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1、 題目：基于數(shù)控機床的客戶需求元建模方法研究 摘要數(shù)控機床是制造業(yè)乃至整個國民經(jīng)濟的加工母機，對經(jīng)濟的發(fā)展起著至關(guān)重要的推動作用。雖然我國機床產(chǎn)業(yè)在經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，很多方面都取得了令人矚目的成就，但是仍面臨著精度和效率偏低、可靠性不高、市場占有率低等諸多嚴峻的挑戰(zhàn)。為此企業(yè)在加大技術(shù)研究和資金投入力度的同時，要考慮將傳統(tǒng)的以產(chǎn)品為中心的生產(chǎn)制造模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐钥蛻粜枨鬄橹行牡纳a(chǎn)經(jīng)營模式，這已經(jīng)成為企業(yè)制造生產(chǎn)的一種必然趨勢。本文基于數(shù)控機床的客戶需求收集分析管理系統(tǒng)研究對機床生產(chǎn)企業(yè)快速響應(yīng)市場需求贏得客戶滿意度具有一定的促進作用和指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：數(shù)控機床；建模；客戶需求元；目錄第一章引言

2、11.1研究背景11.2研究目的與意義11.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2第二章相關(guān)理論概述32.1客戶需求元的概述32.2客戶需求信息的獲取32.3數(shù)控機床產(chǎn)品客戶需求的特點32.4我國數(shù)控機床技術(shù)存在的問題42.4數(shù)控機床的模塊化設(shè)計5第三章客戶需求元建模分析73.1客戶需求信息的整理73.2數(shù)控機床中的模塊化技術(shù)73.2.1基于模塊化技術(shù)的產(chǎn)品開發(fā)一般程序73.2.2模塊化技術(shù)的應(yīng)用探索和實踐83.3數(shù)控機床的模塊化框架設(shè)計9第四章案例分析114.1模塊組成部分的非標(biāo)準連接模式114.2模塊化組成單元124.3模塊化設(shè)計的效果13第五章結(jié)論與展望14參考文獻15附錄16致謝17第一章 引言伴隨工業(yè)4

3、.0的快速發(fā)展，現(xiàn)代制造業(yè)正推動經(jīng)濟發(fā)展邁向了一個嶄新的浪潮，而數(shù)控機床則是現(xiàn)代制造業(yè)不可或缺的關(guān)鍵部分。瞬息萬變的市場需求，工業(yè)發(fā)展的快速步伐，使人們對數(shù)控機床的設(shè)計研發(fā)提出了個性化、柔性化和高效化的要求，必須要有一種更具繼承性、創(chuàng)新性的方法來提高數(shù)控機床的整體設(shè)計質(zhì)量，創(chuàng)新設(shè)計思路，豐富設(shè)計內(nèi)容，縮短設(shè)計周期，提高用戶體驗程度，同時又要降低成本，保證良好的售后維修和配件的更新服務(wù)。1.1研究背景我國在加入世界貿(mào)易組織之后，國內(nèi)企業(yè)乃至整個國民經(jīng)濟都迎來了新的發(fā)展機遇。國外先進的生產(chǎn)技術(shù)和管理模式促進了中國經(jīng)濟的發(fā)展。但與此同時，經(jīng)濟全球化使企業(yè)在生存和發(fā)展過程中面臨著巨大的挑戰(zhàn)，國外市場對

4、中國市場形成了相當(dāng)大的影響。我國數(shù)控機床在市場上占有的比例較低，對中高端機床的需求大，高新技術(shù)與國外機床之間仍存在較大差距。相關(guān)從事機床行業(yè)的研究人員應(yīng)當(dāng)深入研究，不斷提高這方面的技術(shù)并且可以增加我國在國際市場上的占有份額。與此同時，企業(yè)的市場地位發(fā)生了深刻的變化，正面臨著從簡單的產(chǎn)品制造商和營銷人員的角色向服務(wù)提供者的轉(zhuǎn)變。機床行業(yè)在這方面存在的差距不小，將會錯過很多商機。在全球經(jīng)濟逐漸進入一體化的形勢下，很多老牌發(fā)達國家的優(yōu)勢也在一步步喪失，企業(yè)之間，國家之間的競爭都越演愈烈。各個企業(yè)為了生存和發(fā)展，都對產(chǎn)品提出越來越高的要求，對于產(chǎn)品的質(zhì)量、價格以及交貨期甚至是別致化個性化，都希望能夠做

