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面向低压开关柜柜体的产品配置方法及工程信息系统研究

论文编号:lw201806271757538564 所属栏目:工程硕士论文 发布日期:2018年06月28日 论文作者:www.51lunwen.com
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1 绪 论

1.1 课题的研究背景及意义
伴随着科技水平的提高与社会的发展,传统的大规模生产(Mass Production,MP)方式已经不能满足市场的需求,企业面对这样瞬息万变的制造技术现状,迫切需要一种全新的生产模式,该模式必须能够满足社会信息化的急速发展与市场需求的动态多变。大规模定制(Mass Customization,MC)的生产模式就是在这种新需求的背景下应运而生,MC 是指以大规模生产的成本和效率,提供定制的个性化产品和服务。大规模生产的特性是生产规模大,产品的研发成本较低,上市时间较短;个性化的需求是指企业产品能够满足客户个性需求的多样化 ;综合考虑,大规模生产特性与个性化需求特点是相互矛盾的,处理好这一矛盾是大规模定制的主要任务。基于这种市场模式转变的情形下,一种面向产品定制的新方法应时而生——产品配置。产品配置是依据企业内部产品类型的分类,在建立适用于企业通用化零部件模块的基础上,根据市场变化需求,通过对产品模型功能、结构、部件模块的重新排列组合,或是对部件内部零件的重组、关键尺寸的变型,从而生产出满足客户个性化需求的产品。产品配置是新时代下满足客户个性化定制的最具竞争力设计方法之一。社会技术进步的同时,配电技术也渐渐进入人们的视线,配电技术的安全性与可靠性与人们的生活质量息息相关。配电技术在早期应用主要以中高压配电为主,而低压技术并不为技术人员过多的接受,然而事实证明,过分的依赖中高压配电技术,设备通常的小故障就可能引起无法挽回的损失。世界组织对电器开关柜产品进行了标准制定,其典型标准为 IEC(IEC38,IEC298,IEC439)与欧洲标准:小于或等于 1.0KV 的电压成为低压。低压成套电器开关柜是成套电气设备的一种,其主要用于各种供配电系统,由各种通断、监测、控制、调节、保护基本功能单元组合而成[1]。低压开关柜除了内部重要的电器功能元件以外,其柜体的结构、安全等等因素也很重要。因此,低压开关柜柜体设计在低压成套电气行业的产品设计中也扮演着重要的角色。
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1.2 低压开关柜柜体产品配置概述
从上个世纪的 70 年代末期,计算机(Artificial Intelligence,AI)技术得到了迅速的提升,带动了产品研发新方式的萌芽,其中产品配置就是其中的一项技术,随着时代的发展,生产形式的提升,人们对产品配置理论的研究和应用越来越重视,产品配置技术得到了质和量的发展。产品配置的发展大致可以用两个时间节点分为三个时间段:第一个时间节点是 1990 年,时间段为 1990 年以前,标志是以 RI/XCON 系统为代表的一系列产品配置系统的开发。在此期间,产品配置均是针对实际应用为主,理论方面研究相对较少,系统没有标准的统一性,主要以基于规则方法开发的产品配置器为主。第二个时间节点是 2000 年,时间段为 1990 至 2000 年,随着时间的发展,配置系统提供的技术配置规则越发不能满足产品配置的需求,从而促使在这段期间内,产品配置技术进入了理论的摸索时期。1991 年,Heinrieh[4]提出了基于资源为导向的产品配置方法;1992年Najman[5]提出了基于功能的产品配置方法;1993年,Pfitzner[6]提出了基于产品实例的配置方法。配置技术的提升,使得配置产品的类型及应用领域得到了相对的扩展。第三个时间段是 2000 年至今,随着大规模生产(MC)定制市场的产生,并伴随着产品设计管理系统(Product Design Management—PDM)的应用,产品设计的重要数据得以保存,使得产品配置设计进入了空前的繁盛时期。这一时期的相较于前两段时间的发展方向有所不同,该阶段主要研究的是在大规模定制中的产品配置—知识如何转变为有效的配置资源和模型建立求解两部分。2001 年 MCGUINNESS[7]提出了在车间生产进程中基于逻辑推理表达知识的方式进行产品配置;2002 年 FELFERING 等[8]研发出一种基于网络多样产品供应的配置方法。产品配置与用户和企业的信息交互、与企业个性化技术的结合、与参数化设计系统的集成等是产品配置未来发展的方向[9]。Alexandr V.等[10]利用本体驱动的方法对虚拟供应网络(Virtual Supply Network,VSN)提出了基于本体约束的产品配置方法,该方法提出了 VSN 面向对象的约束配置网络结构,并对 VSN 配置工程中的任务、资源分配等建立了约束满足模型,对模型提出了求解方法。
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2 低压开关柜产品特点及柜体模块化的创建与表达

