導(dǎo)語：如何才能寫好一篇機械產(chǎn)品方案設(shè)計，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：機械產(chǎn)品；方案設(shè)計方法；發(fā)展趨勢

引言

科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，產(chǎn)品功能要求的日益增多，復(fù)雜性增加，壽命期縮短，更新?lián)Q代速度加快。然而，產(chǎn)品的設(shè)計，尤其是機械產(chǎn)品方案的設(shè)計手段，則顯得力不從心，跟不上時展的需要。目前，計算機輔助產(chǎn)品的設(shè)計繪圖、設(shè)計計算、加工制造、生產(chǎn)規(guī)劃已得到了比較廣泛和深入的研究，并初見成效，而產(chǎn)品開發(fā)初期方案的計算機輔助設(shè)計卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足設(shè)計的需要。為此，作者在閱讀了大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，概括總結(jié)了國內(nèi)外設(shè)計學(xué)者進(jìn)行方案設(shè)計時采用的方法，并討論了各種方法之間的有機聯(lián)系和機械產(chǎn)品方案設(shè)計計算機實現(xiàn)的發(fā)展趨勢。

根據(jù)目前國內(nèi)外設(shè)計學(xué)者進(jìn)行機械產(chǎn)品方案設(shè)計所用方法的主要特征，可以將方案的現(xiàn)代設(shè)計方法概括為下述四大類型。

1、系統(tǒng)化設(shè)計方法

系統(tǒng)化設(shè)計方法的主要特點是：將設(shè)計看成由若干個設(shè)計要素組成的一個系統(tǒng)，每個設(shè)計要素具有獨立性，各個要素間存在著有機的聯(lián)系，并具有層次性，所有的設(shè)計要素結(jié)合后，即可實現(xiàn)設(shè)計系統(tǒng)所需完成的任務(wù)。

系統(tǒng)化設(shè)計思想于70年代由德國學(xué)者Pahl和Beitz教授提出，他們以系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，制訂了設(shè)計的一般模式，倡導(dǎo)設(shè)計工作應(yīng)具備條理性。德國工程師協(xié)會在這一設(shè)計思想的基礎(chǔ)上，制訂出標(biāo)準(zhǔn)VDI2221“技術(shù)系統(tǒng)和產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計方法。

制定的機械產(chǎn)品方案設(shè)計進(jìn)程模式，基本上沿用了德國標(biāo)準(zhǔn)VDI2221的設(shè)計方式。除此之外，我國許多設(shè)計學(xué)者在進(jìn)行產(chǎn)品方案設(shè)計時還借鑒和引用了其他發(fā)達(dá)國家的系統(tǒng)化設(shè)計思想，其中具有代表性的是：

(1)將用戶需求作為產(chǎn)品功能特征構(gòu)思、結(jié)構(gòu)設(shè)計和零件設(shè)計、工藝規(guī)劃、作業(yè)控制等的基礎(chǔ)，從產(chǎn)品開發(fā)的宏觀過程出發(fā)，利用質(zhì)量功能布置方法，系統(tǒng)地將用戶需求信息合理而有效地轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品開發(fā)各階段的技術(shù)目標(biāo)和作業(yè)控制規(guī)程的方法。

(2)將產(chǎn)品看作有機體層次上的生命系統(tǒng)，并借助于生命系統(tǒng)理論，把產(chǎn)品的設(shè)計過程劃分成功能需求層次、實現(xiàn)功能要求的概念層次和產(chǎn)品的具體設(shè)計層次。同時采用了生命系統(tǒng)圖符抽象地表達(dá)產(chǎn)品的功能要求，形成產(chǎn)品功能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

(3)將機械設(shè)計中系統(tǒng)科學(xué)的應(yīng)用歸納為兩個基本問題：一是把要設(shè)計的產(chǎn)品作為一個系統(tǒng)處理，最佳地確定其組成部分(單元)及其相互關(guān)系；二是將產(chǎn)品設(shè)計過程看成一個系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計目標(biāo)，正確、合理地確定設(shè)計中各個方面的工作和各個不同的設(shè)計階段。

由于每個設(shè)計者研究問題的角度以及考慮問題的側(cè)重點不同，進(jìn)行方案設(shè)計時采用的具體研究方法亦存在差異。下面介紹一些具有代表性的系統(tǒng)化設(shè)計方法。

1.1設(shè)計元素法

用五個設(shè)計元素(功能、效應(yīng)、效應(yīng)載體、形狀元素和表面參數(shù))描述“產(chǎn)品解”，認(rèn)為一個產(chǎn)品的五個設(shè)計元素值確定之后，產(chǎn)品的所有特征和特征值即已確定。我國亦有設(shè)計學(xué)者采用了類似方法描述產(chǎn)品的原理解。

1.2圖形建模法

研制的“設(shè)計分析和引導(dǎo)系統(tǒng)”KALEIT，用層次清楚的圖形描述出產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)及其相關(guān)的抽象信息，實現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能關(guān)系的圖形化建模，以及功能層之間的聯(lián)接。

將設(shè)計劃分成輔助方法和信息交換兩個方面，利用Nijssen信息分析方法可以采用圖形符號、具有內(nèi)容豐富的語義模型結(jié)構(gòu)、可以描述集成條件、可以劃分約束類型、可以實現(xiàn)關(guān)系間的任意結(jié)合等特點，將設(shè)計方法解與信息技術(shù)進(jìn)行集成，實現(xiàn)了設(shè)計過程中不同抽象層間信息關(guān)系的圖形化建模。

文獻(xiàn)［11］將語義設(shè)計網(wǎng)作為設(shè)計工具，在其開發(fā)的活性語義設(shè)計網(wǎng)ASK中，采用結(jié)點和線條組成的網(wǎng)絡(luò)描述設(shè)計，結(jié)點表示元件化的單元(如設(shè)計任務(wù)、功能、構(gòu)件或加工設(shè)備等)，線條用以調(diào)整和定義結(jié)點間不同的語義關(guān)系，由此為設(shè)計過程中的所有活動和結(jié)果預(yù)先建立模型，使早期設(shè)計要求的定義到每一個結(jié)構(gòu)的具體描述均可由關(guān)系間的定義表達(dá)，實現(xiàn)了計算機輔助設(shè)計過程由抽象到具體的飛躍。

1.3“構(gòu)思”—“設(shè)計”法

將產(chǎn)品的方案設(shè)計分成“構(gòu)思”和“設(shè)計”兩個階段。“構(gòu)思”階段的任務(wù)是尋求、選擇和組合滿足設(shè)計任務(wù)要求的原理解?！霸O(shè)計”階段的工作則是具體實現(xiàn)構(gòu)思階段的原理解。

將方案的“構(gòu)思”具體描述為：根據(jù)合適的功能結(jié)構(gòu)，尋求滿足設(shè)計任務(wù)要求的原理解。即功能結(jié)構(gòu)中的分功能由“結(jié)構(gòu)元素”實現(xiàn)，并將“結(jié)構(gòu)元素”間的物理聯(lián)接定義為“功能載體”，“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”間的相互作用又形成了功能示意圖(機械運動簡圖)。方案的“設(shè)計”是根據(jù)功能示意圖，先定性地描述所有的“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”，再定量地描述所有“結(jié)構(gòu)元素”和聯(lián)接件(“功能載體”)的形狀及位置，得到結(jié)構(gòu)示意圖。Roper，H.利用圖論理論，借助于由他定義的“總設(shè)計單元(GE)”、“結(jié)構(gòu)元素(KE)”、“功能結(jié)構(gòu)元素(FKE)”、“聯(lián)接結(jié)構(gòu)元素(VKE)”、“結(jié)構(gòu)零件(KT)”、“結(jié)構(gòu)元素零件(KET)”等概念，以及描述結(jié)構(gòu)元素尺寸、位置和傳動參數(shù)間相互關(guān)系的若干種簡圖，把設(shè)計專家憑直覺設(shè)計的方法做了形式化的描述，形成了有效地應(yīng)用現(xiàn)有知識的方法，并將其應(yīng)用于“構(gòu)思”和“設(shè)計”階段。

從設(shè)計方法學(xué)的觀點出發(fā)，將明確了設(shè)計任務(wù)后的設(shè)計工作分為三步：1)獲取功能和功能結(jié)構(gòu)(簡稱為“功能”)；2)尋找效應(yīng)(簡稱為“效應(yīng)”)；3)尋找結(jié)構(gòu)(簡稱為“構(gòu)形規(guī)則”)。并用下述四種策略描述機械產(chǎn)品構(gòu)思階段的工作流程：策略1：分別考慮“功能”、“效應(yīng)”和“構(gòu)形規(guī)則”。因此，可以在各個工作步驟中分別創(chuàng)建變型方案，由此產(chǎn)生廣泛的原理解譜。策略2：“效應(yīng)”與“構(gòu)形規(guī)則”(包括設(shè)計者創(chuàng)建的規(guī)則)關(guān)聯(lián)，單獨考慮功能(通常與設(shè)計任務(wù)相關(guān))。此時，辨別典型的構(gòu)形規(guī)則及其所屬效應(yīng)需要有豐富的經(jīng)驗，產(chǎn)生的方案譜遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于策略1的方案譜。策略3：“功能”、“效應(yīng)”、“構(gòu)形規(guī)則”三者密切相關(guān)。適用于功能、效應(yīng)和構(gòu)形規(guī)則間沒有選擇余地、具有特殊要求的領(lǐng)域，如超小型機械、特大型機械、價值高的功能零件，以及有特殊功能要求的零部件等等。策略4：針對設(shè)計要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)化求解。該策略從已有的零件出發(fā)，通過零件間不同的排序和連接，獲得預(yù)期功能。

1.4矩陣設(shè)計法

在方案設(shè)計過程中采用“要求—功能”邏輯樹(“與或”樹)描述要求、功能之間的相互關(guān)系，得到滿足要求的功能設(shè)計解集，形成不同的設(shè)計方案。再根據(jù)“要求—功能”邏輯樹建立“要求—功能”關(guān)聯(lián)矩陣，以描述滿足要求所需功能之間的復(fù)雜關(guān)系，表示出要求與功能間一一對應(yīng)的關(guān)系。

Kotaetal將矩陣作為機械系統(tǒng)方案設(shè)計的基礎(chǔ)，把機械系統(tǒng)的設(shè)計空間分解為功能子空間，每個子空間只表示方案設(shè)計的一個模塊，在抽象階段的高層，每個設(shè)計模塊用運動轉(zhuǎn)換矩陣和一個可進(jìn)行操作的約束矢量表示；在抽象階段的低層，每個設(shè)計模塊被表示為參數(shù)矩陣和一個運動方程。

1.5鍵合圖法

將組成系統(tǒng)元件的功能分成產(chǎn)生能量、消耗能量、轉(zhuǎn)變能量形式、傳遞能量等各種類型，并借用鍵合圖表達(dá)元件的功能解，希望將基于功能的模型與鍵合圖結(jié)合，實現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)的自動生成和功能結(jié)構(gòu)與鍵合圖之間的自動轉(zhuǎn)換，尋求由鍵合圖產(chǎn)生多個設(shè)計方案的方法。

2、結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計方法

從規(guī)劃產(chǎn)品的角度提出：定義設(shè)計任務(wù)時以功能化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，引用已有的產(chǎn)品解(如通用零件部件等)描述設(shè)計任務(wù)，即分解任務(wù)時就考慮每個分任務(wù)是否存在對應(yīng)的產(chǎn)品解，這樣，能夠在產(chǎn)品規(guī)劃階段就消除設(shè)計任務(wù)中可能存在的矛盾，早期預(yù)測生產(chǎn)能力、費用，以及開發(fā)設(shè)計過程中計劃的可調(diào)整性，由此提高設(shè)計效率和設(shè)計的可靠性，同時也降低新產(chǎn)品的成本。Feldmann將描述設(shè)計任務(wù)的功能化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分為四層，(1)產(chǎn)品(2)功能組成(3)主要功能組件(4)功能元件。并采用面向應(yīng)用的結(jié)構(gòu)化特征目錄，對功能元件進(jìn)行更為具體的定性和定量描述。同時研制出適合于產(chǎn)品開發(fā)早期和設(shè)計初期使用的工具軟件STRAT。

認(rèn)為專用機械中多數(shù)功能可以采用已有的產(chǎn)品解，而具有新型解的專用功能只是少數(shù)，因此，在專用機械設(shè)計中采用功能化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，對于評價專用機械的設(shè)計、制造風(fēng)險十分有利。

提倡在產(chǎn)品功能分析的基礎(chǔ)上，將產(chǎn)品分解成具有某種功能的一個或幾個模塊化的基本結(jié)構(gòu)，通過選擇和組合這些模塊化基本結(jié)構(gòu)組建成不同的產(chǎn)品。這些基本結(jié)構(gòu)可以是零件、部件，甚至是一個系統(tǒng)。理想的模塊化基本結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有標(biāo)準(zhǔn)化的接口(聯(lián)接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、層次化、靈便化、經(jīng)濟化，具有互換性、相容性和相關(guān)性。我國結(jié)合軟件構(gòu)件技術(shù)和CAD技術(shù)，將變形設(shè)計與組合設(shè)計相結(jié)合，根據(jù)分級模塊化原理，將加工中心機床由大到小分為產(chǎn)品級、部件級、組件級和元件級，并利用專家知識和CAD技術(shù)將它們組合成不同品種、不同規(guī)格的功能模塊，再由這些功能模塊組合成不同的加工中心總體方案。

以設(shè)計為目錄作為選擇變異機械結(jié)構(gòu)的工具，提出將設(shè)計的解元素進(jìn)行完整的、結(jié)構(gòu)化的編排，形成解集設(shè)計目錄。并在解集設(shè)計目錄中列出評論每一個解的附加信息，非常有利于設(shè)計工程師選擇解元素。

根據(jù)機械零部件的聯(lián)接特征，將其歸納成四種類型：1)元件間直接定位，并具有自調(diào)整性的部件；2)結(jié)構(gòu)上具有共性的組合件；3)具有嵌套式結(jié)構(gòu)及嵌套式元件的聯(lián)接；4)具有模塊化結(jié)構(gòu)和模塊化元件的聯(lián)接。并采用準(zhǔn)符號表示典型元件和元件間的連接規(guī)則，由此實現(xiàn)元件間聯(lián)接的算法化和概念的可視化。

在進(jìn)行機械系統(tǒng)的方案設(shè)計中，用“功能建立”模塊對功能進(jìn)行分解，并規(guī)定功能分解的最佳“?；背潭仁枪δ芘c機構(gòu)型式的一一對應(yīng)。“結(jié)構(gòu)建立”模塊則作為功能解的選擇對象以便于實現(xiàn)映射算法。

3、基于產(chǎn)品特征知識的設(shè)計方法

基于產(chǎn)品特征知識設(shè)計方法的主要特點是：用計算機能夠識別的語言描述產(chǎn)品的特征及其設(shè)計領(lǐng)域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗，建立相應(yīng)的知識庫及推理機，再利用已存儲的領(lǐng)域知識和建立的推理機制實現(xiàn)計算機輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計。

機械系統(tǒng)的方案設(shè)計主要是依據(jù)產(chǎn)品所具有的特征，以及設(shè)計領(lǐng)域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗進(jìn)行推量和決策，完成機構(gòu)的型、數(shù)綜合。欲實現(xiàn)這一階段的計算機輔助設(shè)計，必須研究知識的自動獲取、表達(dá)、集成、協(xié)調(diào)、管理和使用。為此，國內(nèi)外設(shè)計學(xué)者針對機械系統(tǒng)方案設(shè)計知識的自動化處理做了大量的研究工作，采用的方法可歸納為下述幾種。

3.1編碼法

根據(jù)“運動轉(zhuǎn)換”功能(簡稱功能元)將機構(gòu)進(jìn)行分類，并利用代碼描述功能元和機構(gòu)類別，由此建立起“機構(gòu)系統(tǒng)方案設(shè)計專家系統(tǒng)”知識庫。在此基礎(chǔ)上，將二元邏輯推理與模糊綜合評判原理相結(jié)合，建立了該“專家系統(tǒng)”的推理機制，并用于四工位專用機床的方案設(shè)計中。

利用生物進(jìn)化理論，通過自然選擇和有性繁殖使生物體得以演化的原理，在機構(gòu)方案設(shè)計中，運用網(wǎng)絡(luò)圖論方法將機構(gòu)的結(jié)構(gòu)表達(dá)為拓?fù)鋱D，再通過編碼技術(shù)，把機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和性能轉(zhuǎn)化為個體染色體的二進(jìn)制數(shù)串，并根據(jù)設(shè)計要求編制適應(yīng)值，運用生物進(jìn)化理論控制繁殖機制，通過選擇、交叉、突然變異等手段，淘汰適應(yīng)值低的不適應(yīng)個體，以極快的進(jìn)化過程得到適應(yīng)性最優(yōu)的個體，即最符合設(shè)計要求的機構(gòu)方案。