5、到極致，做到最好。在如此的市場條件下，客戶的需求正在不停的發(fā)生變化，很難預(yù)料，導(dǎo)致市場動向模糊不定，很難把握，企業(yè)生存面臨更嚴峻的考驗。但是面向客戶需求進行生產(chǎn)制造和產(chǎn)品更新已經(jīng)成為一種必然趨勢，不容爭議。數(shù)控機床行業(yè)的生產(chǎn)制造也相同，如何能夠迅速響應(yīng)市場，準確把握客戶需求，已經(jīng)成為了一個亟待解決的問題。客戶的個性化需求隨著技術(shù)的不斷進步也在不斷的發(fā)生著改變，機床企業(yè)應(yīng)該更加重視多品種小批量生產(chǎn)，更加關(guān)注大合作和大競爭的動態(tài)，以保持企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。為了最大限度的滿足不同客戶的挑剔的客戶需求，企業(yè)必須把客戶需求應(yīng)用到產(chǎn)品的設(shè)計中，并擁有快速響應(yīng)市場的能力，這樣才能在激烈的市場競爭中蛇立不倒。1

6、.2研究目的與意義產(chǎn)品的客戶需求指的是客戶對產(chǎn)品的服務(wù)、屬性、價格、外形、結(jié)構(gòu)、性能、功能以及生產(chǎn)環(huán)節(jié)等需求指標(biāo)進行一個描述，這是目前產(chǎn)品開發(fā)的基礎(chǔ)步驟。不恰當(dāng)?shù)男枨罄斫?，不但會?dǎo)致預(yù)算溢出和交貨期的變長，更容易造成產(chǎn)品與客戶真實需求的不一致性，從而導(dǎo)致產(chǎn)品的開發(fā)失敗，其中因為返工或者產(chǎn)品不合格造成的報廢產(chǎn)品，會極大的給公司帶來經(jīng)濟損失。需求管理指的是企業(yè)能夠迅速響應(yīng)市場需求，提高企業(yè)整體競爭力，從而擴大企業(yè)產(chǎn)品的市場占有率。因此，本文提出面向客戶需求的數(shù)控機床模塊化設(shè)計，從客戶需求出發(fā)，建立產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型，使產(chǎn)品模塊劃分更加合理，更能滿足客戶的需求。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀（1）國外研究現(xiàn)狀在國際

7、上，不少人在日常需求管理的工作活動中，開發(fā)并研究出了不少需求管理工具。雖然這些工具的應(yīng)用使需求管理更加規(guī)范、更加精確。但是大部分缺乏多重實踐途徑的驗證，并不能完全解決需求管理中存在的所有問題。（2）國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國于1958年研制出首臺數(shù)控機床，數(shù)控機床發(fā)展過程大致可分為三個階段。第一階段是由于我國基礎(chǔ)理論研究滯后，相關(guān)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱，尤其是電子技術(shù)落后，數(shù)控機床系統(tǒng)還沒有突破。雖然中國在數(shù)控機床方面的起步并不晚，但發(fā)展并不順利。二十世紀六、七十年代，由于文化大革命等因素，我國與發(fā)達國家的差距開始拉大。20世紀70年代，中國數(shù)控機床國家組織取得了一定的成果，并陸續(xù)引進了一些數(shù)控機床，但從整體上看

8、，中國數(shù)控機床行業(yè)還處于起步階段。在第二階段，從日本以及西方發(fā)達國家引進了數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)。利用引進的技術(shù)能夠合資生產(chǎn)數(shù)控機床，而且還在引進過程中解決了日本、美國、德國、意大利、英國、法國、瑞士、匈牙利、奧地利、韓國、臺灣等國的可靠性和穩(wěn)定性問題，并已正式生產(chǎn)和使用數(shù)控機床。并逐漸往前走。第三階段國家從科技研究和技術(shù)改造階段對數(shù)控機床的生產(chǎn)進行重點扶持，加快了我國數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展。數(shù)控系統(tǒng)的成功開發(fā)為數(shù)控機床的商業(yè)化和大規(guī)模生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。有的數(shù)控機床主機廠設(shè)置床身、箱體、主軸、軸套等機組，在工廠組織專業(yè)生產(chǎn)，生產(chǎn)水平進一步提高。cad/1apple/cam開始應(yīng)用，開發(fā)能力、工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量進一

9、步提高，為工業(yè)化奠定了基礎(chǔ)。數(shù)控機床技術(shù)逐漸進入了高速發(fā)展階段。毛雪濤等人設(shè)計了一種需求管理工具，以實現(xiàn)需求變化的管理。邱樹偉特別指出了良好溝通和團隊合作在需求分析中的重要性。凌勁如強調(diào)在需求管理的基礎(chǔ)上有明確的產(chǎn)品分類模板。郭偉專注于收集產(chǎn)品需求信息，對產(chǎn)品進行整個生命周期的管理。甘小紅指出，需求分析過程與客戶之間的良好溝通密切相關(guān)，并給出了一系列要求質(zhì)量評價原則。浙江大學(xué)的崔健等人在該平臺上學(xué)習(xí)研究需求管理。第二章 相關(guān)理論概述2.1客戶需求元的概述客戶需求信息的實現(xiàn)可以體現(xiàn)在產(chǎn)品所具有的滿足于客戶需求的特點、功能及屬性等。這也就是說客戶不會關(guān)注產(chǎn)品是如何設(shè)計和制造的，他們所關(guān)注的問題只有

