李琦

摘要：評估復雜結構下機電系統(tǒng)的有效性，切實可行的對策是對機電系統(tǒng)構建一個元動作單元的模型，然后對內部的能量進行綜合性仿真，在此基礎之上組建出系統(tǒng)性的分析模型。這種方法可以全面考慮在某個機電系統(tǒng)中存在的所有的交聯(lián)耦合作用，能夠提早的發(fā)現設計中存在的缺陷，能夠不斷的更新與優(yōu)化設計方案，使得機電系統(tǒng)具備穩(wěn)定的特性和輸出。

關鍵詞：機電產品;模型優(yōu)化;元動作單元

1 ?元動作單元工作過程分析

1.1 元動作單元工作過程

從運動的層面來講，機電產品可以接收某種動力源所發(fā)出的動力然后通過內部復雜的結構，將初始輸入的動力轉變?yōu)楣δ苓\動。在機電系統(tǒng)中最基礎的構成要素就是元動作單元，其核心的功能就是以既定的運動來傳遞動力。只有元動作單元的輸出符合了相關的質量特征，那么系統(tǒng)就可以順利的實現即定任務。

元動作單元在實際輸出時會存在諸多的因素對其產生干擾，這就會導致其實際的質量特性無法達到理想值。所以要充分的掌握元動作單元本身所具備的質量特性，只有在這個基礎之上才可以采取相應的管控措施最終使得元動作單元實際輸出的質量特性會無限接近于理想狀態(tài)。

1.2 元動作單元耗損過程

在元動作單元的損耗過程中，可以看到元動作單元在完成既定的功能時，存在零部件之間的摩擦、內部與外部環(huán)境的變化等等干擾因素，這些干擾因素會改變元動作單元的內部狀態(tài)，進而使其質量特性的相關參數會產生退化，一旦參數退化到一個最低值時，此時元動作單元徹底失效，也就意味著出現了故障。

一個獨立的元動作單元會涵蓋諸多質量特性方面的參數，而且當元動作單元在進行實際的運動時，這些參數會存在退化的可能性，一旦某一個質量特性的參數退化到了最低閥值時，那么元動作單元就意味著完全喪失了功能。在試驗元動作單元具備何種程度可靠性的試驗中，將其中與質量特性參數相關的一系列退化數據進行采集，然后對其進行擬合運算或者以預測，來最終制定失效閥值。在一個時刻t內，假設此時存在于元動作單元中的與質量特性參數相關的退化量的實際個數為m個，那么有，相應的失效閾，元動作單元擁有的可靠程度為：

2 ?元動作單元運動模型構建

可以將元動作單元整個工作過程看作是一個運動的過程，然后對其建立一個數學模型，最終所設計的函數是探究在多元隨機變量的干擾下，元動作單元運動的具體情況。其運動學方程如下：

在移動狀態(tài)下，在動力學領域中元動作單元的方程式所表達的是位移與速度兩者關系。這個方程將元動作單元在運動狀態(tài)下所具備的特性參數給予了表述，這個函數可以針對運動特性進行精確的定義。

3 ?元動作單元質量波動傳遞

如果存在干擾因素影響了某一個元動作單元的輸出質量，使其產生了質量波動，那么存在于這個系統(tǒng)中其余同層次的元動作單元的輸出也會受其影響出現質量波動，這些質量波動會以逐層的方式來進行傳遞，最終使得整個機電系統(tǒng)產生質量波動。所以可以得出單元中存在的質量波動會按照層層遞進的傳遞方式（同層、異層）最終使得整機的質量出現波動。

機電系統(tǒng)中諸多動作單元相互協(xié)作才能夠實現機電產品的功能，因此在管控機電產品質量方面所制定的政策也是以此為基礎的。將機電產品本身具備的功能運動進行分解，最終分解到元動作單元也就是最小的運動單元，以設計與裝配的層面為出發(fā)點，定義與分類了機電產品中的元動作單元，基于FMA樹進行了質量特性層次映射。

偶發(fā)與異常兩種因素會造成元動作單元產生質量波動，參考分析不確定性狀態(tài)下的概念及其影響因素，然后針對元動作單元所存在的兩種類型的質量不確定性進行了實際的定義，即：漸進與突發(fā)。最終為其構建了數學模型，此外還詳細的分析了質量波動的整個傳遞過程并且構建了數學模型，為管控元動作單元的質量特性明確了具體的目標。