3.2知識的混合型表達(dá)法

針對復(fù)雜機械系統(tǒng)的方案設(shè)計，采用混合型的知識表達(dá)方式描述設(shè)計中的各類知識尤為適合，這一點已得到我國許多設(shè)計學(xué)者的共識。

在研制復(fù)雜產(chǎn)品方案設(shè)計智能決策支持系統(tǒng)DMDSS中，將規(guī)則、框架、過程和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等知識表示方法有機地結(jié)合在一起，以適應(yīng)設(shè)計中不同類型知識的描述。將多種單一的知識表達(dá)方法(規(guī)則、框架和過程)，按面向?qū)ο蟮木幊淘瓌t，用框架的槽表示對象的屬性，用規(guī)則表示對象的動態(tài)特征，用過程表示知識的處理，組成一種混合型的知識表達(dá)型式，并成功地研制出“面向?qū)ο蟮臄?shù)控龍門銑床變速箱方案設(shè)計智能系統(tǒng)GBCDIS”和“變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計專家系統(tǒng)GBSDES”。

3.3利用基于知識的開發(fā)工具

在聯(lián)軸器的CAD系統(tǒng)中，利用基于知識的開發(fā)工具NEXPERT-OBJECT，借助于面向?qū)ο蟮姆椒?，?chuàng)建了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法數(shù)據(jù)庫，為設(shè)計者進(jìn)行聯(lián)軸器的方案設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了廣泛且可靠的設(shè)計方法譜。則利用NEXPERT描述直線導(dǎo)軌設(shè)計中需要基于知識進(jìn)行設(shè)計的內(nèi)容，由此尋求出基于知識的解，并開發(fā)出直線導(dǎo)軌設(shè)計專家系統(tǒng)。

3.4設(shè)計目錄法

構(gòu)造了“功能模塊”、“功能元解”和“機構(gòu)組”三級遞進(jìn)式設(shè)計目錄，并將這三級遞進(jìn)式設(shè)計目錄作為機械傳動原理方案智能設(shè)計系統(tǒng)的知識庫和開發(fā)設(shè)計的輔助工具。

3.5基于實例的方法

在研制設(shè)計型專家系統(tǒng)的知識庫中，采用基本謂詞描述設(shè)計要求、設(shè)計條件和選取的方案，用框架結(jié)構(gòu)描述“工程實例”和各種“概念實體”，通過基于實例的推理技術(shù)產(chǎn)生候選解來配匹產(chǎn)品的設(shè)計要求。

4、智能化設(shè)計方法

智能化設(shè)計方法的主要特點是：根據(jù)設(shè)計方法學(xué)理論，借助于三維圖形軟件、智能化設(shè)計軟件和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，以及多媒體、超媒體工具進(jìn)行產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計、表達(dá)產(chǎn)品的構(gòu)思、描述產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。

在利用數(shù)學(xué)系統(tǒng)理論的同時，考慮了系統(tǒng)工程理論、產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)和系統(tǒng)開發(fā)方法學(xué)VDI2221，研制出適合于產(chǎn)品設(shè)計初期使用的多媒體開發(fā)系統(tǒng)軟件MUSE。

在進(jìn)行自動取款機設(shè)計時，把產(chǎn)品的整個開發(fā)過程概括為“產(chǎn)品規(guī)劃”、“開發(fā)”和“生產(chǎn)規(guī)劃”三個階段，并且充分利用了現(xiàn)有的CAD尖端技術(shù)——虛擬現(xiàn)實技術(shù)。1)產(chǎn)品規(guī)劃—構(gòu)思產(chǎn)品。其任務(wù)是確定產(chǎn)品的外部特性，如色彩、形狀、表面質(zhì)量、人機工程等等，并將最初的設(shè)想用CAD立體模型表示出，建立能夠體現(xiàn)整個產(chǎn)品外形的簡單模型，該模型可以在虛擬環(huán)境中建立，借助于數(shù)據(jù)帽和三維鼠標(biāo)，用戶還可在一定程度上參與到這一環(huán)境中，并且能夠迅速地生成不同的造型和色彩。立體模型是檢測外部形狀效果的依據(jù)，也是幾何圖形顯示設(shè)計變量的依據(jù)，同時還是開發(fā)過程中各類分析的基礎(chǔ)。2)開發(fā)—設(shè)計產(chǎn)品。該階段主要根據(jù)“系統(tǒng)合成”原理，在立體模型上配置和集成解元素，解元素根據(jù)設(shè)計目標(biāo)的不同有不同的含義：可以是基本元素，如螺栓、軸或輪轂聯(lián)接等；也可以是復(fù)合元素，如機、電、電子部件、控制技術(shù)或軟件組成的傳動系統(tǒng)；還可以是要求、特性、形狀等等。將實現(xiàn)功能的關(guān)鍵性解元素配置到立體模型上之后，即可對產(chǎn)品的配置(設(shè)計模型中解元素間的關(guān)系)進(jìn)行分析，產(chǎn)品配置分析是綜合“產(chǎn)品規(guī)劃”和“開發(fā)”結(jié)果的重要手段。3)生產(chǎn)規(guī)劃—加工和裝配產(chǎn)品。在這一階段中，主要論述了裝配過程中CAD技術(shù)的應(yīng)用，提出用計算機圖像顯示解元素在相應(yīng)位置的裝配過程，即通過虛擬裝配模型揭示造形和裝配間的關(guān)系，由此發(fā)現(xiàn)難點和問題，并找出解決問題的方法，并認(rèn)為將CAD技術(shù)綜合應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)的三個階段，可以使設(shè)計過程的綜合與分析在“產(chǎn)品規(guī)劃”、“開發(fā)”和“生產(chǎn)規(guī)劃”中連續(xù)地交替進(jìn)行。因此，可以較早地發(fā)現(xiàn)各個階段中存在的問題，使產(chǎn)品在開發(fā)進(jìn)程中不斷地細(xì)化和完善。

我國利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行設(shè)計還處于剛剛起步階段。利用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，重點研究了按時序合成的機構(gòu)組合方案設(shè)計專家系統(tǒng)，并借助于具有高性能圖形和交換處理能力的OpenGL技術(shù)，在三維環(huán)境中從各個角度對專家系統(tǒng)設(shè)計出的方案進(jìn)行觀察，如運動中機構(gòu)間的銜接狀況是否產(chǎn)生沖突等等。

將構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)模塊、產(chǎn)品整體構(gòu)造及其制造工藝和使用說明的擬訂(見圖1)稱之為快速成型技術(shù)。建議在產(chǎn)品開發(fā)過程中將快速成型技術(shù)、多媒體技術(shù)以及虛擬表達(dá)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(應(yīng)用于各個階段求解過程需要的場合)結(jié)合應(yīng)用。指出隨著計算機軟、硬件的不斷完善，應(yīng)盡可能地將多媒體圖形處理技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)中，例如三維圖形(立體模型)代替裝配、拆卸和設(shè)計聯(lián)接件時所需的立體結(jié)構(gòu)想象力等等。

利用智能型CAD系統(tǒng)SIGRAPH-DESIGN作為開發(fā)平臺，將產(chǎn)品的開發(fā)過程分為概念設(shè)計、裝配設(shè)計和零件設(shè)計，并以變量設(shè)計技術(shù)為基礎(chǔ)，建立了膠印機凸輪連桿機構(gòu)的概念模型。從文獻(xiàn)介紹的研究工作看，其概念模型是在確定了機構(gòu)型、數(shù)綜合的基礎(chǔ)上，借助于軟件SIGRAPH-DESIGN提供的變量設(shè)計功能，使原理圖隨著機構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)變化而變化，并將概念模型的參數(shù)傳遞給下一級的裝配模型、零件設(shè)計。

5、各類設(shè)計方法評述及發(fā)展趨勢

綜上所述，系統(tǒng)化設(shè)計方法將設(shè)計任務(wù)由抽象到具體(由設(shè)計的任務(wù)要求到實現(xiàn)該任務(wù)的方案或結(jié)構(gòu))進(jìn)行層次劃分，擬定出每一層欲實現(xiàn)的目標(biāo)和方法，由淺入深、由抽象至具體地將各層有機地聯(lián)系在一起，使整個設(shè)計過程系統(tǒng)化，使設(shè)計有規(guī)律可循，有方法可依，易于設(shè)計過程的計算機輔助實現(xiàn)。

結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計方法視具有某種功能的實現(xiàn)為一個結(jié)構(gòu)模塊，通過結(jié)構(gòu)模塊的組合，實現(xiàn)產(chǎn)品的方案設(shè)計。對于特定種類的機械產(chǎn)品，由于其組成部分的功能較為明確且相對穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)模塊的劃分比較容易，因此，采用結(jié)構(gòu)模塊化方法進(jìn)行方案設(shè)計較為合適。由于實體與功能之間并非是一一對應(yīng)的關(guān)系，一個實體通常可以實現(xiàn)若干種功能，一個功能往往又可通過若干種實體予以實現(xiàn)。因此，若將結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計方法用于一般意義的產(chǎn)品方案設(shè)計，結(jié)構(gòu)模塊的劃分和選用都比較困難，而且要求設(shè)計人員具有相當(dāng)豐富的設(shè)計經(jīng)驗和廣博的多學(xué)科領(lǐng)域知識。

機械產(chǎn)品的方案設(shè)計通常無法采用純數(shù)學(xué)演算的方法進(jìn)行，也難以用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行完整的描述，而需根據(jù)產(chǎn)品特征進(jìn)行形式化的描述，借助于設(shè)計專家的知識和經(jīng)驗進(jìn)行推理和決策。因此，欲實現(xiàn)計算機輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計，必須解決計算機存儲和運用產(chǎn)品設(shè)計知識和專家設(shè)計決策等有關(guān)方面的問題，由此形成基于產(chǎn)品特征知識的設(shè)計方法。

目前，智能化設(shè)計方法主要是利用三維圖形軟件和虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行設(shè)計，直觀性較好，開發(fā)初期用戶可以在一定程度上直接參與到設(shè)計中，但系統(tǒng)性較差，且零部件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸、位置的合理確定，要求軟件具有較高的智能化程度，或者有豐富經(jīng)驗的設(shè)計者參與。

值得一提的是：上述各種方法并不是完全孤立的，各類方法之間都存在一定程度上的聯(lián)系，如結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計方法中，劃分結(jié)構(gòu)模塊時就蘊含有系統(tǒng)化思想，建立產(chǎn)品特征及設(shè)計方法知識庫和推理機時，通常也需運用系統(tǒng)化和結(jié)構(gòu)模塊化方法，此外，基于產(chǎn)品特征知識的設(shè)計同時又是方案智能化設(shè)計的基礎(chǔ)之一。在機械產(chǎn)品方案設(shè)計中，視能夠?qū)崿F(xiàn)特定功能的通用零件、部件或常用機構(gòu)為結(jié)構(gòu)模塊，并將其應(yīng)用到系統(tǒng)化設(shè)計有關(guān)層次的具體設(shè)計中，即將結(jié)構(gòu)模塊化方法融于系統(tǒng)化設(shè)計方法中，不僅可以保證設(shè)計的規(guī)范化，而且可以簡化設(shè)計過程，提高設(shè)計效率和質(zhì)量，降低設(shè)計成本。

篇2

關(guān)鍵詞：機械產(chǎn)品；方案設(shè)計方法；發(fā)展趨勢

引言

科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，產(chǎn)品功能要求的日益增多，復(fù)雜性增加，壽命期縮短，更新?lián)Q代速度加快。然而，產(chǎn)品的設(shè)計，尤其是機械產(chǎn)品方案的設(shè)計手段，則顯得力不從心，跟不上時展的需要。目前，計算機輔助產(chǎn)品的設(shè)計繪圖、設(shè)計計算、加工制造、生產(chǎn)規(guī)劃已得到了比較廣泛和深入的研究，并初見成效，而產(chǎn)品開發(fā)初期方案的計算機輔助設(shè)計卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足設(shè)計的需要。為此，作者在閱讀了大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，概括總結(jié)了國內(nèi)外設(shè)計學(xué)者進(jìn)行方案設(shè)計時采用的方法，并討論了各種方法之間的有機聯(lián)系和機械產(chǎn)品方案設(shè)計計算機實現(xiàn)的發(fā)展趨勢。

根據(jù)目前國內(nèi)外設(shè)計學(xué)者進(jìn)行機械產(chǎn)品方案設(shè)計所用方法的主要特征，可以將方案的現(xiàn)代設(shè)計方法概括為下述四大類型。

1、系統(tǒng)化設(shè)計方法

系統(tǒng)化設(shè)計方法的主要特點是：將設(shè)計看成由若干個設(shè)計要素組成的一個系統(tǒng)，每個設(shè)計要素具有獨立性，各個要素間存在著有機的聯(lián)系，并具有層次性，所有的設(shè)計要素結(jié)合后，即可實現(xiàn)設(shè)計系統(tǒng)所需完成的任務(wù)。

系統(tǒng)化設(shè)計思想于70年代由德國學(xué)者Pahl和Beitz教授提出，他們以系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，制訂了設(shè)計的一般模式，倡導(dǎo)設(shè)計工作應(yīng)具備條理性。德國工程師協(xié)會在這一設(shè)計思想的基礎(chǔ)上，制訂出標(biāo)準(zhǔn)VDI2221“技術(shù)系統(tǒng)和產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計方法。

制定的機械產(chǎn)品方案設(shè)計進(jìn)程模式，基本上沿用了德國標(biāo)準(zhǔn)VDI2221的設(shè)計方式。除此之外，我國許多設(shè)計學(xué)者在進(jìn)行產(chǎn)品方案設(shè)計時還借鑒和引用了其他發(fā)達(dá)國家的系統(tǒng)化設(shè)計思想，其中具有代表性的是：

(1)將用戶需求作為產(chǎn)品功能特征構(gòu)思、結(jié)構(gòu)設(shè)計和零件設(shè)計、工藝規(guī)劃、作業(yè)控制等的基礎(chǔ)，從產(chǎn)品開發(fā)的宏觀過程出發(fā)，利用質(zhì)量功能布置方法，系統(tǒng)地將用戶需求信息合理而有效地轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品開發(fā)各階段的技術(shù)目標(biāo)和作業(yè)控制規(guī)程的方法。

(2)將產(chǎn)品看作有機體層次上的生命系統(tǒng)，并借助于生命系統(tǒng)理論，把產(chǎn)品的設(shè)計過程劃分成功能需求層次、實現(xiàn)功能要求的概念層次和產(chǎn)品的具體設(shè)計層次。同時采用了生命系統(tǒng)圖符抽象地表達(dá)產(chǎn)品的功能要求，形成產(chǎn)品功能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

(3)將機械設(shè)計中系統(tǒng)科學(xué)的應(yīng)用歸納為兩個基本問題：一是把要設(shè)計的產(chǎn)品作為一個系統(tǒng)處理，最佳地確定其組成部分(單元)及其相互關(guān)系；二是將產(chǎn)品設(shè)計過程看成一個系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計目標(biāo)，正確、合理地確定設(shè)計中各個方面的工作和各個不同的設(shè)計階段。

由于每個設(shè)計者研究問題的角度以及考慮問題的側(cè)重點不同，進(jìn)行方案設(shè)計時采用的具體研究方法亦存在差異。下面介紹一些具有代表性的系統(tǒng)化設(shè)計方法。

1.1設(shè)計元素法

用五個設(shè)計元素(功能、效應(yīng)、效應(yīng)載體、形狀元素和表面參數(shù))描述“產(chǎn)品解”，認(rèn)為一個產(chǎn)品的五個設(shè)計元素值確定之后，產(chǎn)品的所有特征和特征值即已確定。我國亦有設(shè)計學(xué)者采用了類似方法描述產(chǎn)品的原理解。

1.2圖形建模法

研制的“設(shè)計分析和引導(dǎo)系統(tǒng)”KALEIT，用層次清楚的圖形描述出產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)及其相關(guān)的抽象信息，實現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能關(guān)系的圖形化建模，以及功能層之間的聯(lián)接。