10、一個，那就是企業(yè)所提供的產(chǎn)品是否是實現(xiàn)了客戶的所有需求。這就要求公司在進行產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)時，一定要注重如何才能把客戶需求比較完善的轉(zhuǎn)化成為產(chǎn)品特性。對數(shù)控機床產(chǎn)品來說，客戶需求就是客戶對于產(chǎn)品和服務(wù)能夠滿足其某些需要的期望，當(dāng)然對于不同類型，不同用途的數(shù)控機床，需求內(nèi)容也會更加具體。2.2客戶需求信息的獲取通?？蛻粜枨笮畔ㄈ齻€部分：客戶對產(chǎn)品的需求表達，各項用戶需求的重要度以及用戶對本公司和競爭對手的產(chǎn)品的滿意度。客戶需求獲取的過程主要包括確定合理的調(diào)查對象和調(diào)查方式、進行市場調(diào)查、整理客戶需求等。為了全面收集客戶的信息，在客戶需求獲取過程中，應(yīng)該注意以下幾點：合理確定調(diào)查對象：市場調(diào)査，

11、不僅從客戶視角設(shè)計需求調(diào)查方法，而且要從設(shè)計師視角設(shè)計市場調(diào)查方法，形成客戶和設(shè)計師雙向視角的調(diào)查方法；調(diào)查內(nèi)容要包括定性和定量的客戶需求信息，把握產(chǎn)品發(fā)展方向，用頭腦風(fēng)暴的方式對調(diào)查得出的客戶需求進行篩選和補充；根據(jù)調(diào)査對象、地點、人數(shù)等因素合理選擇合適的調(diào)查方法。2.3數(shù)控機床產(chǎn)品客戶需求的特點本文是關(guān)于數(shù)控機床產(chǎn)品的客戶需求的研究，基于需求特點、數(shù)控機床需求劃分分類和機床自身在設(shè)計、加工生產(chǎn)、運輸裝配和生產(chǎn)使用中的特點，總結(jié)數(shù)控機床客戶需求與其他產(chǎn)品需求的區(qū)別性，具有以下特有特征：（1）面向?qū)ο鬄闄C械產(chǎn)品加工生產(chǎn)企業(yè)，這類產(chǎn)品往往對精度要求嚴格，而且加工生產(chǎn)過程復(fù)雜多變，這就要求數(shù)控機床

12、加工范圍更大，自動化程度更高精度更精確。（2）機床產(chǎn)品零部件復(fù)雜，一旦加工成型，很難變更。一定要變更的情況一旦出現(xiàn)，可能就會給客戶或者企業(yè)帶來巨大損失。這就給需求信息的變更管理帶來困難，這就要求企業(yè)在生產(chǎn)加工前認真核實客戶需求，重復(fù)考慮設(shè)計方案，且在產(chǎn)品付諸實際加工前對需求信息進行變更。（3）數(shù)控機床產(chǎn)品類屬機械產(chǎn)品類，且是現(xiàn)代產(chǎn)品加工母機，體型龐大，操作復(fù)雜，加工生產(chǎn)中具有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)含量，而客戶往往不能完全掌握。這就要求機床生產(chǎn)企業(yè)滿足客戶提出的協(xié)助運輸、安裝、售后技術(shù)指導(dǎo)和維修等最基本的客戶需求。（4）數(shù)控機床產(chǎn)品往往價格比較昂貴，且從設(shè)計到生產(chǎn)到使用直到報廢整個生命周期會十分的長，幾年甚

13、至是幾十年。這不但導(dǎo)致機床企業(yè)銷售渠道受制，也導(dǎo)致客戶不能及時掌握新的生產(chǎn)方法、加工工具進行生產(chǎn)，影響經(jīng)濟收益。所以顧客希望以低廉的價格購買到使用更方便、精度更精確、更新周期更短的新科技產(chǎn)品，以保證生產(chǎn)收益。2.4我國數(shù)控機床技術(shù)存在的問題（1）缺乏核心技術(shù)據(jù)統(tǒng)計，數(shù)控機床的核心技術(shù)主要是數(shù)控系統(tǒng)里面幾部分組成，其中包括顯示器、控制器、傳感器以及各類開關(guān)等部分。但當(dāng)前90%的中國數(shù)控機床核心技術(shù)需要從國外進口。例如，在上海有工廠的德國gitmo集團，以及意大利的利雅路機床集團，在煙臺有工廠的韓國大宇綜合機械有限公司。這些廠房雖然建在國內(nèi)，但是制造機床的最關(guān)鍵技術(shù)還是掌握在這些工廠的外國人手里。

