淺談機(jī)械設(shè)計(jì)中的現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)

1、綜合論壇2013年7期(上)淺談機(jī)械設(shè)計(jì)中的現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)是根據(jù)使用要求對機(jī)械的工作原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式、力和能量的傳遞方式、各個(gè)零件的材料和形狀尺寸、潤滑方法等進(jìn)行構(gòu)思、分析和計(jì)算并將這轉(zhuǎn)化為具體的描述以人為制造依據(jù)的工作過程。機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械工程的重要組成部分，是決定機(jī)械性能最主要的因素。設(shè)計(jì)工作的質(zhì)量水平，直接關(guān)系到機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量性能、研制周期和技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。隨著科技的不斷進(jìn)步與發(fā)展，機(jī)械i~itx~技術(shù)的要求越來越高，要想使

2、設(shè)計(jì)的產(chǎn)品滿足全球化經(jīng)濟(jì)市場的競爭與需求，必須將現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)的領(lǐng)域。相關(guān)的工程技術(shù)人員也應(yīng)適應(yīng)時(shí)代的需求，拓展設(shè)計(jì)思維，靈活運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)，提高產(chǎn)品的市場競爭力。1基于I1技術(shù)的設(shè)計(jì)技術(shù)11仿真與虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)計(jì)算機(jī)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)的大量的設(shè)計(jì)軟件，如：PROE、CAD、ANSYS、SOLIDWORKS等。這些仿真畫圖軟件形成了更為強(qiáng)大的人機(jī)交互系統(tǒng)。所謂仿真便是以計(jì)算機(jī)為工具，通過軟件模擬出與實(shí)際想適應(yīng)的系統(tǒng)模型，通過改

3、變控制條i~4i~究模型運(yùn)行結(jié)果的計(jì)算機(jī)與機(jī)械相結(jié)合的技術(shù)。當(dāng)然，工具不是無所不能的，而是為人所用的，軟件只是輔助設(shè)計(jì)師進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，沒有設(shè)計(jì)師的工作，軟件是不會(huì)自動(dòng)完成任何設(shè)計(jì)的。虛擬設(shè)計(jì)即是在這種多維化人機(jī)交互信息環(huán)境中從事設(shè)計(jì)的技術(shù)。目前投入使用的虛擬設(shè)計(jì)采用的是通過對數(shù)據(jù)格式進(jìn)行適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換輸出利用現(xiàn)有的CAD系統(tǒng)進(jìn)行建模的環(huán)境系統(tǒng)。12網(wǎng)絡(luò)協(xié)同技術(shù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同設(shè)計(jì)是在支撐平面和高效的協(xié)同工作機(jī)制下完善信息管理將分散的設(shè)計(jì)工作流和資源

4、有機(jī)的統(tǒng)一起來從而完成產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展使得網(wǎng)絡(luò)上大量數(shù)據(jù)傳輸和分布的數(shù)據(jù)庫管理成為現(xiàn)實(shí)，從而解決了數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上的訪問、傳輸、修改等問題，構(gòu)造一個(gè)三維的網(wǎng)絡(luò)機(jī)械設(shè)計(jì)平臺。13并行設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)每下一個(gè)分支工作必須等上—個(gè)結(jié)束后才能開始，這是低效的串行設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)缺乏信息交換以及可操作性。并行設(shè)計(jì)作為一種設(shè)計(jì)哲理，是在原有信息集成基礎(chǔ)上，集成地、并行地設(shè)計(jì)產(chǎn)品。并行設(shè)計(jì)更強(qiáng)調(diào)功能上和過程上的集成，在李鵬舉(河南少林汽車股