將設(shè)計劃分成輔助方法和信息交換兩個方面，利用Nijssen信息分析方法可以采用圖形符號、具有內(nèi)容豐富的語義模型結(jié)構(gòu)、可以描述集成條件、可以劃分約束類型、可以實現(xiàn)關(guān)系間的任意結(jié)合等特點，將設(shè)計方法解與信息技術(shù)進(jìn)行集成，實現(xiàn)了設(shè)計過程中不同抽象層間信息關(guān)系的圖形化建模。

文獻(xiàn)［11］將語義設(shè)計網(wǎng)作為設(shè)計工具，在其開發(fā)的活性語義設(shè)計網(wǎng)ASK中，采用結(jié)點和線條組成的網(wǎng)絡(luò)描述設(shè)計，結(jié)點表示元件化的單元(如設(shè)計任務(wù)、功能、構(gòu)件或加工設(shè)備等)，線條用以調(diào)整和定義結(jié)點間不同的語義關(guān)系，由此為設(shè)計過程中的所有活動和結(jié)果預(yù)先建立模型，使早期設(shè)計要求的定義到每一個結(jié)構(gòu)的具體描述均可由關(guān)系間的定義表達(dá)，實現(xiàn)了計算機輔助設(shè)計過程由抽象到具體的飛躍。

1.3“構(gòu)思”—“設(shè)計”法

將產(chǎn)品的方案設(shè)計分成“構(gòu)思”和“設(shè)計”兩個階段?！皹?gòu)思”階段的任務(wù)是尋求、選擇和組合滿足設(shè)計任務(wù)要求的原理解?！霸O(shè)計”階段的工作則是具體實現(xiàn)構(gòu)思階段的原理解。

將方案的“構(gòu)思”具體描述為：根據(jù)合適的功能結(jié)構(gòu)，尋求滿足設(shè)計任務(wù)要求的原理解。即功能結(jié)構(gòu)中的分功能由“結(jié)構(gòu)元素”實現(xiàn)，并將“結(jié)構(gòu)元素”間的物理聯(lián)接定義為“功能載體”，“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”間的相互作用又形成了功能示意圖(機械運動簡圖)。方案的“設(shè)計”是根據(jù)功能示意圖，先定性地描述所有的“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”，再定量地描述所有“結(jié)構(gòu)元素”和聯(lián)接件(“功能載體”)的形狀及位置，得到結(jié)構(gòu)示意圖。Roper，H.利用圖論理論，借助于由他定義的“總設(shè)計單元(GE)”、“結(jié)構(gòu)元素(KE)”、“功能結(jié)構(gòu)元素(FKE)”、“聯(lián)接結(jié)構(gòu)元素(VKE)”、“結(jié)構(gòu)零件(KT)”、“結(jié)構(gòu)元素零件(KET)”等概念，以及描述結(jié)構(gòu)元素尺寸、位置和傳動參數(shù)間相互關(guān)系的若干種簡圖，把設(shè)計專家憑直覺設(shè)計的方法做了形式化的描述，形成了有效地應(yīng)用現(xiàn)有知識的方法，并將其應(yīng)用于“構(gòu)思”和“設(shè)計”階段。

從設(shè)計方法學(xué)的觀點出發(fā)，將明確了設(shè)計任務(wù)后的設(shè)計工作分為三步：1)獲取功能和功能結(jié)構(gòu)(簡稱為“功能”)；2)尋找效應(yīng)(簡稱為“效應(yīng)”)；3)尋找結(jié)構(gòu)(簡稱為“構(gòu)形規(guī)則”)。并用下述四種策略描述機械產(chǎn)品構(gòu)思階段的工作流程：策略1：分別考慮“功能”、“效應(yīng)”和“構(gòu)形規(guī)則”。因此，可以在各個工作步驟中分別創(chuàng)建變型方案，由此產(chǎn)生廣泛的原理解譜。策略2：“效應(yīng)”與“構(gòu)形規(guī)則”(包括設(shè)計者創(chuàng)建的規(guī)則)關(guān)聯(lián)，單獨考慮功能(通常與設(shè)計任務(wù)相關(guān))。此時，辨別典型的構(gòu)形規(guī)則及其所屬效應(yīng)需要有豐富的經(jīng)驗，產(chǎn)生的方案譜遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于策略1的方案譜。策略3：“功能”、“效應(yīng)”、“構(gòu)形規(guī)則”三者密切相關(guān)。適用于功能、效應(yīng)和構(gòu)形規(guī)則間沒有選擇余地、具有特殊要求的領(lǐng)域，如超小型機械、特大型機械、價值高的功能零件，以及有特殊功能要求的零部件等等。策略4：針對設(shè)計要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)化求解。該策略從已有的零件出發(fā)，通過零件間不同的排序和連接，獲得預(yù)期功能。

1.4矩陣設(shè)計法

在方案設(shè)計過程中采用“要求—功能”邏輯樹(“與或”樹)描述要求、功能之間的相互關(guān)系，得到滿足要求的功能設(shè)計解集，形成不同的設(shè)計方案。再根據(jù)“要求—功能”邏輯樹建立“要求—功能”關(guān)聯(lián)矩陣，以描述滿足要求所需功能之間的復(fù)雜關(guān)系，表示出要求與功能間一一對應(yīng)的關(guān)系。

Kotaetal將矩陣作為機械系統(tǒng)方案設(shè)計的基礎(chǔ)，把機械系統(tǒng)的設(shè)計空間分解為功能子空間，每個子空間只表示方案設(shè)計的一個模塊，在抽象階段的高層，每個設(shè)計模塊用運動轉(zhuǎn)換矩陣和一個可進(jìn)行操作的約束矢量表示；在抽象階段的低層，每個設(shè)計模塊被表示為參數(shù)矩陣和一個運動方程。

1.5鍵合圖法

將組成系統(tǒng)元件的功能分成產(chǎn)生能量、消耗能量、轉(zhuǎn)變能量形式、傳遞能量等各種類型，并借用鍵合圖表達(dá)元件的功能解，希望將基于功能的模型與鍵合圖結(jié)合，實現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)的自動生成和功能結(jié)構(gòu)與鍵合圖之間的自動轉(zhuǎn)換，尋求由鍵合圖產(chǎn)生多個設(shè)計方案的方法。

2、結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計方法

從規(guī)劃產(chǎn)品的角度提出：定義設(shè)計任務(wù)時以功能化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，引用已有的產(chǎn)品解(如通用零件部件等)描述設(shè)計任務(wù)，即分解任務(wù)時就考慮每個分任務(wù)是否

存在對應(yīng)的產(chǎn)品解，這樣，能夠在產(chǎn)品規(guī)劃階段就消除設(shè)計任務(wù)中可能存在的矛盾，早期預(yù)測生產(chǎn)能力、費用，以及開發(fā)設(shè)計過程中計劃的可調(diào)整性，由此提高設(shè)計效率和設(shè)計的可靠性，同時也降低新產(chǎn)品的成本。Feldmann將描述設(shè)計任務(wù)的功能化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分為四層，(1)產(chǎn)品(2)功能組成(3)主要功能組件(4)功能元件。并采用面向應(yīng)用的結(jié)構(gòu)化特征目錄，對功能元件進(jìn)行更為具體的定性和定量描述。同時研制出適合于產(chǎn)品開發(fā)早期和設(shè)計初期使用的工具軟件STRAT。

認(rèn)為專用機械中多數(shù)功能可以采用已有的產(chǎn)品解，而具有新型解的專用功能只是少數(shù)，因此，在專用機械設(shè)計中采用功能化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，對于評價專用機械的設(shè)計、制造風(fēng)險十分有利。

提倡在產(chǎn)品功能分析的基礎(chǔ)上，將產(chǎn)品分解成具有某種功能的一個或幾個模塊化的基本結(jié)構(gòu)，通過選擇和組合這些模塊化基本結(jié)構(gòu)組建成不同的產(chǎn)品。這些基本結(jié)構(gòu)可以是零件、部件，甚至是一個系統(tǒng)。理想的模塊化基本結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有標(biāo)準(zhǔn)化的接口(聯(lián)接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、層次化、靈便化、經(jīng)濟化，具有互換性、相容性和相關(guān)性。我國結(jié)合軟件構(gòu)件技術(shù)和CAD技術(shù)，將變形設(shè)計與組合設(shè)計相結(jié)合，根據(jù)分級模塊化原理，將加工中心機床由大到小分為產(chǎn)品級、部件級、組件級和元件級，并利用專家知識和CAD技術(shù)將它們組合成不同品種、不同規(guī)格的功能模塊，再由這些功能模塊組合成不同的加工中心總體方案。

以設(shè)計為目錄作為選擇變異機械結(jié)構(gòu)的工具，提出將設(shè)計的解元素進(jìn)行完整的、結(jié)構(gòu)化的編排，形成解集設(shè)計目錄。并在解集設(shè)計目錄中列出評論每一個解的附加信息，非常有利于設(shè)計工程師選擇解元素。

根據(jù)機械零部件的聯(lián)接特征，將其歸納成四種類型：1)元件間直接定位，并具有自調(diào)整性的部件；2)結(jié)構(gòu)上具有共性的組合件；3)具有嵌套式結(jié)構(gòu)及嵌套式元件的聯(lián)接；4)具有模塊化結(jié)構(gòu)和模塊化元件的聯(lián)接。并采用準(zhǔn)符號表示典型元件和元件間的連接規(guī)則，由此實現(xiàn)元件間聯(lián)接的算法化和概念的可視化。

在進(jìn)行機械系統(tǒng)的方案設(shè)計中，用“功能建立”模塊對功能進(jìn)行分解，并規(guī)定功能分解的最佳“粒化”程度是功能與機構(gòu)型式的一一對應(yīng)?！敖Y(jié)構(gòu)建立”模塊則作為功能解的選擇對象以便于實現(xiàn)映射算法。

3、基于產(chǎn)品特征知識的設(shè)計方法

基于產(chǎn)品特征知識設(shè)計方法的主要特點是：用計算機能夠識別的語言描述產(chǎn)品的特征及其設(shè)計領(lǐng)域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗，建立相應(yīng)的知識庫及推理機，再利用已存儲的領(lǐng)域知識和建立的推理機制實現(xiàn)計算機輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計。

機械系統(tǒng)的方案設(shè)計主要是依據(jù)產(chǎn)品所具有的特征，以及設(shè)計領(lǐng)域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗進(jìn)行推量和決策，完成機構(gòu)的型、數(shù)綜合。欲實現(xiàn)這一階段的計算機輔助設(shè)計，必須研究知識的自動獲取、表達(dá)、集成、協(xié)調(diào)、管理和使用。為此，國內(nèi)外設(shè)計學(xué)者針對機械系統(tǒng)方案設(shè)計知識的自動化處理做了大量的研究工作，采用的方法可歸納為下述幾種。

3.1編碼法

根據(jù)“運動轉(zhuǎn)換”功能(簡稱功能元)將機構(gòu)進(jìn)行分類，并利用代碼描述功能元和機構(gòu)類別，由此建立起“機構(gòu)系統(tǒng)方案設(shè)計專家系統(tǒng)”知識庫。在此基礎(chǔ)上，將二元邏輯推理與模糊綜合評判原理相結(jié)合，建立了該“專家系統(tǒng)”的推理機制，并用于四工位專用機床的方案設(shè)計中。

利用生物進(jìn)化理論，通過自然選擇和有性繁殖使生物體得以演化的原理，在機構(gòu)方案設(shè)計中，運用網(wǎng)絡(luò)圖論方法將機構(gòu)的結(jié)構(gòu)表達(dá)為拓?fù)鋱D，再通過編碼技術(shù)，把機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和性能轉(zhuǎn)化為個體染色體的二進(jìn)制數(shù)串，并根據(jù)設(shè)計要求編制適應(yīng)值，運用生物進(jìn)化理論控制繁殖機制，通過選擇、交叉、突然變異等手段，淘汰適應(yīng)值低的不適應(yīng)個體，以極快的進(jìn)化過程得到適應(yīng)性最優(yōu)的個體，即最符合設(shè)計要求的機構(gòu)方案。

3.2知識的混合型表達(dá)法

針對復(fù)雜機械系統(tǒng)的方案設(shè)計，采用混合型的知識表達(dá)方式描述設(shè)計中的各類知識尤為適合，這一點已得到我國許多設(shè)計學(xué)者的共識。

在研制復(fù)雜產(chǎn)品方案設(shè)計智能決策支持系統(tǒng)DMDSS中，將規(guī)則、框架、過程和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等知識表示方法有機地結(jié)合在一起，以適應(yīng)設(shè)計中不同類型知識的描述。將多種單一的知識表達(dá)方法(規(guī)則、框架和過程)，按面向?qū)ο蟮木幊淘瓌t，用框架的槽表示對象的屬性，用規(guī)則表示對象的動態(tài)特征，用過程表示知識的處理，組成一種混合型的知識表達(dá)型式，并成功地研制出“面向?qū)ο蟮臄?shù)控龍門銑床變速箱方案設(shè)計智能系統(tǒng)GBCDIS”和“變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計專家系統(tǒng)GBSDES”。

3.3利用基于知識的開發(fā)工具

在聯(lián)軸器的CAD系統(tǒng)中，利用基于知識的開發(fā)工具NEXPERT-OBJECT，借助于面向?qū)ο蟮姆椒?，?chuàng)建了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法數(shù)據(jù)庫，為設(shè)計者進(jìn)行聯(lián)軸器的方案設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了廣泛且可靠的設(shè)計方法譜。則利用NEXPERT描述直線導(dǎo)軌設(shè)計中需要基于知識進(jìn)行設(shè)計的內(nèi)容，由此尋求出基于知識的解，并開發(fā)出直線導(dǎo)軌設(shè)計專家系統(tǒng)。

3.4設(shè)計目錄法

構(gòu)造了“功能模塊”、“功能元解”和“機構(gòu)組”三級遞進(jìn)式設(shè)計目錄，并將這三級遞進(jìn)式設(shè)計目錄作為機械傳動原理方案智能設(shè)計系統(tǒng)的知識庫和開發(fā)設(shè)計的輔助工具。

3.5基于實例的方法

在研制設(shè)計型專家系統(tǒng)的知識庫中，采用基本謂詞描述設(shè)計要求、設(shè)計條件和選取的方案，用框架結(jié)構(gòu)描述“工程實例”和各種“概念實體”，通過基于實例的推理技術(shù)產(chǎn)生候選解來配匹產(chǎn)品的設(shè)計要求。

4、智能化設(shè)計方法

智能化設(shè)計方法的主要特點是：根據(jù)設(shè)計方法學(xué)理論，借助于三維圖形軟件、智能化設(shè)計軟件和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，以及多媒體、超媒體工具進(jìn)行產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計、表達(dá)產(chǎn)品的構(gòu)思、描述產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。

在利用數(shù)學(xué)系統(tǒng)理論的同時，考慮了系統(tǒng)工程理論、產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)和系統(tǒng)開發(fā)方法學(xué)VDI2221，研制出適合于產(chǎn)品設(shè)計初期使用的多媒體開發(fā)系統(tǒng)軟件MUSE。

在進(jìn)行自動取款機設(shè)計時，把產(chǎn)品的整個開發(fā)過程概括為“產(chǎn)品規(guī)劃”、“開發(fā)”和“生產(chǎn)規(guī)劃”三個階段，并且充分利用了現(xiàn)有的CAD尖端技術(shù)——虛擬現(xiàn)實技術(shù)。1)產(chǎn)品規(guī)劃—構(gòu)思產(chǎn)品。其任務(wù)是確定產(chǎn)品的外部特性，如色彩、形狀、表面質(zhì)量、人機工程等等，并將最初的設(shè)想用CAD立體模型表示出，建立能夠體現(xiàn)整個產(chǎn)品外形的簡單模型，該模型可以在虛擬環(huán)境中建立，借助于數(shù)據(jù)帽和三維鼠標(biāo)，用戶還可在一定程度上參與到這一環(huán)境中，并且能夠迅速地生成不同的造型和色彩。立體模型是檢測外部形狀效果的依據(jù)，也是幾何圖形顯示設(shè)計變量的依據(jù)，同時還是開發(fā)過程中各類分析的基礎(chǔ)。2)開發(fā)—設(shè)計產(chǎn)品。該階段主要根據(jù)“系統(tǒng)合成”原理，在立體模型上配置和集成解元素，解元素根據(jù)設(shè)計目標(biāo)的不同有不同的含義：可以是基本元素，如螺栓、軸或輪轂聯(lián)接等；也可以是復(fù)合元素，如機、電、電子部件、控制技術(shù)或軟件組成的傳動系統(tǒng)；還可以是要求、特性、形狀等等。將實現(xiàn)功能的關(guān)鍵性解元素配置到立體模型上之后，即可對產(chǎn)品的配置(設(shè)計模型中解元素間的關(guān)系)進(jìn)行分析，產(chǎn)品配置分析是綜合“產(chǎn)品規(guī)劃”和“開發(fā)”結(jié)果的重要手段。3)生產(chǎn)規(guī)劃—加工和裝配產(chǎn)品。在這一階段中，主要論述了裝配過程中CAD技術(shù)的應(yīng)用，提出用計算機圖像顯示解元素在相應(yīng)位置的裝配過程，即通過虛擬裝配模型揭示造形和裝配間的關(guān)系，由此發(fā)現(xiàn)難點和問題，并找出解決問題的方法，并認(rèn)為將CAD技術(shù)綜合應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)的三個階段，可以使設(shè)計過程的綜合與分析在“產(chǎn)品規(guī)劃”、“開發(fā)”和“生產(chǎn)規(guī)劃”中連續(xù)地交替進(jìn)行。因此，可以較早地發(fā)現(xiàn)各個階段中存在的問題，使產(chǎn)品在開發(fā)進(jìn)程中不斷地細(xì)化和完善。

