淺談現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

劉彤

【摘要】隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與信息技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的不斷應(yīng)用，在現(xiàn)代機(jī)械構(gòu)造的過程中也實(shí)現(xiàn)除一個(gè)日新月異的變化過程。根據(jù)當(dāng)前我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的現(xiàn)實(shí)情況，各種機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)隨著科學(xué)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)技術(shù)的不斷發(fā)展也在不斷的促進(jìn)，目前國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)的主要思維特點(diǎn)，主要是將機(jī)械的設(shè)計(jì)方案記性系統(tǒng)化，結(jié)構(gòu)化和產(chǎn)品特征以及智能化的設(shè)計(jì)模式，應(yīng)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)進(jìn)行綜合的設(shè)計(jì)流程與設(shè)計(jì)過程。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械產(chǎn)品；方案設(shè)計(jì)方法；計(jì)算機(jī)輔助軟件

當(dāng)前社會(huì)是一個(gè)科學(xué)技術(shù)高度發(fā)達(dá)的社會(huì)，是一個(gè)信息化社會(huì)。在當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的過程中，人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的物質(zhì)文化需求與落后的生產(chǎn)技術(shù)成為制約當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的主要因素。在社會(huì)發(fā)展的過程中，各個(gè)產(chǎn)品功能和產(chǎn)品需求不斷增加為當(dāng)期社會(huì)發(fā)展提供了前提基礎(chǔ)，是社會(huì)發(fā)展過程中的主要因素，隨著產(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。在當(dāng)前各種產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中，機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)已成為設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和中心環(huán)節(jié)。在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，由于人們對(duì)各個(gè)機(jī)械要求的不斷增加，使得設(shè)計(jì)手段就顯得優(yōu)點(diǎn)力不從心，跟不上時(shí)代發(fā)展的需要。在當(dāng)前的設(shè)計(jì)中，主要是采用計(jì)算機(jī)技術(shù)的輔助進(jìn)行設(shè)計(jì)和研制，主要的手段是通過設(shè)計(jì)繪圖、設(shè)計(jì)計(jì)算、加工制造、生產(chǎn)規(guī)劃來進(jìn)行系統(tǒng)化和流程化的設(shè)計(jì)方法，這種方法在當(dāng)前設(shè)計(jì)中已得到了比較廣泛和深入的研究，并初見成效，但是由于當(dāng)前各種更新的不斷增加使得當(dāng)前產(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。因此在當(dāng)前的設(shè)計(jì)過程中提高計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展是實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)的前提與基礎(chǔ)。

一、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。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。

二、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。

三、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)。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。

四、總結(jié)

在機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中，各種手段和設(shè)計(jì)手法是一個(gè)系統(tǒng)化的過程，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，是通過以個(gè)完整的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方案對(duì)產(chǎn)品特征進(jìn)行分析，結(jié)合當(dāng)前各種先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行統(tǒng)一的探究與研發(fā)的過程。在設(shè)計(jì)的過程中建立產(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，這樣有利于在設(shè)計(jì)的過程中提高設(shè)計(jì)效果，增加產(chǎn)品的特性，保證設(shè)計(jì)過程中的規(guī)范化，簡(jiǎn)單化，更能夠提高設(shè)計(jì)質(zhì)量與效率，降低其成本，我們只有充分利用各種設(shè)計(jì)方法，才可以更精確、更經(jīng)濟(jì)，更有效率的進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。