5、份有限公司河南鄭州450000)優(yōu)化和重組產(chǎn)品開發(fā)過程的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科領(lǐng)域?qū)＜胰后w協(xié)同工作。從任何產(chǎn)品設(shè)計(jì)來看，并行設(shè)計(jì)采用每個(gè)時(shí)刻可容納的設(shè)計(jì)過程相應(yīng)增加，使整個(gè)設(shè)計(jì)過程盡可能同時(shí)進(jìn)行。并行設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是并發(fā)個(gè)協(xié)同，并發(fā)是指設(shè)計(jì)活動(dòng)的并發(fā)進(jìn)行，協(xié)同是指多學(xué)科設(shè)計(jì)隊(duì)伍活動(dòng)的協(xié)作。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展以使得并行設(shè)計(jì)成為機(jī)械設(shè)計(jì)的重要方法之一。14智能設(shè)計(jì)智能設(shè)計(jì)的發(fā)展，從根本上取決于對設(shè)計(jì)本質(zhì)的理解，智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)不僅僅是對人腦某些思維特征的模擬

6、，而且需要具有自學(xué)習(xí)適應(yīng)的能力，能夠較好地支持設(shè)計(jì)過程自動(dòng)化。我國市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)提出了強(qiáng)烈的創(chuàng)新要求。在當(dāng)前的市場經(jīng)濟(jì)體系中，對產(chǎn)品設(shè)計(jì)不僅要求特立獨(dú)行，還要求簡單方便效率的設(shè)計(jì)。2基于數(shù)學(xué)知識的設(shè)計(jì)技術(shù)21有限元設(shè)計(jì)有限元法又稱有限單元法，是求解偏微分方程的一種有效的數(shù)值方法。有限元法發(fā)展至今天，已經(jīng)成為工程數(shù)值分析的有力工具，取得了巨大的進(jìn)展，利用它成功地解決了一大批有重大意義的問題，很多通用程序和專用程序投入了實(shí)際

7、應(yīng)用，而且應(yīng)用愈加廣泛，已拓展到諸多領(lǐng)域。22優(yōu)化設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)就是在滿足特定的約束條件下。利用建立數(shù)學(xué)模型的方法來求取設(shè)計(jì)的最佳值。優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)就是最優(yōu)化i~tX~象，其手段便是依靠先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助軟件。因此，優(yōu)化設(shè)計(jì)還可以被看作為通過計(jì)算機(jī)語言來模擬達(dá)到最佳設(shè)計(jì)方案的現(xiàn)代科技手段。優(yōu)化設(shè)計(jì)大體上包括兩點(diǎn)內(nèi)容：首先，建立符合實(shí)際的數(shù)學(xué)模型，把設(shè)計(jì)要求抽象為約束條件和函數(shù)；其次，根據(jù)所建立的模型利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的求解從而得到優(yōu)化設(shè)

8、計(jì)方案。任何機(jī)械設(shè)計(jì)問題，總是要求滿足一定的工作條件、載荷和工藝等方面要求，并在強(qiáng)度、剛度、壽命、尺寸范圍及其他一些技術(shù)要求的限制條件下尋找一組設(shè)計(jì)參數(shù)。23可靠性設(shè)計(jì)產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)是指在產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)階段將載荷、強(qiáng)度等有關(guān)設(shè)計(jì)量及其影響因素作為隨機(jī)變量對待，應(yīng)用可靠性數(shù)學(xué)理論與方法，使所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品滿足預(yù)期的可靠性要求。產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)階段的主要內(nèi)容還包391括預(yù)測設(shè)計(jì)對象的可靠度、找出并消除薄弱環(huán)節(jié)、不同設(shè)計(jì)方案之間的可靠性指標(biāo)比較等，可

9、分為定量分析與定性分析兩個(gè)方面。定量分析是應(yīng)用概率統(tǒng)計(jì)方法、布爾代數(shù)、馬爾可夫過程理論、故障樹分析等計(jì)算產(chǎn)品的失效概率。定性分析是通過故障模式、影響及致命度分析、事件樹分析、故障樹分析等對事故種類、原因、后果等進(jìn)行羅列和分析。3基于新概念的設(shè)計(jì)技術(shù)31綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)由于綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)是一個(gè)新的改變，因此無論在國外或在國內(nèi)，人們對于這一新概念有著各種不同的稱呼。有綠色設(shè)計(jì)、生態(tài)設(shè)計(jì)、面向環(huán)境的設(shè)計(jì)，也有人根據(jù)產(chǎn)品生命周期不同階段所進(jìn)行的綠色設(shè)

