機(jī)械現(xiàn)代化設(shè)計(jì)理論與方法

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1、機(jī)械現(xiàn)代化設(shè)計(jì)理論與方法 21世紀(jì)機(jī)械制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的是國(guó)際化的、動(dòng)態(tài)化的和多元化的，它面臨著新的機(jī)遇，同時(shí)又存在著極大的危機(jī)。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量、結(jié)構(gòu)、功能、性?xún)r(jià)比以及外形的多樣化和個(gè)性化提出了更高的要求，同時(shí)由于環(huán)境資源的制約，要求市場(chǎng)上有更多資源節(jié)約型、可持續(xù)發(fā)展的機(jī)械產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。因此，制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)，實(shí)際上就是設(shè)計(jì)的競(jìng)爭(zhēng)，目前進(jìn)行機(jī)械現(xiàn)代化設(shè)計(jì)理論與方法的研究比以往任何時(shí)期都更加顯得十分重要。 1 機(jī)械現(xiàn)代化設(shè)計(jì)理論與方法的發(fā)展進(jìn)程 機(jī)械設(shè)計(jì)理論與方法的發(fā)展經(jīng)歷了二個(gè)歷史階段。 一是17 世紀(jì)前的“直覺(jué)設(shè)計(jì)階段”和17 世紀(jì)后的“經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段”、“傳統(tǒng)設(shè)計(jì)階

2、段”，通常人們把它們統(tǒng)稱(chēng)為“傳統(tǒng)設(shè)計(jì)階段”。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)是以經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，運(yùn)用設(shè)計(jì)手冊(cè)、數(shù)學(xué)和力學(xué)公式進(jìn)行設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)是：設(shè)計(jì)水平低、成功率低、花費(fèi)大、信息反饋周期長(zhǎng)，它已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足產(chǎn)品的功能需求和市場(chǎng)需求，必將逐漸淡出歷史的舞臺(tái)。二是目前的現(xiàn)代設(shè)計(jì)階段。 隨著社會(huì)的發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，人類(lèi)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品提出了越來(lái)越高的要求，這就使得機(jī)械設(shè)計(jì)的理論和方法不斷向前推進(jìn)。同時(shí)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，也為現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的理論和方法提供了手段。而設(shè)計(jì)理論和方法的進(jìn)步往往會(huì)帶動(dòng)產(chǎn)品的革新，從而形成良性循環(huán)。 目前國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)科學(xué)形成了不同的流派，主要有以下幾個(gè)主要流派：一是英、美、日的創(chuàng)

3、造性設(shè)計(jì)學(xué)派。他們認(rèn)為設(shè)計(jì)包含創(chuàng)造、分析和決策三要素。強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新性方法研究，系統(tǒng)工程、價(jià)值分析、安全技術(shù)、人機(jī)工程，市場(chǎng)分析及CAD技術(shù)等。二是德國(guó)、北歐機(jī)械設(shè)計(jì)方法學(xué)學(xué)派。他們強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，層次細(xì)、規(guī)范詳細(xì)。三是俄羅斯、東歐的新設(shè)計(jì)法學(xué)派。他們強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)，提倡發(fā)散、變性、收驗(yàn)三步設(shè)計(jì)程式。四是中國(guó)的設(shè)計(jì)學(xué)。他們強(qiáng)調(diào)綜合、系統(tǒng)和適用性相統(tǒng)一。 機(jī)械現(xiàn)代化設(shè)計(jì)方法是基于現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論形成，而現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論是對(duì)現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品原理的科學(xué)總結(jié)，是判斷產(chǎn)品能否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的依據(jù)。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械設(shè)計(jì)理論和方法也在不斷前進(jìn)，因此現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法有種類(lèi)較多，目前主要有下列四種：(1)現(xiàn)代設(shè)計(jì)

