機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)范文
時(shí)間:2023-12-27 17:56:33
導(dǎo)語(yǔ):如何才能寫好一篇機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì),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(jī)械產(chǎn)品;方案設(shè)計(jì)方法;發(fā)展趨勢(shì)
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(jì),尤其是機(jī)械產(chǎn)品方案的設(shè)計(jì)手段,則顯得力不從心,跟不上時(shí)展的需要。目前,計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的設(shè)計(jì)繪圖、設(shè)計(jì)計(jì)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足設(shè)計(jì)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(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)采用的方法,并討論了各種方法之間的有機(jī)聯(lián)系和機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的發(fā)展趨勢(shì)。
根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)所用方法的主要特征,可以將方案的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法概括為下述四大類型。
1、系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法
系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是:將設(shè)計(jì)看成由若干個(gè)設(shè)計(jì)要素組成的一個(gè)系統(tǒng),每個(gè)設(shè)計(jì)要素具有獨(dú)立性,各個(gè)要素間存在著有機(jī)的聯(lián)系,并具有層次性,所有的設(shè)計(jì)要素結(jié)合后,即可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)所需完成的任務(wù)。
系統(tǒng)化設(shè)計(jì)思想于70年代由德國(guó)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(jì)的一般模式,倡導(dǎo)設(shè)計(jì)工作應(yīng)具備條理性。德國(guó)工程師協(xié)會(huì)在這一設(shè)計(jì)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(jì)方法。
制定的機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)進(jìn)程模式,基本上沿用了德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)VDI2221的設(shè)計(jì)方式。除此之外,我國(guó)許多設(shè)計(jì)學(xué)者在進(jìn)行產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)時(shí)還借鑒和引用了其他發(fā)達(dá)國(guó)家的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)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(jì)和零件設(shè)計(jì)、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(jī)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(jì)過程劃分成功能需求層次、實(shí)現(xiàn)功能要求的概念層次和產(chǎn)品的具體設(shè)計(jì)層次。同時(shí)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(jī)械設(shè)計(jì)中系統(tǒng)科學(xué)的應(yīng)用歸納為兩個(gè)基本問題:一是把要設(shè)計(jì)的產(chǎn)品作為一個(gè)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(jì)過程看成一個(gè)系統(tǒng),根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo),正確、合理地確定設(shè)計(jì)中各個(gè)方面的工作和各個(gè)不同的設(shè)計(jì)階段。
由于每個(gè)設(shè)計(jì)者研究問題的角度以及考慮問題的側(cè)重點(diǎn)不同,進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)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(jì)方法。
1.1設(shè)計(jì)元素法
用五個(gè)設(shè)計(jì)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(gè)產(chǎn)品的五個(gè)設(shè)計(jì)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(guó)亦有設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)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(jì)劃分成輔助方法和信息交換兩個(gè)方面,利用Nijssen信息分析方法可以采用圖形符號(hào)、具有內(nèi)容豐富的語(yǔ)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(shí)現(xiàn)關(guān)系間的任意結(jié)合等特點(diǎn),將設(shè)計(jì)方法解與信息技術(shù)進(jìn)行集成,實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)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(yǔ)義設(shè)計(jì)網(wǎng)作為設(shè)計(jì)工具,在其開發(fā)的活性語(yǔ)義設(shè)計(jì)網(wǎng)ASK中,采用結(jié)點(diǎn)和線條組成的網(wǎng)絡(luò)描述設(shè)計(jì),結(jié)點(diǎn)表示元件化的單元(如設(shè)計(jì)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(diǎn)間不同的語(yǔ)義關(guān)系,由此為設(shè)計(jì)過程中的所有活動(dòng)和結(jié)果預(yù)先建立模型,使早期設(shè)計(jì)要求的定義到每一個(gè)結(jié)構(gòu)的具體描述均可由關(guān)系間的定義表達(dá),實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過程由抽象到具體的飛躍。
1.3“構(gòu)思”—“設(shè)計(jì)”法
將產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)分成“構(gòu)思”和“設(shè)計(jì)”兩個(gè)階段。“構(gòu)思”階段的任務(wù)是尋求、選擇和組合滿足設(shè)計(jì)任務(wù)要求的原理解?!霸O(shè)計(jì)”階段的工作則是具體實(shí)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(jì)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(shí)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(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖)。方案的“設(shè)計(jì)”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(jì)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(dòng)參數(shù)間相互關(guān)系的若干種簡(jiǎn)圖,把設(shè)計(jì)專家憑直覺設(shè)計(jì)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(shí)的方法,并將其應(yīng)用于“構(gòu)思”和“設(shè)計(jì)”階段。
從設(shè)計(jì)方法學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā),將明確了設(shè)計(jì)任務(wù)后的設(shè)計(jì)工作分為三步:1)獲取功能和功能結(jié)構(gòu)(簡(jiǎn)稱為“功能”);2)尋找效應(yīng)(簡(jiǎn)稱為“效應(yīng)”);3)尋找結(jié)構(gòu)(簡(jiǎn)稱為“構(gòu)形規(guī)則”)。并用下述四種策略描述機(jī)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(gè)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(jì)者創(chuàng)建的規(guī)則)關(guān)聯(lián),單獨(dú)考慮功能(通常與設(shè)計(jì)任務(wù)相關(guān))。此時(shí),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(yàn),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(jī)械、特大型機(jī)械、價(jià)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(duì)設(shè)計(jì)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(jì)法
在方案設(shè)計(jì)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(jì)解集,形成不同的設(shè)計(jì)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(duì)應(yīng)的關(guān)系。
Kotaetal將矩陣作為機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),把機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)空間分解為功能子空間,每個(gè)子空間只表示方案設(shè)計(jì)的一個(gè)模塊,在抽象階段的高層,每個(gè)設(shè)計(jì)模塊用運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換矩陣和一個(gè)可進(jìn)行操作的約束矢量表示;在抽象階段的低層,每個(gè)設(shè)計(jì)模塊被表示為參數(shù)矩陣和一個(gè)運(yùn)動(dòng)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(shí)現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)的自動(dòng)生成和功能結(jié)構(gòu)與鍵合圖之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換,尋求由鍵合圖產(chǎn)生多個(gè)設(shè)計(jì)方案的方法。
2、結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)方法
從規(guī)劃產(chǎn)品的角度提出:定義設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)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(jì)任務(wù),即分解任務(wù)時(shí)就考慮每個(gè)分任務(wù)是否存在對(duì)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(jì)任務(wù)中可能存在的矛盾,早期預(yù)測(cè)生產(chǎn)能力、費(fèi)用,以及開發(fā)設(shè)計(jì)過程中計(jì)劃的可調(diào)整性,由此提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)的可靠性,同時(shí)也降低新產(chǎn)品的成本。Feldmann將描述設(shè)計(jì)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(duì)功能元件進(jìn)行更為具體的定性和定量描述。同時(shí)研制出適合于產(chǎn)品開發(fā)早期和設(shè)計(jì)初期使用的工具軟件STRAT。
認(rèn)為專用機(jī)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(jī)械設(shè)計(jì)中采用功能化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu),對(duì)于評(píng)價(jià)專用機(jī)械的設(shè)計(jì)、制造風(fēng)險(xiǎn)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(gè)或幾個(gè)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(gè)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(jì)化,具有互換性、相容性和相關(guān)性。我國(guó)結(jié)合軟件構(gòu)件技術(shù)和CAD技術(shù),將變形設(shè)計(jì)與組合設(shè)計(jì)相結(jié)合,根據(jù)分級(jí)模塊化原理,將加工中心機(jī)床由大到小分為產(chǎn)品級(jí)、部件級(jí)、組件級(jí)和元件級(jí),并利用專家知識(shí)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(jì)為目錄作為選擇變異機(jī)械結(jié)構(gòu)的工具,提出將設(shè)計(jì)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(jì)目錄。并在解集設(shè)計(jì)目錄中列出評(píng)論每一個(gè)解的附加信息,非常有利于設(shè)計(jì)工程師選擇解元素。
根據(jù)機(jī)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(hào)表示典型元件和元件間的連接規(guī)則,由此實(shí)現(xiàn)元件間聯(lián)接的算法化和概念的可視化。
在進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)中,用“功能建立”模塊對(duì)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(jī)構(gòu)型式的一一對(duì)應(yīng)?!敖Y(jié)構(gòu)建立”模塊則作為功能解的選擇對(duì)象以便于實(shí)現(xiàn)映射算法。
3、基于產(chǎn)品特征知識(shí)的設(shè)計(jì)方法
基于產(chǎn)品特征知識(shí)設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是:用計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的語(yǔ)言描述產(chǎn)品的特征及其設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)<业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn),建立相應(yīng)的知識(shí)庫(kù)及推理機(jī),再利用已存儲(chǔ)的領(lǐng)域知識(shí)和建立的推理機(jī)制實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)。
機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)主要是依據(jù)產(chǎn)品所具有的特征,以及設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)<业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推量和決策,完成機(jī)構(gòu)的型、數(shù)綜合。欲實(shí)現(xiàn)這一階段的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),必須研究知識(shí)的自動(dòng)獲取、表達(dá)、集成、協(xié)調(diào)、管理和使用。為此,國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者針對(duì)機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)知識(shí)的自動(dòng)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(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換”功能(簡(jiǎn)稱功能元)將機(jī)構(gòu)進(jìn)行分類,并利用代碼描述功能元和機(jī)構(gòu)類別,由此建立起“機(jī)構(gòu)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)”知識(shí)庫(kù)。在此基礎(chǔ)上,將二元邏輯推理與模糊綜合評(píng)判原理相結(jié)合,建立了該“專家系統(tǒng)”的推理機(jī)制,并用于四工位專用機(jī)床的方案設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)中,運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)圖論方法將機(jī)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(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和性能轉(zhuǎn)化為個(gè)體染色體的二進(jìn)制數(shù)串,并根據(jù)設(shè)計(jì)要求編制適應(yīng)值,運(yùn)用生物進(jìn)化理論控制繁殖機(jī)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(gè)體,以極快的進(jìn)化過程得到適應(yīng)性最優(yōu)的個(gè)體,即最符合設(shè)計(jì)要求的機(jī)構(gòu)方案。
3.2知識(shí)的混合型表達(dá)法
針對(duì)復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì),采用混合型的知識(shí)表達(dá)方式描述設(shè)計(jì)中的各類知識(shí)尤為適合,這一點(diǎn)已得到我國(guó)許多設(shè)計(jì)學(xué)者的共識(shí)。
在研制復(fù)雜產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)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(shí)表示方法有機(jī)地結(jié)合在一起,以適應(yīng)設(shè)計(jì)中不同類型知識(shí)的描述。將多種單一的知識(shí)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(duì)象的屬性,用規(guī)則表示對(duì)象的動(dòng)態(tài)特征,用過程表示知識(shí)的處理,組成一種混合型的知識(shí)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(jì)智能系統(tǒng)GBCDIS”和“變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)GBSDES”。
3.3利用基于知識(shí)的開發(fā)工具
在聯(lián)軸器的CAD系統(tǒng)中,利用基于知識(shí)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(jì)方法數(shù)據(jù)庫(kù),為設(shè)計(jì)者進(jìn)行聯(lián)軸器的方案設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了廣泛且可靠的設(shè)計(jì)方法譜。則利用NEXPERT描述直線導(dǎo)軌設(shè)計(jì)中需要基于知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)的內(nèi)容,由此尋求出基于知識(shí)的解,并開發(fā)出直線導(dǎo)軌設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)。
3.4設(shè)計(jì)目錄法
