本发明涉及起重机技术领域，特别涉及一种起重机抓斗模块解耦方法。
背景技术：
抓斗是起重机械的一种取物装置，主要用来装卸各种散货、矿物、煤炭、砂石料、土石方等，广泛用于港口、码头、车站货场、矿山、建筑工地等料场，其性能直接影响到起重机的工作效率。现代工程机械的设计方法普遍采用模块化设计思路，起重机抓斗也不例外。但在实际的产品设计过程中，完全独立的模块是鲜见的，模块之间往往存在着相互作用，这将使得设计越来越复杂，进而增加产品开发周期和成本。因此需要减弱设计耦合，对产品模块间的耦合关联进行解耦。
在起重机抓斗模块化设计过程中模块之间存在耦合关联时，会使得设计过程变得复杂化，引起不必要的设计迭代，甚至导致无法得到可行的满意解，在设计初期便增加了抓斗的开发成本。
技术实现要素：
本发明目的是，为了提高起重机抓斗模块化设计效率，简化设计过程，削弱设计耦合，减少设计迭代，得到可行的满意解，本发明提出一种起重机抓斗模块解耦方法。
步骤1，首先确定起重机抓斗各零部件，建立抓斗设计结构矩阵，并进行聚类重组，得到模块划分方案；
步骤2，针对步骤1所得的模块划分方案，考虑抓斗零部件间的依赖关系，确定它们之间的相互影响程度，建立抓斗模块关联矩阵，并计算两两模块之间的关联依赖度；
步骤3，通过减少模块间的关联依赖度对抓斗各模块进行解耦；
步骤4，通过控制主控零件的变差对抓斗各模块进行解耦；
步骤5，通过减少依赖零件在模块中的影响对抓斗各模块进行解耦；
步骤6，通过减少关联零件变更传播的影响对抓斗各模块进行解耦；
步骤7，通过关联零件的合理匹配对抓斗各模块进行解耦；
步骤8，通过提高模块的适应性对抓斗各模块进行解耦。
在步骤1中，通过对起重机抓斗零件进行相关性分析，获得设计结构矩阵，利用所得设计结构矩阵进行聚类重组，获得相应模块；
在步骤2中，对步骤1所得的模块划分方案，根据两两零件间的相互影响程度，建立模块关联矩阵，再通过模块关联矩阵计算出两两模块间的关联依赖度，其计算方式如下：
如果某抓斗的两个模块mp和mq之间存在耦合关联关系，具体为mp中的dppi影响mq中的dpqj，则称dppi为主控关联零件，dpqj为依赖关联零件。通过分析dpqj与mq中其它零件的关联关系，确定dppi在mq中的传播路径，记dppi到mq间的关联传播路径为dppi→mq。因为在dppi→mq路径中，不仅仅dpqj依赖于mp中的dppi，dppi的变化可能也会间接引起模块mq中其它零件的变更。为了分析dppi对mq的影响，应考虑mq对dppi的关联依赖度，记为d(mq→dppi)。假设mp有个p零件，mq有q个零件，dppi→mq路径上有npq(≤q)个关联零件，则mq对dppi的关联依赖度d(mq→dppi)可用以下式子表示
式中，r(dppi,dpqj)为dppi(mp中)对dpqj(mq中)的关联影响度，r(l,k)为mq中第l个零件对第k个零件的关联影响度。
当mq中有多个零件直接受dppi的影响，如mq中的dpqj1和dpqj2直接依赖于dppi，且关联传播路径dppi→mq(dpqj1)和dppi→mq(dpqj2)上分别有npq1和npq2个零件，则mq对dppi的关联依赖度d(mq→dppi)为
此外，如果模块mp内有w个直接影响模块mq的主控关联零件，则模块mq对模块mp的关联依赖度为
d(mq→mp)＝σd(mq→dppi)
在步骤3中，通过减少模块间的关联依赖度对抓斗各模块进行解耦，其解耦策略如下：
减少模块间耦合关联的一种有效方法是降低依赖零件所在的模块对主控零件的关联依赖度d(mq→dppi)。可以从两个方面来减弱耦合，1)减少主控零件对依赖零件的自身直接关联影响度r(dpi,dpj)，2)减少依赖模块中关联传播路径上零件的关联影响度，即减少模块关联矩阵中关联传播路径上零件的非对角元素的值。这样一来，一个模块对另一个模块的关联依赖度会降低，模块间的关联将会减弱；
在步骤4中，通过控制主控零件的变差对抓斗各模块进行解耦，其解耦策略如下：
减少模块间耦合的另一种有效的方法是通过控制主控零件的变差来减少其传播影响，并根据主控零件所在模块内部零件综合关联关系合理确定其变动范围。
假设主控零件dpi的变差为δdpi，对应模块关联路径上某相关零件dpp的变差为δdpp，可以利用一阶泰勒近似方法，忽略高阶项，则模块mk的响应变差δymk线性近似于下式
上式表明有两组因素影响模块的总变差，一是来自主控零件自身变差引起的变化，
在步骤5中，通过减少依赖零件在模块中的影响对抓斗各模块进行解耦，其解耦策略如下：
假设模块ml和mk之间存在一个关联元素，即ml中的dp0影响mk中的dp1，则dp0是主控零件，dp1是依赖零件。mk由dp1、dp2、dp3和dp4组成。如果dp1对mk的影响最小，即
可以判断，dp1在模块中是一个弱影响的零件，其影响可以忽略不计。此时，认为ml对mk的影响是不显著的。然而上述要求太过严格，可以这样认为，当依赖零件比模块中大多数零件的影响都要弱时(例如超过该模块一半以上的零件)，它就不是一个关键的零件(从耦合角度)。因此，可以通过减少依赖零件在相应模块中的影响或增强其它零件在相应模块中的影响来减弱耦合；