我國利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行設(shè)計還處于剛剛起步階段。利用面向

對象的技術(shù)，重點研究了按時序合成的機構(gòu)組合方案設(shè)計專家系統(tǒng)，并借助于具有高性能圖形和交換處理能力的OpenGL技術(shù)，在三維環(huán)境中從各個角度對專家系統(tǒng)設(shè)計出的方案進(jìn)行觀察，如運動中機構(gòu)間的銜接狀況是否產(chǎn)生沖突等等。

將構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)模塊、產(chǎn)品整體構(gòu)造及其制造工藝和使用說明的擬訂(見圖1)稱之為快速成型技術(shù)。建議在產(chǎn)品開發(fā)過程中將快速成型技術(shù)、多媒體技術(shù)以及虛擬表達(dá)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(應(yīng)用于各個階段求解過程需要的場合)結(jié)合應(yīng)用。指出隨著計算機軟、硬件的不斷完善，應(yīng)盡可能地將多媒體圖形處理技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)中，例如三維圖形(立體模型)代替裝配、拆卸和設(shè)計聯(lián)接件時所需的立體結(jié)構(gòu)想象力等等。

利用智能型CAD系統(tǒng)SIGRAPH-DESIGN作為開發(fā)平臺，將產(chǎn)品的開發(fā)過程分為概念設(shè)計、裝配設(shè)計和零件設(shè)計，并以變量設(shè)計技術(shù)為基礎(chǔ)，建立了膠印機凸輪連桿機構(gòu)的概念模型。從文獻(xiàn)介紹的研究工作看，其概念模型是在確定了機構(gòu)型、數(shù)綜合的基礎(chǔ)上，借助于軟件SIGRAPH-DESIGN提供的變量設(shè)計功能，使原理圖隨著機構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)變化而變化，并將概念模型的參數(shù)傳遞給下一級的裝配模型、零件設(shè)計。

5、各類設(shè)計方法評述及發(fā)展趨勢

綜上所述，系統(tǒng)化設(shè)計方法將設(shè)計任務(wù)由抽象到具體(由設(shè)計的任務(wù)要求到實現(xiàn)該任務(wù)的方案或結(jié)構(gòu))進(jìn)行層次劃分，擬定出每一層欲實現(xiàn)的目標(biāo)和方法，由淺入深、由抽象至具體地將各層有機地聯(lián)系在一起，使整個設(shè)計過程系統(tǒng)化，使設(shè)計有規(guī)律可循，有方法可依，易于設(shè)計過程的計算機輔助實現(xiàn)。

結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計方法視具有某種功能的實現(xiàn)為一個結(jié)構(gòu)模塊，通過結(jié)構(gòu)模塊的組合，實現(xiàn)產(chǎn)品的方案設(shè)計。對于特定種類的機械產(chǎn)品，由于其組成部分的功能較為明確且相對穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)模塊的劃分比較容易，因此，采用結(jié)構(gòu)模塊化方法進(jìn)行方案設(shè)計較為合適。由于實體與功能之間并非是一一對應(yīng)的關(guān)系，一個實體通?？梢詫崿F(xiàn)若干種功能，一個功能往往又可通過若干種實體予以實現(xiàn)。因此，若將結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計方法用于一般意義的產(chǎn)品方案設(shè)計，結(jié)構(gòu)模塊的劃分和選用都比較困難，而且要求設(shè)計人員具有相當(dāng)豐富的設(shè)計經(jīng)驗和廣博的多學(xué)科領(lǐng)域知識。

機械產(chǎn)品的方案設(shè)計通常無法采用純數(shù)學(xué)演算的方法進(jìn)行，也難以用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行完整的描述，而需根據(jù)產(chǎn)品特征進(jìn)行形式化的描述，借助于設(shè)計專家的知識和經(jīng)驗進(jìn)行推理和決策。因此，欲實現(xiàn)計算機輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計，必須解決計算機存儲和運用產(chǎn)品設(shè)計知識和專家設(shè)計決策等有關(guān)方面的問題，由此形成基于產(chǎn)品特征知識的設(shè)計方法。

目前，智能化設(shè)計方法主要是利用三維圖形軟件和虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行設(shè)計，直觀性較好，開發(fā)初期用戶可以在一定程度上直接參與到設(shè)計中，但系統(tǒng)性較差，且零部件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸、位置的合理確定，要求軟件具有較高的智能化程度，或者有豐富經(jīng)驗的設(shè)計者參與。

值得一提的是：上述各種方法并不是完全孤立的，各類方法之間都存在一定程度上的聯(lián)系，如結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計方法中，劃分結(jié)構(gòu)模塊時就蘊含有系統(tǒng)化思想，建立產(chǎn)品特征及設(shè)計方法知識庫和推理機時，通常也需運用系統(tǒng)化和結(jié)構(gòu)模塊化方法，此外，基于產(chǎn)品特征知識的設(shè)計同時又是方案智能化設(shè)計的基礎(chǔ)之一。在機械產(chǎn)品方案設(shè)計中，視能夠?qū)崿F(xiàn)特定功能的通用零件、部件或常用機構(gòu)為結(jié)構(gòu)模塊，并將其應(yīng)用到系統(tǒng)化設(shè)計有關(guān)層次的具體設(shè)計中，即將結(jié)構(gòu)模塊化方法融于系統(tǒng)化設(shè)計方法中，不僅可以保證設(shè)計的規(guī)范化，而且可以簡化設(shè)計過程，提高設(shè)計效率和質(zhì)量，降低設(shè)計成本。

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概述

機械設(shè)備是加工制造的基礎(chǔ)，無論是進(jìn)行民用產(chǎn)品的制造還科研產(chǎn)品的加工以及對新技術(shù)的實踐都需有新的機械設(shè)備進(jìn)行保障。因此對于新的機械設(shè)備的設(shè)計研發(fā)工作需要依托于科技創(chuàng)新，根植于生產(chǎn)實際，以合理、實用、創(chuàng)新為原則，進(jìn)行機械設(shè)備的開發(fā)研制工作，從而促進(jìn)機械設(shè)備設(shè)計水平的提高，在我國經(jīng)濟發(fā)展過程中，產(chǎn)品加工生產(chǎn)設(shè)備占有很大的比例，下面就以產(chǎn)品加工生產(chǎn)設(shè)備為例介紹機械設(shè)備設(shè)計研制過程中需要注意的一些問題。

1 機械設(shè)計的流程

1.1明確機械設(shè)備設(shè)計的主要用途

機械設(shè)備設(shè)計的目的是要設(shè)計出一種能達(dá)到預(yù)定功能要求、具有性能好、成本低、價值最優(yōu)能滿足市場需求的機械產(chǎn)品，機械設(shè)備設(shè)計的特點是從具體概念到具體產(chǎn)品的演化過程，從抽象的產(chǎn)品規(guī)劃、功能需求、原理方案設(shè)計到較具體的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計、總體設(shè)計等。設(shè)計者在設(shè)計過程中，不斷豐富和完善產(chǎn)品的設(shè)計信息，直到完成整個產(chǎn)品的設(shè)計。機械設(shè)計是一個逐步求精和細(xì)化的過程。

1.2 機械設(shè)備設(shè)計研發(fā)的一般流程

以下將對機械設(shè)備設(shè)計研發(fā)的一般流程進(jìn)行闡述：

1.2.1 提出申請：機械設(shè)備的設(shè)計研發(fā)，必須要根據(jù)需求來進(jìn)行設(shè)計，在這一階段需要根據(jù)需求提出申請。

1.2.2 對申請進(jìn)行審批答復(fù)：當(dāng)相應(yīng)的申請?zhí)峤坏街鞴懿块T后，需要主管部門對申請進(jìn)行審核，從可行性和經(jīng)濟性等方面進(jìn)行考核批準(zhǔn)。

1.2.3下發(fā)具體的任務(wù)計劃書：當(dāng)主管部門對申請批準(zhǔn)后，需要對申請中的條文具體細(xì)化，并以任務(wù)計劃書的形式下發(fā)到具體的設(shè)計部門。

1.2.4組建設(shè)計研發(fā)項目組：當(dāng)具體的設(shè)計部門收到任務(wù)計劃書后，需要根據(jù)計劃書中的項目種類、專業(yè)需求，選用與計劃書中相符合的各種人員，組建設(shè)計研發(fā)項目組。

1.2.5根據(jù)計劃書提出初步的方案：設(shè)計研發(fā)項目組需要根據(jù)計劃書中提出的設(shè)計需求，機械設(shè)備需要完成的任務(wù)確定初步的方案，并對這一方案進(jìn)行廣泛的討論，當(dāng)遇到大型設(shè)備時需要提出相應(yīng)的小型樣機的初步方案。

1.2.6根據(jù)初步方案設(shè)計出初步的方案草圖：設(shè)計研發(fā)項目組需要根據(jù)初步方案設(shè)計出初步的方案草圖（包括相應(yīng)的設(shè)計總圖和一些關(guān)鍵部件的設(shè)計圖）。

1.2.7對初步方案草圖進(jìn)行評審：當(dāng)完成項目的初步方案草圖后，項目組需要組織相應(yīng)的人員進(jìn)行方案評審，對初步方案的一些關(guān)鍵部分進(jìn)行可行性評估，而后根據(jù)各方意見提出修改方案。

1.2.8根據(jù)修改后的方案進(jìn)行設(shè)計：當(dāng)方案修改完成后，應(yīng)根據(jù)修改方案進(jìn)行設(shè)計。

1.2.9圖紙審核、批準(zhǔn)：當(dāng)機械設(shè)備設(shè)計完成后，應(yīng)組織人員對圖紙進(jìn)行復(fù)核，復(fù)核完成后方可出圖。

1.2.10零部件的制造：當(dāng)圖紙經(jīng)過審核后下發(fā)到制造部門進(jìn)行生產(chǎn)前，設(shè)計部門需要和加工制造部門就圖紙進(jìn)行會審，對圖紙上不明確的部分或者是疑點進(jìn)行溝通，保證零部件安裝設(shè)計意圖進(jìn)行制造。

1.2.11在加工過程中需要設(shè)計人員和加工人員保持良好的溝通：在圖紙下發(fā)到加工人員進(jìn)行加工后，設(shè)計人員和加工制造人員應(yīng)進(jìn)行良好的溝通，對加工進(jìn)度進(jìn)行把控，并對加工中出現(xiàn)的問題進(jìn)行解決，并對這些問題進(jìn)行記錄，留備以后查看。

1.2.12機械設(shè)備零部件的驗收：在加工制造部門完成全部的加工任務(wù)后，設(shè)計人員應(yīng)到場對加工完成的零部件進(jìn)行相應(yīng)的檢測。

1.2.13對機械設(shè)備的組裝、調(diào)試：當(dāng)檢驗合格的零部件到達(dá)裝配現(xiàn)場后，設(shè)計人員應(yīng)到場指導(dǎo)，就設(shè)備的裝配中出現(xiàn)的問題及時提出解決方案，保障機械設(shè)備裝配的順利進(jìn)行，這一階段對機械設(shè)備的最終質(zhì)量有著非常大的影響，是設(shè)計人員應(yīng)對裝配的全程跟隨，并提出專業(yè)的技術(shù)指導(dǎo)。

1.2.14機械設(shè)備進(jìn)行試生產(chǎn)：當(dāng)機械設(shè)備完成研發(fā)工作，并裝配、調(diào)試達(dá)標(biāo)后，需要機械設(shè)備進(jìn)行試生產(chǎn)，并對機械設(shè)備在試生產(chǎn)的過程中的狀態(tài)進(jìn)行記錄，同時對生產(chǎn)出的產(chǎn)品進(jìn)行檢測，看是否達(dá)到了設(shè)計預(yù)期與設(shè)備需求。如果生產(chǎn)出的產(chǎn)品未滿足設(shè)備需求，選用對設(shè)備進(jìn)行排查，對設(shè)備再次調(diào)試后再次進(jìn)行試生產(chǎn)，直至滿足要求。

1.2.15機械設(shè)備投入生產(chǎn)：在機械設(shè)備試生產(chǎn)合格后，機械設(shè)備將投入正式生產(chǎn)，在這之后，設(shè)計開發(fā)項目組需要對操作人員進(jìn)行培訓(xùn)，同時需要將機械設(shè)備的相關(guān)資料進(jìn)行移交。

2 在設(shè)計研發(fā)的過程中需要注意的問題

以上介紹了機械設(shè)備設(shè)計的整個流程，在這一流程中，各個階段都有需要注意的問題，下面將就這些問題進(jìn)行闡述。

2.1 設(shè)計研發(fā)階段需要注意的問題

一部機器的質(zhì)量基本上決定于設(shè)計質(zhì)量。制造過程對機器質(zhì)量所起的作用，本質(zhì)上就在于實現(xiàn)設(shè)計時所規(guī)定的質(zhì)量。在這一階段，除了機械設(shè)計要合理外，加工制造承擔(dān)著重要的責(zé)任，設(shè)計人員應(yīng)和加工制造部門加強溝通，及時解決加工制造匯中的問題，同時對機械零部件加強跟蹤，保證零部件的制造按照設(shè)計預(yù)期進(jìn)行制造，設(shè)計制造是一個統(tǒng)一的整體，切不可將其分割開來。

2.2 裝配調(diào)試階段需要注意的問題

機械設(shè)備的裝配調(diào)試在整個設(shè)計研發(fā)過程中也占有相當(dāng)重要的比重。裝配調(diào)試的好壞將直接關(guān)系到設(shè)備性能的好壞，在這一階段，設(shè)計人員需要全程跟蹤設(shè)備的裝配調(diào)試，及時對裝配調(diào)試過程中的問題提出指導(dǎo)意見。在這一階段，設(shè)計人員要做好設(shè)備相應(yīng)的記錄工作，積累自身經(jīng)驗，為以后的設(shè)計打好基礎(chǔ)。在裝配調(diào)試完成后，需要進(jìn)行試生產(chǎn)，并對試生產(chǎn)出來的產(chǎn)品進(jìn)行鑒定，如果達(dá)標(biāo)就可交付使用，如果未達(dá)標(biāo)，需要繼續(xù)對設(shè)備進(jìn)行再次調(diào)試，直到試生產(chǎn)結(jié)果達(dá)到設(shè)計預(yù)期。設(shè)備交付使用后，需要對操作人員進(jìn)行培訓(xùn)，并將全套資料進(jìn)行移交。

結(jié)語

本文根據(jù)作者的實際工作經(jīng)驗，對機械設(shè)備設(shè)計研發(fā)中的一些問題進(jìn)行介紹。并對設(shè)計研發(fā)過程中的問題提出了解決方案。

參考文獻(xiàn)

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【關(guān)鍵詞】機械零部件設(shè)計；傳統(tǒng)零部件設(shè)計；創(chuàng)新設(shè)計

1.傳統(tǒng)機械零部件設(shè)計的自身局限性

傳統(tǒng)機械零部件的設(shè)計在運用中出現(xiàn)的諸多問題，這些問題的出現(xiàn)，都是機械零部件傳統(tǒng)的設(shè)計局限性所產(chǎn)生的。傳統(tǒng)設(shè)計在長期運用中得到不斷的完善和提高，目前在大多數(shù)情況下仍然是有效的設(shè)計方法，但是它有很多局限：在方案設(shè)計時憑借設(shè)計者有限的直接經(jīng)驗或間接經(jīng)驗，通過計算、類比分析等，以收斂思維方式，過早地確定方案。這種方案設(shè)計既不充分又不系統(tǒng)，不強調(diào)創(chuàng)新，因此很難得到最優(yōu)方案；在機械零部件設(shè)計中，僅對重要的零部件根據(jù)簡化的力學(xué)模型或經(jīng)驗公式進(jìn)行靜態(tài)的或近似的設(shè)計計算，其他零部件只作類比設(shè)計，與實際工況有時相差較遠(yuǎn)，難免造成失誤；傳統(tǒng)設(shè)計偏重于考慮產(chǎn)品自身的功能的實現(xiàn)，忽略人―機―環(huán)境之間關(guān)系的重要性；傳統(tǒng)設(shè)計采用手工計算、繪圖，設(shè)計的準(zhǔn)確性差、工作周期長、效率低。