構(gòu)造了“功能模塊”、“功能元解”和“機(jī)構(gòu)組”三級(jí)遞進(jìn)式設(shè)計(jì)目錄,并將這三級(jí)遞進(jìn)式設(shè)計(jì)目錄作為機(jī)械傳動(dòng)原理方案智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)和開發(fā)設(shè)計(jì)的輔助工具。
3.5基于實(shí)例的方法
在研制設(shè)計(jì)型專家系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)中,采用基本謂詞描述設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)條件和選取的方案,用框架結(jié)構(gòu)描述“工程實(shí)例”和各種“概念實(shí)體”,通過基于實(shí)例的推理技術(shù)產(chǎn)生候選解來(lái)配匹產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求。
4、智能化設(shè)計(jì)方法
智能化設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是:根據(jù)設(shè)計(jì)方法學(xué)理論,借助于三維圖形軟件、智能化設(shè)計(jì)軟件和虛擬現(xiàn)實(shí)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(jì)、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(shí),考慮了系統(tǒng)工程理論、產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jì)初期使用的多媒體開發(fā)系統(tǒng)軟件MUSE。
在進(jìn)行自動(dòng)取款機(jī)設(shè)計(jì)時(shí),把產(chǎn)品的整個(gè)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(gè)階段,并且充分利用了現(xiàn)有的CAD尖端技術(shù)——虛擬現(xiàn)實(shí)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(jī)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(gè)產(chǎn)品外形的簡(jiǎn)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(cè)外部形狀效果的依據(jù),也是幾何圖形顯示設(shè)計(jì)變量的依據(jù),同時(shí)還是開發(fā)過程中各類分析的基礎(chǔ)。2)開發(fā)—設(shè)計(jì)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(jì)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(jī)、電、電子部件、控制技術(shù)或軟件組成的傳動(dòng)系統(tǒng);還可以是要求、特性、形狀等等。將實(shí)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(duì)產(chǎn)品的配置(設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)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(diǎn)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(gè)階段,可以使設(shè)計(jì)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(gè)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(guó)利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)還處于剛剛起步階段。利用面向?qū)ο蟮募夹g(shù),重點(diǎn)研究了按時(shí)序合成的機(jī)構(gòu)組合方案設(shè)計(jì)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(gè)角度對(duì)專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)出的方案進(jìn)行觀察,如運(yùn)動(dòng)中機(jī)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(gè)階段求解過程需要的場(chǎng)合)結(jié)合應(yīng)用。指出隨著計(jì)算機(jī)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(jì)聯(lián)接件時(shí)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(tái),將產(chǎn)品的開發(fā)過程分為概念設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì),并以變量設(shè)計(jì)技術(shù)為基礎(chǔ),建立了膠印機(jī)凸輪連桿機(jī)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(jī)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(jì)功能,使原理圖隨著機(jī)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(jí)的裝配模型、零件設(shè)計(jì)。
5、各類設(shè)計(jì)方法評(píng)述及發(fā)展趨勢(shì)
綜上所述,系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法將設(shè)計(jì)任務(wù)由抽象到具體(由設(shè)計(jì)的任務(wù)要求到實(shí)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(shí)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(jī)地聯(lián)系在一起,使整個(gè)設(shè)計(jì)過程系統(tǒng)化,使設(shè)計(jì)有規(guī)律可循,有方法可依,易于設(shè)計(jì)過程的計(jì)算機(jī)輔助實(shí)現(xiàn)。
結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)方法視具有某種功能的實(shí)現(xiàn)為一個(gè)結(jié)構(gòu)模塊,通過結(jié)構(gòu)模塊的組合,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)。對(duì)于特定種類的機(jī)械產(chǎn)品,由于其組成部分的功能較為明確且相對(duì)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(jì)較為合適。由于實(shí)體與功能之間并非是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系,一個(gè)實(shí)體通??梢詫?shí)現(xiàn)若干種功能,一個(gè)功能往往又可通過若干種實(shí)體予以實(shí)現(xiàn)。因此,若將結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)方法用于一般意義的產(chǎn)品方案設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)模塊的劃分和選用都比較困難,而且要求設(shè)計(jì)人員具有相當(dāng)豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和廣博的多學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)。
機(jī)械產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)通常無(wú)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(jì)專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理和決策。因此,欲實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì),必須解決計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和運(yùn)用產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)和專家設(shè)計(jì)決策等有關(guān)方面的問題,由此形成基于產(chǎn)品特征知識(shí)的設(shè)計(jì)方法。
目前,智能化設(shè)計(jì)方法主要是利用三維圖形軟件和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì),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(jì)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(yàn)的設(shè)計(jì)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(jì)方法中,劃分結(jié)構(gòu)模塊時(shí)就蘊(yùn)含有系統(tǒng)化思想,建立產(chǎn)品特征及設(shè)計(jì)方法知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)時(shí),通常也需運(yùn)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(shí)的設(shè)計(jì)同時(shí)又是方案智能化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之一。在機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)中,視能夠?qū)崿F(xiàn)特定功能的通用零件、部件或常用機(jī)構(gòu)為結(jié)構(gòu)模塊,并將其應(yīng)用到系統(tǒng)化設(shè)計(jì)有關(guān)層次的具體設(shè)計(jì)中,即將結(jié)構(gòu)模塊化方法融于系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法中,不僅可以保證設(shè)計(jì)的規(guī)范化,而且可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過程,提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量,降低設(shè)計(jì)成本。
篇2
關(guān)鍵詞:機(jī)械產(chǎn)品;方案設(shè)計(jì)方法;發(fā)展趨勢(shì)
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(jì),尤其是機(jī)械產(chǎn)品方案的設(shè)計(jì)手段,則顯得力不從心,跟不上時(shí)展的需要。目前,計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的設(shè)計(jì)繪圖、設(shè)計(jì)計(jì)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足設(shè)計(jì)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(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)采用的方法,并討論了各種方法之間的有機(jī)聯(lián)系和機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的發(fā)展趨勢(shì)。
根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)所用方法的主要特征,可以將方案的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法概括為下述四大類型。
1、系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法
系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是:將設(shè)計(jì)看成由若干個(gè)設(shè)計(jì)要素組成的一個(gè)系統(tǒng),每個(gè)設(shè)計(jì)要素具有獨(dú)立性,各個(gè)要素間存在著有機(jī)的聯(lián)系,并具有層次性,所有的設(shè)計(jì)要素結(jié)合后,即可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)所需完成的任務(wù)。
系統(tǒng)化設(shè)計(jì)思想于70年代由德國(guó)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(jì)的一般模式,倡導(dǎo)設(shè)計(jì)工作應(yīng)具備條理性。德國(guó)工程師協(xié)會(huì)在這一設(shè)計(jì)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(jì)方法。
制定的機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)進(jìn)程模式,基本上沿用了德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)VDI2221的設(shè)計(jì)方式。除此之外,我國(guó)許多設(shè)計(jì)學(xué)者在進(jìn)行產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)時(shí)還借鑒和引用了其他發(fā)達(dá)國(guó)家的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)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(jì)和零件設(shè)計(jì)、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(jī)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(jì)過程劃分成功能需求層次、實(shí)現(xiàn)功能要求的概念層次和產(chǎn)品的具體設(shè)計(jì)層次。同時(shí)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(jī)械設(shè)計(jì)中系統(tǒng)科學(xué)的應(yīng)用歸納為兩個(gè)基本問題:一是把要設(shè)計(jì)的產(chǎn)品作為一個(gè)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(jì)過程看成一個(gè)系統(tǒng),根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo),正確、合理地確定設(shè)計(jì)中各個(gè)方面的工作和各個(gè)不同的設(shè)計(jì)階段。
由于每個(gè)設(shè)計(jì)者研究問題的角度以及考慮問題的側(cè)重點(diǎn)不同,進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)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(jì)方法。
1.1設(shè)計(jì)元素法
用五個(gè)設(shè)計(jì)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(gè)產(chǎn)品的五個(gè)設(shè)計(jì)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(guó)亦有設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)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(jì)劃分成輔助方法和信息交換兩個(gè)方面,利用Nijssen信息分析方法可以采用圖形符號(hào)、具有內(nèi)容豐富的語(yǔ)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(shí)現(xiàn)關(guān)系間的任意結(jié)合等特點(diǎn),將設(shè)計(jì)方法解與信息技術(shù)進(jìn)行集成,實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)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(yǔ)義設(shè)計(jì)網(wǎng)作為設(shè)計(jì)工具,在其開發(fā)的活性語(yǔ)義設(shè)計(jì)網(wǎng)ASK中,采用結(jié)點(diǎn)和線條組成的網(wǎng)絡(luò)描述設(shè)計(jì),結(jié)點(diǎn)表示元件化的單元(如設(shè)計(jì)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(diǎn)間不同的語(yǔ)義關(guān)系,由此為設(shè)計(jì)過程中的所有活動(dòng)和結(jié)果預(yù)先建立模型,使早期設(shè)計(jì)要求的定義到每一個(gè)結(jié)構(gòu)的具體描述均可由關(guān)系間的定義表達(dá),實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過程由抽象到具體的飛躍。
1.3“構(gòu)思”—“設(shè)計(jì)”法
將產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)分成“構(gòu)思”和“設(shè)計(jì)”兩個(gè)階段?!皹?gòu)思”階段的任務(wù)是尋求、選擇和組合滿足設(shè)計(jì)任務(wù)要求的原理解?!霸O(shè)計(jì)”階段的工作則是具體實(shí)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(jì)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(shí)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(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖)。方案的“設(shè)計(jì)”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(jì)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(dòng)參數(shù)間相互關(guān)系的若干種簡(jiǎn)圖,把設(shè)計(jì)專家憑直覺設(shè)計(jì)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(shí)的方法,并將其應(yīng)用于“構(gòu)思”和“設(shè)計(jì)”階段。
從設(shè)計(jì)方法學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā),將明確了設(shè)計(jì)任務(wù)后的設(shè)計(jì)工作分為三步:1)獲取功能和功能結(jié)構(gòu)(簡(jiǎn)稱為“功能”);2)尋找效應(yīng)(簡(jiǎn)稱為“效應(yīng)”);3)尋找結(jié)構(gòu)(簡(jiǎn)稱為“構(gòu)形規(guī)則”)。并用下述四種策略描述機(jī)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(gè)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(jì)者創(chuàng)建的規(guī)則)關(guān)聯(lián),單獨(dú)考慮功能(通常與設(shè)計(jì)任務(wù)相關(guān))。此時(shí),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(yàn),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(jī)械、特大型機(jī)械、價(jià)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(duì)設(shè)計(jì)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(jì)法
在方案設(shè)計(jì)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(jì)解集,形成不同的設(shè)計(jì)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(duì)應(yīng)的關(guān)系。