在步骤6中，通过减少关联零件变更传播的影响对抓斗各模块进行解耦，其解耦策略如下：
抓斗模块关联零件之间的设计变更不仅存在直接依赖,而且存在间接依赖。这样，一个模块中某零件的设计变更可能会影响其关联零件所对应模块中其它零件的设计，从而造成抓斗开发时间成本的上升。可以通过广义链表结构或模块关联矩阵及图论中邻接矩阵来描述这种设计变更影响；
在步骤7中，通过关联零件的合理匹配对抓斗各模块进行解耦，其解耦策略如下：
分析主控零件和依赖零件相对增益量，判断关联参数间的关联程度，通过选择关联参数的合理匹配，使得两者间的关联最小，从而可以减少模块间的耦合，匹配主要针对两关联的零件接口，如机械设备中常用到的梅花联轴器，当输入端(如减速器)尺寸在一定范围内变化，输出端(如制动器等)尺寸可以不改变，只需重新匹配联轴器和减速器即可，因为联轴器两端的孔径可以不同；
在步骤8中，通过提高模块的适应性对抓斗各模块进行解耦，其解耦策略如下：
利用适应性设计，使模块接口参数具有一定的适应能力，提高模块自身的柔性。因为适应性参数具备一定范围内变动的能力，在不破坏抓斗拓扑结构前提下，数值可在一定约束范围内变动。
附图说明
图1是本发明实施例设计方法的流程图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例一种起重机抓斗模块解耦方法，包括如下步骤：
步骤1，首先确定起重机抓斗各零部件，建立抓斗设计结构矩阵，并进行聚类重组，得到模块划分方案；
步骤2，针对步骤1所得的模块划分方案，考虑零部件间的依赖关系，确定它们之间的相互影响程度，建立抓斗模块关联矩阵，并计算两两模块之间的关联依赖度；
步骤3，通过减少模块间的关联依赖度对抓斗各模块进行解耦；
步骤4，通过控制主控零件的变差对抓斗各模块进行解耦；
步骤5，通过减少依赖零件在模块中的影响对抓斗各模块进行解耦；
步骤6，通过减少关联零件变更传播的影响对抓斗各模块进行解耦；
步骤7，通过关联零件的合理匹配对抓斗各模块进行解耦；
步骤8，通过提高模块的适应性对抓斗各模块进行解耦。
以下以某型号起重机抓斗为本实施例一种起重机抓斗模块解耦方法的应用实例，具体实施过程如下：
步骤1，确定抓斗各零件清单如下表：
通过建立抓斗的设计结构矩阵，并进行聚类重组，得到模块划分结果为8个模块，分别为{13、15、14}、{10、12、11}、{4、5、6、7、8、9、1、2、3}、{16、17、18、19、20}、{21、22、23、24、2526、27、28}、{29、30、31、32、33、34、35、36}、{37、38、39}和{40、41、42}；
步骤2，针对步骤1所得的模块划分方案，考虑零部件间的依赖关系，确定它们间的相互影响程度，建立抓斗模块关联矩阵如下所示：
根据式
d(m2→m1)＝0.8×[1+(0.8+0.6)]＝1.92，d(m4→m1)＝1.92，d(m3→m2)＝2.48，d(m6→m5)＝d(m5→m6)＝11.76，d(m7→m5)＝1.2，d(m8→m6)＝1.2，d(m8→m7)＝d(m7→m8)＝4.8；
按照步骤3、步骤4、步骤5、步骤6、步骤7、步骤8对该型号抓斗的各个模块进行解耦：
模块2的dp10(上滑轮组)依赖于模块1的dp13(下滑轮组)。下滑轮组是动滑轮组，是根据倍率和钢丝绳确定的。上滑轮组是定滑轮组，由下滑轮组而定。两者关联紧密，很难从影响度或传播关系方面减少耦合，但可通过匹配上、下滑轮的个数和大小而不影响滑轮轴承来减弱关联；
模块4的dp10(下承梁)依赖于模块1的dp13(下滑轮组)，下滑轮组的大小会影响下承梁的结构，继而影响下承梁滑轮侧板。提高下承梁适应下滑轮组变动的能力以减少下滑轮组对下承梁的直接影响度，同时通过安装调整使两边的下承梁滑轮侧板关联性也降低。如当r'(dp13,dp10)＝0.2，r'(dp17,dp18)＝r'(dp18,dp17)＝0.4，则d'(m4→m1)＝0.2×[1+(0.4+0.4+0.4+0.4+0.4+0.4+0.6)]＝0.8<d(m4→m1)＝1.92。这样就减少了模块4对模块1的关联依赖度；
模块3的dp10(上承梁)依赖于模块2的dp10(上滑轮组)，其关联性质同上；
模块5和模块6因结构的对称和功能一致关系而耦合，相互间的关联依赖度是一样的。从功能上可视作一体，因此可等同视为一种模块内部的耦合。在设计抓斗时只需考虑一侧即可，因此无需考虑模块5和模块6之间关联的解耦。模块7和模块8也是因结构的对称和功能一致关系而相互关联，其性质同模块5和模块6的耦合关联；
模块7依赖模块5，其关联依赖度较小，主要从模块7内部零件的自身关联性考虑。如为了减少变形，每侧的其中一根撑杆安装在抓斗头部或鄂板上时可以调整，这样会减少2根撑杆的相互关联。dp37对dp38的影响度降到0.5，dp38对dp37的反馈影响度降到0.3，则d'(m7→m5)＝0.88<d(m7→m5)＝1.2；
模块8依赖于模块6，其关联性质同模块7依赖于模块5。