4、方法學(xué)。包括并行設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、功能設(shè)計(jì)、模塊化設(shè)計(jì)、模糊設(shè)計(jì)、價(jià)值工程、反求工程技術(shù)、質(zhì)量功能配置、綠色設(shè)計(jì)、面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)、工業(yè)造型設(shè)計(jì)。(2)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。包括優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元法、智能計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、工程數(shù)據(jù)庫(kù)、虛擬設(shè)計(jì)和模擬仿真。(3)可信性設(shè)計(jì)。包括安全設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)分析與設(shè)計(jì)疲勞可靠性設(shè)計(jì)、防斷裂設(shè)計(jì)、減摩耐磨設(shè)計(jì)、防腐蝕設(shè)計(jì)、健壯設(shè)計(jì)、耐環(huán)境設(shè)計(jì)、維修性設(shè)計(jì)、測(cè)試性設(shè)計(jì)、人機(jī)工程設(shè)計(jì)。(4)設(shè)計(jì)試驗(yàn)技術(shù)。包括環(huán)保性能試驗(yàn)、仿真與虛擬試驗(yàn)、可靠性試驗(yàn)。 2 我國(guó)機(jī)械現(xiàn)代化設(shè)計(jì)理論和方法的現(xiàn)狀及發(fā)展方向 據(jù)2010 年統(tǒng)計(jì)，我國(guó)制造業(yè)的工業(yè)增加值已居世界第二位，這說(shuō)明中

5、國(guó)已經(jīng)成為世界制造大國(guó)，但遠(yuǎn)不是世界制造強(qiáng)國(guó)。 這是因?yàn)槲覈?guó)的機(jī)械產(chǎn)品不僅缺乏自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，缺乏自主創(chuàng)新產(chǎn)品，而且在產(chǎn)品的性能和質(zhì)量上與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距較大。據(jù)韓國(guó)產(chǎn)業(yè)銀行最近發(fā)表的《韓、中主要產(chǎn)業(yè)技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力分析》報(bào)告稱(chēng)，我國(guó)的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力落后韓國(guó)3～8 年，中韓在汽車(chē)和一般機(jī)械的差距在四年以上。改革開(kāi)放后，我國(guó)的機(jī)械設(shè)計(jì)水平雖然有較大的進(jìn)步，但與發(fā)達(dá)的美、德、日等工業(yè)化強(qiáng)國(guó)相比，仍然相當(dāng)于他們六七十年代的水平。我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的落后說(shuō)明了我國(guó)在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論、方法和技術(shù)領(lǐng)域的落后，這也說(shuō)明了加快發(fā)展我國(guó)機(jī)械產(chǎn)品現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論方法研究的重要性和緊迫性。 二十世紀(jì)八九十年代，我國(guó)機(jī)械行業(yè)為了打造“數(shù)

6、字化”和“信息化”工廠，許多企業(yè)花巨資購(gòu)買(mǎi)了世界高端的CAD／CAM／CAE 軟件，如AUTOCAD、PR0/E、UG、ANSYS和ADAMS 等，并培訓(xùn)了一大批機(jī)械設(shè)計(jì)人員。但很多企業(yè)在CAD 應(yīng)用的深度和廣度仍有很大局限性，他們僅僅是利用CAD 進(jìn)行工程繪圖，只實(shí)現(xiàn)了機(jī)械設(shè)計(jì)的“甩圖板”目的，而三維CAD/CAM/CAE、仿真設(shè)計(jì)等應(yīng)用卻很少。采用先進(jìn)的CAD 軟件進(jìn)行工程繪圖或做產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算，確實(shí)能減輕設(shè)計(jì)人員的工作強(qiáng)度，提高機(jī)械設(shè)計(jì)效率，但機(jī)械設(shè)計(jì)不等于計(jì)算，也不等于機(jī)械制圖加計(jì)算，它并不能從根本上解決中國(guó)目前機(jī)械設(shè)計(jì)水平低下的問(wèn)題。在機(jī)械產(chǎn)品生命全周期中，由于設(shè)計(jì)成本只占制造總成

7、本的3%左右，而設(shè)計(jì)階段決定了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能、質(zhì)量、成本、可制造性、可維修性等主要性能指標(biāo)，所以設(shè)計(jì)階段決定了產(chǎn)品整個(gè)成本的70%左右，制造階段及后續(xù)其他相關(guān)階段只決定約30%的總成本。因此大力開(kāi)展現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論方法的研究，并把現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論方法在我國(guó)制造業(yè)中推廣使用，對(duì)于提高我國(guó)機(jī)械制造業(yè)在世界市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力，具有重要的意義。 目前機(jī)械現(xiàn)代化設(shè)計(jì)理論與方法的發(fā)展趨勢(shì)是：在性能上向高精度、高效率、智能化的方向發(fā)展；在功能上向小型、輕型、多功能化方向發(fā)展；在層次上向集成化方向發(fā)展。具體來(lái)講是：設(shè)計(jì)對(duì)象由單機(jī)走向系統(tǒng)；設(shè)計(jì)要求由單目標(biāo)走向多目標(biāo)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期縮短；設(shè)計(jì)所涉及的領(lǐng)域由單一領(lǐng)域走向多