Kotaetal將矩陣作為機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),把機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)空間分解為功能子空間,每個(gè)子空間只表示方案設(shè)計(jì)的一個(gè)模塊,在抽象階段的高層,每個(gè)設(shè)計(jì)模塊用運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換矩陣和一個(gè)可進(jìn)行操作的約束矢量表示;在抽象階段的低層,每個(gè)設(shè)計(jì)模塊被表示為參數(shù)矩陣和一個(gè)運(yùn)動(dòng)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(shí)現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)的自動(dòng)生成和功能結(jié)構(gòu)與鍵合圖之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換,尋求由鍵合圖產(chǎn)生多個(gè)設(shè)計(jì)方案的方法。
2、結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)方法
從規(guī)劃產(chǎn)品的角度提出:定義設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)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(jì)任務(wù),即分解任務(wù)時(shí)就考慮每個(gè)分任務(wù)是否
存在對(duì)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(jì)任務(wù)中可能存在的矛盾,早期預(yù)測(cè)生產(chǎn)能力、費(fèi)用,以及開發(fā)設(shè)計(jì)過程中計(jì)劃的可調(diào)整性,由此提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)的可靠性,同時(shí)也降低新產(chǎn)品的成本。Feldmann將描述設(shè)計(jì)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(duì)功能元件進(jìn)行更為具體的定性和定量描述。同時(shí)研制出適合于產(chǎn)品開發(fā)早期和設(shè)計(jì)初期使用的工具軟件STRAT。
認(rèn)為專用機(jī)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(jī)械設(shè)計(jì)中采用功能化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu),對(duì)于評(píng)價(jià)專用機(jī)械的設(shè)計(jì)、制造風(fēng)險(xiǎn)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(gè)或幾個(gè)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(gè)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(jì)化,具有互換性、相容性和相關(guān)性。我國(guó)結(jié)合軟件構(gòu)件技術(shù)和CAD技術(shù),將變形設(shè)計(jì)與組合設(shè)計(jì)相結(jié)合,根據(jù)分級(jí)模塊化原理,將加工中心機(jī)床由大到小分為產(chǎn)品級(jí)、部件級(jí)、組件級(jí)和元件級(jí),并利用專家知識(shí)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(jì)為目錄作為選擇變異機(jī)械結(jié)構(gòu)的工具,提出將設(shè)計(jì)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(jì)目錄。并在解集設(shè)計(jì)目錄中列出評(píng)論每一個(gè)解的附加信息,非常有利于設(shè)計(jì)工程師選擇解元素。
根據(jù)機(jī)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(hào)表示典型元件和元件間的連接規(guī)則,由此實(shí)現(xiàn)元件間聯(lián)接的算法化和概念的可視化。
在進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)中,用“功能建立”模塊對(duì)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(jī)構(gòu)型式的一一對(duì)應(yīng)?!敖Y(jié)構(gòu)建立”模塊則作為功能解的選擇對(duì)象以便于實(shí)現(xiàn)映射算法。
3、基于產(chǎn)品特征知識(shí)的設(shè)計(jì)方法
基于產(chǎn)品特征知識(shí)設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是:用計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的語(yǔ)言描述產(chǎn)品的特征及其設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)<业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn),建立相應(yīng)的知識(shí)庫(kù)及推理機(jī),再利用已存儲(chǔ)的領(lǐng)域知識(shí)和建立的推理機(jī)制實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)。
機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)主要是依據(jù)產(chǎn)品所具有的特征,以及設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)<业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推量和決策,完成機(jī)構(gòu)的型、數(shù)綜合。欲實(shí)現(xiàn)這一階段的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),必須研究知識(shí)的自動(dòng)獲取、表達(dá)、集成、協(xié)調(diào)、管理和使用。為此,國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者針對(duì)機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)知識(shí)的自動(dòng)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(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換”功能(簡(jiǎn)稱功能元)將機(jī)構(gòu)進(jìn)行分類,并利用代碼描述功能元和機(jī)構(gòu)類別,由此建立起“機(jī)構(gòu)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)”知識(shí)庫(kù)。在此基礎(chǔ)上,將二元邏輯推理與模糊綜合評(píng)判原理相結(jié)合,建立了該“專家系統(tǒng)”的推理機(jī)制,并用于四工位專用機(jī)床的方案設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)中,運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)圖論方法將機(jī)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(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和性能轉(zhuǎn)化為個(gè)體染色體的二進(jìn)制數(shù)串,并根據(jù)設(shè)計(jì)要求編制適應(yīng)值,運(yùn)用生物進(jìn)化理論控制繁殖機(jī)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(gè)體,以極快的進(jìn)化過程得到適應(yīng)性最優(yōu)的個(gè)體,即最符合設(shè)計(jì)要求的機(jī)構(gòu)方案。
3.2知識(shí)的混合型表達(dá)法
針對(duì)復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì),采用混合型的知識(shí)表達(dá)方式描述設(shè)計(jì)中的各類知識(shí)尤為適合,這一點(diǎn)已得到我國(guó)許多設(shè)計(jì)學(xué)者的共識(shí)。
在研制復(fù)雜產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)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(shí)表示方法有機(jī)地結(jié)合在一起,以適應(yīng)設(shè)計(jì)中不同類型知識(shí)的描述。將多種單一的知識(shí)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(duì)象的屬性,用規(guī)則表示對(duì)象的動(dòng)態(tài)特征,用過程表示知識(shí)的處理,組成一種混合型的知識(shí)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(jì)智能系統(tǒng)GBCDIS”和“變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)GBSDES”。
3.3利用基于知識(shí)的開發(fā)工具
在聯(lián)軸器的CAD系統(tǒng)中,利用基于知識(shí)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(jì)方法數(shù)據(jù)庫(kù),為設(shè)計(jì)者進(jìn)行聯(lián)軸器的方案設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了廣泛且可靠的設(shè)計(jì)方法譜。則利用NEXPERT描述直線導(dǎo)軌設(shè)計(jì)中需要基于知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)的內(nèi)容,由此尋求出基于知識(shí)的解,并開發(fā)出直線導(dǎo)軌設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)。
3.4設(shè)計(jì)目錄法
構(gòu)造了“功能模塊”、“功能元解”和“機(jī)構(gòu)組”三級(jí)遞進(jìn)式設(shè)計(jì)目錄,并將這三級(jí)遞進(jìn)式設(shè)計(jì)目錄作為機(jī)械傳動(dòng)原理方案智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)和開發(fā)設(shè)計(jì)的輔助工具。
3.5基于實(shí)例的方法
在研制設(shè)計(jì)型專家系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)中,采用基本謂詞描述設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)條件和選取的方案,用框架結(jié)構(gòu)描述“工程實(shí)例”和各種“概念實(shí)體”,通過基于實(shí)例的推理技術(shù)產(chǎn)生候選解來(lái)配匹產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求。
4、智能化設(shè)計(jì)方法
智能化設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是:根據(jù)設(shè)計(jì)方法學(xué)理論,借助于三維圖形軟件、智能化設(shè)計(jì)軟件和虛擬現(xiàn)實(shí)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(jì)、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(shí),考慮了系統(tǒng)工程理論、產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jì)初期使用的多媒體開發(fā)系統(tǒng)軟件MUSE。
在進(jìn)行自動(dòng)取款機(jī)設(shè)計(jì)時(shí),把產(chǎn)品的整個(gè)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(gè)階段,并且充分利用了現(xiàn)有的CAD尖端技術(shù)——虛擬現(xiàn)實(shí)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(jī)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(gè)產(chǎn)品外形的簡(jiǎn)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(cè)外部形狀效果的依據(jù),也是幾何圖形顯示設(shè)計(jì)變量的依據(jù),同時(shí)還是開發(fā)過程中各類分析的基礎(chǔ)。2)開發(fā)—設(shè)計(jì)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(jì)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(jī)、電、電子部件、控制技術(shù)或軟件組成的傳動(dòng)系統(tǒng);還可以是要求、特性、形狀等等。將實(shí)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(duì)產(chǎn)品的配置(設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)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(diǎn)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(gè)階段,可以使設(shè)計(jì)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(gè)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(guó)利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)還處于剛剛起步階段。利用面向
對(duì)象的技術(shù),重點(diǎn)研究了按時(shí)序合成的機(jī)構(gòu)組合方案設(shè)計(jì)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(gè)角度對(duì)專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)出的方案進(jìn)行觀察,如運(yùn)動(dòng)中機(jī)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(gè)階段求解過程需要的場(chǎng)合)結(jié)合應(yīng)用。指出隨著計(jì)算機(jī)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(jì)聯(lián)接件時(shí)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(tái),將產(chǎn)品的開發(fā)過程分為概念設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì),并以變量設(shè)計(jì)技術(shù)為基礎(chǔ),建立了膠印機(jī)凸輪連桿機(jī)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(jī)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(jì)功能,使原理圖隨著機(jī)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(jí)的裝配模型、零件設(shè)計(jì)。
5、各類設(shè)計(jì)方法評(píng)述及發(fā)展趨勢(shì)
綜上所述,系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法將設(shè)計(jì)任務(wù)由抽象到具體(由設(shè)計(jì)的任務(wù)要求到實(shí)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(shí)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(jī)地聯(lián)系在一起,使整個(gè)設(shè)計(jì)過程系統(tǒng)化,使設(shè)計(jì)有規(guī)律可循,有方法可依,易于設(shè)計(jì)過程的計(jì)算機(jī)輔助實(shí)現(xiàn)。
結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)方法視具有某種功能的實(shí)現(xiàn)為一個(gè)結(jié)構(gòu)模塊,通過結(jié)構(gòu)模塊的組合,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)。對(duì)于特定種類的機(jī)械產(chǎn)品,由于其組成部分的功能較為明確且相對(duì)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(jì)較為合適。由于實(shí)體與功能之間并非是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系,一個(gè)實(shí)體通??梢詫?shí)現(xiàn)若干種功能,一個(gè)功能往往又可通過若干種實(shí)體予以實(shí)現(xiàn)。因此,若將結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)方法用于一般意義的產(chǎn)品方案設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)模塊的劃分和選用都比較困難,而且要求設(shè)計(jì)人員具有相當(dāng)豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和廣博的多學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)。
機(jī)械產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)通常無(wú)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(jì)專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理和決策。因此,欲實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì),必須解決計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和運(yùn)用產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)和專家設(shè)計(jì)決策等有關(guān)方面的問題,由此形成基于產(chǎn)品特征知識(shí)的設(shè)計(jì)方法。
目前,智能化設(shè)計(jì)方法主要是利用三維圖形軟件和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì),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(jì)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(yàn)的設(shè)計(jì)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(jì)方法中,劃分結(jié)構(gòu)模塊時(shí)就蘊(yùn)含有系統(tǒng)化思想,建立產(chǎn)品特征及設(shè)計(jì)方法知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)時(shí),通常也需運(yùn)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(shí)的設(shè)計(jì)同時(shí)又是方案智能化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之一。在機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)中,視能夠?qū)崿F(xiàn)特定功能的通用零件、部件或常用機(jī)構(gòu)為結(jié)構(gòu)模塊,并將其應(yīng)用到系統(tǒng)化設(shè)計(jì)有關(guān)層次的具體設(shè)計(jì)中,即將結(jié)構(gòu)模塊化方法融于系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法中,不僅可以保證設(shè)計(jì)的規(guī)范化,而且可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過程,提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量,降低設(shè)計(jì)成本。
篇3
概述