2.機械零部件創(chuàng)新設(shè)計的思維方式

機械零部件設(shè)計的本質(zhì)是創(chuàng)造和革新。現(xiàn)代機械機械零部件設(shè)計強調(diào)創(chuàng)新設(shè)計，要求在設(shè)計中更充分地發(fā)揮設(shè)計者的創(chuàng)造力，利用最新科技成果，在現(xiàn)代設(shè)計理論和方法的指導(dǎo)下，設(shè)計出更具有生命力的產(chǎn)品。

2.1運用創(chuàng)造思維

設(shè)計者的創(chuàng)造力是多種能力、個性和心理特征的綜合表現(xiàn)，它包括觀察能力、記憶能力、想象能力、思維能力、表達(dá)能力、自控能力、文化修養(yǎng)、理想信念、意志性格、興趣愛好等因素。其中想象能力和思維能力是創(chuàng)造力的核心，它是將觀察、記憶所得信息有控制地進(jìn)行加工變換，創(chuàng)造表達(dá)出新成果的整個創(chuàng)造活動的中心。創(chuàng)造力的開發(fā)可以從培養(yǎng)創(chuàng)新意識、提高創(chuàng)新能力和素質(zhì)、加強創(chuàng)新實踐等方面著手。設(shè)計者不是把設(shè)計工作當(dāng)成例行公事，而是時刻保持強烈的創(chuàng)新愿望和沖動，掌握必要創(chuàng)新方法，加強學(xué)習(xí)和鍛煉，自覺開發(fā)創(chuàng)造力，成為一個符合現(xiàn)代設(shè)計需要的創(chuàng)新人才。

2.2運用發(fā)散思維

發(fā)散思維又稱輻射思維或求異思維等。它是以欲解決的問題為中心，思維者打破常規(guī)，從不同方向，多角度、多層次地考慮問題，求出多種答案的思維方式。例如，若提出“將兩零部件聯(lián)結(jié)在一起”的問題，常規(guī)的辦法有螺紋聯(lián)結(jié)、焊接、膠接、鉚接等，但運用發(fā)散思維思考，可以得到利用電磁力、摩擦力、壓差或真空、綁縛、冷凍等方法。發(fā)散思維是創(chuàng)造性思維的主要形式之一，在技術(shù)創(chuàng)新和方案設(shè)計中具有重要的意義。

2.3運用創(chuàng)新思維

創(chuàng)造力的核心是創(chuàng)新思維。創(chuàng)新思維是一種最高層次的思維活動，它是建立在各類常規(guī)思維基礎(chǔ)上的。人腦在外界信息激勵下，將各種信息重新綜合集成，產(chǎn)生新的結(jié)果的思維活動過程就是創(chuàng)新思維。機械機械零部件設(shè)計的過程是創(chuàng)新的過程。設(shè)計者應(yīng)打破常規(guī)思維的慣例，追求新的功能原理、新方案、新結(jié)構(gòu)、新造型、新材料、新工藝等，在求異和突破中體現(xiàn)創(chuàng)新。

3.設(shè)計機械零部件的過程

3.1機械零部件設(shè)計的主要內(nèi)容

機械零部件設(shè)計是機械設(shè)計的重要組成部分，機械運動方案中的機構(gòu)和構(gòu)件只有通過零部件設(shè)計才能得到用于加工的零部件工作圖和部件裝配圖，同時它也是機械總體設(shè)計的基礎(chǔ)。機械零部件設(shè)計的主要內(nèi)容包括：根據(jù)運動方案設(shè)計和總體設(shè)計的要求，明確零部件的工作要求、性能、參數(shù)等，選擇零部件的結(jié)構(gòu)構(gòu)形、材料、精度等，進(jìn)行失效分析和工作能力計算，畫出零部件圖和部件裝配圖。機械產(chǎn)品整機應(yīng)滿足的要求是由零部件設(shè)計所決定的，機械零部件設(shè)計應(yīng)滿足的要求為：在工作能力上要求具體有強度、剛度、壽命、耐磨性、耐熱性、振動穩(wěn)定性及精度等；在工藝性上要求加工、裝配具有良好的工藝性及維修方便；在經(jīng)濟性上的要求主要指生產(chǎn)成本要低。

3.2準(zhǔn)確把握機械零部件的失效形式

機械零部件由于各種原因不能正常工作而失效，其失效形式很多，主要有斷裂、表面壓碎、表面點蝕、塑性變形、過度彈性變形、共振、過熱及過度磨損等。為了保證零部件能正常工作，在設(shè)計零部件時應(yīng)首先進(jìn)行零部件的失效分析，預(yù)估失效的可能性，采取相應(yīng)措施，其中包括理論計算，計算所依據(jù)的條件稱為計算準(zhǔn)則，常用的計算準(zhǔn)則有：一是強度準(zhǔn)則。強度是機械零部件抵抗斷裂、表面疲勞破壞或過大塑性變形等失效的能力。強度要求是保證機械零部件能正常工作的基本要求。二是剛度準(zhǔn)則。剛度是指零部件在載荷的作用下，抵抗彈性變形的能力。剛度準(zhǔn)則要求零部件在載荷作用下的彈性變形在許用的極限值之內(nèi)。三是振動穩(wěn)定性準(zhǔn)則。對于高速運動或剛度較小的機械，在工作時應(yīng)避免發(fā)生共振。振動穩(wěn)定性準(zhǔn)則要求所設(shè)計的零部件的固有頻率與其工作時所受激振源的頻率錯開。四是耐熱性準(zhǔn)則。機械零部件在高溫工作條件下，由于過度受熱，會引起油失效、氧化、膠合、熱變形、硬度降低等問題，使零部件失效或機械精度降低。

3.3選擇合理的機械零部件表面粗糙度

表面粗糙度是反映零部件表面微觀幾何形狀誤差的一個重要技術(shù)指標(biāo)，是檢驗零部件表面質(zhì)量的主要依據(jù)；它選擇的合理與否，直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量、使用壽命和生產(chǎn)成本。機械零部件表面粗糙度的選擇方法有3種，即計算法、試驗法和類比法。在機械零部件設(shè)計工作中，應(yīng)用最普通的是類比法，此法簡便、迅速、有效。應(yīng)用類比法需要有充足的參考資料，現(xiàn)有的各種機械設(shè)計手冊中都提供了較全面的資料和文獻(xiàn)。最常用的是與公差等級相適應(yīng)的表面粗糙度。在通常情況下，機械零部件尺寸公差要求越小，機械零部件的表面粗糙度值也越小，但是它們之間又不存在固定的函數(shù)關(guān)系。在實際工作中，對于不同類型的機器，其零部件在相同尺寸公差的條件下，對表面粗糙度的要求是有差別的。這就是配合的穩(wěn)定性問題。在機械零部件的設(shè)計和制造過程中，對于不同類型的機器，其零部件的配合穩(wěn)定性和互換性的要求是不同的。在設(shè)計工作中，表面粗糙度的選擇歸根到底還是必須從實際出發(fā)，全面衡量零部件的表面功能和工藝經(jīng)濟性，才能作出合理的選擇。

3.4整體優(yōu)化機械零部件設(shè)計方法

要充分運用機械學(xué)理論和方法，包括機構(gòu)學(xué)、機械動力學(xué)、摩擦學(xué)、機械結(jié)構(gòu)強度學(xué)、傳動機械學(xué)等及計算機輔助分析的不斷發(fā)展，對設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)問題能作出很好的處理，一系列新型的設(shè)計準(zhǔn)則和方法正在形成。

【參考文獻(xiàn)】

［1］隋明陽．機械設(shè)計基礎(chǔ)[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2002．

篇5

【關(guān)鍵詞】 機械產(chǎn)品 現(xiàn)代設(shè)計 計算機

1 現(xiàn)代設(shè)計理念概述

所謂設(shè)計就是根據(jù)一定的設(shè)計目的和產(chǎn)品應(yīng)用要求，借助一定媒體將軟性思維轉(zhuǎn)化為相關(guān)產(chǎn)品信息、產(chǎn)品模型的過程。因此，機械產(chǎn)品的設(shè)計必須具有目的性、結(jié)構(gòu)性和嚴(yán)謹(jǐn)性，而現(xiàn)代設(shè)計是基于提高設(shè)計速度和設(shè)計水平為出發(fā)點，將智能化和自動化充分運用于產(chǎn)品設(shè)計與研發(fā)當(dāng)中的一種設(shè)計方法。因此，機械產(chǎn)品現(xiàn)代設(shè)計理念的特點就是智能化和自動化。在上世紀(jì)80年代以前，我國在設(shè)計領(lǐng)域中的一些設(shè)計技術(shù)、設(shè)計方法、設(shè)計理念相比國際上相對落后，對于一些先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用知之甚少，而為了強調(diào)設(shè)計技術(shù)的變革，通常把我國過去常用的設(shè)計稱為傳統(tǒng)設(shè)計，而把國際上興起的新興設(shè)計技術(shù)稱為現(xiàn)代設(shè)計。經(jīng)濟的快速發(fā)展必然要求生產(chǎn)效率的提高，而生產(chǎn)效率的提高必須要將新興科學(xué)技術(shù)充分運用于生產(chǎn)領(lǐng)域中，因此機械產(chǎn)品功能的多樣性、機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、機械產(chǎn)品使用壽命的長期性必然會給機械設(shè)計提出時代課題。隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，在產(chǎn)品設(shè)計繪圖、加工制造等方面的研究已經(jīng)取得了一定的成果，但計算機在產(chǎn)品初期設(shè)計中的應(yīng)用卻少之又少，因此計算機在設(shè)計中的應(yīng)用是機械產(chǎn)品現(xiàn)代設(shè)計方法的必然選擇。

2 機械產(chǎn)品現(xiàn)代設(shè)計方法類型

2.1 系統(tǒng)化設(shè)計方法

所謂系統(tǒng)就是整體與部分之間相互聯(lián)系、密不可分的一種構(gòu)成方式。同時，每個組成部分又具有獨立性，每個組成部分發(fā)揮的作用也不盡相同，這些不同的作用對于整體而言又是必不可少的，正是由于不同元素之間的相互作用，才維持了整體作用的持續(xù)發(fā)揮。系統(tǒng)化設(shè)計方法正是對系統(tǒng)原理的充分體現(xiàn)，系統(tǒng)化設(shè)計方法理論源于德國學(xué)者Pahl和Beitz教授，我國多學(xué)著在設(shè)計實踐中充分借鑒西方國家設(shè)計理念，同時根據(jù)我國實際情況對系統(tǒng)化設(shè)計理論不斷進(jìn)行深化，一是從產(chǎn)品開發(fā)過程的宏觀性為出發(fā)點，根據(jù)用戶需求，利用質(zhì)量功能布置法，以產(chǎn)品開發(fā)階段技術(shù)要求為目標(biāo)，系統(tǒng)地將客戶需求轉(zhuǎn)化為實際產(chǎn)品功能。二是借助生命系統(tǒng)理論將產(chǎn)品視作為層次分明的生命系統(tǒng)，在產(chǎn)品設(shè)計過程中進(jìn)行層次上的劃分，以達(dá)到產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)性。設(shè)計就本質(zhì)來說是產(chǎn)品要求和設(shè)計者自身思想的有效結(jié)合，因此不同設(shè)計者對待同一產(chǎn)品會有不同的角度和思路，總的來說，具有代表性的系統(tǒng)化設(shè)計方法主要包括設(shè)計元素法、圖形建模法、“構(gòu)思”―“設(shè)計”法、矩陣設(shè)計法、鍵合圖法等等。

2.2 結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計方法

結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計方法是從規(guī)劃產(chǎn)品的角度出發(fā)而提出的，而這種方法的設(shè)計任務(wù)又是以產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，利用產(chǎn)品通用零部件來確定設(shè)計任務(wù)，同時在分解設(shè)計任務(wù)時就要充分考慮好不同零部件之間存在的作用沖突，解決好矛盾，同時還要及早預(yù)測生產(chǎn)能力和費用，由此來提高設(shè)計效率，從而降低產(chǎn)品研發(fā)成本。設(shè)計任務(wù)的功能化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)共分為四層：產(chǎn)品―功能組成―主要功能組件―功能元件。為了更好地評價專用機械設(shè)計和更有效地規(guī)避制造風(fēng)險，在專用機械設(shè)計中采用功能化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)將充分發(fā)揮優(yōu)勢作用。

2.3 基于產(chǎn)品特征知識的設(shè)計方法

利用計算機的語言識別功能來描述產(chǎn)品特征及相關(guān)專家的知識經(jīng)驗是基于產(chǎn)品特征知識設(shè)計方法的主要特點，這種方法實際上是利用知識庫和推理機及已儲存領(lǐng)域知識來實現(xiàn)計算機輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計。產(chǎn)品特征是機械系統(tǒng)方案設(shè)計的主要依據(jù)，而設(shè)計領(lǐng)域相關(guān)專家的知識和經(jīng)驗又是對機械系統(tǒng)特征的規(guī)律性把握，基于產(chǎn)品特征知識的設(shè)計就是利用這兩個方面來進(jìn)行推量和決策，從而來完成機構(gòu)的型、數(shù)綜合。而知識的自動獲取、表達(dá)、集成、協(xié)調(diào)管理和使用，又是實現(xiàn)這一階段計算機輔助設(shè)計的必然前提。綜觀國內(nèi)外設(shè)計學(xué)者針對機械系統(tǒng)方案設(shè)計知識的自動化獲取的研究，采用的方法主要包括：編碼法、知識的混合型表達(dá)法、利用基于知識的開發(fā)工具、設(shè)計目錄法、基于實例的方法這五種。

2.4 智能化設(shè)計方法

根據(jù)設(shè)計方法學(xué)理論，借助三維圖形軟件、智能化設(shè)計軟件和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，以及多媒體工具來進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計是智能化設(shè)計方法的主要特點。數(shù)學(xué)系統(tǒng)理論和系統(tǒng)工程理論是智能化設(shè)計方法的理論支柱，在利用這兩個理論時，充分利用產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)和系統(tǒng)開發(fā)方法學(xué)研制出與產(chǎn)品設(shè)計初期相適應(yīng)的多媒體開發(fā)系統(tǒng)軟件是智能化設(shè)計方法的基本原理。

3 結(jié)語

機械產(chǎn)品的系統(tǒng)化設(shè)計方法、結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計方法、基于產(chǎn)品特征知識的設(shè)計方法、智能化設(shè)計方法是機械現(xiàn)代化設(shè)計的主要內(nèi)容，而這四者之間又有著密切的聯(lián)系。在信息化的時代背景下，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展帶來了機械產(chǎn)品功能與結(jié)構(gòu)的深刻變革，但機械產(chǎn)品功能與結(jié)構(gòu)的變革與機械設(shè)計的發(fā)展卻并不同步，機械產(chǎn)品方案的設(shè)計手段顯得力不從心，跟不上時展的需要。由于這四者之間密切的聯(lián)系，要想有效的實現(xiàn)機械化設(shè)計的現(xiàn)代化，還必須對這四種方法進(jìn)行綜合運用。而計算機輔助功能在機械設(shè)計領(lǐng)域的運用也必然會帶來新技術(shù)、新方法、原理的大量涌現(xiàn)。因此，在機械現(xiàn)代化設(shè)計中必須將計算機功能充分運用其中，因為計算機的運用本身就是信息化、智能化的一個重要標(biāo)志，計算機在機械設(shè)計中的應(yīng)用也必然會在很大程度上提高設(shè)計水水平、加快設(shè)計速度。所以機械現(xiàn)代化設(shè)計是機械設(shè)計的必然發(fā)展趨勢。機械產(chǎn)品作為生產(chǎn)領(lǐng)域的重要生產(chǎn)工具，它的變革往往會帶來整個生產(chǎn)領(lǐng)域的變革，從而帶動經(jīng)濟的發(fā)展，而機械設(shè)計已經(jīng)從傳統(tǒng)走向了現(xiàn)代，這是思想變革和技術(shù)變革的有效結(jié)合，為了實現(xiàn)我國機械設(shè)計的現(xiàn)代化，必須完善創(chuàng)新機制，加大科研投資力度，培養(yǎng)機械設(shè)計人才隊伍，只有通過技術(shù)創(chuàng)新才能夠保證我國機械設(shè)計能夠步入世界先進(jìn)行列。