8、個(gè)領(lǐng)域；產(chǎn)品設(shè)計(jì)由自由發(fā)展走向有計(jì)劃的發(fā)展；設(shè)計(jì)工作的人員從單人走向小組；設(shè)計(jì)的發(fā)展要適應(yīng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展；綠色設(shè)計(jì)思想。 3 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法理論的范疇和特點(diǎn) 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論和方法是對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的繼承、創(chuàng)新和發(fā)展，它是將機(jī)械技術(shù)、信息技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和管理科學(xué)等有機(jī)地加以綜合，形成的一門(mén)多學(xué)科、多專(zhuān)業(yè)相互交融的系統(tǒng)設(shè)計(jì)科學(xué)。如果從系統(tǒng)的觀點(diǎn)分析，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論和方法又是一個(gè)由時(shí)間維、邏輯維、方法維組成的三維系統(tǒng)。時(shí)間維反映了產(chǎn)品規(guī)劃、方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)和加工設(shè)計(jì)流程的時(shí)間順序；邏輯維是指解決問(wèn)題的邏輯步驟，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)采取先分析、再綜合、然后評(píng)價(jià)、最后決策的步驟

9、；方法維是指機(jī)械設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)過(guò)程中的各種思維方法和工作方法?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)采用各種先進(jìn)的設(shè)計(jì)理論方法，使機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)入優(yōu)質(zhì)、高效和創(chuàng)新的新時(shí)代。 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)具有的范疇如下：(1)信息論方法。如信息分析法，技術(shù)預(yù)測(cè)等。(2)系統(tǒng)論法。如系統(tǒng)分析法，人機(jī)工程等。(3)控制論法。如動(dòng)態(tài)分析法等。(4)優(yōu)化論法。它是現(xiàn)代設(shè)計(jì)法的目標(biāo)。(5)對(duì)應(yīng)論方法。如相似設(shè)計(jì)、反求工程設(shè)計(jì)等。(6)智能論方法。如CAD，計(jì)算機(jī)輔助分析等，它是現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的核心。(7)壽命論方法，如可靠性和價(jià)值工程等。(8)離散論方法。如有限元和邊界元方法。(9)模糊論方法。如模糊評(píng)價(jià)和決策等。(10)突變論方法。如創(chuàng)造性設(shè)計(jì)等，它是現(xiàn)

10、代設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)。(11)藝術(shù)論方法。如藝術(shù)造型等。 傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)者是根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)的任務(wù)和目標(biāo)，以生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為設(shè)計(jì)依據(jù)，運(yùn)用一些基本的設(shè)計(jì)計(jì)算理論，采用模擬、類(lèi)比、試湊等方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于試驗(yàn)和測(cè)試條件差、技術(shù)水平低，整機(jī)的性能分析也難以深入，因此新產(chǎn)品的研發(fā)往往需要經(jīng)多次試驗(yàn)和修改，從而造成產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)間長(zhǎng)、耗費(fèi)大、所謂滿(mǎn)意往往帶有很大的主觀性等問(wèn)題。而現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論與方法是在多學(xué)科（思維科學(xué)、信息科學(xué)、系統(tǒng)工程、計(jì)算機(jī)技術(shù)等學(xué)科）支持下，研究機(jī)械設(shè)計(jì)規(guī)律、設(shè)計(jì)技術(shù)和工具、設(shè)計(jì)實(shí)施方法的工程技術(shù)科學(xué)，它具有下列特點(diǎn)： 3．1 創(chuàng)新性 創(chuàng)新是一個(gè)國(guó)家和民族的靈魂，是生存、發(fā)展

