现代机械设计发展方向与设计方法

现代机械设计发展方向与设计方法

孙明涛

奥德集团有限公司沂水分公司

摘要：机械设计与制造是一种涵盖多个技术领域、相当繁杂的科学技术系统，为了提高机械设计的高效性、科学性、智能化等特点，应运用现代机械设计方法，提高机械产品的生产效率与核心竞争力。

关键词：现代机械；设计发展；方向；设计方法

1现代机械设计的设计原则

机械设计产品的综合质量主要包括机械产品运行稳定性、系统可靠性、人机安全性、环境无害性、工作耐久性、造型艺术性、工效实用性、指标优越性、制造工艺性和零部件规范性等。在进行机械产品设计中，首先需要考虑用户对机械产品的要求与实际用途，要保证机械产品具有良好的结构性能，在工作过程中保持一定的稳定性和可靠性;其次要控制机械产品的生产成本、生产周期和良好的售后服务，要综合上述所有要求才能保证机械产品具有良好的市场竞争力。近年来，我国机械制造业有了很大的发展，已经能自主设计多种机械产品与设备，如冶金设备、发电设备、农业机械设备和化工设备等，并且相关技术已经达到了国际先进水平，在市场上具有较强的国际竞争力，但是部分产品制造技术与部分国家仍然存在较大的差距，主要原因是由于机械产品设计水平较低，因此，应提升机械产品的设计质量与技术。

1.1机械产品的机械性能

机械产品的机械性能主要是指机械产品在使用过程中的安全性、稳定性、可靠性和使用寿命，上述性能要求也是机械产品设计、生产和销售的重要目标。如果不能保证机械产品良好的机械性能，在设备使用过程中，会产生严重的生产事故。因此，为了保证机械设备的工作可靠性与安全性，首先应进行合理的机械设计，采用动态设计理论与现代机械设计方法进行相关设计，在较大范围内考虑机械设备工作过程中的非线性因素的影响，消除振动超标等动力学问题。

1.2机械设备的工作性能

机械设备的工作性能主要包括机械设备的实际工作效率、工作稳定性和性能优越性，其中机械设备的技术性能和性能是最重要的要素之一，为了获得良好的工艺指标和运行性能，需要智能设计机械设备，实现机械产品的最佳运行参数和工艺控制，实时监控机械设备运行状态是实现智能控制优化的前提条件，也是保证机械正常运行的重要措施之一，也是现代机械设备生产的核心内容。

1.3现代机械产品制造性能

机械产品的制造性能主要包括机械产品的加工工艺技术、产品全生命周期和生产成本控制等指标。通常来看，一种新型机械产品从设计、试验、生产和投入市场销售需要较长的周期和生产成本，机械产品的设计过程和工艺要求直接影响产品的生产周期及产品制造和销售，因此，在现代机械产品设计过程中，应考虑机械设计和制造的工艺、要求及标准化等问题。

2现代机械设计方法

现代机械产品的设计正在向智能化、模块化、高效化方向发展，在机械产品设计方法中，主要包括虚拟设计、创新设计、智能设计和绿色设计等。

2.1虚拟设计

目前，美国已经将虚拟设计的方法应用到飞机的设计与制造过程中，通过对机械设备的实际运行工况进行显示模拟，使设计人员和用户可以直观地了解机械设备的运行功能，但是对于一些较为复杂的机械设备难以进行全面的模拟与分析，因此，在没有充足试验和良好实践基础上，难以运用虚拟设计进行机械制造。

2.2基于质量功能展开的QFD设计

该方法以用户的实际需求为出发点，主要考虑内容包括客户需求和产品特性。不同的产品有不同的客户需求，如汽车生产中要考虑到安全性、轻便性等;不同的产品特性主要是指对于不同的机械产品有不同的侧重点，如汽车设计中要考虑到材料、结构及关键部件的布局等。但是对于较为复杂的机械来说，难以实施。

2.3三次设计法

三次设计法是由日本著名的质量管理专家田口玄一博士在20世纪70年代初创立的。主要包括系统设计、参数设计和容差设计，该方法已经发展成为具有智能性质的三次设计法，可以更加全面地考虑提高产品的质量、降低制造成本和缩短生产周期。

2.4智能设计

智能设计有两个主要意义，一个是智能方法的机械设计，另一个是智能设计对象管理，智能设计是国内外产品设计的主导方向。也是现代机械设计的主要发展方向和目标，本研究主要涉及产品性能参数和工作流程的智能控制和优化，使产品具有优良的工作性能，进而带来经济效益和社会效益。

2.5绿色设计

绿色设计(GreenDesign)的核心思想主要为，在机械产品设计阶段将环境因素和防止污染等措施进行充分考虑，保证机械产品对生态环境污染最小。绿色设计的核心为“3Ｒ”技术，即Ｒeduce、Ｒecycle、Ｒeuse，减少物质和能源的消耗，减少机械设计过程中有害物质排放，使产品及零部件能方便地分类回收并且再生循环利用。

3数字化产品开发基础

3.1数字化产品开发

机械产品的开发主要包括数字化定义、数字化预装配技术和工装数字化设计及数字化装配等。

3.1.1产品数字化定义

数字化产品是指利用现代信息技术、计算机软件等可数字化技术作为基础，用计算机表示机械产品的设计与演示。在数字化时代，机械产品不必再通过实物载体形式提供，可在线通过计算机网络传送给顾客。

3.1.2数字化预装配

产品数字化预装配技术，主要是在产品数字化定义的基础上，利用计算机等信息技术模拟产品的装配过程，主要用于机械产品设计和生产过程中的装配检查、装备及拆卸路径等。基于数字化技术可以合理、高效地评价机械产品的可装配性，及时发现机械设计前期存在的问题，避免生产之后的返工和修改，提高机械产品的生产效率，缩短生产周期，提高机械设计和制造的核心竞争力。常见的数字化预装配计算机软件主要包括UG、CAD/CAM系统、SolidWorks等。

3.2数字化产品开发特点

数字化产品开发包括制造技术、计算机技术、网络技术与管理科学等，同时也是制造企业、制造系统与生产过程、生产系统不断实现数字化的必然趋势。数字化产品开发具有以下应用优势:1)数字化机械产品开发过程中，可以保证机械产品从设计、开发、大批量生产等工作流程变得更加透明、流畅，在机械产品设计过程中可以灵活显示机械零部件二维、三维信息及工作指令。2)利用数字化制造，可以更快地创建工厂模型，并确保产量增加前，产品在最佳的布局、物料流程及生产量条件下运行，仿真功能可以对机械设计和自动化程序进行仿真、检验，有助于提高机械设计效率，缩短机械产品生产周期。

4结语

做好机械产品的设计，最重要的是在机械产品设计中反映当前机械设计科学技术发展趋势，需要运用先进的现代机械设计方法，并且需要全面了解机械产品广义综合质量的内涵及如何通过各种设计方法实现用户对产品广义综合质量要求，主要包括机械产品结构性能、使用过程中的质量(工作性能)、机械产品制造过程中的质量(工艺性能)，因此，运用现代机械产品设计方法获得机械产品优良的结构性能与良好的工作性能，对于提升机械设计质量具有重要意义。

参考文献

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