”，提出了一種多域互用的數(shù)控加工中心模塊化設(shè)計方法;Feng等^[6]通過對立式加工中心的靜態(tài)剛度和動態(tài)剛度進行分析計算，提出了 一種基于剛度的優(yōu)化設(shè)計方法;Liu等^[7]應(yīng)用仿生設(shè)計方法對龍門加工中心的柱結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計以提高加工中心的加工精度;文獻[8-9]將人機工程學應(yīng)用到了數(shù)控加工中心的設(shè)計上，提高了加工中心的人性化設(shè)計。

但由于加工中心的日益大型化、復(fù)雜化，導致其設(shè)計過程是一項耦合度高且迭代次數(shù)多的系統(tǒng)工程，結(jié)構(gòu)之間內(nèi)部及外部的復(fù)雜耦合關(guān)系嚴重影響著設(shè)計效率，整體設(shè)計難度不斷加大，增加了設(shè)計過程迭代次數(shù)，使產(chǎn)品的開發(fā)周期延長，影響了企業(yè)快速響應(yīng)市場要求的能力。針對上述問題，在已有研究的基礎(chǔ)上，以加工中心的功能運動為核心，采用FMA結(jié)構(gòu)化分解^{[1(M1 ]}對加工中心的運動功能進
行設(shè)計分解，以通過簡單的轉(zhuǎn)動或移動元動作來保證整個數(shù)控加工中心總功能的實現(xiàn)，在考慮各設(shè)計單元間耦合關(guān)系的前提下，給出加工中心基于FMA結(jié)構(gòu)化分解方法的設(shè)計過程規(guī)劃流程，同時以設(shè)計結(jié)構(gòu)矩陣為工具來研究設(shè)計結(jié)構(gòu)單元之間的耦合，并通過耦合矩陣的割裂規(guī)劃實現(xiàn)加工中心設(shè)計過程的優(yōu)化。

1 FMA結(jié)構(gòu)化分解驅(qū)動的加工中心設(shè)計過程方案

1.1面向加工中心功能的FMA結(jié)構(gòu)化分解

加工中心的整機功能如銑削、鉆削等都是通過基本動作的傳遞實現(xiàn)的，動作是實現(xiàn)功能及運動的基礎(chǔ)，故障和失效也都能體現(xiàn)在動作上，因此從運動功能的角度進行加工中心的設(shè)計，更容易保證加工中心的功能要求，如運動精度、可靠性等。因此利用FMA結(jié)構(gòu)化分解將加工中心按照“功能（Function)-運動（Motion)-動作（Action) ”的基本原則進行設(shè)計分解，針對客戶需求確定加工中心的總功能，將總功能分解為一系列子功能，然后用一系列的運動來保證各個子功能的精確實現(xiàn)，運動再進一步分解為更為簡單的動作，構(gòu)建“產(chǎn)品-子功能-運動-動作”的設(shè)計分解模型，如圖1所示。

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結(jié)束語：

1) 從加工中心的設(shè)計開發(fā)角度入手，利用FMA結(jié)構(gòu)化分解將加工中心按照“功能-運動-動作”的順序進行逐層分解，得到一系列元動作設(shè)計結(jié)構(gòu)單元，在考慮設(shè)計單元耦合關(guān)系的基礎(chǔ)上，提出了加工中心基于FMA結(jié)構(gòu)化分解的設(shè)計過程規(guī)劃流程，將整個加工中心的設(shè)計過程從原來以零部件體系為基礎(chǔ)的靜態(tài)設(shè)計過程轉(zhuǎn)為以產(chǎn)品功能運動為基礎(chǔ)的動態(tài)設(shè)計過程。從組成加工中心小的運動單元-元動作入手進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，不僅簡單易行，而且有助于保證各個設(shè)計單元的動態(tài)質(zhì)量特性，為提高整個加工中心的動態(tài)精度及可靠性等奠定基礎(chǔ)，這也是本文的主要創(chuàng)新點；

2) 利用設(shè)計結(jié)構(gòu)矩陣，綜合可變性與敏感性雙重指標量化了設(shè)計單元間的耦合程度，并通過設(shè)計結(jié)構(gòu)矩陣的割裂規(guī)劃確定了設(shè)計單元合理的設(shè)計順序，實現(xiàn)了設(shè)計過程規(guī)劃，雖然沒有真正意義上實現(xiàn)加工中心的解耦設(shè)計，但可以大大減少設(shè)計過程中的耦合迭代次數(shù)，為后續(xù)的設(shè)計工作提供了良好的基礎(chǔ)。