參考文獻(xiàn)：

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【關(guān)鍵詞】機械電子工程 工程設(shè)計 技術(shù)要點 分析

機械電子工程是科技快速發(fā)展的產(chǎn)物，是高新技術(shù)的代表。機械電子工程在各個國家和領(lǐng)域都有進(jìn)行大力研究和投入，目前在我國，機械電子工程是重要的高科技產(chǎn)業(yè)，對全面提高我國的國際競爭力有著非常積極的意義。現(xiàn)就機械電子工程設(shè)計中的技術(shù)要點分析，具體如下。

1 機械電子工程中的技術(shù)要點――EDA技術(shù)

在機械電子工程設(shè)計中，EDA技術(shù)是一種新技術(shù)，是機械電子工程設(shè)計中非常重要的技術(shù)。在實際應(yīng)用過程中，EDA技術(shù)的主要載體是能進(jìn)行大規(guī)模編程的邏輯器件，在進(jìn)行編程的時候，使用硬件描述語言的表達(dá)方式。在EDA技術(shù)應(yīng)用的過程中，需要利用計算機和可編程邏輯器件等，作為開發(fā)軟件或試驗軟件，對特定的目標(biāo)芯片進(jìn)行適配編譯和邏輯映射，最終形成電子新系統(tǒng)或?qū)Ｓ眉尚酒?。EDA技術(shù)的發(fā)展是在電子電路CAD技術(shù)上形成的計算機軟件系統(tǒng)。EDA技術(shù)的組成部件是編譯器、綜合器、下載器和適配器，對于綜合器，是用來將設(shè)計師的設(shè)計文件進(jìn)行轉(zhuǎn)換，成為該系統(tǒng)的門級描述，綜合器的作用其實就是能將硬件和軟件進(jìn)行相互連接。對于適配器，是能生成最終下載文件，并能將其安排到指定對的器件中。目前，在機械電子工程設(shè)計方面，主要的核心技術(shù)就是EDA技術(shù)，其主要是因為在EDA技術(shù)中應(yīng)用的是HDL高級語言，HDL高級語言可以實現(xiàn)公開利用、描述范圍廣，在進(jìn)行機械電子設(shè)計中，能起到非常多的輔助作用，在進(jìn)行后期交流、修改和保存的過程中也十分方便，且該語言能對現(xiàn)有的已經(jīng)完成的設(shè)計方案進(jìn)行自動在線升級。另外，EDA技術(shù)有著非常高的自動化程度，對一些常規(guī)的仿真、糾錯等工作能夠快速完成。

2 EDA技術(shù)在機械電子工程設(shè)計中的研究

2.1 EDA技術(shù)進(jìn)行仿真分析

在確定機械電子工程的設(shè)計方案后，就要通過科學(xué)的系統(tǒng)仿真或者結(jié)構(gòu)模擬，對設(shè)計方案的科學(xué)性、合理性以及可行性進(jìn)行分析和研究。通過分析和研究，才能保證在后續(xù)實踐中，設(shè)計方案的順利應(yīng)用。而在電子設(shè)計中應(yīng)用EDA技術(shù)進(jìn)行仿真分析能夠為偽真分析提供良好的技術(shù)支持 ，EDA技術(shù)進(jìn)行的仿真分析，是通過各個環(huán)節(jié)當(dāng)中的傳遞函數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模來實現(xiàn)的，經(jīng)過構(gòu)建和仿真系統(tǒng)，能準(zhǔn)確驗證一些理論和構(gòu)思的合理性，能夠很好的對設(shè)計方案進(jìn)行推廣和使用。另外，EDA技術(shù)在完成仿真分析后，能夠?qū)Ω鱾€電路的實際結(jié)構(gòu)、電路結(jié)構(gòu)的正確性以及性能指標(biāo)進(jìn)行分析。這種采用EDA技術(shù)進(jìn)行的仿真能夠使我國的機械電子工程設(shè)計水平得到很大的提高。

2.2 EDA技術(shù)對電路特性的優(yōu)化設(shè)計

對設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化，主要目的是保證電子元件在實際應(yīng)用過程中的穩(wěn)定性和可靠性，而要想實現(xiàn)這一目標(biāo)就要能夠保證其有最佳的容差和工作環(huán)境溫度。在實際工作中，要對電子元件的實際容差以及環(huán)境溫度進(jìn)行全面勘測和分析，而傳統(tǒng)的電子工程設(shè)計方法是很難實現(xiàn)這一點的，并且還會導(dǎo)致所得到的設(shè)計方案存在某些漏洞和誤差，從而不能有效保障電子元件的實際容差和工作環(huán)境溫度。通過EDA技術(shù)對電路特性進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計能夠有效解決這一問題，其主要原因是EDA技術(shù)能夠?qū)囟冗M(jìn)行統(tǒng)計分析，進(jìn)而根據(jù)統(tǒng)計分析結(jié)果確定最佳電子元件參數(shù)和電路結(jié)構(gòu)圖，并獲得相應(yīng)的環(huán)境溫度。由此看來，EDA技術(shù)對電路特性的優(yōu)化設(shè)計，不僅能能對機械電子工程設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化、完善，還能夠保證電子元件在實際工作環(huán)境中的穩(wěn)定性。

2.3 EDA技術(shù)對電路特性進(jìn)行有效分析

對電路特性進(jìn)行有效分析，是EDA技術(shù)中非常重要的部分，其中主要原因是因樵諢械電子工程方案設(shè)計過程中，基本上所有的理論分析都是在數(shù)據(jù)測試和特性分析的基礎(chǔ)上來進(jìn)行的，所以在數(shù)據(jù)測試和特性分析方面所獲得的數(shù)據(jù)必須保證其準(zhǔn)確性和及時性。而傳統(tǒng)的電子工程設(shè)計方法，由于受到多方影響，使得其在數(shù)據(jù)測試和特性分析等方面存在問題，不能保證電路測試的實際精度，甚至對產(chǎn)品后期使用的穩(wěn)定性有所影響。而EDA技術(shù)對電路特性進(jìn)行分析，能夠?qū)φ麄€系統(tǒng)進(jìn)行全面的、精確的測試，避免設(shè)計方案出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性的差異，保證了機械電子工程設(shè)計方案的合理性和科學(xué)性。

2.4 在機械結(jié)構(gòu)中要防止靜電發(fā)生

近年來，電子產(chǎn)品的發(fā)展主要是以輕薄為發(fā)展趨勢，而愈加縮小的線路和密集的電子元件排列，對靜電的防治有著更高的要求，靜電電流會對電子元件造成致命的毀壞。靜電電場對周邊電荷的吸引力，會導(dǎo)致集成電路的燒毀，所以，在實際工作中，工作人員要做好靜電防護(hù)工作，降低靜電發(fā)生的概率。

3 結(jié)束語

綜上所述，機械電子工程在推動我國科技進(jìn)步和社會發(fā)展方面有著非常重要的意義，而EDA技術(shù)在機械電子工程技術(shù)方案設(shè)計的應(yīng)用中為我國的電子工程行業(yè)帶來了巨大的變革，采用EDA技術(shù)設(shè)計出來的產(chǎn)品具有使用性能好、專業(yè)化程度高、穩(wěn)定性強等特點，采用EDA技術(shù)能在較大程度上提高工作效率，能獲得更多高附加值的電子產(chǎn)品。本文主要就機械電子工程設(shè)計中的技術(shù)要點（EDA技術(shù)）進(jìn)行闡述，然后對EDA技術(shù)在機械電子工程設(shè)計中的研究進(jìn)行了分析討論。筆者希望更多的專業(yè)人士投入到該研究中，針對文中存在的不足，提出指征意見，為提高我國的機械的電子工程設(shè)計行業(yè)做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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作為重要的計算機信息化技術(shù)，自動化技術(shù)的應(yīng)用對于提高機械設(shè)計的質(zhì)量和水平具有重要作用。本文首先分析了自動化技術(shù)在機械設(shè)計中的重要作用，然后具體探討了機械設(shè)計自動化技術(shù)的實際應(yīng)用，以期為相關(guān)技術(shù)與設(shè)計人員提供參考。

機械自動化是指將自動化技術(shù)應(yīng)用到機械制造的過程中，對自動生產(chǎn)過程進(jìn)行不斷優(yōu)化改造，以促進(jìn)加工對象生產(chǎn)連續(xù)性和自動化，提高生產(chǎn)投入的流動速度與加工轉(zhuǎn)換。機械自動化技術(shù)的應(yīng)用水平將直接影響著機械行業(yè)的整體發(fā)展質(zhì)量，其良好應(yīng)用有利于改善機械制造業(yè)的技術(shù)手段和工藝方式，對于提高機械制造的整體質(zhì)量具有重要作用。而作為機械制造中的重要組成部分，機械設(shè)計更需要加強與自動化技術(shù)的結(jié)合，以促進(jìn)機械制造的發(fā)展。因此，加強有關(guān)機械設(shè)計中自動化技術(shù)的應(yīng)用探討，對于改善自動化技術(shù)的應(yīng)用質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實意義。

1.自動化技術(shù)在機械設(shè)計中的重要作用

（1）改善資源利用率。機械制造中自動化技術(shù)的應(yīng)用，對于降低資源能源消耗、提高資源利用率具有重要作用。具體表現(xiàn)為：自動化技術(shù)能夠改良原材料材質(zhì)及尺寸等方面的適應(yīng)性；促進(jìn)機械生產(chǎn)與設(shè)計的精細(xì)化發(fā)展，進(jìn)而加強殘料的利用，利于原材料成本的節(jié)省。

（2）提升機械制造質(zhì)量。相比傳統(tǒng)的機械設(shè)計與制造技術(shù)，自動化技術(shù)擁有更高的精準(zhǔn)性、優(yōu)越性和高效性。具體表現(xiàn)為：能夠完成大批量的生產(chǎn)過程，生產(chǎn)環(huán)節(jié)與流程更為明確與具體，工作效率得到明顯提高，減少了誤產(chǎn)情況的發(fā)生：改良了傳統(tǒng)制造工藝，提高了傳統(tǒng)評價、測量等指標(biāo)的數(shù)字化水平和信息化水平，執(zhí)行過程更易控制與調(diào)節(jié)，同類產(chǎn)品之間的參數(shù)與運行誤差大幅度減小。

（3）提高機械運行水平。采用自動化技術(shù)能夠改善機械的運行狀況，可利用實時數(shù)據(jù)模型對機械的運行狀況進(jìn)行準(zhǔn)確和有效監(jiān)控。具體表現(xiàn)為：通過數(shù)字化數(shù)據(jù)模式的使用，增強了機械故障的可比性和可診斷性，利于故障問題的維修與機械的養(yǎng)護(hù)；能夠及時報告機械生產(chǎn)過程中存在的安全隱患及缺陷狀況，利于機械設(shè)備的維護(hù)與檢修能夠根據(jù)設(shè)定參考數(shù)據(jù)對機械工作狀態(tài)、維護(hù)狀況等進(jìn)行綜合分析研究，利于優(yōu)化設(shè)備運行環(huán)境及參數(shù)結(jié)構(gòu)。

（4）促進(jìn)生產(chǎn)質(zhì)量可靠性的提高。自動化技術(shù)能夠監(jiān)控機械制造成整體過程與環(huán)節(jié)，能夠檢測各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)與生產(chǎn)安全數(shù)據(jù)，并報告錯誤指標(biāo)。具體表現(xiàn)為：能夠?qū)崟r監(jiān)控機械設(shè)備、生產(chǎn)參數(shù)等運行指標(biāo)，并以設(shè)定參數(shù)模型為依據(jù)提供故障報警，對于安全事故問題發(fā)生率的降低及生產(chǎn)預(yù)測判斷可靠性的提高具有重要作用；將生產(chǎn)操作過程更加細(xì)化，并簡化操作步驟，有效避免了由人為操作失誤而導(dǎo)致的安全事故問題的發(fā)生。

2.自動化技術(shù)在機械設(shè)計中的應(yīng)用

2.1機械設(shè)計與自動化體系

產(chǎn)品的概念設(shè)計是指產(chǎn)品的原理方案設(shè)計過程，其是提高產(chǎn)品創(chuàng)新性的重要關(guān)節(jié)。為保證機械產(chǎn)品設(shè)計的新穎性，需要利用多種思維方法和角度對同一問題進(jìn)行重復(fù)考證以形成一系列解，組成解空間。以三維平臺為急促的復(fù)雜機械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計及自動化系統(tǒng)組成自動化體系，其具有快速的產(chǎn)品開發(fā)和創(chuàng)新性的方案設(shè)計功能。

2.1.1在概念設(shè)計過程中，系統(tǒng)將采用改良功能分解與重組創(chuàng)新設(shè)計方法和利用設(shè)計規(guī)則的創(chuàng)新設(shè)計方法兩種計算機輔助創(chuàng)新設(shè)計方法。此兩種方法提供的設(shè)計方案都將利用符合方案方式呈現(xiàn)；符號方案隨后被自行分解為基本機構(gòu)及其連接關(guān)系。對于能夠識別的基本機構(gòu)，可以采用基本機構(gòu)運動分析方法對機構(gòu)內(nèi)部構(gòu)件進(jìn)行分析以獲取平面運動分析數(shù)據(jù)。為保證產(chǎn)品開發(fā)的速度，通常還會將面向?qū)ο蠹夹g(shù)應(yīng)用到基本機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計中。利用三維平臺的二次開發(fā)過程，通過數(shù)據(jù)庫的驅(qū)動和特征控制參數(shù)過程，并能完成使用較少特征控制參數(shù)驅(qū)動整體基本機構(gòu)的三維設(shè)計過程，從而有效克服了基本機構(gòu)的短時虛擬建模難題。

2.1.2在概念設(shè)計中形成的符號方案會通過自動化轉(zhuǎn)換過程生成相應(yīng)的二維虛擬樣機以開展虛擬仿真，利用此種方式，產(chǎn)品方案的評價過程就從概念設(shè)計的價值評價轉(zhuǎn)換為虛擬樣機的定量行為評價，使得更多具有創(chuàng)新性和可靠性的設(shè)計方案能夠被選擇出來。

2.1.3為保證產(chǎn)品的運動剛度要求及工藝美學(xué)設(shè)計特點，按照基本機構(gòu)之間的連接關(guān)系與機構(gòu)占據(jù)空間，可以采用最優(yōu)布局算法對機構(gòu)的空間位置進(jìn)行確定，從而使復(fù)雜機械系統(tǒng)的空間占據(jù)體積最小。依據(jù)運動分析數(shù)據(jù)與機構(gòu)的布局方式，采用“后臺預(yù)制”裝配技術(shù)，便能將基本機構(gòu)的三維虛擬模型安置到特定的布局空間中。通過對驅(qū)動構(gòu)件位置進(jìn)行連續(xù)變化，就能獲取同概念設(shè)計符號方案相一致的復(fù)雜機械系統(tǒng)的虛擬樣機。

因此，采用復(fù)雜機械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計與自動化體系，既能改善產(chǎn)品設(shè)計的新穎性與創(chuàng)新性，又能提升產(chǎn)品的開發(fā)速率。

2.2信息自動化與生產(chǎn)自動化

信息自動化過程主要是在機械生產(chǎn)中利用自動化設(shè)備對電子信息進(jìn)行識別來完成的。通過信息自動化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對生產(chǎn)系統(tǒng)管理、工藝方式、過程設(shè)計、生產(chǎn)參數(shù)設(shè)定等過程的數(shù)據(jù)化改進(jìn)。如在鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)中采用的高爐自動化技術(shù)，其利用了軟測量技術(shù)、智能化檢測技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、高精度傳感器技術(shù)及惡劣環(huán)境的可靠性技術(shù)為手段對高爐工藝流程進(jìn)行連續(xù)性檢測，并采用數(shù)字成像技術(shù)使?fàn)t內(nèi)經(jīng)驗?zāi)Ｐ?、檢測等具有可視化特性。其可根據(jù)用戶的不同需求進(jìn)行模塊化設(shè)計，且在圖像設(shè)計中可以利用離線三維成像及在線二維成像，具有較高的成像速度。

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關(guān)鍵詞CDIO；機械設(shè)計類課程；教學(xué)改革