10、計(jì)，而分別稱為“面向包裝的設(shè)計(jì)”、面向使用的設(shè)計(jì)、面向維修的設(shè)計(jì)、面向拆卸的設(shè)計(jì)、面向回收的設(shè)計(jì)等。綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)從產(chǎn)品安全生命周期出發(fā)，考慮了生命周期各個(gè)階段對環(huán)境的影響。特別是在產(chǎn)品生命終止后，綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)必須考慮廢棄產(chǎn)品如何回收。再生和利用。只有這樣才能使廢棄產(chǎn)品對環(huán)境的影響減至最小，才能最大限度地提高資源的循環(huán)利用率。32機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)可以分為三個(gè)過程：直覺思維、邏輯思維、創(chuàng)造過程。直覺思維對事物內(nèi)部各種關(guān)系的領(lǐng)悟過程是

11、一種在下意識狀態(tài)下完成的過程，具有強(qiáng)烈的靈感凸顯特點(diǎn)。邏輯思維是運(yùn)用邏輯推理的思維對自己提出的創(chuàng)造目標(biāo)進(jìn)行分析，把復(fù)雜問題分解為若干小問題，求出每個(gè)分支的解，再將各個(gè)分支綜合起來從而逼近目標(biāo)。創(chuàng)造過程是提出—個(gè)創(chuàng)造目標(biāo)，這個(gè)目標(biāo)本身也可能就是一個(gè)創(chuàng)造靈感；為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。必須進(jìn)行分析和邏輯推理；這個(gè)過程中出現(xiàn)的技術(shù)難關(guān)，必須經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)才能找到最終解；而這些解法的發(fā)現(xiàn)，往往又帶有突發(fā)性、直覺性，最終實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造目標(biāo)。4結(jié)論伴隨著科技E1新

12、月異的發(fā)展，各個(gè)領(lǐng)域技術(shù)的相互融合，工程技術(shù)人員需要不斷提高自己的能力，在機(jī)械設(shè)計(jì)中靈活運(yùn)用各種現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)，只有這樣設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品才能滿足社會(huì)市場的需求。綜合論壇2013年7期(上)淺談機(jī)械設(shè)計(jì)中的現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)是根據(jù)使用要求對機(jī)械的工作原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式、力和能量的傳遞方式、各個(gè)零件的材料和形狀尺寸、潤滑方法等進(jìn)行構(gòu)思、分析和計(jì)算并將這轉(zhuǎn)化為具體的描述以人為制造依據(jù)的工作過程。機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械工程的重要組成部分，是決定機(jī)械性能

13、最主要的因素。設(shè)計(jì)工作的質(zhì)量水平，直接關(guān)系到機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量性能、研制周期和技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。隨著科技的不斷進(jìn)步與發(fā)展，機(jī)械i~itx~技術(shù)的要求越來越高，要想使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品滿足全球化經(jīng)濟(jì)市場的競爭與需求，必須將現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)的領(lǐng)域。相關(guān)的工程技術(shù)人員也應(yīng)適應(yīng)時(shí)代的需求，拓展設(shè)計(jì)思維，靈活運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)，提高產(chǎn)品的市場競爭力。1基于I1技術(shù)的設(shè)計(jì)技術(shù)11仿真與虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)計(jì)算機(jī)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)的大量的設(shè)計(jì)軟件，如：PROE、CAD