11、壯大的前提。現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)依托的是先進(jìn)設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)工具，它能使設(shè)計(jì)者的創(chuàng)造性思維能力得到充分發(fā)揮，使設(shè)計(jì)者靈活運(yùn)用各種創(chuàng)造性的手法，開(kāi)發(fā)出高質(zhì)量、低成本、服務(wù)優(yōu)且符合環(huán)保概念的產(chǎn)創(chuàng)新品。 3．2 系統(tǒng)性 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)注重用系統(tǒng)的觀點(diǎn)來(lái)看待設(shè)計(jì)問(wèn)題它既考慮產(chǎn)品本身，還考慮對(duì)系統(tǒng)和環(huán)境的影響，即注重人－機(jī)－環(huán)境的大系統(tǒng)關(guān)系。 3．3 動(dòng)態(tài)性。 傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)只考慮產(chǎn)品的的靜態(tài)特性，而現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)需要同時(shí)考慮產(chǎn)品的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，考慮產(chǎn)品與外部環(huán)境的物質(zhì)流、能量流和信息流的交換。 3．4 前瞻性 在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)不僅考慮產(chǎn)品生命周期的全過(guò)程和各個(gè)階段的性能要求，同時(shí)還考慮系統(tǒng)

12、和環(huán)境的影響。這種具有前瞻性的設(shè)計(jì)可以讓人們及早發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的潛在缺陷，將可能發(fā)生的機(jī)械故障減小到最低程度，它能保證自然生態(tài)資源的平衡，實(shí)現(xiàn)人類(lèi)的可持續(xù)發(fā)展。例如，電動(dòng)汽車(chē)的出現(xiàn)就是一個(gè)反映現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)具有前瞻性的例證，在電動(dòng)汽車(chē)設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員既考慮了有關(guān)電動(dòng)汽車(chē)的技術(shù)問(wèn)題，又考慮了駕駛操作方便、乘客安全舒適以及動(dòng)力燃料供應(yīng)、城市布局、道路發(fā)展規(guī)劃等社會(huì)問(wèn)題。 3．5 多學(xué)科理論和技術(shù)的交融性 現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論方法是一門(mén)新興的綜合性交叉學(xué)科，它交叉與融合了現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法學(xué)、可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)、有限元方法、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)、工業(yè)造型設(shè)計(jì)等多種學(xué)科。例如，可靠性設(shè)計(jì)涉及產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用、管理、貯

13、存、運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)環(huán)節(jié)，它是將概率與統(tǒng)計(jì)理論、失效物理和機(jī)械學(xué)等多種學(xué)科有機(jī)相結(jié)合起來(lái)的一門(mén)綜合性很強(qiáng)的科學(xué)。由于現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論方法具有多學(xué)科理論和技術(shù)的交融性，因此現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)減小了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的盲目性和隨意性，提高了設(shè)計(jì)的主動(dòng)性、科學(xué)性和準(zhǔn)確性。 3．6 并行化、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)化 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式是由許多部門(mén)用串行工作方法參與設(shè)計(jì)，由于信息是串行的，采用人工檢索資料、手工計(jì)算和繪圖，因此易造成大量返工，且質(zhì)量難保證，設(shè)計(jì)過(guò)程漫長(zhǎng)?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法是新理論與計(jì)算機(jī)應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物,采用計(jì)算機(jī)化后可進(jìn)行并行設(shè)計(jì)，可把人們的經(jīng)驗(yàn)、智慧和創(chuàng)造力與計(jì)算機(jī)高速運(yùn)算的功能有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件

14、的發(fā)展以及工程數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，機(jī)械設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性大大提高，提高了工程技術(shù)人員的設(shè)計(jì)效率，設(shè)計(jì)手段也更加精確，設(shè)計(jì)方法更加現(xiàn)代化。 4 械現(xiàn)代化設(shè)計(jì)原則 4.1 功能滿(mǎn)足原則 顧客要購(gòu)買(mǎi)的不是產(chǎn)品本身而是產(chǎn)品的功能, 功能實(shí)際上是體現(xiàn)了顧客的某種需要。機(jī)械設(shè)計(jì)的目的是構(gòu)造能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)定功能的機(jī)械產(chǎn)品。如果產(chǎn)品不具備要求的功能, 設(shè)計(jì)就會(huì)失去價(jià)值。滿(mǎn)足功能是各類(lèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的首要原則。 4.2 質(zhì)量保障原則 質(zhì)量是產(chǎn)品的生命, 保證質(zhì)量是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要原則。產(chǎn)品質(zhì)量主要由性能和可靠性決定, 故這類(lèi)原則主要包括: 性能指標(biāo)、可靠性、強(qiáng)度原則、剛度原則、穩(wěn)定性、抗磨損性、抗腐