機(jī)械設(shè)備是加工制造的基礎(chǔ),無(wú)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(duì)新技術(shù)的實(shí)踐都需有新的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行保障。因此對(duì)于新的機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)研發(fā)工作需要依托于科技創(chuàng)新,根植于生產(chǎn)實(shí)際,以合理、實(shí)用、創(chuàng)新為原則,進(jìn)行機(jī)械設(shè)備的開發(fā)研制工作,從而促進(jìn)機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)水平的提高,在我國(guó)經(jīng)濟(jì)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(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)研制過程中需要注意的一些問題。
1 機(jī)械設(shè)計(jì)的流程
1.1明確機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)的主要用途
機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)的目的是要設(shè)計(jì)出一種能達(dá)到預(yù)定功能要求、具有性能好、成本低、價(jià)值最優(yōu)能滿足市場(chǎng)需求的機(jī)械產(chǎn)品,機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)的特點(diǎn)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(jì)到較具體的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)、總體設(shè)計(jì)等。設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)過程中,不斷豐富和完善產(chǎn)品的設(shè)計(jì)信息,直到完成整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。機(jī)械設(shè)計(jì)是一個(gè)逐步求精和細(xì)化的過程。
1.2 機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)研發(fā)的一般流程
以下將對(duì)機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)研發(fā)的一般流程進(jìn)行闡述:
1.2.1 提出申請(qǐng):機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)研發(fā),必須要根據(jù)需求來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì),在這一階段需要根據(jù)需求提出申請(qǐng)。
1.2.2 對(duì)申請(qǐng)進(jìn)行審批答復(fù):當(dāng)相應(yīng)的申請(qǐng)?zhí)峤坏街鞴懿块T后,需要主管部門對(duì)申請(qǐng)進(jìn)行審核,從可行性和經(jīng)濟(jì)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(jì)劃書:當(dāng)主管部門對(duì)申請(qǐng)批準(zhǔn)后,需要對(duì)申請(qǐng)中的條文具體細(xì)化,并以任務(wù)計(jì)劃書的形式下發(fā)到具體的設(shè)計(jì)部門。
1.2.4組建設(shè)計(jì)研發(fā)項(xiàng)目組:當(dāng)具體的設(shè)計(jì)部門收到任務(wù)計(jì)劃書后,需要根據(jù)計(jì)劃書中的項(xiàng)目種類、專業(yè)需求,選用與計(jì)劃書中相符合的各種人員,組建設(shè)計(jì)研發(fā)項(xiàng)目組。
1.2.5根據(jù)計(jì)劃書提出初步的方案:設(shè)計(jì)研發(fā)項(xiàng)目組需要根據(jù)計(jì)劃書中提出的設(shè)計(jì)需求,機(jī)械設(shè)備需要完成的任務(wù)確定初步的方案,并對(duì)這一方案進(jìn)行廣泛的討論,當(dāng)遇到大型設(shè)備時(shí)需要提出相應(yīng)的小型樣機(jī)的初步方案。
1.2.6根據(jù)初步方案設(shè)計(jì)出初步的方案草圖:設(shè)計(jì)研發(fā)項(xiàng)目組需要根據(jù)初步方案設(shè)計(jì)出初步的方案草圖(包括相應(yīng)的設(shè)計(jì)總圖和一些關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)圖)。
1.2.7對(duì)初步方案草圖進(jìn)行評(píng)審:當(dāng)完成項(xiàng)目的初步方案草圖后,項(xiàng)目組需要組織相應(yīng)的人員進(jìn)行方案評(píng)審,對(duì)初步方案的一些關(guān)鍵部分進(jìn)行可行性評(píng)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(jì):當(dāng)方案修改完成后,應(yīng)根據(jù)修改方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。
1.2.9圖紙審核、批準(zhǔn):當(dāng)機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)完成后,應(yīng)組織人員對(duì)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(jì)部門需要和加工制造部門就圖紙進(jìn)行會(huì)審,對(duì)圖紙上不明確的部分或者是疑點(diǎn)進(jìn)行溝通,保證零部件安裝設(shè)計(jì)意圖進(jìn)行制造。
1.2.11在加工過程中需要設(shè)計(jì)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(jì)人員和加工制造人員應(yīng)進(jìn)行良好的溝通,對(duì)加工進(jìn)度進(jìn)行把控,并對(duì)加工中出現(xiàn)的問題進(jìn)行解決,并對(duì)這些問題進(jìn)行記錄,留備以后查看。
1.2.12機(jī)械設(shè)備零部件的驗(yàn)收:在加工制造部門完成全部的加工任務(wù)后,設(shè)計(jì)人員應(yīng)到場(chǎng)對(duì)加工完成的零部件進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)。
1.2.13對(duì)機(jī)械設(shè)備的組裝、調(diào)試:當(dāng)檢驗(yàn)合格的零部件到達(dá)裝配現(xiàn)場(chǎng)后,設(shè)計(jì)人員應(yīng)到場(chǎng)指導(dǎo),就設(shè)備的裝配中出現(xiàn)的問題及時(shí)提出解決方案,保障機(jī)械設(shè)備裝配的順利進(jìn)行,這一階段對(duì)機(jī)械設(shè)備的最終質(zhì)量有著非常大的影響,是設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)裝配的全程跟隨,并提出專業(yè)的技術(shù)指導(dǎo)。
1.2.14機(jī)械設(shè)備進(jìn)行試生產(chǎn):當(dāng)機(jī)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(jī)械設(shè)備進(jìn)行試生產(chǎn),并對(duì)機(jī)械設(shè)備在試生產(chǎn)的過程中的狀態(tài)進(jìn)行記錄,同時(shí)對(duì)生產(chǎn)出的產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè),看是否達(dá)到了設(shè)計(jì)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(duì)設(shè)備進(jìn)行排查,對(duì)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(jī)械設(shè)備投入生產(chǎn):在機(jī)械設(shè)備試生產(chǎn)合格后,機(jī)械設(shè)備將投入正式生產(chǎn),在這之后,設(shè)計(jì)開發(fā)項(xiàng)目組需要對(duì)操作人員進(jìn)行培訓(xùn),同時(shí)需要將機(jī)械設(shè)備的相關(guān)資料進(jìn)行移交。
2 在設(shè)計(jì)研發(fā)的過程中需要注意的問題
以上介紹了機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)的整個(gè)流程,在這一流程中,各個(gè)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(jì)研發(fā)階段需要注意的問題
一部機(jī)器的質(zhì)量基本上決定于設(shè)計(jì)質(zhì)量。制造過程對(duì)機(jī)器質(zhì)量所起的作用,本質(zhì)上就在于實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)時(shí)所規(guī)定的質(zhì)量。在這一階段,除了機(jī)械設(shè)計(jì)要合理外,加工制造承擔(dān)著重要的責(zé)任,設(shè)計(jì)人員應(yīng)和加工制造部門加強(qiáng)溝通,及時(shí)解決加工制造匯中的問題,同時(shí)對(duì)機(jī)械零部件加強(qiáng)跟蹤,保證零部件的制造按照設(shè)計(jì)預(yù)期進(jìn)行制造,設(shè)計(jì)制造是一個(gè)統(tǒng)一的整體,切不可將其分割開來(lái)。
2.2 裝配調(diào)試階段需要注意的問題
機(jī)械設(shè)備的裝配調(diào)試在整個(gè)設(shè)計(jì)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(jì)人員需要全程跟蹤設(shè)備的裝配調(diào)試,及時(shí)對(duì)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(jì)人員要做好設(shè)備相應(yīng)的記錄工作,積累自身經(jīng)驗(yàn),為以后的設(shè)計(jì)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(duì)試生產(chǎn)出來(lái)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(duì)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(jì)預(yù)期。設(shè)備交付使用后,需要對(duì)操作人員進(jìn)行培訓(xùn),并將全套資料進(jìn)行移交。
結(jié)語(yǔ)
本文根據(jù)作者的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn),對(duì)機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)研發(fā)中的一些問題進(jìn)行介紹。并對(duì)設(shè)計(jì)研發(fā)過程中的問題提出了解決方案。
參考文獻(xiàn)
篇4
【關(guān)鍵詞】機(jī)械零部件設(shè)計(jì);傳統(tǒng)零部件設(shè)計(jì);創(chuàng)新設(shè)計(jì)
1.傳統(tǒng)機(jī)械零部件設(shè)計(jì)的自身局限性
傳統(tǒng)機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)在運(yùn)用中出現(xiàn)的諸多問題,這些問題的出現(xiàn),都是機(jī)械零部件傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)局限性所產(chǎn)生的。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)在長(zhǎng)期運(yùn)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(jì)方法,但是它有很多局限:在方案設(shè)計(jì)時(shí)憑借設(shè)計(jì)者有限的直接經(jīng)驗(yàn)或間接經(jīng)驗(yàn),通過計(jì)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(jì)既不充分又不系統(tǒng),不強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新,因此很難得到最優(yōu)方案;在機(jī)械零部件設(shè)計(jì)中,僅對(duì)重要的零部件根據(jù)簡(jiǎn)化的力學(xué)模型或經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行靜態(tài)的或近似的設(shè)計(jì)計(jì)算,其他零部件只作類比設(shè)計(jì),與實(shí)際工況有時(shí)相差較遠(yuǎn),難免造成失誤;傳統(tǒng)設(shè)計(jì)偏重于考慮產(chǎn)品自身的功能的實(shí)現(xiàn),忽略人―機(jī)―環(huán)境之間關(guān)系的重要性;傳統(tǒng)設(shè)計(jì)采用手工計(jì)算、繪圖,設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性差、工作周期長(zhǎng)、效率低。
2.機(jī)械零部件創(chuàng)新設(shè)計(jì)的思維方式
機(jī)械零部件設(shè)計(jì)的本質(zhì)是創(chuàng)造和革新?,F(xiàn)代機(jī)械機(jī)械零部件設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新設(shè)計(jì),要求在設(shè)計(jì)中更充分地發(fā)揮設(shè)計(jì)者的創(chuàng)造力,利用最新科技成果,在現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法的指導(dǎo)下,設(shè)計(jì)出更具有生命力的產(chǎn)品。
2.1運(yùn)用創(chuàng)造思維
設(shè)計(jì)者的創(chuàng)造力是多種能力、個(gè)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(gè)創(chuàng)造活動(dòng)的中心。創(chuàng)造力的開發(fā)可以從培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)、提高創(chuàng)新能力和素質(zhì)、加強(qiáng)創(chuàng)新實(shí)踐等方面著手。設(shè)計(jì)者不是把設(shè)計(jì)工作當(dāng)成例行公事,而是時(shí)刻保持強(qiáng)烈的創(chuàng)新愿望和沖動(dòng),掌握必要?jiǎng)?chuàng)新方法,加強(qiáng)學(xué)習(xí)和鍛煉,自覺開發(fā)創(chuàng)造力,成為一個(gè)符合現(xiàn)代設(shè)計(jì)需要的創(chuàng)新人才。
2.2運(yùn)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(yùn)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(jì)中具有重要的意義。
2.3運(yùn)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(dòng),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(lì)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(dòng)過程就是創(chuàng)新思維。機(jī)械機(jī)械零部件設(shè)計(jì)的過程是創(chuàng)新的過程。設(shè)計(jì)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(jì)機(jī)械零部件的過程
3.1機(jī)械零部件設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
機(jī)械零部件設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)的重要組成部分,機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案中的機(jī)構(gòu)和構(gòu)件只有通過零部件設(shè)計(jì)才能得到用于加工的零部件工作圖和部件裝配圖,同時(shí)它也是機(jī)械總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。機(jī)械零部件設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括:根據(jù)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)和總體設(shè)計(jì)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(jì)算,畫出零部件圖和部件裝配圖。機(jī)械產(chǎn)品整機(jī)應(yīng)滿足的要求是由零部件設(shè)計(jì)所決定的,機(jī)械零部件設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的要求為:在工作能力上要求具體有強(qiáng)度、剛度、壽命、耐磨性、耐熱性、振動(dòng)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(jì)性上的要求主要指生產(chǎn)成本要低。
3.2準(zhǔn)確把握機(jī)械零部件的失效形式
機(jī)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(diǎn)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(jì)零部件時(shí)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(jì)算,計(jì)算所依據(jù)的條件稱為計(jì)算準(zhǔn)則,常用的計(jì)算準(zhǔn)則有:一是強(qiáng)度準(zhǔn)則。強(qiáng)度是機(jī)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(qiáng)度要求是保證機(jī)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(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則。對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)或剛度較小的機(jī)械,在工作時(shí)應(yīng)避免發(fā)生共振。振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則要求所設(shè)計(jì)的零部件的固有頻率與其工作時(shí)所受激振源的頻率錯(cuò)開。四是耐熱性準(zhǔn)則。機(jī)械零部件在高溫工作條件下,由于過度受熱,會(huì)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(jī)械精度降低。
3.3選擇合理的機(jī)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(gè)重要技術(shù)指標(biāo),是檢驗(yàn)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(jī)械零部件表面粗糙度的選擇方法有3種,即計(jì)算法、試驗(yàn)法和類比法。在機(jī)械零部件設(shè)計(jì)工作中,應(yīng)用最普通的是類比法,此法簡(jiǎn)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(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)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(jí)相適應(yīng)的表面粗糙度。在通常情況下,機(jī)械零部件尺寸公差要求越小,機(jī)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(shí)際工作中,對(duì)于不同類型的機(jī)器,其零部件在相同尺寸公差的條件下,對(duì)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(jī)械零部件的設(shè)計(jì)和制造過程中,對(duì)于不同類型的機(jī)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(jì)工作中,表面粗糙度的選擇歸根到底還是必須從實(shí)際出發(fā),全面衡量零部件的表面功能和工藝經(jīng)濟(jì)性,才能作出合理的選擇。
3.4整體優(yōu)化機(jī)械零部件設(shè)計(jì)方法
要充分運(yùn)用機(jī)械學(xué)理論和方法,包括機(jī)構(gòu)學(xué)、機(jī)械動(dòng)力學(xué)、摩擦學(xué)、機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度學(xué)、傳動(dòng)機(jī)械學(xué)等及計(jì)算機(jī)輔助分析的不斷發(fā)展,對(duì)設(shè)計(jì)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(jì)準(zhǔn)則和方法正在形成。
【參考文獻(xiàn)】
[1]隋明陽(yáng).機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.