在采用FMA結構化的方法針對機電產品進行了分解，最終將其分為具備既定的功能，然后又可以自主的完成既定的操作（運動）這樣一類最基本的元動作單元。元動作單元較之于其余分解單元，它更加適合用于可靠性及其質量方面的分析。由于元動作單元會存在穩(wěn)定性、可靠性、實際壽命等等，這就導致了產品擁有極為復雜的質量特性。所以要更深層次的探究每一個質量特性它在形成方面的機理。

機電產品所擁有的質量特性非常之多，諸如：有功能符合性、精度保持性、安全保障性、技術領先性、應用可靠性、成本經濟性、維修方便性、造型美觀性、性能穩(wěn)定性、服務及時性、特征獨有性、感知滿意性等，也可以使元動作單元擁有多種多樣化的質量特性。部分核心質量特性是需要基于用戶的需要及其故障在哪些層面進行分布這兩種情況來進行探究的。機電產品的最小分解單元就是運動單元，元動作單元所擁有的質量特性中還存在著動態(tài)的特征，因此要更深層次的來研究其形成的原理。每一個核心質量特性在表征方面所形成的指標是以運動學為基礎的，然后組建模型，利用該模型來評判元動作單元存在的相似性。

4 ?實例分析

分解特定的機電產品，選擇最終垂直或者回轉運動的兩種分解結果，然后獲取元動作單元中核心質量特性。

①針對具體機械結構產品中的兩個單元（轉動元動作及其運動）進行結構分析，具體的掌握在回轉與托架兩個具體單元中所包含的零部件。結合元動作單元理論，現實中可以結合很多產品進行印證。

圖2所示為自調式裝配工裝系統(tǒng)，借助三個維度的裝配支架能夠完成產品的運送、在線裝配、下線等流程工藝的操作。

②根據精度、精度壽命、可靠性、性能穩(wěn)定性和其它質量特性的分類，初步確定了托架轉動元動作單元的相對關鍵的質量特性指標。

③以企業(yè)為搜集源點，分析故障數據中存在的質量流動特性。以質量約束的RPN值進行參考，在元動作單元核心質量特性中，將故障修正系數和用戶的實際需求的比例設定為10：1（k=0，p=10），然后就可以將元動作單元中存在的故障修正系數進行準確的計算。

④以采集到的用戶實際需求為基礎構建質量分析表，將質量需求轉化為零件元動作單元質量特性的權重，然后集成兩個存在對應關系的故障修正系數、元動作單元質量特性，進一步的修正質量特性權重。

⑤分析修訂、改正之后的質量特性權重所產生的結果，從中找到元動作單元核心的質量特性，為深入分析與管控零件動單元打下基礎。在整個的針對核心質量特性進行提取的過程中得知，在元動作單元及其機電產品中核心的質量特性有四種：精度、壽命、性能穩(wěn)定性和可靠性。

前文闡述了評估質量的綜合特性及其元動作單元兩方面的內容，以此為基礎使用故障診斷及其狀態(tài)監(jiān)測兩種方法，然后將新興技術（數據庫、網絡等）融合其中，以元動作單元為基礎設計與開發(fā)用于分析、診斷機電產品存在故障的一個系統(tǒng)，它可以針對機電產品的工作過程進行持續(xù)性的檢測、分析與記錄，然后評估元動作單元存在的質量特性在每個時間段的狀態(tài)，最終降低故障發(fā)生的概率，提升機電產品的質量。圖3為系統(tǒng)運行的原理圖。

5 ?總結

本篇論文深入的探究了機電產品元動作單元和核心質量特征的形成機制，分析了在具體的設計與制造流程中，以下四種特性：性能的穩(wěn)定程度、精度壽命、可靠性、精度，是怎樣形成并且傳遞的，之后就可以很順利的針對元動作單元進行建模、分析與管控。

以分析與管控元動作單元所擁有的核心質量特性為根本，然后以元動作單元中存在的質量特性為基礎組建的耦合約束模型進行探究，將同代與異代的存在的匹配關系進行分析，參考各類的耦合關系來核算耦合的強度，在解耦規(guī)劃上采用了MDO的方法：FMA的分解樹可以在“分解-綜合”的思想中映射為關聯(lián)的關系樹，并以此為基礎構建評估模型，從而對機電產品整機關鍵質量特性進行預測和控制，同時設計和開發(fā)出基于元動作單元的機電產品故障分析診斷系統(tǒng)，最終保證機電產品關鍵質量特性符合預期要求。

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