14、、ANSYS、SOLIDWORKS等。這些仿真畫圖軟件形成了更為強(qiáng)大的人機(jī)交互系統(tǒng)。所謂仿真便是以計(jì)算機(jī)為工具，通過軟件模擬出與實(shí)際想適應(yīng)的系統(tǒng)模型，通過改變控制條i~4i~究模型運(yùn)行結(jié)果的計(jì)算機(jī)與機(jī)械相結(jié)合的技術(shù)。當(dāng)然，工具不是無所不能的，而是為人所用的，軟件只是輔助設(shè)計(jì)師進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，沒有設(shè)計(jì)師的工作，軟件是不會(huì)自動(dòng)完成任何設(shè)計(jì)的。虛擬設(shè)計(jì)即是在這種多維化人機(jī)交互信息環(huán)境中從事設(shè)計(jì)的技術(shù)。目前投入使用的虛擬設(shè)計(jì)采用的是通過對數(shù)據(jù)格式

15、進(jìn)行適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換輸出利用現(xiàn)有的CAD系統(tǒng)進(jìn)行建模的環(huán)境系統(tǒng)。12網(wǎng)絡(luò)協(xié)同技術(shù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同設(shè)計(jì)是在支撐平面和高效的協(xié)同工作機(jī)制下完善信息管理將分散的設(shè)計(jì)工作流和資源有機(jī)的統(tǒng)一起來從而完成產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展使得網(wǎng)絡(luò)上大量數(shù)據(jù)傳輸和分布的數(shù)據(jù)庫管理成為現(xiàn)實(shí)，從而解決了數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上的訪問、傳輸、修改等問題，構(gòu)造一個(gè)三維的網(wǎng)絡(luò)機(jī)械設(shè)計(jì)平臺。13并行設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)每下一個(gè)分支工作必須等上—個(gè)結(jié)束后才能開始，這是低效的串行設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)缺乏

16、信息交換以及可操作性。并行設(shè)計(jì)作為一種設(shè)計(jì)哲理，是在原有信息集成基礎(chǔ)上，集成地、并行地設(shè)計(jì)產(chǎn)品。并行設(shè)計(jì)更強(qiáng)調(diào)功能上和過程上的集成，在李鵬舉(河南少林汽車股份有限公司河南鄭州450000)優(yōu)化和重組產(chǎn)品開發(fā)過程的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科領(lǐng)域?qū)＜胰后w協(xié)同工作。從任何產(chǎn)品設(shè)計(jì)來看，并行設(shè)計(jì)采用每個(gè)時(shí)刻可容納的設(shè)計(jì)過程相應(yīng)增加，使整個(gè)設(shè)計(jì)過程盡可能同時(shí)進(jìn)行。并行設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是并發(fā)個(gè)協(xié)同，并發(fā)是指設(shè)計(jì)活動(dòng)的并發(fā)進(jìn)行，協(xié)同是指多學(xué)科設(shè)計(jì)隊(duì)伍活動(dòng)的協(xié)作。網(wǎng)絡(luò)

17、技術(shù)的發(fā)展以使得并行設(shè)計(jì)成為機(jī)械設(shè)計(jì)的重要方法之一。14智能設(shè)計(jì)智能設(shè)計(jì)的發(fā)展，從根本上取決于對設(shè)計(jì)本質(zhì)的理解，智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)不僅僅是對人腦某些思維特征的模擬，而且需要具有自學(xué)習(xí)適應(yīng)的能力，能夠較好地支持設(shè)計(jì)過程自動(dòng)化。我國市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)提出了強(qiáng)烈的創(chuàng)新要求。在當(dāng)前的市場經(jīng)濟(jì)體系中，對產(chǎn)品設(shè)計(jì)不僅要求特立獨(dú)行，還要求簡單方便效率的設(shè)計(jì)。2基于數(shù)學(xué)知識的設(shè)計(jì)技術(shù)21有限元設(shè)計(jì)有限元法又稱有限單元法，是求解偏微分方程的一種有效

