機(jī)械設(shè)計中對現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)應(yīng)用的分析

1、機(jī)電信息2012年第21期總第339期0引言機(jī)械設(shè)計是決定機(jī)械性能最主要的因素，在機(jī)械工程中占有非常重要的地位。為了實現(xiàn)某一使用功能，機(jī)械設(shè)計是根據(jù)使用要求對機(jī)械的工作原理、機(jī)械的結(jié)構(gòu)、運動方式等進(jìn)行構(gòu)思、分析和計算，使其轉(zhuǎn)化為制造創(chuàng)新機(jī)械產(chǎn)品依據(jù)的工作過程［1］。目前由于我國科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，人們生活水平不斷提高，對機(jī)械產(chǎn)品的要求也越來越高。這不僅要求機(jī)械產(chǎn)品向大型化、微型化轉(zhuǎn)變，而且還要向多功能、多用途、高質(zhì)量、高性能和經(jīng)濟(jì)效益好的

2、方向發(fā)展。對此，傳統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)已經(jīng)難以滿足其需要，必須要用現(xiàn)代的設(shè)計技術(shù)來彌補(bǔ)其不足。因此，對現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的分析與研究是十分重要的課題。1現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計技術(shù)與傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計技術(shù)的比較大量資料研究表明，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計技術(shù)比傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計技術(shù)具有較大的優(yōu)勢。傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計技術(shù)是采用直覺法和類比法的經(jīng)驗性設(shè)計，依靠大量經(jīng)驗總結(jié)，設(shè)計主要依據(jù)力學(xué)與數(shù)學(xué)形成的公式、圖表和手冊等［2］。而現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計技術(shù)已經(jīng)從傳統(tǒng)設(shè)計的經(jīng)驗法、類比法中解脫出來，充分利用了計

3、算機(jī)技術(shù)、計算技術(shù)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、力學(xué)、電子學(xué)、測試與分析技術(shù)等［3］，采用了系統(tǒng)的、理性的、邏輯的設(shè)計方法，在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了計算結(jié)果最優(yōu)化，設(shè)計過程高效化和自動化。從近年來大量機(jī)械方面的專利技術(shù)申報中明顯體現(xiàn)出這一特點。現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計技術(shù)呈現(xiàn)出4大特點，同時彌補(bǔ)了傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計技術(shù)4個方面的缺陷：（1）提高了計算速度，彌補(bǔ)了人工設(shè)計計算速度慢的缺陷；（2）縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，降低了開發(fā)成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，彌補(bǔ)了產(chǎn)品開發(fā)周期長、成

4、本過高的缺陷；（3）能根據(jù)市場需求和產(chǎn)品功能的要求定量開發(fā)設(shè)計，而且設(shè)計的直觀性與形象性較好，彌補(bǔ)了設(shè)計的直觀性與形象性差、難于與用戶溝通的缺陷；（4）產(chǎn)品能適應(yīng)市場的需求不斷更新?lián)Q代，彌補(bǔ)了產(chǎn)品定型后生產(chǎn)線不易更改的缺陷。因此，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計技術(shù)是一種動態(tài)的和科學(xué)的設(shè)計技術(shù)。2現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計技術(shù)的種類、特點與應(yīng)用通過對大量機(jī)械專利產(chǎn)品資料的分析，在機(jī)械設(shè)計中現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)應(yīng)用較為廣泛，其種類主要歸納為以下4大部分：2.1提高產(chǎn)品優(yōu)良性能的設(shè)

5、計技術(shù)機(jī)械產(chǎn)品的核心是其優(yōu)良的性能，只有在保證安全、綜合性能良好的基礎(chǔ)上，機(jī)械產(chǎn)品才具有生命力。提高產(chǎn)品優(yōu)良性能設(shè)計技術(shù)的內(nèi)容和特點有：（1）消除與預(yù)防產(chǎn)品和系統(tǒng)產(chǎn)生故障的可靠性設(shè)計技術(shù)。其特點是圍繞產(chǎn)品可靠性問題進(jìn)行設(shè)計，主要研究產(chǎn)品和系統(tǒng)產(chǎn)生故障的原因，提出解決方法。（2）提高材料和結(jié)構(gòu)抵御破壞能力的設(shè)計技術(shù)。當(dāng)材料和結(jié)構(gòu)在交變的外界因素作用下，如載荷、電場、溫度等，其性能會受到較大的影響，因此，其設(shè)計重點是預(yù)防材料和結(jié)構(gòu)的斷裂、疲