15、蝕性、抗蠕變性、動(dòng)態(tài)特性、平衡特性、熱特性等。 4.3 工藝優(yōu)良原則 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì), 工藝為本。工藝優(yōu)良原則要求設(shè)計(jì)能夠并且容易通過(guò)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn), 它包括: 可制造性、可裝配性、可測(cè)試性等。 4.4 經(jīng)濟(jì)合理原則 傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)原材料消耗大,設(shè)計(jì)周期長(zhǎng), 反復(fù)多, 浪費(fèi)嚴(yán)重?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)要求產(chǎn)品具有較低的開(kāi)發(fā)成本、制造成本、使用成本和維護(hù)成本。 4.5 可持續(xù)原則 要求考慮產(chǎn)品投放市場(chǎng)后的表現(xiàn)行為, 包括環(huán)境友好性、環(huán)境適應(yīng)性、人機(jī)友好性、可維護(hù)性、可安裝性、可拆卸性、可回收性等。 5機(jī)械現(xiàn)代化設(shè)計(jì)理論與方法 機(jī)械現(xiàn)代化設(shè)計(jì)理論與方法是以設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品為目標(biāo)的一個(gè)知識(shí)群的總稱(chēng),

16、有一個(gè)完善和發(fā)展的過(guò)程。本文僅介紹幾種相對(duì)比較成熟、應(yīng)用較為廣泛的理論與方法。 5.1 系統(tǒng)化設(shè)計(jì) 5.1.1 系統(tǒng)化設(shè)計(jì)的主要思想 將設(shè)計(jì)看成是由若干個(gè)設(shè)計(jì)要素組成的一個(gè)系統(tǒng), 每個(gè)要素具有相對(duì)獨(dú)立性, 各個(gè)要素之間存在著有機(jī)聯(lián)系,并具有層次性, 所有的設(shè)計(jì)要素按照一定的模式結(jié)合后,即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需完成的任務(wù)。機(jī)械系統(tǒng)就是由各個(gè)機(jī)械基本要素組成的, 完成所需的動(dòng)作或動(dòng)作過(guò)程, 實(shí)現(xiàn)機(jī)械能的變化, 代替人類(lèi)勞動(dòng)的系統(tǒng)。 5.1.2 系統(tǒng)化設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 （1）確定設(shè)計(jì)目標(biāo)和要求。根據(jù)客戶(hù)需求, 確定設(shè)計(jì)參數(shù), 選定約束條件, 編寫(xiě)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)計(jì)劃。 （2）原理方案設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)

17、師充分發(fā)揮自己的專(zhuān)業(yè)知識(shí)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)新能力, 構(gòu)思出能達(dá)到預(yù)期結(jié)果的原理方案。 （3）結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)。即確定零部件的形狀、尺寸、材料, 進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、可靠性等分析計(jì)算, 畫(huà)出結(jié)構(gòu)草圖。 （4）總體設(shè)計(jì)。在原理方案和結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上, 全面考慮產(chǎn)品的總體布局、工藝造型、人機(jī)工程等因素, 畫(huà)出總裝圖。 （5）施工設(shè)計(jì)。將總裝圖分解成零部件圖, 根據(jù)加工、裝配要求, 標(biāo)注公差、配合及技術(shù)要求, 繪制出全部生產(chǎn)圖紙和說(shuō)明書(shū)。 5.1.3 系統(tǒng)化設(shè)計(jì)的一般步驟 系統(tǒng)化設(shè)計(jì)的一般步驟如圖1所示: 5.2 優(yōu)化設(shè)計(jì) 5．2.1優(yōu)化設(shè)計(jì)的有關(guān)概念 優(yōu)化設(shè)計(jì)是上世紀(jì)60 年代發(fā)展起來(lái)的一門(mén)