14、國內(nèi)一般無法依靠核心技術(shù)來制造數(shù)控機床，大多都是在裝配制造環(huán)節(jié)做中高端的數(shù)控機床。國內(nèi)數(shù)控機床的關(guān)鍵部件和技術(shù)主要依靠進口，國內(nèi)大型、大型企業(yè)不多。目前，世界上最大的三家制造商是：日本三菱和發(fā)那客以及德國西門子；剩下的制造水平還可以的公司有西班牙的凡高公司以及法國的扭姆公司。中國內(nèi)部有航天數(shù)控和華中數(shù)控等。我國數(shù)控系統(tǒng)研究才剛剛開始，產(chǎn)業(yè)化和水平質(zhì)量遠遠不夠，高級系統(tǒng)都是進口的。近年來，中國中部地區(qū)數(shù)控技術(shù)發(fā)展迅速，軟件水平相當(dāng)好，但在電氣硬件方面還需要進一步完善。目前，中國的一些大型工廠還沒有采用中央數(shù)控。數(shù)值控制函數(shù)組件是另一個薄弱環(huán)節(jié)。從某種意義上說，功能組件將在21世紀構(gòu)建現(xiàn)代數(shù)控機床

15、。數(shù)控機床的價格和性能決定于功能部件的價格和性能，對一臺數(shù)控機床來說，功能部件并不是配件部分，而是這臺數(shù)控機床的核心代表。國內(nèi)的數(shù)控機床出現(xiàn)故障為問題最大一部分都來自于功能部件，這是影響國產(chǎn)數(shù)控機床使用的主要原因。從目前國產(chǎn)數(shù)控機床的使用以及發(fā)展情況來觀測，其中迫切需要解決功能部件技術(shù)方面存在的問題。其中最主要的問題體現(xiàn)在可靠性以及壽命等方面，目前來看，國內(nèi)大多數(shù)數(shù)控機床滯后問題的比較嚴重，不論是質(zhì)量方面，還是性能方面，都遠遠不夠，無法滿足客戶對于數(shù)控機床使用的要求。由于我國數(shù)控機床壽命短、品種少，十分影響數(shù)控機床的使用效率，由此大部分企業(yè)都采用進口數(shù)控機床，但是進口的數(shù)控機床，價格十分昂貴，

16、客戶無法負擔(dān)由此帶來的成本，一定程度也給企業(yè)經(jīng)濟效益帶來了很大的影響。（2）和國際品牌存在差距一組數(shù)控機床用戶使用數(shù)據(jù)抽查表明，在國際上眾多數(shù)控機床的牌子里面，大多數(shù)使用的企業(yè)對日本、韓國以及大部分西方國家的機床品牌關(guān)注較多。這些國家的數(shù)控機床品牌在國際市場上占有比例超過60%。由于對于品牌的認同度帶來的影響，導(dǎo)致用戶對國內(nèi)的品牌不自信，阻礙了國內(nèi)數(shù)控機床的發(fā)展。如哈爾濱發(fā)動機(集團)有限公司缸體生產(chǎn)線的自動生產(chǎn)線，使用韓國大宇沉重的粗加工自動專線，最后，選擇了交叉平面HULLE公司傳送機，汽缸加工線是由德國交叉脫殼機公司生產(chǎn)高速加工中心和特殊的傳送機，自動在線測量機由德國、日本自動密封測試機

17、和清洗機，精加工生產(chǎn)線是由日本拋光機、動平衡機和高速CBN磨床組成的。（3）研究成果轉(zhuǎn)化率低能夠滿足用戶需求開發(fā)新的市場，技術(shù)創(chuàng)新是關(guān)鍵所在，而企業(yè)想要在激烈的市場競爭環(huán)境中不被淘汰，做好產(chǎn)品是基礎(chǔ)保證。而當(dāng)前我國的實際情況卻是大部分企業(yè)忽視數(shù)控機床方面的創(chuàng)新，市場定位不明確，無法集中精力，突破重點，帶動整體，項目安排盲目。一是盲目順應(yīng)國際技術(shù)潮流，提高產(chǎn)能。數(shù)控機床行業(yè)自身發(fā)展水平的關(guān)鍵在于企業(yè)創(chuàng)新能力、人員素質(zhì)和企業(yè)素質(zhì)的提高。近年來，重組重組取得了一些初步成效，并不容易。面對日益增長的市場需求，我們必須保持對市場的清醒認識，審慎發(fā)展。我們還必須抓住前面和后面（即抓住發(fā)展，抓住銷售，抓住質(zhì)