6、勞等，提高在各種工作環(huán)境下抵御破壞的能力。（3）系統(tǒng)動態(tài)性設(shè)計技術(shù)。針對結(jié)構(gòu)與機(jī)械系統(tǒng)的動態(tài)問題，如動態(tài)響應(yīng)、響應(yīng)的快速性與準(zhǔn)確性、噪聲、動態(tài)性能如固有頻率與振型等進(jìn)行分析與設(shè)計，以達(dá)到在各種預(yù)期可能的瞬變載荷及環(huán)境作用時，仍然保持足夠的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。目前優(yōu)化設(shè)計、專家系統(tǒng)、人機(jī)工程等學(xué)科知識已經(jīng)應(yīng)用到動態(tài)性設(shè)計中，以保障高速度、高精度、低重量設(shè)備的生產(chǎn)和良好工作狀態(tài)。（4）解決物體表面的摩擦、磨損和潤滑等問題的摩擦學(xué)設(shè)計技術(shù)。其是

7、運用了摩擦學(xué)的理論、方法、技術(shù)和數(shù)據(jù)，將摩擦和磨損降低到最低水平的設(shè)計，目的是降低原材料消耗，節(jié)約能源，提高機(jī)械裝備的可靠性和工作效率，延長其使用壽命?，F(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品要在市場中具有競爭力，必須進(jìn)行摩擦學(xué)設(shè)計。（5）防腐蝕設(shè)計技術(shù)。主要有選擇合理材料及制訂加工制造工藝；主要防腐蝕結(jié)構(gòu)設(shè)計；防腐蝕強(qiáng)度的設(shè)計；防腐蝕設(shè)計加工方法；設(shè)備預(yù)期壽命概率和可靠性分析等。2.2滿足市場需求的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計技術(shù)市場經(jīng)濟(jì)體制存在著競爭機(jī)制和供求關(guān)系2大特點。在

8、當(dāng)今快速多變的全球化競爭中，產(chǎn)品創(chuàng)新是企業(yè)競爭優(yōu)勢的核心，以不斷滿足顧客巿場需求的創(chuàng)新產(chǎn)品是提升企業(yè)競爭力的重要途徑。產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計技術(shù)的內(nèi)容和特點有：（1）解決發(fā)明問題的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計技術(shù)。包括新設(shè)計、適應(yīng)性設(shè)計、變參數(shù)設(shè)計。新設(shè)計主要是在設(shè)計早期階段產(chǎn)生一個全新的概念，運用創(chuàng)造性思維，構(gòu)思并設(shè)計出過去所沒有的全新事物的技術(shù)過程。它是解決發(fā)明問題非常重要的設(shè)計；適應(yīng)性設(shè)計主要是為了滿足產(chǎn)品的新功能與要求，對已有產(chǎn)品工作原理進(jìn)行改進(jìn)的設(shè)計；

9、變參數(shù)設(shè)計是在不改變原有設(shè)計原理及整體設(shè)計方案的基礎(chǔ)上，對某些重要零部件進(jìn)行改進(jìn)的設(shè)計。（2）復(fù)雜產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計技術(shù)與系統(tǒng)。其利用信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、仿真與虛擬設(shè)計技術(shù)［4］、智能設(shè)計技術(shù)、協(xié)同技術(shù)等，不僅解決產(chǎn)品功能與結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性問題，同時也要解決由此產(chǎn)生的多重復(fù)雜性問題，如產(chǎn)品本體復(fù)雜性，設(shè)計知識、組織、過程與系統(tǒng)的復(fù)雜性問題。其設(shè)計的核心是概念設(shè)計，設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)包括概念設(shè)計建模技術(shù)、產(chǎn)品布局設(shè)計技術(shù)、產(chǎn)品形狀設(shè)計技術(shù)、人機(jī)工程設(shè)

