王 鹰 陆怀克 吕志军0 引言21 世纪是国际物流大发展的时代，物流行业也晋升为高科技产业，其不仅仅成为我国重要的服务产业，而且成为引领其他产业发展的重要整合、创新力量[1]。现代自动化立体仓库是现代化物流系统中的重要组成部分，也是现代流通中心、配送中心的重要组成部分。巷道堆垛机是自动化立体仓库的核心物流设备，是随着立体仓库的出现而发展起来的专用起重机。巷道堆垛机的主要用途是在高层货架的巷道内来回穿梭运行，将放置在巷道口的货物存入指定的货格，或者从货格中取出需出库的货物运送到巷道口，从而实现物资的流动[2,3]。我国立体仓库起步较晚，高速堆垛机的发展也才刚刚起步。由于缺乏核心设计技术和研发手段，国内部分高速堆垛机产品振动与噪声较大，整机性能不稳定[4]。近些年，现代设计理论和现代设计方法应运而生，是以市场需求为动力，以知识获取为中心，以现代设计思想、方法和现代技术手段为工具，考虑产品的整个生命周期和人、机、环境相容性等因素进行设计，主要有优化设计、计算机辅助设计、可靠性设计、有限元法、模块化设计、机械动态设计、反求工程设计、工业艺术造型设计、价值分析等。运用现代设计理论和方法设计堆垛机新产品，是高企业产品竞争力的关键[5,6]。可重构设计是一种可以按规划和设计规定的变化，利用子系统、模块或组元物料组态的变换、重排、变形、更替、剪裁、嵌套和革新等手段对产品或系统进行重新组态，以适应市场需求与环境变化的设计方法[7]，具体包括可重构产品的设计、可重构制造系统的设计和可重构软件系统的设计等。可重构模块化设计从设计概念、设计原理和具体设计方法等方面都与传统的模块化设计有所区别和发展。模块化设计的概念早已提出，并在堆垛机、机床等系列化产品的设计中得到应用。可重构模块化设计方法与传统的模块化设计方法的区别具体体现在以下几个方面[8]：模块化概念更广、模块化设计的目标定位不同、模块化设计的方法不同和控制系统的模块化与开放化。产品的系列化设计是满足产品个性化定制需求的设计方法。解决产品系列化设计就要解决知识表达、检索和重用之间的关系。运用知识表达的反逻辑方法，解决产品在设计阶段用于支撑知识检索和重用。目前已经开发出全自动重用知识的算法，该算法的输出端包含产品的功能、物理定义、性能和CAD 文件[9]。知识表达是人工智能的基础，也是解决传统知识表示方式缺陷的途径。知识表达能够实现海量信息的共享和交换，知识表达模型能够解决不确定推理问题，使推理结果更为准确，可为专家系统提供理论知识[10]。用知识表达的方法研究堆垛机的模块化重构设计，可缩短产品的研发周期，提升产品的质量，同时也是企业提高自身产品竞争力的重要保证。1 堆垛机可重构模块化系统的体系架构可重构模块化系统综合利用了设计与管理等领域的相关知识，解决现代产品快速更新与市场需求多样化的问题。可重构模块化系统实现的基本思想是根据用户需求，充分利用已有的产品和技术，通过选择已有的模块或设计新的可重构模块来重构目标产品。可重构模块化堆垛机可以根据客户需求及市场变化组合成适应任务需求，以可重构模块化设计的理论为基础，构建堆垛机的可重构模块化设计系统的体系框架。堆垛机的可重构模块化系统采用如图1 所示的体系架构，主要包括3 个部分：可重构模块化系统的用户及设计、分析等人员；可重构模块化系统的3 个主要功能；可重构模块化系统的相关数据库。图1 堆垛机可重构模块化系统体系框架用户是指参与可重构模块化设计的用户，既包括客户，也包括可重构模块化系统的参与人员：模块设计人员、动态设计分析人员、决策评估人员以及其他人员；可重构模块化建模的主要工作是根据客户的需求及对堆垛机的功能分析，对堆垛机进行可重构模块划分，确定堆垛机各模块的属性参数，对各个模块进行设计并重构出产品；动态设计分析模块的主要工作是对各个模块及产品进行静力变形及强度分析、动力学分析、运动学仿真及堆垛机的控制系统仿真；决策评估系统模块的功能是有效评估堆垛机的重构决策，包括重构过程中各个方面的评估；数据库为系统的执行提供参考和依据。PDM（Product Data Management）是在数据库管理技术和网络技术的基础上发展起来的一门技术，主要应用于管理产品生命周期内所有与产品相关的信息和过程，核心是达到设计数据的有序、设计过程的优化和资源的共享；PDM 数据管理系统包含产品功能模块、产品实例模块库、产品性能分析库、产品决策知识库以及产品CAD模型库等。