18、的數(shù)值方法。有限元法發(fā)展至今天，已經(jīng)成為工程數(shù)值分析的有力工具，取得了巨大的進(jìn)展，利用它成功地解決了一大批有重大意義的問題，很多通用程序和專用程序投入了實(shí)際應(yīng)用，而且應(yīng)用愈加廣泛，已拓展到諸多領(lǐng)域。22優(yōu)化設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)就是在滿足特定的約束條件下。利用建立數(shù)學(xué)模型的方法來求取設(shè)計(jì)的最佳值。優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)就是最優(yōu)化i~tX~象，其手段便是依靠先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助軟件。因此，優(yōu)化設(shè)計(jì)還可以被看作為通過計(jì)算機(jī)語言來模擬達(dá)到最佳設(shè)計(jì)方案的現(xiàn)代科技手段

19、。優(yōu)化設(shè)計(jì)大體上包括兩點(diǎn)內(nèi)容：首先，建立符合實(shí)際的數(shù)學(xué)模型，把設(shè)計(jì)要求抽象為約束條件和函數(shù)；其次，根據(jù)所建立的模型利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的求解從而得到優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。任何機(jī)械設(shè)計(jì)問題，總是要求滿足一定的工作條件、載荷和工藝等方面要求，并在強(qiáng)度、剛度、壽命、尺寸范圍及其他一些技術(shù)要求的限制條件下尋找一組設(shè)計(jì)參數(shù)。23可靠性設(shè)計(jì)產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)是指在產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)階段將載荷、強(qiáng)度等有關(guān)設(shè)計(jì)量及其影響因素作為隨機(jī)變量對待，應(yīng)用可靠性數(shù)學(xué)理論與方法

20、，使所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品滿足預(yù)期的可靠性要求。產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)階段的主要內(nèi)容還包391括預(yù)測設(shè)計(jì)對象的可靠度、找出并消除薄弱環(huán)節(jié)、不同設(shè)計(jì)方案之間的可靠性指標(biāo)比較等，可分為定量分析與定性分析兩個(gè)方面。定量分析是應(yīng)用概率統(tǒng)計(jì)方法、布爾代數(shù)、馬爾可夫過程理論、故障樹分析等計(jì)算產(chǎn)品的失效概率。定性分析是通過故障模式、影響及致命度分析、事件樹分析、故障樹分析等對事故種類、原因、后果等進(jìn)行羅列和分析。3基于新概念的設(shè)計(jì)技術(shù)31綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)由于綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)是一

21、個(gè)新的改變，因此無論在國外或在國內(nèi)，人們對于這一新概念有著各種不同的稱呼。有綠色設(shè)計(jì)、生態(tài)設(shè)計(jì)、面向環(huán)境的設(shè)計(jì)，也有人根據(jù)產(chǎn)品生命周期不同階段所進(jìn)行的綠色設(shè)計(jì)，而分別稱為“面向包裝的設(shè)計(jì)”、面向使用的設(shè)計(jì)、面向維修的設(shè)計(jì)、面向拆卸的設(shè)計(jì)、面向回收的設(shè)計(jì)等。綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)從產(chǎn)品安全生命周期出發(fā)，考慮了生命周期各個(gè)階段對環(huán)境的影響。特別是在產(chǎn)品生命終止后，綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)必須考慮廢棄產(chǎn)品如何回收。再生和利用。只有這樣才能使廢棄產(chǎn)品對環(huán)境的影響減至

22、最小，才能最大限度地提高資源的循環(huán)利用率。32機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)可以分為三個(gè)過程：直覺思維、邏輯思維、創(chuàng)造過程。直覺思維對事物內(nèi)部各種關(guān)系的領(lǐng)悟過程是一種在下意識狀態(tài)下完成的過程，具有強(qiáng)烈的靈感凸顯特點(diǎn)。邏輯思維是運(yùn)用邏輯推理的思維對自己提出的創(chuàng)造目標(biāo)進(jìn)行分析，把復(fù)雜問題分解為若干小問題，求出每個(gè)分支的解，再將各個(gè)分支綜合起來從而逼近目標(biāo)。創(chuàng)造過程是提出—個(gè)創(chuàng)造目標(biāo)，這個(gè)目標(biāo)本身也可能就是一個(gè)創(chuàng)造靈感；為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。必須進(jìn)行分