10、計技術(shù)、多目標(biāo)協(xié)同技術(shù)、產(chǎn)品方案綜合評價與決策技術(shù)等。目前主要在航空航天業(yè)、汽車制造業(yè)、數(shù)控機(jī)床和發(fā)電設(shè)備等方面應(yīng)用。（3）降低與優(yōu)化產(chǎn)品成本的設(shè)計技術(shù)。為了在市場競爭中增強(qiáng)優(yōu)勢，提高經(jīng)濟(jì)效益，必須在保證產(chǎn)品功能和質(zhì)量的前提機(jī)械設(shè)計中對現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)應(yīng)用的分析李龍1李國新2（1.中國專利技術(shù)開發(fā)公司，北京100088；2.中國政法大學(xué)計算機(jī)教研室，北京100088）摘要：采取對比和分析的方法，比較了現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計技術(shù)與傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計技術(shù)的異同

11、點，分析了機(jī)械設(shè)計中現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)應(yīng)用的狀況和特點。關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計；現(xiàn)代設(shè)計；技術(shù)；應(yīng)用GongyiyuJishu◆工藝與技術(shù)103下，降低和優(yōu)化產(chǎn)品的成本。該設(shè)計技術(shù)是在產(chǎn)品開始設(shè)計時，確定一個目標(biāo)成本，把目標(biāo)成本作為基本約束條件，采取優(yōu)化設(shè)計，在追求產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性和社會性綜合優(yōu)化的基礎(chǔ)上，通過計算機(jī)數(shù)值計算，實現(xiàn)設(shè)計全過程的連續(xù)優(yōu)化，達(dá)到降低與優(yōu)化產(chǎn)品成本設(shè)計的最佳效果。目前已在眾多機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計中應(yīng)用。（4）縮短產(chǎn)品開發(fā)周期

12、的設(shè)計技術(shù)。在對新機(jī)械產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計時，應(yīng)用三維CAD系統(tǒng)，使大部分零部件的設(shè)計繼承以往信息，只對其中某部分零部件進(jìn)行重新設(shè)計與制造［5］；另外還可以利用三維CAD系統(tǒng)的高度變形設(shè)計能力，快速重構(gòu)出全新的機(jī)械產(chǎn)品，大大縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期和投放到市場的時間，適應(yīng)市場動態(tài)多變的特點。2.3優(yōu)化產(chǎn)品的全壽命周期設(shè)計技術(shù)產(chǎn)品的全壽命周期是指從地球環(huán)境中選取材料，加工制造成產(chǎn)品，流通給消費者使用，產(chǎn)品報廢后的回收、拆卸及其資源再利用的過程［6］。

13、優(yōu)化產(chǎn)品的全壽命周期設(shè)計技術(shù)的內(nèi)容和特點有：（1）具有集成性特征的并行設(shè)計技術(shù)。其是集中所有支持產(chǎn)品全壽命周期的相關(guān)信息，在產(chǎn)品規(guī)劃和設(shè)計階段，以并行的方式對工藝規(guī)劃、制造、裝配、試驗、檢驗、營銷、運輸、使用、維修、保養(yǎng)，回收利用等環(huán)節(jié)進(jìn)行綜合考慮，集成設(shè)計目標(biāo)。建立并行工程的模型和優(yōu)先順序，處理各個任務(wù)間的耦合問題，協(xié)調(diào)并行設(shè)計群體的活動方式。應(yīng)用計算機(jī)輔助系統(tǒng)進(jìn)行解耦、協(xié)調(diào)、評價和決策，以達(dá)到產(chǎn)品成本低而性能最優(yōu)的目的。（2）面向制