篇5
【關(guān)鍵詞】 機(jī)械產(chǎn)品 現(xiàn)代設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)
1 現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念概述
所謂設(shè)計(jì)就是根據(jù)一定的設(shè)計(jì)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(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)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(jì)是基于提高設(shè)計(jì)速度和設(shè)計(jì)水平為出發(fā)點(diǎn),將智能化和自動(dòng)化充分運(yùn)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)與研發(fā)當(dāng)中的一種設(shè)計(jì)方法。因此,機(jī)械產(chǎn)品現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念的特點(diǎn)就是智能化和自動(dòng)化。在上世紀(jì)80年代以前,我國(guó)在設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的一些設(shè)計(jì)技術(shù)、設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)理念相比國(guó)際上相對(duì)落后,對(duì)于一些先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用知之甚少,而為了強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)技術(shù)的變革,通常把我國(guó)過去常用的設(shè)計(jì)稱為傳統(tǒng)設(shè)計(jì),而把國(guó)際上興起的新興設(shè)計(jì)技術(shù)稱為現(xiàn)代設(shè)計(jì)。經(jīng)濟(jì)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(yùn)用于生產(chǎn)領(lǐng)域中,因此機(jī)械產(chǎn)品功能的多樣性、機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、機(jī)械產(chǎn)品使用壽命的長(zhǎng)期性必然會(huì)給機(jī)械設(shè)計(jì)提出時(shí)代課題。隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展,在產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)在產(chǎn)品初期設(shè)計(jì)中的應(yīng)用卻少之又少,因此計(jì)算機(jī)在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用是機(jī)械產(chǎn)品現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的必然選擇。
2 機(jī)械產(chǎn)品現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法類型
2.1 系統(tǒng)化設(shè)計(jì)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(shí),每個(gè)組成部分又具有獨(dú)立性,每個(gè)組成部分發(fā)揮的作用也不盡相同,這些不同的作用對(duì)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(jì)方法正是對(duì)系統(tǒng)原理的充分體現(xiàn),系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法理論源于德國(guó)學(xué)者Pahl和Beitz教授,我國(guó)多學(xué)著在設(shè)計(jì)實(shí)踐中充分借鑒西方國(guó)家設(shè)計(jì)理念,同時(shí)根據(jù)我國(guó)實(shí)際情況對(duì)系統(tǒng)化設(shè)計(jì)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(diǎn),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(shí)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(jì)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(jì)就本質(zhì)來(lái)說是產(chǎn)品要求和設(shè)計(jì)者自身思想的有效結(jié)合,因此不同設(shè)計(jì)者對(duì)待同一產(chǎn)品會(huì)有不同的角度和思路,總的來(lái)說,具有代表性的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法主要包括設(shè)計(jì)元素法、圖形建模法、“構(gòu)思”―“設(shè)計(jì)”法、矩陣設(shè)計(jì)法、鍵合圖法等等。
2.2 結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)方法
結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)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(jì)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(lái)確定設(shè)計(jì)任務(wù),同時(shí)在分解設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)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(shí)還要及早預(yù)測(cè)生產(chǎn)能力和費(fèi)用,由此來(lái)提高設(shè)計(jì)效率,從而降低產(chǎn)品研發(fā)成本。設(shè)計(jì)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(píng)價(jià)專用機(jī)械設(shè)計(jì)和更有效地規(guī)避制造風(fēng)險(xiǎn),在專用機(jī)械設(shè)計(jì)中采用功能化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)將充分發(fā)揮優(yōu)勢(shì)作用。
2.3 基于產(chǎn)品特征知識(shí)的設(shè)計(jì)方法
利用計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言識(shí)別功能來(lái)描述產(chǎn)品特征及相關(guān)專家的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)是基于產(chǎn)品特征知識(shí)設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn),這種方法實(shí)際上是利用知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)及已儲(chǔ)存領(lǐng)域知識(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)。產(chǎn)品特征是機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的主要依據(jù),而設(shè)計(jì)領(lǐng)域相關(guān)專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)又是對(duì)機(jī)械系統(tǒng)特征的規(guī)律性把握,基于產(chǎn)品特征知識(shí)的設(shè)計(jì)就是利用這兩個(gè)方面來(lái)進(jìn)行推量和決策,從而來(lái)完成機(jī)構(gòu)的型、數(shù)綜合。而知識(shí)的自動(dòng)獲取、表達(dá)、集成、協(xié)調(diào)管理和使用,又是實(shí)現(xiàn)這一階段計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的必然前提。綜觀國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者針對(duì)機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)知識(shí)的自動(dòng)化獲取的研究,采用的方法主要包括:編碼法、知識(shí)的混合型表達(dá)法、利用基于知識(shí)的開發(fā)工具、設(shè)計(jì)目錄法、基于實(shí)例的方法這五種。
2.4 智能化設(shè)計(jì)方法
根據(jù)設(shè)計(jì)方法學(xué)理論,借助三維圖形軟件、智能化設(shè)計(jì)軟件和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),以及多媒體工具來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)是智能化設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)。數(shù)學(xué)系統(tǒng)理論和系統(tǒng)工程理論是智能化設(shè)計(jì)方法的理論支柱,在利用這兩個(gè)理論時(shí),充分利用產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)和系統(tǒng)開發(fā)方法學(xué)研制出與產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jì)方法的基本原理。
3 結(jié)語(yǔ)
機(jī)械產(chǎn)品的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法、結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)方法、基于產(chǎn)品特征知識(shí)的設(shè)計(jì)方法、智能化設(shè)計(jì)方法是機(jī)械現(xiàn)代化設(shè)計(jì)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(shí)代背景下,科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展帶來(lái)了機(jī)械產(chǎn)品功能與結(jié)構(gòu)的深刻變革,但機(jī)械產(chǎn)品功能與結(jié)構(gòu)的變革與機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展卻并不同步,機(jī)械產(chǎn)品方案的設(shè)計(jì)手段顯得力不從心,跟不上時(shí)展的需要。由于這四者之間密切的聯(lián)系,要想有效的實(shí)現(xiàn)機(jī)械化設(shè)計(jì)的現(xiàn)代化,還必須對(duì)這四種方法進(jìn)行綜合運(yùn)用。而計(jì)算機(jī)輔助功能在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的運(yùn)用也必然會(huì)帶來(lái)新技術(shù)、新方法、原理的大量涌現(xiàn)。因此,在機(jī)械現(xiàn)代化設(shè)計(jì)中必須將計(jì)算機(jī)功能充分運(yùn)用其中,因?yàn)橛?jì)算機(jī)的運(yùn)用本身就是信息化、智能化的一個(gè)重要標(biāo)志,計(jì)算機(jī)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用也必然會(huì)在很大程度上提高設(shè)計(jì)水水平、加快設(shè)計(jì)速度。所以機(jī)械現(xiàn)代化設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)的必然發(fā)展趨勢(shì)。機(jī)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(huì)帶來(lái)整個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域的變革,從而帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,而機(jī)械設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)的現(xiàn)代化,必須完善創(chuàng)新機(jī)制,加大科研投資力度,培養(yǎng)機(jī)械設(shè)計(jì)人才隊(duì)伍,只有通過技術(shù)創(chuàng)新才能夠保證我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)能夠步入世界先進(jìn)行列。
參考文獻(xiàn):
篇6
【關(guān)鍵詞】機(jī)械電子工程 工程設(shè)計(jì) 技術(shù)要點(diǎn) 分析
機(jī)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(jī)械電子工程在各個(gè)國(guó)家和領(lǐng)域都有進(jìn)行大力研究和投入,目前在我國(guó),機(jī)械電子工程是重要的高科技產(chǎn)業(yè),對(duì)全面提高我國(guó)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力有著非常積極的意義?,F(xiàn)就機(jī)械電子工程設(shè)計(jì)中的技術(shù)要點(diǎn)分析,具體如下。
1 機(jī)械電子工程中的技術(shù)要點(diǎn)――EDA技術(shù)
在機(jī)械電子工程設(shè)計(jì)中,EDA技術(shù)是一種新技術(shù),是機(jī)械電子工程設(shè)計(jì)中非常重要的技術(shù)。在實(shí)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(shí)候,使用硬件描述語(yǔ)言的表達(dá)方式。在EDA技術(shù)應(yīng)用的過程中,需要利用計(jì)算機(jī)和可編程邏輯器件等,作為開發(fā)軟件或試驗(yàn)軟件,對(duì)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(jì)算機(jī)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(duì)于綜合器,是用來(lái)將設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)文件進(jìn)行轉(zhuǎn)換,成為該系統(tǒng)的門級(jí)描述,綜合器的作用其實(shí)就是能將硬件和軟件進(jìn)行相互連接。對(duì)于適配器,是能生成最終下載文件,并能將其安排到指定對(duì)的器件中。目前,在機(jī)械電子工程設(shè)計(jì)方面,主要的核心技術(shù)就是EDA技術(shù),其主要是因?yàn)樵贓DA技術(shù)中應(yīng)用的是HDL高級(jí)語(yǔ)言,HDL高級(jí)語(yǔ)言可以實(shí)現(xiàn)公開利用、描述范圍廣,在進(jìn)行機(jī)械電子設(shè)計(jì)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(yǔ)言能對(duì)現(xiàn)有的已經(jīng)完成的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行自動(dòng)在線升級(jí)。另外,EDA技術(shù)有著非常高的自動(dòng)化程度,對(duì)一些常規(guī)的仿真、糾錯(cuò)等工作能夠快速完成。
2 EDA技術(shù)在機(jī)械電子工程設(shè)計(jì)中的研究
2.1 EDA技術(shù)進(jìn)行仿真分析
在確定機(jī)械電子工程的設(shè)計(jì)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(duì)設(shè)計(jì)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(shí)踐中,設(shè)計(jì)方案的順利應(yīng)用。而在電子設(shè)計(jì)中應(yīng)用EDA技術(shù)進(jìn)行仿真分析能夠?yàn)閭握娣治鎏峁┝己玫募夹g(shù)支持 ,EDA技術(shù)進(jìn)行的仿真分析,是通過各個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中的傳遞函數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模來(lái)實(shí)現(xiàn)的,經(jīng)過構(gòu)建和仿真系統(tǒng),能準(zhǔn)確驗(yàn)證一些理論和構(gòu)思的合理性,能夠很好的對(duì)設(shè)計(jì)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€(gè)電路的實(shí)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(guó)的機(jī)械電子工程設(shè)計(jì)水平得到很大的提高。
2.2 EDA技術(shù)對(duì)電路特性的優(yōu)化設(shè)計(jì)
對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化,主要目的是保證電子元件在實(shí)際應(yīng)用過程中的穩(wěn)定性和可靠性,而要想實(shí)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(shí)際工作中,要對(duì)電子元件的實(shí)際容差以及環(huán)境溫度進(jìn)行全面勘測(cè)和分析,而傳統(tǒng)的電子工程設(shè)計(jì)方法是很難實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的,并且還會(huì)導(dǎo)致所得到的設(shè)計(jì)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(shí)際容差和工作環(huán)境溫度。通過EDA技術(shù)對(duì)電路特性進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)分析,進(jìn)而根據(jù)統(tǒng)計(jì)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(lái),EDA技術(shù)對(duì)電路特性的優(yōu)化設(shè)計(jì),不僅能能對(duì)機(jī)械電子工程設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化、完善,還能夠保證電子元件在實(shí)際工作環(huán)境中的穩(wěn)定性。
2.3 EDA技術(shù)對(duì)電路特性進(jìn)行有效分析
對(duì)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(jì)過程中,基本上所有的理論分析都是在數(shù)據(jù)測(cè)試和特性分析的基礎(chǔ)上來(lái)進(jìn)行的,所以在數(shù)據(jù)測(cè)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(shí)性。而傳統(tǒng)的電子工程設(shè)計(jì)方法,由于受到多方影響,使得其在數(shù)據(jù)測(cè)試和特性分析等方面存在問題,不能保證電路測(cè)試的實(shí)際精度,甚至對(duì)產(chǎn)品后期使用的穩(wěn)定性有所影響。而EDA技術(shù)對(duì)電路特性進(jìn)行分析,能夠?qū)φ麄€(gè)系統(tǒng)進(jìn)行全面的、精確的測(cè)試,避免設(shè)計(jì)方案出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性的差異,保證了機(jī)械電子工程設(shè)計(jì)方案的合理性和科學(xué)性。
2.4 在機(jī)械結(jié)構(gòu)中要防止靜電發(fā)生
近年來(lái),電子產(chǎn)品的發(fā)展主要是以輕薄為發(fā)展趨勢(shì),而愈加縮小的線路和密集的電子元件排列,對(duì)靜電的防治有著更高的要求,靜電電流會(huì)對(duì)電子元件造成致命的毀壞。靜電電場(chǎng)對(duì)周邊電荷的吸引力,會(huì)導(dǎo)致集成電路的燒毀,所以,在實(shí)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(yǔ)
綜上所述,機(jī)械電子工程在推動(dòng)我國(guó)科技進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展方面有著非常重要的意義,而EDA技術(shù)在機(jī)械電子工程技術(shù)方案設(shè)計(jì)的應(yīng)用中為我國(guó)的電子工程行業(yè)帶來(lái)了巨大的變革,采用EDA技術(shù)設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品具有使用性能好、專業(yè)化程度高、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn),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(jī)械電子工程設(shè)計(jì)中的技術(shù)要點(diǎn)(EDA技術(shù))進(jìn)行闡述,然后對(duì)EDA技術(shù)在機(jī)械電子工程設(shè)計(jì)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(duì)文中存在的不足,提出指征意見,為提高我國(guó)的機(jī)械的電子工程設(shè)計(jì)行業(yè)做出貢獻(xiàn)。
參考文獻(xiàn)
[1]文東云.機(jī)械電子工程設(shè)計(jì)中的技術(shù)要點(diǎn)探討[J].電子技術(shù)與軟件工程,2015(06):142.