2 基于模块重构的堆垛机快速设计流程基于模块重构的堆垛机快速设计流程包含从客户需求及市场调研分析到堆垛机新产品成形的整个过程，为可重构模块化系统的实现提供指导。在对可重构模块化系统进行分析研究的基础上，将堆垛机的设计流程主要分为可重构模块化平台构建及可重构模块化设计两个子流程，如图2 所示。图2 可重构模块化设计的产品开发流程图企业根据市场调查及分析，首先建立可重构模块平台。企业接到新的客户订单后，根据可重构模块库将用户需求划分到较为相似的案例，再结合可重构模块化平台中的可重构模块化设计方法，对客户需求的堆垛机的设计进行指导，包括功能分析、模块划分方案、相关参数的确定等。也可选择已有的符合客户需求的模块或对已有的相似模块进行变形设计，设计过程中，各个模块的设计或变形设计可以并行进行。模块设计完成后，根据可重构策略对模块进行合理重构，完成客户订单。3 可重构模块化知识表达方法3.1 知识表达方法的选择在可重构模块化堆垛机设计系统中，知识表达是堆垛机可重构模块化设计体系的重要内容，同时也是模块设计、接口设计、重构策略的基础。知识表达主要包括该模块功能、结构、物理等方面的属性，例如该模块的几何属性、物理属性, 也包括工程设计属性如工艺属性、与其他模块间的约束关系等。知识表达的本质是利用计算机能够接受并且处理的符号和方式来表示人类在改造客观世界中所获得的知识或信息，要选择或设计一种信息表达方法需要考虑：1）表示能力是否足够；2）便于规则应用；3）便于知识扩充和修正；4）便于程序实现；5）支持自顶向下、逐步求精的设计原则；6）表达相对简单；7）尽量符合人类的思维形式。表1 为常见的几种表达方法及其适用范围和优缺点[11]。3.2 面向对象的堆垛机模块信息表达在面向对象的模块信息表达中，将模块的信息作为对象以框架形式表示，各个对象通过彼此之间的关系形成一个层次网络。各个对象之间的关系包括父类、子类、超类、实例等，实例即对象。利用面向对象的表达方法将可重构模块化堆垛机的平台表达为如图3 所示的属性结构图。首先将父类表达为托盘式堆垛机、料箱式堆垛机、多层穿梭车专用堆垛机、特种堆垛机等子类。每一子类可以表达为若干不同的对象，如料箱式堆垛机可以分为上横梁模块、行走机构模块、起升机构模块、存取台模块、控制系统模块。堆垛机每个模块的信息表达主要包括该模块功能、结构、物理等方面的属性，例如该模块的几何参数、物理参数、工程设计属性、工艺属性、与其他模块间的约束关系等。行走机构模块的属性及相应参数的表达如图3 所示，主要的属性参数为质量参数、结构参数、物理参数、功能参数。质量参数主要包括模块质量、模块质心、模块转动惯量；结构参数主要包括模块相关长度、宽度、高度；物理参数主要包括电机功率、电机减速比、模块间的能量传动效率；功能参数主要分为该模块独立完成一个功能、该模块辅助其他模块完成某一功能、该模块为某一功能必不可少的一部分。图3 面向对象的堆垛机属性结构4 小结本文研究了可重构模块化设计的理论知识，总结了可重构模块化设计的优势，并提出了堆垛机可重构模块化设计的体系框架，包括整个可重构模块化设计系统涉及的相关知识；研究了基于可重构模块化设计的堆垛机产品开发流程，并采用面向对象及基于实例的混合知识表达方法对堆垛机模块信息进行表达，为高速堆垛机可重构模块化快速设计系统研制奠定了基础。举报/反馈发表评论发表作者最新文章高定位精度的第三代核环行起重机运行系统 刚柔耦合动力学仿真01-2014:40液压挖掘机转台有限元分析与疲劳强度评估01-2014:33SPMT 液压平板车车板变形有限元计算与仿真模拟01-2014:31相关文章立体仓的入库环节，wms和wcs是如何配合的想要了解自动化立体仓库，就从它由几个部分组成开始吧南昌火车站东广场22日启用 高架层上共有7条车道住养老院39岁程序员已出院 养老服务中心：他恢复得挺好加快构建新发展格局 新型智慧城市建设多地落子
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