14、造的設(shè)計技術(shù)。主要有面向制造的機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)信息特征模型、機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計的專家系統(tǒng)、機(jī)械部件和整機(jī)裝配設(shè)計的專家系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實環(huán)境裝配模型等，使產(chǎn)品設(shè)計方案的綜合目標(biāo)達(dá)到最優(yōu)，保證產(chǎn)品設(shè)計和制造的一次成功。（3）全壽命周期設(shè)計數(shù)據(jù)管理技術(shù)。主要有跨平臺數(shù)據(jù)集成與共享的PDM系統(tǒng)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上的不同平臺和系統(tǒng)一體化，有效、實時、完整地控制從產(chǎn)品規(guī)劃到報廢處理的全壽命周期各種復(fù)雜數(shù)字化信息，使產(chǎn)品在生命鏈的各環(huán)節(jié)中產(chǎn)生或需要的大量數(shù)據(jù)與信

15、息得到有效的管理。2.4綠色產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)綠色產(chǎn)品是既能滿足使用要求，又有利于保護(hù)環(huán)境的產(chǎn)品。在人類社會面臨著資源、環(huán)境、人口3大問題的當(dāng)今時代，設(shè)計生產(chǎn)綠色產(chǎn)品是社會發(fā)展的必然趨勢。綠色產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)的內(nèi)容和特點有：（1）面向環(huán)境的設(shè)計技術(shù)。其是在產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)，考慮產(chǎn)品環(huán)境屬性的設(shè)計。關(guān)鍵技術(shù)有綠色產(chǎn)品集成設(shè)計理論與方法；綠色產(chǎn)品的描述和建模技術(shù)；綠色產(chǎn)品評價體系與方法，綠色產(chǎn)品設(shè)計的材料數(shù)據(jù)庫；綠色產(chǎn)品設(shè)計的環(huán)境指標(biāo)數(shù)據(jù)庫等等，保

16、證產(chǎn)品在滿足環(huán)境目標(biāo)的情況下，具備優(yōu)良性能、質(zhì)量和使用壽命。（2）面向能源的設(shè)計技術(shù)。其是控制能源消耗和無效排放，節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境為目標(biāo)的設(shè)計技術(shù)。其設(shè)計特點一是優(yōu)化能源供給驅(qū)動方式；二是有效地回收和重新利用能源。在產(chǎn)品功能和基本要素確定的情況下，在設(shè)計階段對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)布局、材料選擇、加工工藝、可制造性、可裝配性及可重復(fù)使用性等因素給以確定，用影響環(huán)境最小和消耗資源最少的能源供給方式來支持產(chǎn)品的整個生命周期。（3）面向材料的設(shè)計技術(shù)。

17、材料選擇是綠色產(chǎn)品設(shè)計的關(guān)鍵，可以從根本上減少環(huán)境污染，降低能源消耗。目前研究和應(yīng)用較多的設(shè)計技術(shù)有新材料實用化設(shè)計技術(shù)；現(xiàn)有材料環(huán)境性能改進(jìn)技術(shù)；材料的回收、處理和再利用技術(shù)；基于材料選擇的CAD技術(shù)。（4）人機(jī)工程設(shè)計技術(shù)。其是以人機(jī)工程學(xué)理論為基礎(chǔ)，面向人的產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)。也是為了實現(xiàn)人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)的最佳效能，以人的生理和心理特征為依據(jù)，利用科學(xué)技術(shù)成果和數(shù)據(jù)去設(shè)計的技術(shù)系統(tǒng)。目前關(guān)鍵技術(shù)有心理模型技術(shù)；行為科學(xué)認(rèn)知過程分析技術(shù)；

18、人機(jī)界面設(shè)計技術(shù)；用戶模型技術(shù)；人機(jī)工程測量新技術(shù)；產(chǎn)品設(shè)計中的人機(jī)工程技術(shù)；人機(jī)工程CAD技術(shù)等。3結(jié)語綜上所述，現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)正在快速超前的發(fā)展，并為我國從制造大國向創(chuàng)造大國邁進(jìn)奠定堅實的基礎(chǔ)。面對當(dāng)今全球化競爭的國際市場，我國要大力推廣與發(fā)展先進(jìn)的設(shè)計技術(shù)和制造技術(shù)，使我們在國際市場中立于不敗之地，為此，深入研究現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)，大力發(fā)展現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)具有重大的意義。［參考文獻(xiàn)］［1］毛銀氚.淺談機(jī)械設(shè)計技術(shù)的現(xiàn)狀與趨勢［J］.裝備制造技

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