引言

CDIO（構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實施（Implement）和運行（Operate））是由美國麻省理工學(xué)院聯(lián)合瑞典幾所高校共同開發(fā)的一種全新工程教育理念和實施體系，其核心理念就是以產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動的、實踐的方式學(xué)習(xí)工程，培養(yǎng)學(xué)生的理論知識、個人素質(zhì)、協(xié)作能力、工程-社會大系統(tǒng)適應(yīng)及調(diào)控能力，①其理念正好與工程教育認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)是契合的。因此，為切實支撐專業(yè)認(rèn)證，培養(yǎng)具有工程理念的高素質(zhì)、創(chuàng)新型工程人才奠定基礎(chǔ)，倡導(dǎo)CDIO工程理念，重構(gòu)機械設(shè)計系列課程體系和課程內(nèi)容，開展教育教學(xué)改革具有非常重要的理論和實用意義。

1優(yōu)化課程體系和教學(xué)內(nèi)容

機械設(shè)計系列課程具有較強的理論性，同時又要與實踐緊密結(jié)合，基于CDIO理念的機械設(shè)計系列課程教學(xué)改革首先需要重構(gòu)課程體系和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。課程體系要凸顯整機設(shè)計，強化工程理念，將各門課程有機地結(jié)合起來，進(jìn)而構(gòu)建一種集專業(yè)理論知識、工程能力和綜合素質(zhì)培養(yǎng)于一體、體現(xiàn)理論教學(xué)和實踐教學(xué)無縫對接的課程體系。②以CDIO從最初的產(chǎn)品構(gòu)思到最后機器成品運行的工程教育理念為“主線”，建立基于整機設(shè)計的機械設(shè)計系列課程體系如圖1所示。

1.1以各門課程為子系統(tǒng)，進(jìn)行課程內(nèi)容的優(yōu)化重構(gòu)

以往課程內(nèi)容的理論學(xué)時偏多，實踐學(xué)時匱乏，重理論輕實踐的現(xiàn)狀難以培養(yǎng)學(xué)生解決問題所需要的綜合能力，容易造成“學(xué)而無用”。為充分體現(xiàn)學(xué)科和技術(shù)的內(nèi)在聯(lián)系，使得理論與實踐有機結(jié)合，課程內(nèi)容的整合要突出設(shè)計性和工程實用性，強調(diào)基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)服務(wù)于工程實踐。以機械設(shè)計課程為例，原有的一些教學(xué)內(nèi)容過分強調(diào)理論公式的推導(dǎo)和論證，在有限的教學(xué)學(xué)時內(nèi)，使得培養(yǎng)工程應(yīng)用和實踐能力的教學(xué)內(nèi)容不斷弱化，因此，在新的課程內(nèi)容優(yōu)化重構(gòu)中，需要弱化一般性公式的詳細(xì)推導(dǎo)，重在設(shè)計思路和設(shè)計方法的介紹，如“齒輪傳動”一章內(nèi)容優(yōu)化為：簡化設(shè)計計算公式的推導(dǎo)，重在設(shè)計準(zhǔn)則、設(shè)計思路以及對設(shè)計過程中各環(huán)節(jié)的把握，并將齒輪傳動的強度計算、查表、數(shù)據(jù)處理和結(jié)構(gòu)設(shè)計等融入例題中詳細(xì)講解。在講述齒輪傳動的受力分析時，將直齒圓柱齒輪、斜齒圓柱齒輪、錐齒輪和蝸輪蝸桿等各類傳動的受力分析整合在一起進(jìn)行講述，這樣便于學(xué)生類比掌握受力分析的要點和方法。

1.2以工程應(yīng)用為主線，實現(xiàn)課程體系教學(xué)內(nèi)容的縱橫整合

知識是由淺入深的，學(xué)習(xí)也是循序漸進(jìn)的，因此，每門課程內(nèi)容的設(shè)置要考慮與前續(xù)課程知識點的聯(lián)系。“縱向整合”就是將機械設(shè)計系列課程體系中各門課程建立前后內(nèi)在聯(lián)系，要講新帶舊，要引舊聯(lián)新，使學(xué)生“溫故而知新”?！皺M向整合”就是各門課程要彼此聯(lián)系，有機整合。例如：機械設(shè)計課程中關(guān)于零部件的教學(xué)內(nèi)容要與機械原理課程的機械傳動系統(tǒng)方案設(shè)計相聯(lián)系；機械設(shè)計的零件結(jié)構(gòu)設(shè)計要與機械制造基礎(chǔ)課程中有關(guān)精度和工藝的知識點相聯(lián)系；機械產(chǎn)品設(shè)計制作要與機械設(shè)計和機械制造基礎(chǔ)課程的相關(guān)內(nèi)容相聯(lián)系?？傊?，通過各門課程教學(xué)內(nèi)容的縱橫整合，要貫穿整機設(shè)計的理念，使學(xué)生對專業(yè)理論有系統(tǒng)而完整的把握。

2精心“設(shè)計”教學(xué)環(huán)節(jié)，改進(jìn)教學(xué)方法

CDIO開放式的教學(xué)模式首先需要教師轉(zhuǎn)變原先在教學(xué)中純粹的以教為主的角色，更重要的是需要教師更新教學(xué)理念和教學(xué)思想，因此教學(xué)方式和教學(xué)方法的改革是課題研究的重點和難點。（1）根據(jù)工程教育專業(yè)認(rèn)證的需求，圍繞學(xué)生工程能力和素質(zhì)的培養(yǎng)，重新進(jìn)行教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計，課程組教師要深入研究當(dāng)前國內(nèi)外工程教育的發(fā)展形勢，在教學(xué)方法與手段上不斷改革和創(chuàng)新，在傳授給學(xué)生專業(yè)理論知識的同時，引領(lǐng)學(xué)生理論聯(lián)系實際，形成一種學(xué)與做有機融合的學(xué)習(xí)方式，從而加深學(xué)生對專業(yè)理論知識的理解。（2）探索“CDIO做中學(xué)”的教學(xué)模式，課堂教學(xué)多引入工程設(shè)計案例，課程的推進(jìn)采用設(shè)計任務(wù)驅(qū)動模式，例如在課程開始之初，就布置有關(guān)機械產(chǎn)品綜合設(shè)計的課題給學(xué)生，根據(jù)課程教學(xué)進(jìn)度，安排學(xué)生以小組學(xué)習(xí)和討論交流的方式進(jìn)行課題分階段設(shè)計，通過這種方案分析、小組學(xué)習(xí)和項目實訓(xùn)的方式，貫徹CDIO在做中學(xué)的理念，培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)和團(tuán)隊合作能力，提高工程意識和設(shè)計技能，這樣既能夠有效調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)生的工程設(shè)計興趣，培養(yǎng)學(xué)生具備較強的工程實踐能力，而且能夠培養(yǎng)學(xué)生良好的團(tuán)隊協(xié)作能力和精神。（3）搭建開放式課堂，在時間、空間和教學(xué)內(nèi)容上加以擴展和延伸。對于實踐性和工程性強的教學(xué)內(nèi)容，可以走出教室，把課堂搬到實驗室、工程訓(xùn)練中心和工廠，從而創(chuàng)造一個開放的課堂空間和開放的教學(xué)環(huán)境，使得學(xué)生更易于吸收和消化課堂的知識內(nèi)容。為了訓(xùn)練學(xué)生的工程設(shè)計和實際應(yīng)用能力，除了充分把握好第一課堂教學(xué)，還要搭建更廣闊和豐富的第二課堂，教師要指導(dǎo)學(xué)生參加大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽、大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽和參與教師的科研項目等，培養(yǎng)學(xué)生的實戰(zhàn)經(jīng)驗，在第二課堂，使創(chuàng)新能力培養(yǎng)與第一課堂的教學(xué)融于一體，從而探索出一條集理論研究與工程能力培養(yǎng)相互促進(jìn)的途徑。

3重點改革實踐教學(xué)，凸顯整機設(shè)計理念

課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生工程能力的重要環(huán)節(jié)，而以往課程體系中各門課程的課程設(shè)計內(nèi)容基本上是各自獨立的，缺少相互關(guān)聯(lián)。例如“機械原理課程設(shè)計”中，主要是從運動的角度，訓(xùn)練機械系統(tǒng)的原理方案設(shè)計能力，沒有考慮具體的材料和結(jié)構(gòu)，更沒有考慮制造工藝和經(jīng)濟性等要求；到了“機械設(shè)計課程設(shè)計”，主要訓(xùn)練學(xué)生對機械系統(tǒng)中各零部件的設(shè)計和計算能力，設(shè)計對象基本是齒輪減速器，運動方案一般是固定的，容易讓學(xué)生墨守成規(guī)，限制了創(chuàng)造性思維的發(fā)展；輪到機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計，內(nèi)容又是與前序設(shè)計對象無關(guān)聯(lián)的工藝設(shè)計；最后在機械產(chǎn)品設(shè)計制作階段，對象又變化了，于是就照貓畫虎，用現(xiàn)成的圖紙和工藝進(jìn)行加工，這種各自為陣的課程設(shè)計安排顯然違背了整機設(shè)計的思想，學(xué)生的能力培養(yǎng)只能趨于碎片化，而真正需要的整機綜合設(shè)計和應(yīng)用能力不能得以鍛煉和培養(yǎng)。因此，為了切實提高學(xué)生的工程意識和設(shè)計技能，改革選擇課程設(shè)計實踐環(huán)節(jié)為突破口，通過課程設(shè)計內(nèi)容的重新整合和優(yōu)化，使得各個課程設(shè)計內(nèi)容前后關(guān)聯(lián)和有機結(jié)合。③為了凸顯整機設(shè)計理念，訓(xùn)練學(xué)生的綜合設(shè)計技能，將圖1所示課程體系中的四大課程設(shè)計實踐環(huán)節(jié)聯(lián)合起來進(jìn)行，依次按方案設(shè)計、技術(shù)設(shè)計、工藝設(shè)計和產(chǎn)品實物制造編排課程設(shè)計的內(nèi)容，做到課程設(shè)計的完整性、系統(tǒng)性和綜合性，從而訓(xùn)練學(xué)生從機械產(chǎn)品方案設(shè)計、技術(shù)設(shè)計、性能仿真、工藝設(shè)計到加工制造和組裝調(diào)試的整機設(shè)計能力。在課程設(shè)計過程中，成立獨立穩(wěn)定的設(shè)計團(tuán)隊，期間配備專門的指導(dǎo)教師，每個團(tuán)隊的設(shè)計對象固定，始終貫穿于各個課程設(shè)計，具體以典型機械產(chǎn)品的設(shè)計和制造為載體，例如無碳小車或是機械創(chuàng)新設(shè)計大賽設(shè)計對象等，要求分階段完成對象的各項設(shè)計任務(wù)，即依次設(shè)計、制作、安裝、調(diào)試一臺機械產(chǎn)品，讓學(xué)生從一開始就注重整機設(shè)計，增強綜合分析問題的能力。④機械原理與創(chuàng)新綜合課程設(shè)計為機械設(shè)計課程設(shè)計提供系統(tǒng)方案、運動和動力參數(shù)計算和分析，在接下來的機械設(shè)計課程設(shè)計中，通過設(shè)計計算和選型，將前序設(shè)計得到的方案具體實物化，繪制出相應(yīng)的裝配圖和零件圖，同時又為機械制造技術(shù)基礎(chǔ)提供了圖紙和精度設(shè)計技術(shù)文件，而機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計的內(nèi)容又為最終的機械產(chǎn)品設(shè)計制作提供了工藝指導(dǎo)，從而大大提高課程設(shè)計實踐環(huán)節(jié)的連貫性和實用性。為了保障以上改革的順利實施，根據(jù)我校的實際情況，依托學(xué)校的大學(xué)生素質(zhì)教育中心的加工設(shè)備制造出實物，使得學(xué)院的理論教學(xué)與大學(xué)生素質(zhì)教育中心的實訓(xùn)實現(xiàn)無縫結(jié)合，也使得教學(xué)資源得以充分利用。

4結(jié)束語

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傳統(tǒng)機械零部件的設(shè)計帶來了運用中出現(xiàn)的許多問題：零部件容易腐蝕損壞；零部件容易疲勞損壞，斷裂、表面剝落等；零部件容易摩擦損壞等等。這些問題的出現(xiàn)，都是機械零部件傳統(tǒng)的設(shè)計局限性所產(chǎn)生的。機械機械零部件設(shè)計是人類為了實現(xiàn)某種預(yù)期的目標(biāo)而進(jìn)行的一種創(chuàng)造性活動。傳統(tǒng)機械機械零部件設(shè)計的特點是以長期經(jīng)驗積累為基礎(chǔ)，通過力學(xué)、數(shù)學(xué)建模及試驗等所形成的經(jīng)驗公式、圖表、標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范作為依據(jù)，運用條件性計算或類比等方法進(jìn)行設(shè)計。傳統(tǒng)設(shè)計在長期運用中得到不斷的完善和提高，目前在大多數(shù)情況下仍然是有效的設(shè)計方法，但是它有很多局限：在方案設(shè)計時憑借設(shè)計者有限的直接經(jīng)驗或間接經(jīng)驗，通過計算、類比分析等，以收斂思維方式，過早地確定方案。這種方案設(shè)計既不充分又不系統(tǒng)，不強調(diào)創(chuàng)新，因此很難得到最優(yōu)方案；在機械零部件設(shè)計中，僅對重要的零部件根據(jù)簡化的力學(xué)模型或經(jīng)驗公式進(jìn)行靜態(tài)的或近似的設(shè)計計算，其他零部件只作類比設(shè)計，與實際工況有時相差較遠(yuǎn)，難免造成失誤；傳統(tǒng)設(shè)計偏重于考慮產(chǎn)品自身的功能的實現(xiàn)，忽略人―機―環(huán)境之間關(guān)系的重要性；傳統(tǒng)設(shè)計采用手工計算、繪圖，設(shè)計的準(zhǔn)確性差、工作周期長、效率低。

二、創(chuàng)新思維機械零部件的設(shè)計思想

機械零部件設(shè)計的本質(zhì)是創(chuàng)造和革新?，F(xiàn)代機械機械零部件設(shè)計強調(diào)創(chuàng)新設(shè)計，要求在設(shè)計中更充分地發(fā)揮設(shè)計者的創(chuàng)造力，利用最新科技成果，在現(xiàn)代設(shè)計理論和方法的指導(dǎo)下，設(shè)計出更具有生命力的產(chǎn)品。

（一）運用創(chuàng)造思維

設(shè)計者的創(chuàng)造力是多種能力、個性和心理特征的綜合表現(xiàn)，它包括觀察能力、記憶能力、想象能力、思維能力、表達(dá)能力、自控能力、文化修養(yǎng)、理想信念、意志性格、興趣愛好等因素。其中想象能力和思維能力是創(chuàng)造力的核心，它是將觀察、記憶所得信息有控制地進(jìn)行加工變換，創(chuàng)造表達(dá)出新成果的整個創(chuàng)造活動的中心。創(chuàng)造力的開發(fā)可以從培養(yǎng)創(chuàng)新意識、提高創(chuàng)新能力和素質(zhì)、加強創(chuàng)新實踐等方面著手。設(shè)計者不是把設(shè)計工作當(dāng)成例行公事，而是時刻保持強烈的創(chuàng)新愿望和沖動，掌握必要創(chuàng)新方法，加強學(xué)習(xí)和鍛煉，自覺開發(fā)創(chuàng)造力，成為一個符合現(xiàn)代設(shè)計需要的創(chuàng)新人才。

（二）運用發(fā)散思維

發(fā)散思維又稱輻射思維或求異思維等。它是以欲解決的問題為中心，思維者打破常規(guī)，從不同方向，多角度、多層次地考慮問題，求出多種答案的思維方式。例如，若提出“將兩零部件聯(lián)結(jié)在一起”的問題，常規(guī)的辦法有螺紋聯(lián)結(jié)、焊接、膠接、鉚接等，但運用發(fā)散思維思考，可以得到利用電磁力、摩擦力、壓差或真空、綁縛、冷凍等方法。發(fā)散思維是創(chuàng)造性思維的主要形式之一，在技術(shù)創(chuàng)新和方案設(shè)計中具有重要的意義。

（三）運用創(chuàng)新思維

創(chuàng)造力的核心是創(chuàng)新思維。創(chuàng)新思維是一種最高層次的思維活動，它是建立在各類常規(guī)思維基礎(chǔ)上的。人腦在外界信息激勵下，將各種信息重新綜合集成，產(chǎn)生新的結(jié)果的思維活動過程就是創(chuàng)新思維。機械機械零部件設(shè)計的過程是創(chuàng)新的過程。設(shè)計者應(yīng)打破常規(guī)思維的慣例，追求新的功能原理、新方案、新結(jié)構(gòu)、新造型、新材料、新工藝等，在求異和突破中體現(xiàn)創(chuàng)新。

