李琦

摘要：评估复杂结构下机电系统的有效性，切实可行的对策是对机电系统构建一个元动作单元的模型，然后对内部的能量进行综合性仿真，在此基础之上组建出系统性的分析模型。这种方法可以全面考虑在某个机电系统中存在的所有的交联耦合作用，能够提早的发现设计中存在的缺陷，能够不断的更新与优化设计方案，使得机电系统具备稳定的特性和输出。

关键词：机电产品;模型优化;元动作单元

1  元动作单元工作过程分析

1.1 元动作单元工作过程

从运动的层面来讲，机电产品可以接收某种动力源所发出的动力然后通过内部复杂的結构，将初始输入的动力转变为功能运动。在机电系统中最基础的构成要素就是元动作单元，其核心的功能就是以既定的运动来传递动力。只有元动作单元的输出符合了相关的质量特征，那么系统就可以顺利的实现即定任务。

元动作单元在实际输出时会存在诸多的因素对其产生干扰，这就会导致其实际的质量特性无法达到理想值。所以要充分的掌握元动作单元本身所具备的质量特性，只有在这个基础之上才可以采取相应的管控措施最终使得元动作单元实际输出的质量特性会无限接近于理想状态。

1.2 元动作单元耗损过程

在元动作单元的损耗过程中，可以看到元动作单元在完成既定的功能时，存在零部件之间的摩擦、内部与外部环境的变化等等干扰因素，这些干扰因素会改变元动作单元的内部状态，进而使其质量特性的相关参数会产生退化，一旦参数退化到一个最低值时，此时元动作单元彻底失效，也就意味着出现了故障。

一个独立的元动作单元会涵盖诸多质量特性方面的参数，而且当元动作单元在进行实际的运动时，这些参数会存在退化的可能性，一旦某一个质量特性的参数退化到了最低阀值时，那么元动作单元就意味着完全丧失了功能。在试验元动作单元具备何种程度可靠性的试验中，将其中与质量特性参数相关的一系列退化数据进行采集，然后对其进行拟合运算或者以预测，来最终制定失效阀值。在一个时刻t内，假设此时存在于元动作单元中的与质量特性参数相关的退化量的实际个数为m个，那么有，相应的失效阈，元动作单元拥有的可靠程度为：

2  元动作单元运动模型构建

可以将元动作单元整个工作过程看作是一个运动的过程，然后对其建立一个数学模型，最终所设计的函数是探究在多元随机变量的干扰下，元动作单元运动的具体情况。其运动学方程如下：

在移动状态下，在动力学领域中元动作单元的方程式所表达的是位移与速度两者关系。这个方程将元动作单元在运动状态下所具备的特性参数给予了表述，这个函数可以针对运动特性进行精确的定义。

3  元动作单元质量波动传递

如果存在干扰因素影响了某一个元动作单元的输出质量，使其产生了质量波动，那么存在于这个系统中其余同层次的元动作单元的输出也会受其影响出现质量波动，这些质量波动会以逐层的方式来进行传递，最终使得整个机电系统产生质量波动。所以可以得出单元中存在的质量波动会按照层层递进的传递方式（同层、异层）最终使得整机的质量出现波动。

机电系统中诸多动作单元相互协作才能够实现机电产品的功能，因此在管控机电产品质量方面所制定的政策也是以此为基础的。将机电产品本身具备的功能运动进行分解，最终分解到元动作单元也就是最小的运动单元，以设计与装配的层面为出发点，定义与分类了机电产品中的元动作单元，基于FMA树进行了质量特性层次映射。

偶发与异常两种因素会造成元动作单元产生质量波动，参考分析不确定性状态下的概念及其影响因素，然后针对元动作单元所存在的两种类型的质量不确定性进行了实际的定义，即：渐进与突发。最终为其构建了数学模型，此外还详细的分析了质量波动的整个传递过程并且构建了数学模型，为管控元动作单元的质量特性明确了具体的目标。

