基于聚类算法的定制实木柜门标准化设计研究

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实木定制家具因零部件结构和工艺复杂等因素的影响,存在着多规格产品和大批量生产之间的矛盾。柔性制造能满足市场的个性需求,标准化设计是实现柔性生产的前提,也是实现智能制造的关键。如何提高产品零部件通用性,实现零部件族的合理划分和设计制造数据共享是实木家具标准化设计的根本所在,也是提高企业生产效率的源头。本文从实木家具制造业数字化设计角度出发,在对目标企业实木定制柜门的设计生产现状分析的基础上,优化了零部件造型、榫槽结构和尺寸,提出了基于聚类算法的实木定制柜门部件族划分方法,搭建标准化设计平台,实现了设计数据信息交互,主要结论如下:1)利用文献查阅的方法,对标准化、聚类算法和数字化设计的研究现状进行综述,明确了标准化设计可以利用层次分析法、聚类分析法和成组技术等,解决实木柜门因零部件种类庞杂造成零件族分类难的技术问题,为本论文研究奠定了理论基础。2)利用企业调研的方法,从目标企业的设计生产现状入手,即柜门产品体系、生产线布局和设计生产流程展开分析,总结发现现有实木家具企业存在产品零部件种类复杂、生产效率低和设计数据信息不共享等问题,为标准化设计研究指明方向。3)以M企业的93款实木柜门为研究对象,利用相似原则、先结构后尺寸和优选众数等方法,对101种零件造型、56种榫槽结构、15种厚度尺寸和24种宽度尺寸展开数据优化,优化后为30种、10种、4种和7种,分别减少70.30%、82.14%、73.33%和70.83%,极大的缩减了实木柜门的零部件种类。4)以40余款典型实木造型柜门为研究对象,利用多属性交叉聚类算法,对实木定制柜门的部件族划分展开研究。选取影响生产制造分类的的四个主要属性-尺寸、工艺、榫槽结构和弯曲程度,进行多属性交叉聚类,314个实木零部件共划分出17个部件族。并以实际生产数据进行验证,990个部件划分为7组参与成组加工,其机加工效率可提升53%以上。结果显示,该方法具有良好的分组性能和可调整性,可广泛的应用于实木家具的零件成组加工。5)基于上述零件优化和部件族划分,提出了搭建标准化设计平台的思路,并利用“标识码+分类码+尺寸码”的编码方法,制定了交互数据集,包括:柜门产品信息数据模型、柜门物料特征数据模型和零件加工信息数据模型,实现了设计端和生产端数据交互贯通。
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