三、科學(xué)的進(jìn)行機械零部件設(shè)計

（一）把握機械零部件設(shè)計的主要內(nèi)容

機械零部件設(shè)計是機械設(shè)計的重要組成部分，機械運動方案中的機構(gòu)和構(gòu)件只有通過零部件設(shè)計才能得到用于加工的零部件工作圖和部件裝配圖，同時它也是機械總體設(shè)計的基礎(chǔ)。機械零部件設(shè)計的主要內(nèi)容包括：根據(jù)運動方案設(shè)計和總體設(shè)計的要求，明確零部件的工作要求、性能、參數(shù)等，選擇零部件的結(jié)構(gòu)構(gòu)形、材料、精度等，進(jìn)行失效分析和工作能力計算，畫出零部件圖和部件裝配圖。機械產(chǎn)品整機應(yīng)滿足的要求是由零部件設(shè)計所決定的，機械零部件設(shè)計應(yīng)滿足的要求為：在工作能力上要求具體有強度、剛度、壽命、耐磨性、耐熱性、振動穩(wěn)定性及精度等；在工藝性上要求加工、裝配具有良好的工藝性及維修方便；在經(jīng)濟性上的要求主要指生產(chǎn)成本要低。此外，還要滿足噪聲控制、防腐性能、不污染環(huán)境等環(huán)境保護(hù)要求和安全要求等。這些要求往往互相牽制，需全面綜合考慮。

（二）嚴(yán)格計算機械零部件的失效形式

機械零部件由于各種原因不能正常工作而失效，其失效形式很多，主要有斷裂、表面壓碎、表面點蝕、塑性變形、過度彈性變形、共振、過熱及過度磨損等。為了保證零部件能正常工作，在設(shè)計零部件時應(yīng)首先進(jìn)行零部件的失效分析，預(yù)估失效的可能性，采取相應(yīng)措施，其中包括理論計算，計算所依據(jù)的條件稱為計算準(zhǔn)則，常用的計算準(zhǔn)則有：一是強度準(zhǔn)則。強度是機械零部件抵抗斷裂、表面疲勞破壞或過大塑性變形等失效的能力。強度要求是保證機械零部件能正常工作的基本要求。二是剛度準(zhǔn)則。剛度是指零部件在載荷（下轉(zhuǎn)第57頁）（上接第58頁）的作用下，抵抗彈性變形的能力。剛度準(zhǔn)則要求零部件在載荷作用下的彈性變形在許用的極限值之內(nèi)。三是振動穩(wěn)定性準(zhǔn)則。對于高速運動或剛度較小的機械，在工作時應(yīng)避免發(fā)生共振。振動穩(wěn)定性準(zhǔn)則要求所設(shè)計的零部件的固有頻率與其工作時所受激振源的頻率錯開。四是耐熱性準(zhǔn)則。機械零部件在高溫工作條件下，由于過度受熱，會引起油失效、氧化、膠合、熱變形、硬度降低等問題，使零部件失效或機械精度降低。因此，為了保證零部件在高溫下正常工作，應(yīng)合理設(shè)計其結(jié)構(gòu)及合理選擇材料，必要時須采用水冷或氣冷等降溫措施。五是耐磨性準(zhǔn)則。耐磨性是指相互接觸并運動零部件的工作表面抵抗磨損的能力。當(dāng)零部件過度磨損后，將改變其結(jié)構(gòu)形狀和尺寸，削弱其強度，降低機械精度和效率，以致零部件失效報廢。因此，機械設(shè)計時應(yīng)采取措施，力求提高零部件的耐磨性。

（三）正確選擇機械零部件表面粗糙度

表面粗糙度是反映零部件表面微觀幾何形狀誤差的一個重要技術(shù)指標(biāo)，是檢驗零部件表面質(zhì)量的主要依據(jù)；它選擇的合理與否，直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量、使用壽命和生產(chǎn)成本。機械零部件表面粗糙度的選擇方法有3種，即計算法、試驗法和類比法。在機械零部件設(shè)計工作中，應(yīng)用最普通的是類比法，此法簡便、迅速、有效。應(yīng)用類比法需要有充足的參考資料，現(xiàn)有的各種機械設(shè)計手冊中都提供了較全面的資料和文獻(xiàn)。最常用的是與公差等級相適應(yīng)的表面粗糙度。在通常情況下，機械零部件尺寸公差要求越小，機械零部件的表面粗糙度值也越小，但是它們之間又不存在固定的函數(shù)關(guān)系。在實際工作中，對于不同類型的機器，其零部件在相同尺寸公差的條件下，對表面粗糙度的要求是有差別的。這就是配合的穩(wěn)定性問題。在機械零部件的設(shè)計和制造過程中，對于不同類型的機器，其零部件的配合穩(wěn)定性和互換性的要求是不同的。在設(shè)計工作中，表面粗糙度的選擇歸根到底還是必須從實際出發(fā)，全面衡量零部件的表面功能和工藝經(jīng)濟性，才能作出合理的選擇。

（四）全面優(yōu)化機械零部件設(shè)計方法

要充分運用機械學(xué)理論和方法，包括機構(gòu)學(xué)、機械動力學(xué)、摩擦學(xué)、機械結(jié)構(gòu)強度學(xué)、傳動機械學(xué)等及計算機輔助分析的不斷發(fā)展，對設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)問題能作出很好的處理，一系列新型的設(shè)計準(zhǔn)則和方法正在形成。計算機輔助設(shè)計（CAD）是把計算機技術(shù)引入設(shè)計過程，利用計算機完成選型、計算、繪圖及其他作業(yè)的現(xiàn)代設(shè)計方法。CAD技術(shù)促成機械零部件設(shè)計發(fā)生巨大的變化，并成為現(xiàn)代機械設(shè)計的重要組成部分。目前，CAD技術(shù)向更深更廣的方向發(fā)展，主要表現(xiàn)為以下基于專家系統(tǒng)的智能CAD；CAD系統(tǒng)集成化，CAD與CAM（計算機輔助制造）的集成系統(tǒng)（CAD/CAM）；動態(tài)三維造型技術(shù)；基于并行工程，面向制造的設(shè)計技術(shù)（DFM）；分布式網(wǎng)絡(luò)CAD系統(tǒng)。

【參考文獻(xiàn)】

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[5]許尚賢．機械零部件現(xiàn)代設(shè)計方法[M]．北京：高等教育出版社，1996．

篇10

1. 機械制造行業(yè)的產(chǎn)品與技術(shù)發(fā)展趨勢

1.1 機械制造產(chǎn)品發(fā)展趨勢 機械制造產(chǎn)品領(lǐng)域，特別是加工與測試設(shè)備，自動化、數(shù)控技術(shù)、機器人等技術(shù)的深化應(yīng)用一直是全球制造業(yè)技術(shù)進(jìn)步所追逐的目標(biāo)。由于柔性制造技術(shù)的興起，對各種加工設(shè)備的柔性要求也越來越高。

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，芯片成本的不斷降低，在機械制造中大量的數(shù)字化技術(shù)已廣泛采用。

1.2 機械制造企業(yè)營銷發(fā)展趨勢 在機械制造領(lǐng)域，由于新技術(shù)不斷采用，企業(yè)管理水平的提高，運營成本的下降，促使企業(yè)不斷開發(fā)新的技術(shù)和新的材料，提高機械產(chǎn)品性能。在機械制造行業(yè)對成本有不斷要求降低的趨勢，并且要求的交付周期也日益縮短，因此，對企業(yè)提出了更高的運營要求。

同時由于技術(shù)趨同化，使產(chǎn)品差異縮小。機械制造企業(yè)紛紛尋求其他方面的競爭差異，提供整個產(chǎn)品生命周期的增值服務(wù)，例如，在服務(wù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)差異化競爭。隨著用戶要求服務(wù)的越來越多，要求配件供應(yīng)及時，為了縮短服務(wù)半徑，出現(xiàn)了專業(yè)化服務(wù)分工。以往機械制造企業(yè)的主要銷售模式即自產(chǎn)自銷方式，將與專業(yè)機械商結(jié)合，提供本地化、專業(yè)化的設(shè)備安裝與維修服務(wù)。

1.3 機械制造技術(shù)發(fā)展趨勢 機械制造常以機床設(shè)備為代表，技術(shù)的發(fā)展也帶動其他機械制造領(lǐng)域的發(fā)展。

加工過程自動化、柔性化：自動化指加工工藝、過程控制、產(chǎn)品設(shè)計與制造和生產(chǎn)管理主要運用計算機輔助完成；柔性化指整個系統(tǒng)包含加工、運儲、刀具和夾具管理等部分，可以靈活改變生產(chǎn)對象，分步實施新的工藝流程，不必象已往加工必須重新建立生產(chǎn)線。切削向高速、高精度、高硬度、干切削發(fā)展，帶動刀具、機床部件、加工理論等方面產(chǎn)生較大的變化。

2.對機械設(shè)計基本要素的認(rèn)識

機械設(shè)計首先要保證的是產(chǎn)品的功能及其可靠性，并保證產(chǎn)品有良好的工藝性。機械設(shè)計是一項創(chuàng)造性的勞動，新穎的設(shè)計要求有新的構(gòu)思，對比，設(shè)計人員一方面應(yīng)大膽地采用新理論和新結(jié)構(gòu)，另一方面也要總結(jié)經(jīng)驗采用原有的成功的技術(shù)和結(jié)構(gòu)。設(shè)計的過程是一個探索的過程，在設(shè)計的起始階段，應(yīng)該允許發(fā)揮創(chuàng)造性而不受各種約束。即使發(fā)生許多不切實際的設(shè)想，也沒關(guān)系，這可以在設(shè)計的早期，在繪制圖樣以前加以糾正。通常要有幾套設(shè)計方案，要在各方面對這些方案進(jìn)行對比，從中選擇最佳方案。最后選定的方案可能是各套方案中最好部分的組合，也可能是未被接受方案中的某個構(gòu)思。

產(chǎn)品要便于使用和減輕認(rèn)得勞動強度。設(shè)計人員要使所設(shè)計的機器適應(yīng)人，就必須考慮人的作特征，其中包括：工作場所的空間分配，通風(fēng)條件，色彩和照明，手柄、開關(guān)及踏腳的位置和尺寸，作人員的體力，安全保護(hù)，作人員的心理和習(xí)慣等。

3.機械設(shè)計方法

3.1設(shè)計步驟

機械設(shè)計是機械產(chǎn)品生產(chǎn)的第一道工序。在設(shè)計中要求對機器的工作原理、功能、結(jié)構(gòu)、零部件設(shè)計，甚至加工制造和裝配方法都確定下來。因此，不同的設(shè)計者可能有不同的設(shè)計方案和設(shè)計步驟。但是，機械設(shè)計的共性規(guī)律是客觀存在的，需要不斷地總結(jié)和完善。機械設(shè)計的一般步驟：動向預(yù)測；方案設(shè)計；技術(shù)設(shè)計；施工設(shè)計；試生產(chǎn)。

3.2方案設(shè)計

根據(jù)設(shè)計任務(wù)書提出的對所設(shè)計機器的工作要求，首先對能滿足工作要求的多種設(shè)計原理方案加以分析比較。由于任何工作原理都必須通過一定的運動形式來實現(xiàn)，所以這一步驟也是確定設(shè)計所需運動的方案。例如設(shè)計一臺往復(fù)運動的機器時，可采用的設(shè)計原理方案很多，有電動的，有氣動、液壓及其他組合機構(gòu)等形式的，每種形式中還有多種機構(gòu)能達(dá)到預(yù)期的運動。確定設(shè)計原理方案時，可把設(shè)計對象當(dāng)作完整系統(tǒng)，并將它分成具有各種分功能的機構(gòu)及零件為子系統(tǒng)和元素，進(jìn)行系統(tǒng)分析和機構(gòu)分析、機構(gòu)綜合和加以比較，選擇最優(yōu)方案。

3.3技術(shù)設(shè)計

在技術(shù)設(shè)計中，要擬定設(shè)計對象的總體和部件，具體確定零件的結(jié)構(gòu)，對所設(shè)計的機械產(chǎn)品提出的要求是：制造和維護(hù)經(jīng)濟，縱方便而安全，可靠性高，使用壽命長，為了能達(dá)到這些要求，零件應(yīng)滿足一些準(zhǔn)則。

所謂明確主要指結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸關(guān)系清晰，作用關(guān)系可以預(yù)測和計算，功能明確，也即能量、信息和物料的轉(zhuǎn)換與流動走向明確。一個明確的結(jié)構(gòu)應(yīng)避免產(chǎn)生附加載荷、附加變形和可能的劇烈磨損，應(yīng)盡可能見效載荷和溫度應(yīng)力引起的變形。明確的 結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)產(chǎn)品預(yù)定技術(shù)功能的前提。所謂簡單，一般是指形狀簡單，零件數(shù)少，相對運動副少，磨損件少，使用、維護(hù)、保養(yǎng)方便等。但對于具體情況要具體分析。不希望某一方面的簡單導(dǎo)致另一當(dāng)面的復(fù)雜。一旦出現(xiàn)這種情況應(yīng)予協(xié)調(diào)。

設(shè)計人員按照他所繪制的初步設(shè)計總圖，簡單計算或估算機械的各主要零件的受力、強度、形狀、尺寸和重量等、如發(fā)現(xiàn)原來所選的結(jié)構(gòu)不可行或不實際，則要調(diào)整或修改結(jié)構(gòu)，還要考慮有沒有發(fā)生過熱、過度磨損和過早發(fā)生疲勞破壞的危險部位，并采取措施解決。

4.機械自動化技術(shù)

隨著制造制造技術(shù)、電子技術(shù)、控制技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)、管理技術(shù)的發(fā)展，制造自動化已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)突破了傳統(tǒng)的概念，具有更加寬廣和深刻的內(nèi)涵。自動化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了成本，增加了產(chǎn)量，改善了勞動條件，減輕了勞動強度。機械自動化由單機自動化已經(jīng)發(fā)展為制造過程自動化。

制造自動化技術(shù)代表著先進(jìn)制造技術(shù)的水平，推動了社會的發(fā)展和科技的進(jìn)步，促使制造業(yè)有勞動密集型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)密集型和信息知識密集型產(chǎn)業(yè)，是制造業(yè)發(fā)展的重要表現(xiàn)和重要標(biāo)志。

4.1自然社會科學(xué)及技術(shù)理論基礎(chǔ)知識

基礎(chǔ)知識雖然有時候顯得比較枯燥，但卻是不可或缺的。如同蓋房子的地基，根基不穩(wěn)固就無法建出高樓大廈。。力學(xué)、機械學(xué)、加工工藝等都是我們必須掌握的基礎(chǔ)知識。如今企業(yè)中機械的生產(chǎn)已經(jīng)規(guī)?；?，整個制造過程都離不開良好的管理，而機械這一行不能離開市場而獨立存在，所生產(chǎn)的產(chǎn)品有必須迎合市場需求。因此市場經(jīng)濟及企業(yè)管理等基礎(chǔ)知識也是必不可少的。

4.2專業(yè)能力和技術(shù)

機械不同于其他行業(yè)，它的專業(yè)性很明顯。只有掌握了某個專業(yè)方向所必須的專業(yè)知識，所必須的專業(yè)知識，才能夠在此基礎(chǔ)上，把所學(xué)轉(zhuǎn)化成實際的應(yīng)用。

4.3嚴(yán)謹(jǐn)踏實的精神

機械生產(chǎn)要求嚴(yán)苛，如果有絲毫差錯，就很容易發(fā)生意外。記得在課堂上，老師曾給我們看過一個關(guān)于汽車和飛機制造生產(chǎn)的視頻，令我很有感觸，從設(shè)計到生產(chǎn)到組裝以及后期的加工，每一個零件都要精確到位，每一個細(xì)節(jié)都盡可能為使用者提供方便?？粗曨l可以想象到參與制造的所有人都有一種喜悅感和自豪感。他們身上這種嚴(yán)謹(jǐn)、踏實的精神深深地打動了我。

結(jié)語：在簡化設(shè)計中，選擇最優(yōu)的方案可以與機械的使用者和對該項機械有經(jīng)驗分的人員共同商定。在確定設(shè)計原理方案時，還必須體現(xiàn)機械工業(yè)的技術(shù)發(fā)展政策。根據(jù)機械的實際工作情況，盡量采用微電子技術(shù)和新型材料，對生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：