机床可持续设计指数的理论建模与实验研究

发布时间：2017-08-30 10:09

  本文关键词：机床可持续设计指数的理论建模与实验研究

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【摘要】：制造业是社会经济发展的支柱产业和技术进步的重要推动力,但也造成了大量的资源消耗和污染物排放。作为制造业的工作母机,机床代表了一个国家机械制造业的总体水平。随着可持续发展理念在全世界范围内得到认同,西方国家制定了越来越严格的技术性贸易法规,对机床的可持续性能提出了更高的要求。机床可持续性能的强弱主要由机床的设计阶段所决定,针对各设计方案进行可持续性能定量评价并选出最优方案就显得尤为重要。因此,必须全面深入地分析影响机床可持续性能的因素,建立可持续设计指数模型来定量的评价机床各设计方案的可持续性能。针对机床产品,本文从环境、经济、社会和技术四个方面明确机床可持续性能的组成,分析影响其可持续性能的关键设计因素,据此建立了能完整反映机床可持续性能的可持续设计指数模型指标体系。基于指标体系,本文对各项可持续性能指标进行量化,实现定量分析。根据直线型标准化方法去除指标原始数据的量纲。提出基于熵权系数法和层次分析法的指标赋权方法,综合考虑客观数据和主观判断因素,较为合理准确的实现指标赋权。基于加法合成法完成可持续设计指数的合成计算。建立了综合考虑环境、经济、社会和技术的机床设计方案可持续性能的定量评价算法。基于VBA语言,开发了集成在Solid Works软件环境中的可持续设计指数插件程序,拓展Solid Works软件功能。插件程序具有数据读取,数据标准化处理,熵权值计算,权重修正,信息合成和参考数据修正功能,可由计算机辅助计算各设计方案的可持续设计指数,定量直观地显示设计方案的可持续性能。以扳手加工机床的两套设计方案为例,设计方案一是基于原有小型专用机床的扳手加工成套设备,设计方案二是全新设计的大型多工位扳手加工专用机床。通过定性分析得出设计方案二的可持续性能更优。基于指数模型从定量的角度对其可持续性能做出分析和评价,定量评价结果显示:设计方案一的可持续设计指数为0.359,设计方案二的可持续设计指数为0.641,方案二较方案一可持续性能提升了78.55%。定量评价的结果与定性分析结论相一致且更加详细具体,验证了本文建立的可持续设计指数模型的可行性和合理性。
【关键词】：机床 可持续设计指数 指标体系 指标赋权 定量评价
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG502
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-15
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义8-10
• 1.1.1 课题的研究背景8-9
• 1.1.2 课题的研究目的和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状及分析10-13
• 1.2.1 国内外制造业可持续设计的研究现状10-11
• 1.2.2 国内外可持续性能评价的研究现状11-12
• 1.2.3 国内外研究现状的分析12-13
• 1.3 本课题主要研究内容13-15
• 第2章 机床可持续设计指数模型的指标体系研究15-25
• 2.1 机床可持续性能的组成15-16
• 2.2 影响机床可持续性能的设计指标16-23
• 2.2.1 影响环境性能的设计指标16-18
• 2.2.2 影响经济性能的设计指标18-20
• 2.2.3 影响社会性能的设计指标20-22
• 2.2.4 影响技术性能的设计指标22-23
• 2.3 可持续设计指数模型的指标体系框架23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 机床可持续设计指数模型的综合算法研究25-38
• 3.1 机床可持续性能指标的量化25-33
• 3.1.1 能耗指标和污染指标25-27
• 3.1.2 成本指标27-28
• 3.1.3 模块化指标28-30
• 3.1.4 轻量化指标30
• 3.1.5 人机工程指标30-32
• 3.1.6 精度指标32
• 3.1.7 加工能力指标32-33
• 3.2 机床可持续性能指标的数据标准化33-34
• 3.3 机床可持续性能指标的权重确定34-37
• 3.3.1 指标数值标准化矩阵34-35
• 3.3.2 指标熵值的计算35
• 3.3.3 指标熵权的计算35
• 3.3.4 指标权重值修正35-37
• 3.4 机床可持续设计指数的合成计算37
• 3.5 本章小结37-38
• 第4章 机床可持续设计指数模型的软件实现38-49
• 4.1 软件总体设计思路38-39
• 4.2 软件的界面和功能39-48
• 4.2.1 数据输入和计算模块40-43
• 4.2.2 指标权重修正模块43-45
• 4.2.3 数据合成模块45-46
• 4.2.4 参考数据修正模块46-48
• 4.3 本章小结48-49
• 第5章 机床可持续设计指数模型的实验研究49-66
• 5.1 两种机床设计方案的简介49-50
• 5.2 机床设计方案的原始数据50-60
• 5.3 设计方案可持续性能的定性分析与评价60-61
• 5.4 设计方案可持续性能的定量分析与评价61-65
• 5.5 本章小结65-66
• 结论66-67
• 参考文献67-72
• 攻读学位期间发表的学术论文72-74
• 致谢74

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本文编号：758667