18、量，抓住服務(wù)），并仔細掌握能力。中國應(yīng)當(dāng)大力加快技術(shù)開發(fā)，成為一個制造市場，而并非簡單的加工市場。對于數(shù)控機床行業(yè)來說，也要堅持技術(shù)方面研發(fā)投入，正確看待產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的觀念。二是技術(shù)創(chuàng)新取得成果后，缺乏全面的市場化安排；質(zhì)量保證體系不完善，沒有制定相應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準。生產(chǎn)工藝研究嚴重滯后。因此，數(shù)控機床的市場份額逐年下降；第三，不注重質(zhì)量和服務(wù)。當(dāng)市場好轉(zhuǎn)時，企業(yè)應(yīng)多關(guān)注優(yōu)質(zhì)和服事務(wù)，對用戶更體貼、更熱情。公司的品牌往往是在市場好的時候建立起來的，它也常常在市場的好時候丟失。（4）缺乏先進的管理機制企業(yè)普遍存在生產(chǎn)經(jīng)營積極性不高、自我約束機制不完善、勞動生產(chǎn)率低等問題。以企業(yè)為主體，產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合，適

19、應(yīng)市場經(jīng)濟發(fā)展需要的技術(shù)創(chuàng)新體系尚未建立。缺乏吸引高層次、高素質(zhì)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才的環(huán)境，難以成功的整合各方面經(jīng)濟發(fā)展、技術(shù)創(chuàng)新以及資源方面的優(yōu)勢，讓各方條件達到最優(yōu)，共同搭建技術(shù)創(chuàng)新平臺。因此，根據(jù)經(jīng)濟發(fā)展的客觀要求，必須建立以法律為主要內(nèi)容的現(xiàn)代企業(yè)制度。必須要把以用戶為中心的市場推廣理念放在首位，切實做好產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整方面的內(nèi)容，讓市場在資源配置中發(fā)揮最為本質(zhì)的作用。2.4數(shù)控機床的模塊化設(shè)計眾所周知，伴隨著數(shù)控機床市場競爭的愈加激烈，客戶的需求性也愈加呈現(xiàn)多樣性，而機床的功能越多，性能越好，成本也就越高。在設(shè)計階段，數(shù)控機床的產(chǎn)品性能以及產(chǎn)品測算總成本就能得到一個基本數(shù)值。另外，為了能夠適應(yīng)市

20、場變化帶來的影響，需要我們加快速度研發(fā)新的產(chǎn)品。但是一個新產(chǎn)品研發(fā)很難能在短時間內(nèi)完成，這與響應(yīng)市場需求之間產(chǎn)生了矛盾。所以，我們在數(shù)控機床研發(fā)中要采用模塊化設(shè)計，這種方法不僅能夠提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，還能降低生產(chǎn)成本，加快研發(fā)的速度，減少周期。數(shù)控機床的模塊化設(shè)計，能夠很好的解決制造成本、研發(fā)周期以及機床功能三者間的矛盾關(guān)系。第三章客戶需求元建模分析隨著市場越來越由客戶需求所驅(qū)動，做好客戶需求分析就變得尤為關(guān)鍵?？蛻魧Ξa(chǎn)品的需求實際上是對產(chǎn)品功能本身的需求，而產(chǎn)品是企業(yè)的生命，設(shè)計出滿足客戶對產(chǎn)品功能需求的產(chǎn)品才能使企業(yè)在激烈的市場競爭中生存并持續(xù)發(fā)展。因此，準確分析客戶需求，計算客戶需求重

21、要度，建立產(chǎn)品客戶需求模型是產(chǎn)品設(shè)計重要的一步，也是實現(xiàn)產(chǎn)品客戶需求模型到產(chǎn)品功能模型、產(chǎn)品功能模型到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型映射的第一步。3.1客戶需求信息的整理經(jīng)過調(diào)查收集到的原始客戶需求信息往往形式多樣，一般要對這個來開展選擇、歸納以及整理等步驟。本文采用親和圖法（法）對客戶需求信息進行層次化分析。法常常用于大量繁雜信息的處理，按其親和性，形成層次清晰、表達準確的資料，是一種十分有效的處理客戶信息的方法。其主要步驟如下：整理得到的每一項客戶需求，分別寫在每一張卡片上。把意思相同的卡片分在同一組，每組只保留一張卡片，將每組其它卡片廢棄并記錄它們重復(fù)的頻次。將所表達意思內(nèi)容相近的卡片集中到一起，分成不同

22、組。用一個詞句對相近項進行描述，為高層次的客戶需求項。將步驟得到的客戶需求項目按意思相近的原則集中到一起，再次分組。重復(fù)步驟，用代表性的語句來描述每一組，即可獲得更高層次的客戶需求項。重復(fù)步驟，并且根據(jù)實際情況，可以繼續(xù)歸并直到獲得合理的客戶需求的層次化結(jié)構(gòu)。3.2數(shù)控機床中的模塊化技術(shù)3.2.1基于模塊化技術(shù)的產(chǎn)品開發(fā)一般程序模塊化技術(shù)要想能夠在實際操作中充分應(yīng)用，產(chǎn)品的設(shè)計和開發(fā)過程階段必須得概念設(shè)計和市場研究兩方面起步。數(shù)控機床在概念設(shè)計階段的時候，模塊化數(shù)控機床產(chǎn)品系列規(guī)范必要按照之前市場調(diào)查的數(shù)據(jù)結(jié)果來構(gòu)建，而且要采取模塊化的方法。系列產(chǎn)品設(shè)計過程里的關(guān)鍵環(huán)節(jié)本質(zhì)上是系列產(chǎn)品的模塊化