[2]徐榮蛟.淺析機(jī)械電子工程設(shè)計(jì)中的技術(shù)要點(diǎn)[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā),2015(25):43-44+61.
[3]王立君.機(jī)械電子工程設(shè)計(jì)中的技術(shù)研究探討[J].硅谷,2013(14):156+160.
篇7
作為重要的計(jì)算機(jī)信息化技術(shù),自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于提高機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量和水平具有重要作用。本文首先分析了自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的重要作用,然后具體探討了機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用,以期為相關(guān)技術(shù)與設(shè)計(jì)人員提供參考。
機(jī)械自動(dòng)化是指將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械制造的過程中,對(duì)自動(dòng)生產(chǎn)過程進(jìn)行不斷優(yōu)化改造,以促進(jìn)加工對(duì)象生產(chǎn)連續(xù)性和自動(dòng)化,提高生產(chǎn)投入的流動(dòng)速度與加工轉(zhuǎn)換。機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用水平將直接影響著機(jī)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(jī)械制造業(yè)的技術(shù)手段和工藝方式,對(duì)于提高機(jī)械制造的整體質(zhì)量具有重要作用。而作為機(jī)械制造中的重要組成部分,機(jī)械設(shè)計(jì)更需要加強(qiáng)與自動(dòng)化技術(shù)的結(jié)合,以促進(jìn)機(jī)械制造的發(fā)展。因此,加強(qiáng)有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)中自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用探討,對(duì)于改善自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
1.自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的重要作用
(1)改善資源利用率。機(jī)械制造中自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用,對(duì)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(dòng)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(jī)械生產(chǎn)與設(shè)計(jì)的精細(xì)化發(fā)展,進(jìn)而加強(qiáng)殘料的利用,利于原材料成本的節(jié)省。
(2)提升機(jī)械制造質(zhì)量。相比傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)與制造技術(shù),自動(dòng)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(píng)價(jià)、測(cè)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(yùn)行誤差大幅度減小。
(3)提高機(jī)械運(yùn)行水平。采用自動(dòng)化技術(shù)能夠改善機(jī)械的運(yùn)行狀況,可利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)模型對(duì)機(jī)械的運(yùn)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(qiáng)了機(jī)械故障的可比性和可診斷性,利于故障問題的維修與機(jī)械的養(yǎng)護(hù);能夠及時(shí)報(bào)告機(jī)械生產(chǎn)過程中存在的安全隱患及缺陷狀況,利于機(jī)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(duì)機(jī)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(yùn)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(dòng)化技術(shù)能夠監(jiān)控機(jī)械制造成整體過程與環(huán)節(jié),能夠檢測(cè)各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)與生產(chǎn)安全數(shù)據(jù),并報(bào)告錯(cuò)誤指標(biāo)。具體表現(xiàn)為:能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控機(jī)械設(shè)備、生產(chǎn)參數(shù)等運(yùn)行指標(biāo),并以設(shè)定參數(shù)模型為依據(jù)提供故障報(bào)警,對(duì)于安全事故問題發(fā)生率的降低及生產(chǎn)預(yù)測(cè)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(jiǎn)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(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
2.1機(jī)械設(shè)計(jì)與自動(dòng)化體系
產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)是指產(chǎn)品的原理方案設(shè)計(jì)過程,其是提高產(chǎn)品創(chuàng)新性的重要關(guān)節(jié)。為保證機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的新穎性,需要利用多種思維方法和角度對(duì)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(tái)為急促的復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)及自動(dòng)化系統(tǒng)組成自動(dòng)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(jì)功能。
2.1.1在概念設(shè)計(jì)過程中,系統(tǒng)將采用改良功能分解與重組創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法和利用設(shè)計(jì)規(guī)則的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法兩種計(jì)算機(jī)輔助創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法。此兩種方法提供的設(shè)計(jì)方案都將利用符合方案方式呈現(xiàn);符號(hào)方案隨后被自行分解為基本機(jī)構(gòu)及其連接關(guān)系。對(duì)于能夠識(shí)別的基本機(jī)構(gòu),可以采用基本機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析方法對(duì)機(jī)構(gòu)內(nèi)部構(gòu)件進(jìn)行分析以獲取平面運(yùn)動(dòng)分析數(shù)據(jù)。為保證產(chǎn)品開發(fā)的速度,通常還會(huì)將面向?qū)ο蠹夹g(shù)應(yīng)用到基本機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。利用三維平臺(tái)的二次開發(fā)過程,通過數(shù)據(jù)庫(kù)的驅(qū)動(dòng)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(dòng)整體基本機(jī)構(gòu)的三維設(shè)計(jì)過程,從而有效克服了基本機(jī)構(gòu)的短時(shí)虛擬建模難題。
2.1.2在概念設(shè)計(jì)中形成的符號(hào)方案會(huì)通過自動(dòng)化轉(zhuǎn)換過程生成相應(yīng)的二維虛擬樣機(jī)以開展虛擬仿真,利用此種方式,產(chǎn)品方案的評(píng)價(jià)過程就從概念設(shè)計(jì)的價(jià)值評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)換為虛擬樣機(jī)的定量行為評(píng)價(jià),使得更多具有創(chuàng)新性和可靠性的設(shè)計(jì)方案能夠被選擇出來(lái)。
2.1.3為保證產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)剛度要求及工藝美學(xué)設(shè)計(jì)特點(diǎn),按照基本機(jī)構(gòu)之間的連接關(guān)系與機(jī)構(gòu)占據(jù)空間,可以采用最優(yōu)布局算法對(duì)機(jī)構(gòu)的空間位置進(jìn)行確定,從而使復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的空間占據(jù)體積最小。依據(jù)運(yùn)動(dòng)分析數(shù)據(jù)與機(jī)構(gòu)的布局方式,采用“后臺(tái)預(yù)制”裝配技術(shù),便能將基本機(jī)構(gòu)的三維虛擬模型安置到特定的布局空間中。通過對(duì)驅(qū)動(dòng)構(gòu)件位置進(jìn)行連續(xù)變化,就能獲取同概念設(shè)計(jì)符號(hào)方案相一致的復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)。
因此,采用復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)與自動(dòng)化體系,既能改善產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(dòng)化與生產(chǎn)自動(dòng)化
信息自動(dòng)化過程主要是在機(jī)械生產(chǎn)中利用自動(dòng)化設(shè)備對(duì)電子信息進(jìn)行識(shí)別來(lái)完成的。通過信息自動(dòng)化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)管理、工藝方式、過程設(shè)計(jì)、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(dòng)化技術(shù),其利用了軟測(cè)量技術(shù)、智能化檢測(cè)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(duì)高爐工藝流程進(jìn)行連續(xù)性檢測(cè),并采用數(shù)字成像技術(shù)使?fàn)t內(nèi)經(jīng)驗(yàn)?zāi)P汀z測(cè)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(jì),且在圖像設(shè)計(jì)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。
篇8
關(guān)鍵詞CDIO;機(jī)械設(shè)計(jì)類課程;教學(xué)改革
引言
CDIO(構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(jì)(Design)、實(shí)施(Implement)和運(yùn)行(Operate))是由美國(guó)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(shí)施體系,其核心理念就是以產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體,讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的方式學(xué)習(xí)工程,培養(yǎng)學(xué)生的理論知識(shí)、個(gè)人素質(zhì)、協(xié)作能力、工程-社會(huì)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(shí)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(jī)械設(shè)計(jì)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(shí)用意義。
1優(yōu)化課程體系和教學(xué)內(nèi)容
機(jī)械設(shè)計(jì)系列課程具有較強(qiáng)的理論性,同時(shí)又要與實(shí)踐緊密結(jié)合,基于CDIO理念的機(jī)械設(shè)計(jì)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(jī)設(shè)計(jì),強(qiáng)化工程理念,將各門課程有機(jī)地結(jié)合起來(lái),進(jìn)而構(gòu)建一種集專業(yè)理論知識(shí)、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(shí)踐教學(xué)無(wú)縫對(duì)接的課程體系。②以CDIO從最初的產(chǎn)品構(gòu)思到最后機(jī)器成品運(yùn)行的工程教育理念為“主線”,建立基于整機(jī)設(shè)計(jì)的機(jī)械設(shè)計(jì)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(shí)偏多,實(shí)踐學(xué)時(shí)匱乏,重理論輕實(shí)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(wú)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(shí)踐有機(jī)結(jié)合,課程內(nèi)容的整合要突出設(shè)計(jì)性和工程實(shí)用性,強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)服務(wù)于工程實(shí)踐。以機(jī)械設(shè)計(jì)課程為例,原有的一些教學(xué)內(nèi)容過分強(qiáng)調(diào)理論公式的推導(dǎo)和論證,在有限的教學(xué)學(xué)時(shí)內(nèi),使得培養(yǎng)工程應(yīng)用和實(shí)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(jì)思路和設(shè)計(jì)方法的介紹,如“齒輪傳動(dòng)”一章內(nèi)容優(yōu)化為:簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)計(jì)算公式的推導(dǎo),重在設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、設(shè)計(jì)思路以及對(duì)設(shè)計(jì)過程中各環(huán)節(jié)的把握,并將齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算、查表、數(shù)據(jù)處理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等融入例題中詳細(xì)講解。在講述齒輪傳動(dòng)的受力分析時(shí),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(dòng)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(diǎn)和方法。
1.2以工程應(yīng)用為主線,實(shí)現(xiàn)課程體系教學(xué)內(nèi)容的縱橫整合
知識(shí)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(shí)點(diǎn)的聯(lián)系。“縱向整合”就是將機(jī)械設(shè)計(jì)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(jī)整合。例如:機(jī)械設(shè)計(jì)課程中關(guān)于零部件的教學(xué)內(nèi)容要與機(jī)械原理課程的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)相聯(lián)系;機(jī)械設(shè)計(jì)的零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要與機(jī)械制造基礎(chǔ)課程中有關(guān)精度和工藝的知識(shí)點(diǎn)相聯(lián)系;機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)制作要與機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)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(jī)設(shè)計(jì)的理念,使學(xué)生對(duì)專業(yè)理論有系統(tǒng)而完整的把握。
2精心“設(shè)計(jì)”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?cè)仍诮虒W(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(diǎn)和難點(diǎn)。(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(jì),課程組教師要深入研究當(dāng)前國(guó)內(nèi)外工程教育的發(fā)展形勢(shì),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(shí)的同時(shí),引領(lǐng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際,形成一種學(xué)與做有機(jī)融合的學(xué)習(xí)方式,從而加深學(xué)生對(duì)專業(yè)理論知識(shí)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(jì)案例,課程的推進(jìn)采用設(shè)計(jì)任務(wù)驅(qū)動(dòng)模式,例如在課程開始之初,就布置有關(guān)機(jī)械產(chǎn)品綜合設(shè)計(jì)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(jì),通過這種方案分析、小組學(xué)習(xí)和項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)的方式,貫徹CDIO在做中學(xué)的理念,培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和團(tuán)隊(duì)合作能力,提高工程意識(shí)和設(shè)計(jì)技能,這樣既能夠有效調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,激發(fā)學(xué)生的工程設(shè)計(jì)興趣,培養(yǎng)學(xué)生具備較強(qiáng)的工程實(shí)踐能力,而且能夠培養(yǎng)學(xué)生良好的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和精神。(3)搭建開放式課堂,在時(shí)間、空間和教學(xué)內(nèi)容上加以擴(kuò)展和延伸。對(duì)于實(shí)踐性和工程性強(qiáng)的教學(xué)內(nèi)容,可以走出教室,把課堂搬到實(shí)驗(yàn)室、工程訓(xùn)練中心和工廠,從而創(chuàng)造一個(gè)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(shí)內(nèi)容。為了訓(xùn)練學(xué)生的工程設(shè)計(jì)和實(shí)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(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽和參與教師的科研項(xiàng)目等,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn),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(diǎn)改革實(shí)踐教學(xué),凸顯整機(jī)設(shè)計(jì)理念
