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支持模塊化重構的堆垛機設計知識
2022-12-08 / 公司新聞

今天,就由旭日東小編為大家介紹有關支持模塊化重構的堆垛機設計知識表達技術研究吧,希望可以幫助到大家~

0 引言

21 世紀是國際物流大發展的時代,物流行業也晉升為高科技產業,其不僅僅成為我國重要的服務產業,而且成為引領其他產業發展的重要整合、創新力量。

現代自動化立體倉庫是現代化物流系統中的重要組成部分,也是現代流通中心、配送中心的重要組成部分。巷道堆垛機是自動化立體倉庫的核心物流設備,是隨著立體倉庫的出現而發展起來的專用起重機。巷道堆垛機的主要用途是在高層貨架的巷道內來回穿梭運行,將放置在巷道口的貨物存入指定的貨格,或者從貨格中取出需出庫的貨物運送到巷道口,從而實現物資的流動。

近些年,現代設計理論和現代設計方法應運而生,是以市場需求為動力,以知識獲取為中心,以現代設計思想、方法和現代技術手段為工具,考慮產品的整個生命周期和人、機、環境相容性等因素進行設計,主要有優化設計、計算機輔助設計、可靠性設計、有限元法、模塊化設計、機械動態設計、反求工程設計、工業藝術造型設計、價值分析等。運用現代設計理論和方法設計堆垛機新產品,是高企業產品競爭力的關鍵。

可重構設計是一種可以按規劃和設計規定的變化,利用子系統、模塊或組元物料組態的變換、重排、變形、更替、剪裁、嵌套和革新等手段對產品或系統進行重新組態,以適應市場需求與環境變化的設計方法,具體包括可重構產品的設計、可重構制造系統的設計和可重構軟件系統的設計等。

可重構模塊化設計從設計概念、設計原理和具體設計方法等方面都與傳統的模塊化設計有所區別和發展。模塊化設計的概念早已提出,并在堆垛機、機床等系列化產品的設計中得到應用。可重構模塊化設計方法與傳統的模塊化設計方法的區別具體體現在以下幾個方面:模塊化概念更廣、模塊化設計的目標定位不同、模塊化設計的方法不同和控制系統的模塊化與開放化。

產品的系列化設計是滿足產品個性化定制需求的設計方法。解決產品系列化設計就要解決知識表達、檢索和重用之間的關系。運用知識表達的反邏輯方法,解決產品在設計階段用于支撐知識檢索和重用。目前已經開發出全自動重用知識的算法,該算法的輸出端包含產品的功能、物理定義、性能和CAD 文件。

知識表達是人工智能的基礎,也是解決傳統知識表示方式缺陷的途徑。知識表達能夠實現海量信息的共享和交換,知識表達模型能夠解決不確定推理問題,使推理結果更為準確,可為專家系統提供理論知識。用知識表達的方法研究堆垛機的模塊化重構設計,可縮短產品的研發周期,提升產品的質量,同時也是企業提高自身產品競爭力的重要保證。

1 堆垛機可重構模塊化系統的體系架構

可重構模塊化系統綜合利用了設計與管理等領域的相關知識,解決現代產品快速更新與市場需求多樣化的問題。可重構模塊化系統實現的基本思想是根據用戶需求,充分利用已有的產品和技術,通過選擇已有的模塊或設計新的可重構模塊來重構目標產品。可重構模塊化堆垛機可以根據客戶需求及市場變化組合成適應任務需求,以可重構模塊化設計的理論為基礎,構建堆垛機的可重構模塊化設計系統的體系框架。堆垛機的可重構模塊化系統采用體系架構,主要包括3 個部分:可重構模塊化系統的用戶及設計、分析等人員;可重構模塊化系統的3 個主要功能;可重構模塊化系統的相關數據庫。