18、新興學(xué)科, 它是最優(yōu)化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)在設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用的結(jié)果。所謂優(yōu)化就是對(duì)問(wèn)題的尋優(yōu), 人們都希望所從事的工作能盡可能做好, 以期望得到一個(gè)最為滿(mǎn)意的目標(biāo)。優(yōu)化設(shè)計(jì)為機(jī)械設(shè)計(jì)提供了一種重要的科學(xué)設(shè)計(jì)方法, 在解決復(fù)雜設(shè)計(jì)問(wèn)題時(shí), 能從眾多的設(shè)計(jì)方案中找到盡可能完善、最適宜的設(shè)計(jì)方案。優(yōu)化設(shè)計(jì)主要包括兩部分內(nèi)容: 一是優(yōu)化設(shè)計(jì)的建模技術(shù); 另一個(gè)是優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題的求解技術(shù)。機(jī)械設(shè)計(jì)問(wèn)題的優(yōu)化, 可以表達(dá)為一組優(yōu)選的設(shè)計(jì)參數(shù), 在滿(mǎn)足一系列限制條件下, 使設(shè)計(jì)指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)。 5.2.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型 優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型由設(shè)計(jì)變量、目標(biāo)函數(shù)和設(shè)計(jì)約束三部分組成, 稱(chēng)為優(yōu)化設(shè)計(jì)的三要素。

19、 設(shè)計(jì)變量: 目標(biāo)函數(shù)： 設(shè)計(jì)約束： 5.2.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)的求解方法 求解方法可分為準(zhǔn)則法和數(shù)學(xué)規(guī)劃法兩大類(lèi)。準(zhǔn)則法就是根據(jù)力學(xué)或其他原則, 構(gòu)造達(dá)到最優(yōu)的準(zhǔn)則, 如滿(mǎn)應(yīng)力準(zhǔn)則等。數(shù)學(xué)規(guī)劃法是從解極值問(wèn)題的數(shù)學(xué)原理出發(fā), 運(yùn)用數(shù)學(xué)規(guī)劃的方法來(lái)求解最優(yōu)解, 如線(xiàn)性規(guī)劃、非線(xiàn)性規(guī)劃等。 5.2.4 優(yōu)化設(shè)計(jì)的步驟 優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本步驟如圖2所示: 5.3 價(jià)值工程 5.3.1 價(jià)值工程的有關(guān)概念 價(jià)值工程是以提高實(shí)用價(jià)值為目的, 以功能分析為核心, 以開(kāi)發(fā)集體智力資源為基礎(chǔ), 以科學(xué)分析方法為工具,用最少的成本支出達(dá)到最合適的產(chǎn)品功能的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的科學(xué)方法。其實(shí)質(zhì)是將技術(shù)與經(jīng)

20、濟(jì)、功能與成本、企業(yè)利益與用戶(hù)要求結(jié)合起來(lái)進(jìn)行定量分析的設(shè)計(jì)方法, 以達(dá)到提高產(chǎn)品使用價(jià)值的目的。在價(jià)值工程中, 產(chǎn)品價(jià)值是產(chǎn)品功能與產(chǎn)品成本的綜合反映, 三者之間的關(guān)系為 V = F/C 式中: V——產(chǎn)品的價(jià)值; F——產(chǎn)品的功能; C——產(chǎn)品的壽命周期成本。 5.3.2 價(jià)值工程的功能分析 顧客要購(gòu)買(mǎi)的不是產(chǎn)品本身而是產(chǎn)品的功能, 功能實(shí)際上是體現(xiàn)了顧客的某種需要。足功能是各類(lèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的必要原則。功能分析是價(jià)值工程的核心, 包括功能定義和功能整理。其目的就是在滿(mǎn)足用戶(hù)基本功能的基礎(chǔ)上, 確保和增加產(chǎn)品的必要功能, 剔除或減少不必要功能。 （1）功能定義。功能定義是對(duì)價(jià)值工程

21、對(duì)象及其組成部分的功能所作的明確表述。常采用“兩詞法”（即動(dòng)賓詞組法)來(lái)簡(jiǎn)明扼要地表述。如車(chē)床產(chǎn)品的功能是“車(chē)削工件”。 （2）功能整理。功能整理是對(duì)定義出的功能進(jìn)行系統(tǒng)分析、整理, 明確功能之間的關(guān)系, 分清功能類(lèi)別, 建立如圖3所示的功能系統(tǒng)圖。 5.3.3 價(jià)值工程的工作程序 價(jià)值工程的工作程序如表1示: 5.4 反求工程 5.4.1 反求工程的基本介紹 反求工程(Reverse Engineering,RE),也稱(chēng)逆向工程、反向工程, 是指用一定的測(cè)量手段對(duì)實(shí)物或模型進(jìn)行測(cè)量, 根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)三維幾何建模方法重構(gòu)實(shí)物的CAD模型的過(guò)程, 是一個(gè)從樣品生成產(chǎn)品數(shù)字化信息