課程設(shè)計(jì)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(jì)內(nèi)容基本上是各自獨(dú)立的,缺少相互關(guān)聯(lián)。例如“機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”中,主要是從運(yùn)動(dòng)的角度,訓(xùn)練機(jī)械系統(tǒng)的原理方案設(shè)計(jì)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(jì)性等要求;到了“機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)”,主要訓(xùn)練學(xué)生對(duì)機(jī)械系統(tǒng)中各零部件的設(shè)計(jì)和計(jì)算能力,設(shè)計(jì)對(duì)象基本是齒輪減速器,運(yùn)動(dòng)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(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì),內(nèi)容又是與前序設(shè)計(jì)對(duì)象無(wú)關(guān)聯(lián)的工藝設(shè)計(jì);最后在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)制作階段,對(duì)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(jì)安排顯然違背了整機(jī)設(shè)計(jì)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(jī)綜合設(shè)計(jì)和應(yīng)用能力不能得以鍛煉和培養(yǎng)。因此,為了切實(shí)提高學(xué)生的工程意識(shí)和設(shè)計(jì)技能,改革選擇課程設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)為突破口,通過課程設(shè)計(jì)內(nèi)容的重新整合和優(yōu)化,使得各個(gè)課程設(shè)計(jì)內(nèi)容前后關(guān)聯(lián)和有機(jī)結(jié)合。③為了凸顯整機(jī)設(shè)計(jì)理念,訓(xùn)練學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)技能,將圖1所示課程體系中的四大課程設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)聯(lián)合起來(lái)進(jìn)行,依次按方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)和產(chǎn)品實(shí)物制造編排課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容,做到課程設(shè)計(jì)的完整性、系統(tǒng)性和綜合性,從而訓(xùn)練學(xué)生從機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、性能仿真、工藝設(shè)計(jì)到加工制造和組裝調(diào)試的整機(jī)設(shè)計(jì)能力。在課程設(shè)計(jì)過程中,成立獨(dú)立穩(wěn)定的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì),期間配備專門的指導(dǎo)教師,每個(gè)團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)對(duì)象固定,始終貫穿于各個(gè)課程設(shè)計(jì),具體以典型機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造為載體,例如無(wú)碳小車或是機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽設(shè)計(jì)對(duì)象等,要求分階段完成對(duì)象的各項(xiàng)設(shè)計(jì)任務(wù),即依次設(shè)計(jì)、制作、安裝、調(diào)試一臺(tái)機(jī)械產(chǎn)品,讓學(xué)生從一開始就注重整機(jī)設(shè)計(jì),增強(qiáng)綜合分析問題的能力。④機(jī)械原理與創(chuàng)新綜合課程設(shè)計(jì)為機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)提供系統(tǒng)方案、運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算和分析,在接下來(lái)的機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)中,通過設(shè)計(jì)計(jì)算和選型,將前序設(shè)計(jì)得到的方案具體實(shí)物化,繪制出相應(yīng)的裝配圖和零件圖,同時(shí)又為機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)提供了圖紙和精度設(shè)計(jì)技術(shù)文件,而機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容又為最終的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)制作提供了工藝指導(dǎo),從而大大提高課程設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)的連貫性和實(shí)用性。為了保障以上改革的順利實(shí)施,根據(jù)我校的實(shí)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(shí)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(shí)訓(xùn)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫結(jié)合,也使得教學(xué)資源得以充分利用。
4結(jié)束語(yǔ)
篇9
傳統(tǒng)機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)帶來(lái)了運(yùn)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(jī)械零部件傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)局限性所產(chǎn)生的。機(jī)械機(jī)械零部件設(shè)計(jì)是人類為了實(shí)現(xiàn)某種預(yù)期的目標(biāo)而進(jìn)行的一種創(chuàng)造性活動(dòng)。傳統(tǒng)機(jī)械機(jī)械零部件設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是以長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)積累為基礎(chǔ),通過力學(xué)、數(shù)學(xué)建模及試驗(yàn)等所形成的經(jīng)驗(yàn)公式、圖表、標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范作為依據(jù),運(yùn)用條件性計(jì)算或類比等方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)在長(zhǎng)期運(yùn)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(jì)方法,但是它有很多局限:在方案設(shè)計(jì)時(shí)憑借設(shè)計(jì)者有限的直接經(jīng)驗(yàn)或間接經(jīng)驗(yàn),通過計(jì)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(jì)既不充分又不系統(tǒng),不強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新,因此很難得到最優(yōu)方案;在機(jī)械零部件設(shè)計(jì)中,僅對(duì)重要的零部件根據(jù)簡(jiǎn)化的力學(xué)模型或經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行靜態(tài)的或近似的設(shè)計(jì)計(jì)算,其他零部件只作類比設(shè)計(jì),與實(shí)際工況有時(shí)相差較遠(yuǎn),難免造成失誤;傳統(tǒng)設(shè)計(jì)偏重于考慮產(chǎn)品自身的功能的實(shí)現(xiàn),忽略人―機(jī)―環(huán)境之間關(guān)系的重要性;傳統(tǒng)設(shè)計(jì)采用手工計(jì)算、繪圖,設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性差、工作周期長(zhǎng)、效率低。
二、創(chuàng)新思維機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)思想
機(jī)械零部件設(shè)計(jì)的本質(zhì)是創(chuàng)造和革新。現(xiàn)代機(jī)械機(jī)械零部件設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新設(shè)計(jì),要求在設(shè)計(jì)中更充分地發(fā)揮設(shè)計(jì)者的創(chuàng)造力,利用最新科技成果,在現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法的指導(dǎo)下,設(shè)計(jì)出更具有生命力的產(chǎn)品。
(一)運(yùn)用創(chuàng)造思維
設(shè)計(jì)者的創(chuàng)造力是多種能力、個(gè)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(gè)創(chuàng)造活動(dòng)的中心。創(chuàng)造力的開發(fā)可以從培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)、提高創(chuàng)新能力和素質(zhì)、加強(qiáng)創(chuàng)新實(shí)踐等方面著手。設(shè)計(jì)者不是把設(shè)計(jì)工作當(dāng)成例行公事,而是時(shí)刻保持強(qiáng)烈的創(chuàng)新愿望和沖動(dòng),掌握必要?jiǎng)?chuàng)新方法,加強(qiáng)學(xué)習(xí)和鍛煉,自覺開發(fā)創(chuàng)造力,成為一個(gè)符合現(xiàn)代設(shè)計(jì)需要的創(chuàng)新人才。
(二)運(yùn)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(yùn)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(jì)中具有重要的意義。
(三)運(yùn)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(dòng),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(lì)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(dòng)過程就是創(chuàng)新思維。機(jī)械機(jī)械零部件設(shè)計(jì)的過程是創(chuàng)新的過程。設(shè)計(jì)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(jī)械零部件設(shè)計(jì)
(一)把握機(jī)械零部件設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
機(jī)械零部件設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)的重要組成部分,機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案中的機(jī)構(gòu)和構(gòu)件只有通過零部件設(shè)計(jì)才能得到用于加工的零部件工作圖和部件裝配圖,同時(shí)它也是機(jī)械總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。機(jī)械零部件設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括:根據(jù)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)和總體設(shè)計(jì)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(jì)算,畫出零部件圖和部件裝配圖。機(jī)械產(chǎn)品整機(jī)應(yīng)滿足的要求是由零部件設(shè)計(jì)所決定的,機(jī)械零部件設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的要求為:在工作能力上要求具體有強(qiáng)度、剛度、壽命、耐磨性、耐熱性、振動(dòng)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(jì)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(jì)算機(jī)械零部件的失效形式
機(jī)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(diǎn)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(jì)零部件時(shí)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(jì)算,計(jì)算所依據(jù)的條件稱為計(jì)算準(zhǔn)則,常用的計(jì)算準(zhǔn)則有:一是強(qiáng)度準(zhǔn)則。強(qiáng)度是機(jī)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(qiáng)度要求是保證機(jī)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(yè))(上接第58頁(yè))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(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則。對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)或剛度較小的機(jī)械,在工作時(shí)應(yīng)避免發(fā)生共振。振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則要求所設(shè)計(jì)的零部件的固有頻率與其工作時(shí)所受激振源的頻率錯(cuò)開。四是耐熱性準(zhǔn)則。機(jī)械零部件在高溫工作條件下,由于過度受熱,會(huì)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(jī)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(jì)其結(jié)構(gòu)及合理選擇材料,必要時(shí)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(yùn)動(dòng)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(qiáng)度,降低機(jī)械精度和效率,以致零部件失效報(bào)廢。因此,機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取措施,力求提高零部件的耐磨性。
(三)正確選擇機(jī)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(gè)重要技術(shù)指標(biāo),是檢驗(yàn)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(jī)械零部件表面粗糙度的選擇方法有3種,即計(jì)算法、試驗(yàn)法和類比法。在機(jī)械零部件設(shè)計(jì)工作中,應(yīng)用最普通的是類比法,此法簡(jiǎn)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(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)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(jí)相適應(yīng)的表面粗糙度。在通常情況下,機(jī)械零部件尺寸公差要求越小,機(jī)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(shí)際工作中,對(duì)于不同類型的機(jī)器,其零部件在相同尺寸公差的條件下,對(duì)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(jī)械零部件的設(shè)計(jì)和制造過程中,對(duì)于不同類型的機(jī)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(jì)工作中,表面粗糙度的選擇歸根到底還是必須從實(shí)際出發(fā),全面衡量零部件的表面功能和工藝經(jīng)濟(jì)性,才能作出合理的選擇。
(四)全面優(yōu)化機(jī)械零部件設(shè)計(jì)方法
要充分運(yùn)用機(jī)械學(xué)理論和方法,包括機(jī)構(gòu)學(xué)、機(jī)械動(dòng)力學(xué)、摩擦學(xué)、機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度學(xué)、傳動(dòng)機(jī)械學(xué)等及計(jì)算機(jī)輔助分析的不斷發(fā)展,對(duì)設(shè)計(jì)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(jì)準(zhǔn)則和方法正在形成。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)是把計(jì)算機(jī)技術(shù)引入設(shè)計(jì)過程,利用計(jì)算機(jī)完成選型、計(jì)算、繪圖及其他作業(yè)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。CAD技術(shù)促成機(jī)械零部件設(shè)計(jì)發(fā)生巨大的變化,并成為現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)輔助制造)的集成系統(tǒng)(CAD/CAM);動(dòng)態(tài)三維造型技術(shù);基于并行工程,面向制造的設(shè)計(jì)技術(shù)(DFM);分布式網(wǎng)絡(luò)CAD系統(tǒng)。
【參考文獻(xiàn)】
[1]王啟,等.常用機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1996.