用戶是指參與可重構模塊化設計的用戶,既包括客戶,也包括可重構模塊化系統的參與人員:模塊設計人員、動態設計分析人員、決策評估人員以及其他人員;可重構模塊化建模的主要工作是根據客戶的需求及對堆垛機的功能分析,對堆垛機進行可重構模塊劃分,確定堆垛機各模塊的屬性參數,對各個模塊進行設計并重構出產品;動態設計分析模塊的主要工作是對各個模塊及產品進行靜力變形及強度分析、動力學分析、運動學仿真及堆垛機的控制系統仿真;決策評估系統模塊的功能是有效評估堆垛機的重構決策,包括重構過程中各個方面的評估;數據庫為系統的執行提供參考和依據。PDM(Product Data Management)是在數據庫管理技術和網絡技術的基礎上發展起來的一門技術,主要應用于管理產品生命周期內所有與產品相關的信息和過程,核心是達到設計數據的有序、設計過程的優化和資源的共享;PDM 數據管理系統包含產品功能模塊、產品實例模塊庫、產品性能分析庫、產品決策知識庫以及產品CAD模型庫等。

2 基于模塊重構的堆垛機快速設計流程

基于模塊重構的堆垛機快速設計流程包含從客戶需求及市場調研分析到堆垛機新產品成形的整個過程,為可重構模塊化系統的實現提供指導。在對可重構模塊化系統進行分析研究的基礎上,將堆垛機的設計流程主要分為可重構模塊化平臺構建及可重構模塊化設計兩個子流程。

企業根據市場調查及分析,首先建立可重構模塊平臺。企業接到新的客戶訂單后,根據可重構模塊庫將用戶需求劃分到較為相似的案例,再結合可重構模塊化平臺中的可重構模塊化設計方法,對客戶需求的堆垛機的設計進行指導,包括功能分析、模塊劃分方案、相關參數的確定等。也可選擇已有的符合客戶需求的模塊或對已有的相似模塊進行變形設計,設計過程中,各個模塊的設計或變形設計可以并行進行。模塊設計完成后,根據可重構策略對模塊進行合理重構,完成客戶訂單。

3 可重構模塊化知識表達方法

3.1 知識表達方法的選擇

在可重構模塊化堆垛機設計系統中,知識表達是堆垛機可重構模塊化設計體系的重要內容,同時也是模塊設計、接口設計、重構策略的基礎。知識表達主要包括該模塊功能、結構、物理等方面的屬性,例如該模塊的幾何屬性、物理屬性, 也包括工程設計屬性如工藝屬性、與其他模塊間的約束關系等。

知識表達的本質是利用計算機能夠接受并且處理的符號和方式來表示人類在改造客觀世界中所獲得的知識或信息,要選擇或設計一種信息表達方法需要考慮:1)表示能力是否足夠;2)便于規則應用;3)便于知識擴充和修正;4)便于程序實現;5)支持自頂向下、逐步求精的設計原則;6)表達相對簡單;7)盡量符合人類的思維形式。

3.2 面向對象的堆垛機模塊信息表達

在面向對象的模塊信息表達中,將模塊的信息作為對象以框架形式表示,各個對象通過彼此之間的關系形成一個層次網絡。各個對象之間的關系包括父類、子類、超類、實例等,實例即對象。

利用面向對象的表達方法將可重構模塊化堆垛機的平臺表達為屬性結構圖。首先將父類表達為托盤式堆垛機、料箱式堆垛機、多層穿梭車專用堆垛機、特種堆垛機等子類。每一子類可以表達為若干不同的對象,如料箱式堆垛機可以分為上橫梁模塊、行走機構模塊、起升機構模塊、存取臺模塊、控制系統模塊。堆垛機每個模塊的信息表達主要包括該模塊功能、結構、物理等方面的屬性,例如該模塊的幾何參數、物理參數、工程設計屬性、工藝屬性、與其他模塊間的約束關系等。

行走機構模塊的主要的屬性參數為質量參數、結構參數、物理參數、功能參數。質量參數主要包括模塊質量、模塊質心、模塊轉動慣量;結構參數主要包括模塊相關長度、寬度、高度;物理參數主要包括電機功率、電機減速比、模塊間的能量傳動效率;功能參數主要分為該模塊獨立完成一個功能、該模塊輔助其他模塊完成某一功能、該模塊為某一功能必不可少的一部分。

4 小結

本文研究了可重構模塊化設計的理論知識,總結了可重構模塊化設計的優勢,并提出了堆垛機可重構模塊化設計的體系框架,包括整個可重構模塊化設計系統涉及的相關知識;研究了基于可重構模塊化設計的堆垛機產品開發流程,并采用面向對象及基于實例的混合知識表達方法對堆垛機模塊信息進行表達,為高速堆垛機可重構模塊化快速設計系統研制奠定了基礎。



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