23、設(shè)計，基于模塊化技術(shù)的產(chǎn)品開發(fā)的一般程序如圖1所示。模塊化設(shè)計出了要遵循一般技術(shù)系統(tǒng)的設(shè)計原則之外，還要讓每個重要的零件和組件，在整個產(chǎn)品系列中處于通用的位置。3.2.2模塊化技術(shù)的應(yīng)用探索和實踐(1)市場調(diào)查分析。模塊化設(shè)計成功的前提便是市場調(diào)查分析。必須注意并預(yù)測市場對同類產(chǎn)品的需求，需求比，從用戶需求分析入手，分析模塊化設(shè)計的可行性。如何開發(fā)和生產(chǎn)一系列產(chǎn)品，保證良好的制造質(zhì)量，低價成本，廣泛的適應(yīng)性，需求可以在很短的時間內(nèi)，迅速對市場做出反應(yīng)，這是調(diào)查的重點。高市場競爭力的出發(fā)點是采用模塊化設(shè)計，縮短設(shè)計和生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本。(2)產(chǎn)品功能分析和產(chǎn)品系列光譜測定。通過對產(chǎn)品功能、性

24、能和技術(shù)水平的分析，合理組合、劃分和確定產(chǎn)品系列以及考慮模塊化設(shè)計原則，該工藝需要符合市場需求和客觀技術(shù)規(guī)律。(3)確定參數(shù)范圍和主要參數(shù)。根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點和一般使用范圍規(guī)則，合理確定模塊化設(shè)計所涵蓋的產(chǎn)品規(guī)格范圍。規(guī)范范圍太大，太多的規(guī)范，市場應(yīng)變能力強，有利于占領(lǐng)市場，但設(shè)計是困難的，工作量很大，甚至在一定程度上導(dǎo)致模塊化技術(shù)的應(yīng)用是困難的；相反，市場應(yīng)變能力減弱，但設(shè)計很簡單，工作量小，容易提高產(chǎn)品性能和目標(biāo)。例如，銑床，其產(chǎn)品規(guī)格主要取決于產(chǎn)品的參數(shù)，包括尺寸參數(shù)(表尺寸)、運動參數(shù)(三沖程)和動態(tài)參數(shù)(功率、扭矩)，應(yīng)合理確定，如果太寬浪費太低太窄不能滿足要求。此外，根據(jù)使用需求，參

25、數(shù)范圍內(nèi)值的大小和分布也非常重要。(4)模塊結(jié)構(gòu)分析和模塊類型確定模塊化設(shè)計的原則是盡量用幾個模塊形成盡可能多的產(chǎn)品，并在滿足要求的基礎(chǔ)上使產(chǎn)品性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，模塊結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能簡單、規(guī)范。因此，如何科學(xué)地劃分模塊是模塊化設(shè)計中的一項藝術(shù)性和批判性工作。既要滿足市場需求和使用要求，又要考慮生產(chǎn)管理的便利性。模塊類型的確定需要設(shè)計簡單，模塊數(shù)量盡可能少，降低制造成本。(5)模塊設(shè)計與模塊庫的建立由于模塊要有多種可能的組合方式，所以在設(shè)計時應(yīng)該考慮到模塊的零件越多，合適的參數(shù)范圍應(yīng)該是良好的制造和裝配工藝，應(yīng)該盡量采用標(biāo)準化的結(jié)構(gòu)。(6)編制技術(shù)文件模塊的模塊化設(shè)計最終必須以技術(shù)文檔的

26、形式確定其組成，以便與特定的產(chǎn)品相關(guān)聯(lián)。因此，有必要保證技術(shù)文件編制的正確性和完整性，以便有機地連接不同的功能模塊，指導(dǎo)制造和檢驗過程。3.3數(shù)控機床的模塊化框架設(shè)計總體上說，數(shù)控機床的模塊化設(shè)計要實現(xiàn)三個功能：首先是機床所具備的基本加工功能，即各個模塊部分集合為整臺數(shù)控機床必須能夠生產(chǎn)加工；且加工成品精度高，質(zhì)量好。其次是各個組成模塊相互之間的兼容性應(yīng)良好，適應(yīng)性強；這樣可以滿足不同地點、不同時間、不同產(chǎn)品的加工要求；最后是各個模塊組成設(shè)備應(yīng)維護、維修便捷，容易實現(xiàn)。若出現(xiàn)模塊中某個設(shè)備損壞或部分配件壽命期限終止，應(yīng)立即更換，不影響生產(chǎn)加工，即通用性強。模塊化設(shè)計雖然是非標(biāo)組合生產(chǎn)的思路，但