[2]隋明陽(yáng).機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.
[3]趙冬梅.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2004.
[4]郭仁生.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2001.
[5]許尚賢.機(jī)械零部件現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法[M].北京:高等教育出版社,1996.
篇10
1. 機(jī)械制造行業(yè)的產(chǎn)品與技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
1.1 機(jī)械制造產(chǎn)品發(fā)展趨勢(shì) 機(jī)械制造產(chǎn)品領(lǐng)域,特別是加工與測(cè)試設(shè)備,自動(dòng)化、數(shù)控技術(shù)、機(jī)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(duì)各種加工設(shè)備的柔性要求也越來(lái)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(jī)械制造中大量的數(shù)字化技術(shù)已廣泛采用。
1.2 機(jī)械制造企業(yè)營(yíng)銷發(fā)展趨勢(shì) 在機(jī)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(yùn)營(yíng)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(jī)械產(chǎn)品性能。在機(jī)械制造行業(yè)對(duì)成本有不斷要求降低的趨勢(shì),并且要求的交付周期也日益縮短,因此,對(duì)企業(yè)提出了更高的運(yùn)營(yíng)要求。
同時(shí)由于技術(shù)趨同化,使產(chǎn)品差異縮小。機(jī)械制造企業(yè)紛紛尋求其他方面的競(jìng)爭(zhēng)差異,提供整個(gè)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(jìng)爭(zhēng)。隨著用戶要求服務(wù)的越來(lái)越多,要求配件供應(yīng)及時(shí),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(jī)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(jī)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(jī)械制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 機(jī)械制造常以機(jī)床設(shè)備為代表,技術(shù)的發(fā)展也帶動(dòng)其他機(jī)械制造領(lǐng)域的發(fā)展。
加工過程自動(dòng)化、柔性化:自動(dòng)化指加工工藝、過程控制、產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造和生產(chǎn)管理主要運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助完成;柔性化指整個(gè)系統(tǒng)包含加工、運(yùn)儲(chǔ)、刀具和夾具管理等部分,可以靈活改變生產(chǎn)對(duì)象,分步實(shí)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(dòng)刀具、機(jī)床部件、加工理論等方面產(chǎn)生較大的變化。
2.對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)基本要素的認(rèn)識(shí)
機(jī)械設(shè)計(jì)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(jī)械設(shè)計(jì)是一項(xiàng)創(chuàng)造性的勞動(dòng),新穎的設(shè)計(jì)要求有新的構(gòu)思,對(duì)比,設(shè)計(jì)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(yàn)采用原有的成功的技術(shù)和結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)的過程是一個(gè)探索的過程,在設(shè)計(jì)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(shí)際的設(shè)想,也沒關(guān)系,這可以在設(shè)計(jì)的早期,在繪制圖樣以前加以糾正。通常要有幾套設(shè)計(jì)方案,要在各方面對(duì)這些方案進(jìn)行對(duì)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(gè)構(gòu)思。
產(chǎn)品要便于使用和減輕認(rèn)得勞動(dòng)強(qiáng)度。設(shè)計(jì)人員要使所設(shè)計(jì)的機(jī)器適應(yīng)人,就必須考慮人的作特征,其中包括:工作場(chǎng)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(jī)械設(shè)計(jì)方法
3.1設(shè)計(jì)步驟
機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)的第一道工序。在設(shè)計(jì)中要求對(duì)機(jī)器的工作原理、功能、結(jié)構(gòu)、零部件設(shè)計(jì),甚至加工制造和裝配方法都確定下來(lái)。因此,不同的設(shè)計(jì)者可能有不同的設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)步驟。但是,機(jī)械設(shè)計(jì)的共性規(guī)律是客觀存在的,需要不斷地總結(jié)和完善。機(jī)械設(shè)計(jì)的一般步驟:動(dòng)向預(yù)測(cè);方案設(shè)計(jì);技術(shù)設(shè)計(jì);施工設(shè)計(jì);試生產(chǎn)。
3.2方案設(shè)計(jì)
根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書提出的對(duì)所設(shè)計(jì)機(jī)器的工作要求,首先對(duì)能滿足工作要求的多種設(shè)計(jì)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(yùn)動(dòng)形式來(lái)實(shí)現(xiàn),所以這一步驟也是確定設(shè)計(jì)所需運(yùn)動(dòng)的方案。例如設(shè)計(jì)一臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)器時(shí),可采用的設(shè)計(jì)原理方案很多,有電動(dòng)的,有氣動(dòng)、液壓及其他組合機(jī)構(gòu)等形式的,每種形式中還有多種機(jī)構(gòu)能達(dá)到預(yù)期的運(yùn)動(dòng)。確定設(shè)計(jì)原理方案時(shí),可把設(shè)計(jì)對(duì)象當(dāng)作完整系統(tǒng),并將它分成具有各種分功能的機(jī)構(gòu)及零件為子系統(tǒng)和元素,進(jìn)行系統(tǒng)分析和機(jī)構(gòu)分析、機(jī)構(gòu)綜合和加以比較,選擇最優(yōu)方案。
3.3技術(shù)設(shè)計(jì)
在技術(shù)設(shè)計(jì)中,要擬定設(shè)計(jì)對(duì)象的總體和部件,具體確定零件的結(jié)構(gòu),對(duì)所設(shè)計(jì)的機(jī)械產(chǎn)品提出的要求是:制造和維護(hù)經(jīng)濟(jì),縱方便而安全,可靠性高,使用壽命長(zhǎng),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(cè)和計(jì)算,功能明確,也即能量、信息和物料的轉(zhuǎn)換與流動(dòng)走向明確。一個(gè)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(shí)現(xiàn)產(chǎn)品預(yù)定技術(shù)功能的前提。所謂簡(jiǎn)單,一般是指形狀簡(jiǎn)單,零件數(shù)少,相對(duì)運(yùn)動(dòng)副少,磨損件少,使用、維護(hù)、保養(yǎng)方便等。但對(duì)于具體情況要具體分析。不希望某一方面的簡(jiǎn)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(jì)人員按照他所繪制的初步設(shè)計(jì)總圖,簡(jiǎn)單計(jì)算或估算機(jī)械的各主要零件的受力、強(qiáng)度、形狀、尺寸和重量等、如發(fā)現(xiàn)原來(lái)所選的結(jié)構(gòu)不可行或不實(shí)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(xiǎn)部位,并采取措施解決。
4.機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)
隨著制造制造技術(shù)、電子技術(shù)、控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、管理技術(shù)的發(fā)展,制造自動(dòng)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(dòng)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(dòng)條件,減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。機(jī)械自動(dòng)化由單機(jī)自動(dòng)化已經(jīng)發(fā)展為制造過程自動(dòng)化。
制造自動(dòng)化技術(shù)代表著先進(jìn)制造技術(shù)的水平,推動(dòng)了社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步,促使制造業(yè)有勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)密集型和信息知識(shí)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(huì)科學(xué)及技術(shù)理論基礎(chǔ)知識(shí)
基礎(chǔ)知識(shí)雖然有時(shí)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(wú)法建出高樓大廈。。力學(xué)、機(jī)械學(xué)、加工工藝等都是我們必須掌握的基礎(chǔ)知識(shí)。如今企業(yè)中機(jī)械的生產(chǎn)已經(jīng)規(guī)?;麄€(gè)制造過程都離不開良好的管理,而機(jī)械這一行不能離開市場(chǎng)而獨(dú)立存在,所生產(chǎn)的產(chǎn)品有必須迎合市場(chǎng)需求。因此市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)及企業(yè)管理等基礎(chǔ)知識(shí)也是必不可少的。
4.2專業(yè)能力和技術(shù)
機(jī)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(gè)專業(yè)方向所必須的專業(yè)知識(shí),所必須的專業(yè)知識(shí),才能夠在此基礎(chǔ)上,把所學(xué)轉(zhuǎn)化成實(shí)際的應(yīng)用。
4.3嚴(yán)謹(jǐn)踏實(shí)的精神
機(jī)械生產(chǎn)要求嚴(yán)苛,如果有絲毫差錯(cuò),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(gè)關(guān)于汽車和飛機(jī)制造生產(chǎn)的視頻,令我很有感觸,從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)到組裝以及后期的加工,每一個(gè)零件都要精確到位,每一個(gè)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(shí)的精神深深地打動(dòng)了我。
結(jié)語(yǔ):在簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)中,選擇最優(yōu)的方案可以與機(jī)械的使用者和對(duì)該項(xiàng)機(jī)械有經(jīng)驗(yàn)分的人員共同商定。在確定設(shè)計(jì)原理方案時(shí),還必須體現(xiàn)機(jī)械工業(yè)的技術(shù)發(fā)展政策。根據(jù)機(jī)械的實(shí)際工作情況,盡量采用微電子技術(shù)和新型材料,對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化。
參考文獻(xiàn):
熱門標(biāo)簽
機(jī)械論文 機(jī)械設(shè)計(jì)論文 機(jī)械畢業(yè)論文 機(jī)械制造論文 機(jī)械加工論文 機(jī)械英語(yǔ)論文 機(jī)械工業(yè)論文 機(jī)械工程論文 機(jī)械導(dǎo)論論文 機(jī)械自動(dòng)化論文 心理培訓(xùn) 人文科學(xué)概論
相關(guān)文章
1推進(jìn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化發(fā)展探討
4中職機(jī)械基礎(chǔ)課程項(xiàng)目教學(xué)研究
相關(guān)期刊
-
機(jī)械
主管:四川省經(jīng)濟(jì)和信息化委員會(huì)
級(jí)別:部級(jí)期刊
影響因子:0.38
-
廣西機(jī)械
主管:廣西機(jī)械工業(yè)局;廣西機(jī)械工程學(xué)會(huì);廣西機(jī)械工業(yè)研究所
級(jí)別:省級(jí)期刊
影響因子:0.3
-
機(jī)械
主管:四川省經(jīng)濟(jì)和信息化委員會(huì)
級(jí)別:部級(jí)期刊
影響因子:0.38
-
中國(guó)機(jī)械
主管:中國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì)聯(lián)合會(huì)
級(jí)別:部級(jí)期刊
影響因子:--