在采用FMA结构化的方法针对机电产品进行了分解，最终将其分为具备既定的功能，然后又可以自主的完成既定的操作（运动）这样一类最基本的元动作单元。元动作单元较之于其余分解单元，它更加适合用于可靠性及其质量方面的分析。由于元动作单元会存在稳定性、可靠性、实际寿命等等，这就导致了产品拥有极为复杂的质量特性。所以要更深层次的探究每一个质量特性它在形成方面的机理。

机电产品所拥有的质量特性非常之多，诸如：有功能符合性、精度保持性、安全保障性、技术领先性、应用可靠性、成本经济性、维修方便性、造型美观性、性能稳定性、服务及时性、特征独有性、感知满意性等，也可以使元动作单元拥有多种多样化的质量特性。部分核心质量特性是需要基于用户的需要及其故障在哪些层面进行分布这两种情况来进行探究的。机电产品的最小分解单元就是运动单元，元动作单元所拥有的质量特性中还存在着动态的特征，因此要更深层次的来研究其形成的原理。每一个核心质量特性在表征方面所形成的指标是以运动学为基础的，然后组建模型，利用该模型来评判元动作单元存在的相似性。

4  实例分析

分解特定的机电产品，选择最终垂直或者回转运动的两种分解结果，然后获取元动作单元中核心质量特性。

①针对具体机械结构产品中的两个单元（转动元动作及其运动）进行结构分析，具体的掌握在回转与托架两个具体单元中所包含的零部件。结合元动作单元理论，现实中可以结合很多产品进行印证。

图2所示为自调式装配工装系统，借助三个维度的装配支架能够完成产品的运送、在线装配、下线等流程工艺的操作。

②根据精度、精度寿命、可靠性、性能稳定性和其它质量特性的分类，初步确定了托架转动元动作单元的相对关键的质量特性指标。

③以企业为搜集源点，分析故障数据中存在的质量流动特性。以质量约束的RPN值进行参考，在元动作单元核心质量特性中，将故障修正系数和用户的实际需求的比例设定为10：1（k=0，p=10），然后就可以将元动作单元中存在的故障修正系数进行准确的计算。

④以采集到的用户实际需求为基础构建质量分析表，将质量需求转化为零件元动作单元质量特性的权重，然后集成两个存在对应关系的故障修正系数、元动作单元质量特性，进一步的修正质量特性权重。

⑤分析修订、改正之后的质量特性权重所产生的结果，从中找到元动作单元核心的质量特性，为深入分析与管控零件动单元打下基础。在整个的针对核心质量特性进行提取的过程中得知，在元动作单元及其机电产品中核心的质量特性有四种：精度、寿命、性能稳定性和可靠性。

前文阐述了评估质量的综合特性及其元动作单元两方面的内容，以此为基础使用故障诊断及其状态监测两种方法，然后将新兴技术（数据库、网络等）融合其中，以元动作单元为基础设计与开发用于分析、诊断机电产品存在故障的一个系统，它可以针对机电产品的工作过程进行持续性的检测、分析与记录，然后评估元动作单元存在的质量特性在每个时间段的状态，最终降低故障发生的概率，提升机电产品的质量。图3为系统运行的原理图。

5  总结

本篇论文深入的探究了机电产品元动作单元和核心质量特征的形成机制，分析了在具体的设计与制造流程中，以下四种特性：性能的稳定程度、精度寿命、可靠性、精度，是怎样形成并且传递的，之后就可以很顺利的针对元动作单元进行建模、分析与管控。

以分析与管控元动作单元所拥有的核心质量特性为根本，然后以元动作单元中存在的质量特性为基础组建的耦合约束模型进行探究，将同代与异代的存在的匹配关系进行分析，参考各类的耦合关系来核算耦合的强度，在解耦规划上采用了MDO的方法：FMA的分解树可以在“分解-综合”的思想中映射为关联的关系树，并以此为基础构建评估模型，从而对机电产品整机关键质量特性进行预测和控制，同时设计和开发出基于元动作单元的机电产品故障分析诊断系统，最终保证机电产品关键质量特性符合预期要求。

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