27、仍要堅持標(biāo)準化原則進行設(shè)計研究。圖2總體框架設(shè)計第四章案例分析數(shù)控機床的模塊化系統(tǒng)設(shè)計指的是用戶提出的個性化需求，在對使用情況以及功能需求的分析基礎(chǔ)上，設(shè)計并劃分出可互換、功能類似的模塊，其中包括系統(tǒng)、部件、組件等，各模塊擁有不同的功能，利用模塊的拆分以及組合能夠滿足市場的不同需求，增加了機床設(shè)計的變化性。這種設(shè)計，讓數(shù)控機床的零部件實現(xiàn)了標(biāo)準化，縮短了設(shè)計周期，提高了生產(chǎn)效率，加強了機床的加工精度以及穩(wěn)定性，增強了企業(yè)的競爭力。本文選用了銑床XK5032來建立滿足客戶需求的模塊化設(shè)計。該銑床的XK5032的主要技術(shù)參數(shù)如圖3所示：圖3XK5032數(shù)控銑床的技術(shù)參數(shù)4.1模塊組成部分的非標(biāo)準連

28、接模式當(dāng)數(shù)控機床實行模塊化設(shè)計后，模塊與模塊之間采用非標(biāo)準連接模式對機床連接模式進行定義。矩陣的行列表示機床的6個主要功能模塊，分別用模塊1-6表示，例如：1-數(shù)控系統(tǒng)，2-主軸模塊等?？紤]到每個模塊的結(jié)合面至多不超過7個，故對矩陣的每個元素用一個兩位十進制ij表示，意為該行模塊的第i個與該列模塊的第j個相結(jié)合。4.2模塊化組成單元（1）數(shù)控系統(tǒng)模塊數(shù)控系統(tǒng)模塊內(nèi)安裝有數(shù)控裝置，包括CNC裝置和PLC裝置，數(shù)控裝置正面有LCD顯示器、機床操作面板和控制鍵盤，完成人機交互信息的傳遞。CNC裝置是數(shù)控機床的中樞指揮系統(tǒng)。擁有和數(shù)控機床功能符合的接口單元以及功能模塊。數(shù)控裝置背面存在不同的連接裝置，

29、包括伺服接口、PLC端子等。PLC裝置的邏輯控制通過內(nèi)部存儲器實現(xiàn)順序控制、邏輯運算、計數(shù)和算數(shù)運算、定時等。PLC的主要功能為控制過程映像輸入信號和輸出信號、實現(xiàn)M功能控制及數(shù)據(jù)處理等。為了考慮兼容性和適用的廣泛性，數(shù)控裝置可以使用華中HNC-21、廣數(shù)GSK980、西門子802C等。（2）機床本體模塊數(shù)控機床的大型機械結(jié)構(gòu)件是機床的本體模塊，其中包括進給運動部件以及主運動部件兩個部分。其中進給運動部件由傳動部件以及機床工作臺兩部分組成，主運動部件則由主軸、床身導(dǎo)軌、立柱以及箱體組成。（3）主軸模塊一般數(shù)控機床主軸采用變頻器和異步電機，伺服驅(qū)動器和同步電機也是常采用的一種方式。每個主軸模塊包

30、含1個對應(yīng)的異步電機和1個變頻器。在數(shù)控機床中應(yīng)用電主軸模塊能夠?qū)C床主軸的傳動鏈縮短為零，省去了中間傳動環(huán)節(jié)，使得主軸的零件數(shù)量減少到最少，也使轉(zhuǎn)速更快，效率更高；同時，減少中間傳動環(huán)節(jié)的外力作用，增大了傳動的平穩(wěn)性，也提升了數(shù)控機床的加工精度。（4）進給系統(tǒng)模塊每個進給模塊有1個伺服驅(qū)動器和1個對應(yīng)的伺服電機組成。由220V交流電源給伺服進給模塊供電。該模塊使電動機產(chǎn)生的機械能用來移動部件，簡化了模塊結(jié)構(gòu)，便于數(shù)控機床的拆卸與回收，可滿足數(shù)控機床高速、高精度的加工要求。（5）刀庫模塊刀庫由PLC控制輸出點，PLC傳感器檢測刀具位置，可向PLC輸入反饋信號。刀庫模塊在設(shè)計時要考慮數(shù)控機床自身