2.1 电器开关柜的设计特点
柜体结构:开关柜一般选用通用型材料,由于其结构的简单性以及对材料的延展性要求,通常使用钣金结构,主要由顶板、侧板、底板、前门、后封板、横梁、支撑架、隔板等组装成型,作用主要是起到支撑、容纳、分割、屏蔽、保护等作用。柜体钣金结构的设计主要是为了保证内部电气元件安装与拆卸的简便性、柜体结构的合理性、材料的利用率、柜体内部空间的分配以及柜体散热等等。柜体结构通常考虑到企业内部生产的便携性,按照通用性、标准型进行结构设计。柜体结构拥有其固有的特点:可以增强安全防护、电磁屏蔽、削弱设备工作噪音、减少设备地面面积占用等[36]。内部元件:内部元件主要分为电器元件、控制模板、仪表、电路等等,元件的组成是根据开关柜的功能决定的,开关柜的主要功能是电力的分配与控制,其内部的电器元件及仪表主要是一些外购的标准接插件,所以电器开关柜内部设计的重点是内部电气元件的连接方式、元件安装布局的合理以及元件的选型等组合配置问题。但是根据企业内部生产技术的不同,每个企业内部电气元件的采购拥有其特定的供货商群,并且电器开关柜内部电气元件的连接是根据技术部或者电力科学研究院的布置审批完成以后,传递到柜体加工企业来进行开关柜柜体的配置,所以,不同的柜体生产公司有着自己独特的一套柜体设计、生产、安装标准。
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2.2 基于功能部件的模块设计与描述
产品配置的模块化就是以模块化技术理论为基础,根据产品内部组成特性,对产品的功能模块或结构单元进行划分,配置过程中以模块为单元进行配置。每种产品有着其特定的设计技术、安装规则等等,所以模块的划分针对不同的产品有着不同的划分方法。就低压开关柜柜体来说,其本身产品是机械组装件,是由不同功能的结构部件组装而成的,因此,本文依据开关柜柜体的结构特点,提出了基于功能部件的模块构建法。模块是指可组合成系统的、具有某种特定功能和接口的、典型的通用独立单元[38]。产品模块化的划分其本质是:分析产品内部零部件组成,把功能相同或者相似的零部件进行分类,利用标准化的原理对其进行划分、归类、统一,存在方式定义为通用的模块单元。在实际产品配置过程中,将模块单元根据需求按照不同的约束规则进行组装,依据模块来组织生产,最终生产出预期的产品[39][40]。针对低压电器开关柜柜体产品,考虑其产品整体生产的柜体类型比较多,但其中很多板件的类型较为相似,所以可以对柜体进行两级模块化构建,模型如图 2.5 所示。
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3 低压开关柜柜体产品配置方法的研究.......21
3.1 引言 ........ 21
3.2 基于实例类的柜体产品配置 ........ 21
3.3 基于规则类的柜体产品配置 ........ 27
3.4 基于参数类的柜体产品配置 ........ 35
3.5 基于混合模式的产品配置方法设计 .... 43
3.6 本章小结 ......... 45
4 低压开关柜柜体的客户需求获取与转换 ......... 47
4.1 客户需求的特点 .... 47
4.2 客户的需求的获取过程 ........ 48
4.3 客户需求的分解 .... 49
4.4 客户需求因素权重的计算 .... 54
4.5 实例验证 ........ 56
4.6 本章小结 ........ 57
5 面向低压开关柜柜体产品配置系统的研究.... 59
5.1 引言 ........ 59
5.2 配置系统分析与设计 .... 59
5.3 配置系统实现 ........ 68
5.4 配置系统运行界面及实例运行 .... 71
5.5 本章小结 ........ 76

5 面向低压开关柜柜体产品配置系统的研究

5.1 引言

系统工程的有关理论指出:“系统”是相互作用和互相依赖的若干部分结合而成的具有特定功能的有机整体[57]。产品的设计过程是根据客户的需求进行分解,针对不同的需求部分进行设计,最终输出设计结果。产品设计过程中涉及到应用环境、企业知识资源、设计人员、设计方法、设计工具等诸多因素,其本身的过程就是典型系统问题。在进行开关柜产品配置系统设计之前,需要对系统运行的环境、功能、组成部分、各部分之间的关系等有一个清晰的认识,这样在进行系统设计过程中能够良好的把握系统的整体框架,简短系统的设计时间。本章重点在于分析设计基于实例、规则、参数类配置方法的产品配置系统,以重庆华洋集团的低压开关柜柜体产品为设计依据,进行系统的基本功能、总体框架、数据库等相关体系的设计。

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总结

市场竞争的激烈性对企业的需求响应能力要求越来越高,产品的研发速度是企业响应能力的标志之一,针对成套定制产品如何提升产品