22、模型, 并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)及生產(chǎn)的全過(guò)程。 反求工程技術(shù)是測(cè)量技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、圖形處理技術(shù)和加工技術(shù)相結(jié)合的一門(mén)綜合性技術(shù)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和上述單元技術(shù)逐漸成熟, 近年來(lái)在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中愈來(lái)愈多地被得到應(yīng)用。因?yàn)樵诋a(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中需要以實(shí)物(樣件) 作為設(shè)計(jì)依據(jù)、參考模型或作為最終驗(yàn)證依據(jù)時(shí)尤其需要應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)。所以在汽車(chē)、摩托車(chē)等的外形覆蓋件和內(nèi)裝飾件的設(shè)計(jì)、家電產(chǎn)品外形設(shè)計(jì)、藝術(shù)品復(fù)制中對(duì)反求工程技術(shù)的應(yīng)用需求尤為迫切。 反求工程技術(shù)不同于一般常規(guī)的產(chǎn)品仿制, 采用反求技術(shù)開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品往往比較復(fù)雜, 通常由一些復(fù)雜曲面構(gòu)成, 精度要求也比較高。需要專(zhuān)業(yè)人員運(yùn)用豐富

23、的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)和創(chuàng)造性思維, 對(duì)已有產(chǎn)品進(jìn)行解剖、深化和再創(chuàng)造, 是已有設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì), 這就是反求工程的內(nèi)涵, 特別要強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新是反求的靈魂。 表1價(jià)值工程的工作程序 工作步驟 價(jià)值工程對(duì)應(yīng)問(wèn)題 基本步驟 詳細(xì)步驟 確定目標(biāo) 1.對(duì)象選擇 這是什么？ 2.信息搜集 功能分析 3.功能定義 這是干什么用的？ 4.功能整理 功能評(píng)價(jià) 5.功能成本分析 它的成本是多少？ 6.功能評(píng)價(jià) 它的價(jià)值是多少？ 7.確定改進(jìn)范圍 制定改進(jìn)方案 8.方案創(chuàng)造 有其他方法實(shí)現(xiàn)這一功能嗎？ 9.概略評(píng)價(jià) 新方案的成本是多少？ 10.調(diào)整完善 11.詳細(xì)評(píng)價(jià) 1

24、2.提出提案 新方案能滿(mǎn)足功能要求嗎？ 實(shí)施評(píng)價(jià)成果 13.審批 偏離目標(biāo)了嗎？ 14.實(shí)施與檢查 15.成果鑒定 5.4.2 反求工程設(shè)計(jì)的基本步驟 反求工程設(shè)計(jì)的基本步驟為: （1）分析階段。首先需對(duì)反求對(duì)象的功能原理、結(jié)構(gòu)形狀、材料性能、加工工藝等方面進(jìn)行全面深入的了解, 明確其關(guān)鍵功能及關(guān)鍵技術(shù), 對(duì)設(shè)計(jì)特點(diǎn)和不足之處作出評(píng)估。 （2）再設(shè)計(jì)階段。在反求分析的基礎(chǔ)上, 運(yùn)用測(cè)量?jī)x器對(duì)樣本模型進(jìn)行測(cè)量, 獲取樣本模型的特征參數(shù), 利用CAD /CAM 系統(tǒng)重構(gòu)反求對(duì)象的幾何模型, 根據(jù)要求在結(jié)構(gòu)和功能等方面進(jìn)行必要的創(chuàng)新和改進(jìn)。 （3）制造階段。按照產(chǎn)品通常的制造方法, 完成對(duì)反求產(chǎn)品的制造。如果不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求, 可以返回分析階段或再設(shè)計(jì)階段重新進(jìn)行修改設(shè)計(jì)。 6 結(jié)論 （1）機(jī)械現(xiàn)代化設(shè)計(jì)理論是對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)理論的發(fā)展，是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)與核心。現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法是基于現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論形成的，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法僅僅是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的手段和目的。 （2）機(jī)械產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)質(zhì)上就是設(shè)計(jì)的競(jìng)爭(zhēng)。深入地研究現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論方法對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)水平的影響，對(duì)提高我國(guó)機(jī)械產(chǎn)品的創(chuàng)新能力和競(jìng)爭(zhēng)力，為推動(dòng)我國(guó)從制造大國(guó)走向制造強(qiáng)國(guó)是非常有益的。 - 11 -