31、的多種因素，如數(shù)控機床的型號、規(guī)格；其次需要考慮所加工工件的類型，結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，只有合理選擇，才能發(fā)揮其應(yīng)用效果。（6）輔助功能模塊輔助功能主要實現(xiàn)潤滑、冷卻電機、操作刀庫電機等。輔助功能模塊由接觸器和小功率異步電機等構(gòu)成。潤滑、切削液冷卻部分：是數(shù)控機床中必不可少輔助模塊。該輔助模塊可以提升切削液的冷卻性能，增大潤滑程度，提高加工效率，同時能夠快速合成切削液。自動排屑部分：使用結(jié)構(gòu)簡單的氣動裝置，有效實現(xiàn)切屑與切削液過濾分開，在實際工作中實現(xiàn)高頻率、高效率的工作效果。此外，還可以使得切削液循環(huán)使用，節(jié)約了資源。液壓自動夾緊模塊：該模塊使用的液壓傳動裝置實現(xiàn)了工作臺和機床夾具的自動夾緊和松開

32、功能。通過較大的機械力，促使機械結(jié)構(gòu)更加緊湊，動作位置精準可靠。同時，液壓自動夾緊模塊在使用過程中還具有調(diào)節(jié)簡單，噪聲較小的優(yōu)點。自動對刀模塊：該模塊節(jié)省了人力對刀的時間和對刀的誤差，減少了加工準備時間，促使生產(chǎn)效率得到顯著的提升。4.3模塊化設(shè)計的效果XK5032立式數(shù)控銑床是由x5032立式銑床加數(shù)控系統(tǒng)而來，配置了先進的數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)三座標(biāo)三聯(lián)動，并可根據(jù)用戶要求提供第四坐標(biāo)，完成直線，斜線，曲線輪廓等銑削加工。具有高精度，強切削，高剛性，功率大，低速轉(zhuǎn)矩大，主軸電機AC無級變速等特點，是摩托車、模具、儀表、儀器、機械制造等行業(yè)的理想加工設(shè)備。通過模塊化設(shè)計，在產(chǎn)品設(shè)計和制造中可以縮短設(shè)計

33、周期，縮短制造周期，降低研發(fā)和制造成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高管理效率，提高整體競爭力，更好地滿足客戶多樣化的需求。第五章結(jié)論與展望本文主要研宄基于數(shù)控機床的客戶需求元建模方法研究。首先，我們了解了客戶需求元的相關(guān)理論，然后根據(jù)這些理論來探究客戶需求元的建模方法，從中我們可以了解到數(shù)控機床的模塊化設(shè)計才能滿足客戶多樣性的需求。從而對數(shù)控機床的模塊化設(shè)計進行具體分析，并且聯(lián)系實際案例進行探究，尋求更好的模塊化設(shè)計，從而滿足市場的需求。控機床的模塊化設(shè)計系統(tǒng)研究，既離不開工業(yè)發(fā)展的需求和企業(yè)技術(shù)進步的激勵，也離不開廣大研究人員對其孜孜不倦的學(xué)習(xí)和模塊化研究的深入實踐。在本文對數(shù)控機床模塊化的設(shè)計系統(tǒng)的

34、分析研究，不僅可以改進機床產(chǎn)品的性能，提高質(zhì)量，還能降低成本造價。因此，模塊化設(shè)計技術(shù)在數(shù)控機床的概念設(shè)計階段，基于用戶需求用模塊化的技術(shù)手段設(shè)計出數(shù)控機床產(chǎn)品系列，提高數(shù)控機床產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用速度，響應(yīng)了市場快速發(fā)展的需求。參考文獻1蘇銘.基于SolidWorks的數(shù)控機床模塊化設(shè)計技術(shù)研究D.南京：南京航空航天2009.2賈延林主編.模塊化設(shè)計M.北京：機械工業(yè)出版社，1993.3李建賓，任華麗.實例淺析數(shù)控車床智能模塊化設(shè)計方法J.科技與企業(yè)，2016（8）：191.4蘭嵩.綠色制造技術(shù)在數(shù)控機床中的應(yīng)用J.內(nèi)燃機與配件，2017（23）.5姚鵬，李楠楠，曹智軍，劉國寧.西門子數(shù)控系統(tǒng)遠程切

35、換NC程序方法研究J.2017（12）.6吳志剛.基于SolidWorks的數(shù)控臥式車床模塊化設(shè)計系統(tǒng)的研究與開發(fā)D.蘭州：蘭州理工大學(xué)，2012.7張芹.面向再制造的數(shù)控機床綠色模塊劃分方法J.現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2017（01）.8張莉.一種通用數(shù)控實訓(xùn)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計J.機床與液壓，2016（20）.9曲云霞.面向用戶的數(shù)控機床參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)研究J.機械設(shè)計，2016（12）.10劉勝勇.推行數(shù)控機床模塊化維修根除企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)之瓶頸J.制造技術(shù)與機床，2015（2）.11李啟高.數(shù)控機床結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化研究J.化工設(shè)計通訊，2017（1）.12唐勝菊.基于知識工程的可重構(gòu)數(shù)控機床模塊化設(shè)計研究J.裝備機械，2017（4）.