現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新方法研究

【摘要】在機(jī)械設(shè)計(jì)現(xiàn)代化進(jìn)程中，設(shè)計(jì)者需要科學(xué)分析現(xiàn)代化設(shè)計(jì)要求，根據(jù)機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)與市場(chǎng)的需求，創(chuàng)新設(shè)計(jì)形式，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，同時(shí)，還要在設(shè)計(jì)方案中指導(dǎo)機(jī)械加工人員更好地開(kāi)展相關(guān)工作，以此提升機(jī)械設(shè)計(jì)質(zhì)量與可靠性。本文對(duì)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新方法進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)；創(chuàng)新；方法

隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，在創(chuàng)設(shè)設(shè)計(jì)理念的同時(shí)，設(shè)計(jì)師也應(yīng)該將智能化的因素引入到設(shè)計(jì)中來(lái)。通過(guò)建立模型的方法，來(lái)描述機(jī)械產(chǎn)品的各種工況行為進(jìn)行了解，對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的性能、設(shè)計(jì)進(jìn)行合理性和最優(yōu)性的考慮，力爭(zhēng)讓用戶獲得更為優(yōu)越的使用體驗(yàn)。

1、現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)特點(diǎn)分析

機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)（Mechaical Creative Design ，MCD）是指充分發(fā)揮設(shè)計(jì)者的創(chuàng)造力，利用人類已有的相關(guān)科學(xué)技術(shù)成果，進(jìn)行創(chuàng)新構(gòu)思，設(shè)計(jì)出具有新穎、創(chuàng)造性及實(shí)用性的機(jī)構(gòu)或機(jī)械產(chǎn)品（裝置）的一種實(shí)踐活動(dòng)。在傳統(tǒng)形式的機(jī)械設(shè)計(jì)中，大多數(shù)情況下是由設(shè)計(jì)人員，結(jié)合自身設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)開(kāi)展設(shè)計(jì)工作，其機(jī)械設(shè)計(jì)思想當(dāng)中往往會(huì)出現(xiàn)很多主觀判斷，這種情況下，設(shè)計(jì)人員必須要擁有較強(qiáng)的機(jī)械設(shè)計(jì)與管理水平。在工業(yè)技術(shù)得到快速發(fā)展的背景下，機(jī)械已經(jīng)廣泛應(yīng)用到社會(huì)各行業(yè)中，有著較為開(kāi)放性的表現(xiàn)形式。傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)期間，為了在一定程度上降低設(shè)計(jì)失誤率，不斷提升工作效率，相關(guān)工作人員大力探索新穎化的設(shè)計(jì)技術(shù)，盡量多的結(jié)合總目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在不同階段，采取不同設(shè)計(jì)方案，在真正完成上一環(huán)節(jié)之后才可以開(kāi)始下一環(huán)節(jié)，這樣就會(huì)降低工作效率。在新型機(jī)械設(shè)計(jì)中，工作人員將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)以及方案內(nèi)容有效導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，然后做出立體化圖形，并在數(shù)據(jù)內(nèi)容基礎(chǔ)上做出適當(dāng)修改，最終確定設(shè)計(jì)方案，增強(qiáng)設(shè)計(jì)內(nèi)容的科學(xué)性，促進(jìn)工作效率的不斷提升。

2、機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)研發(fā)流程

機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)研發(fā)階段決定一個(gè)機(jī)械設(shè)備的全壽命周期中最重要的形成環(huán)節(jié)，主要工作是根據(jù)客戶提出的實(shí)際需要和應(yīng)用，設(shè)計(jì)研發(fā)出來(lái)的能有效的實(shí)現(xiàn)一種或多種滿足客戶需求功能的機(jī)械裝備，而在此過(guò)程如何創(chuàng)新和設(shè)計(jì)是需要重點(diǎn)優(yōu)先考慮的事情。

第一步，跟一般的設(shè)計(jì)研發(fā)步驟相似，由需求應(yīng)用單位的人員提出設(shè)計(jì)研發(fā)申請(qǐng)，創(chuàng)新性的分析和研究實(shí)現(xiàn)客戶需求的方法，考慮到性價(jià)比和發(fā)展性；第二步，等到設(shè)計(jì)研發(fā)申請(qǐng)經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)部門(mén)商議研究得到批準(zhǔn)以后，設(shè)計(jì)人員必須將申請(qǐng)中的需求細(xì)化分解任務(wù)，細(xì)化到設(shè)計(jì)研發(fā)任務(wù)的具體內(nèi)容和要求；第三步，相關(guān)的各方接到任務(wù)的部門(mén)根據(jù)任務(wù)書(shū)要求，挑選人員，成立專項(xiàng)部門(mén)進(jìn)行創(chuàng)新性研發(fā)。

在設(shè)備制造之前，設(shè)計(jì)部門(mén)要與加工制造單位進(jìn)行細(xì)致有效的溝通，確保設(shè)計(jì)中的細(xì)節(jié)不被忽略，做到綠色加工制造，引入系統(tǒng)制造工程概念，確保下游加工制造單位對(duì)設(shè)計(jì)思路和要求有較清楚的認(rèn)識(shí)，也為日后順利施工奠定基礎(chǔ)。在機(jī)械設(shè)備的制造過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)與加工制造單位保持及時(shí)有效的溝通，跟蹤加工進(jìn)度，并第一時(shí)間解決制造過(guò)程中遇到的情況，做好記錄工作以備今后查閱和參考。

設(shè)備加工制造完成后，設(shè)計(jì)人員進(jìn)行驗(yàn)收，之后進(jìn)行試產(chǎn)運(yùn)行鑒定，對(duì)使用效果進(jìn)行綜合評(píng)估，并做好記錄。機(jī)械設(shè)備試產(chǎn)達(dá)標(biāo)后，設(shè)計(jì)人員要及時(shí)跟進(jìn)，認(rèn)真完成日常操作、設(shè)備工藝、日后維護(hù)的相關(guān)圖紙和資料交付工作，并進(jìn)行必要的培訓(xùn)。正式交付使用后，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)經(jīng)常主動(dòng)了解機(jī)械設(shè)備運(yùn)行情況，對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行記錄，并分析問(wèn)題所在，及時(shí)制定完善功能的方案，在合適的時(shí)候進(jìn)行改造和優(yōu)化，為日后的設(shè)計(jì)積累經(jīng)驗(yàn)。

3、現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新方法

3.1機(jī)械的變型設(shè)計(jì)方法

所謂的變型設(shè)計(jì)，就是指的在原有機(jī)械產(chǎn)品的基礎(chǔ)之上再進(jìn)行新的開(kāi)發(fā)，從而使得機(jī)械零部件的規(guī)格能夠標(biāo)準(zhǔn)， 同時(shí)機(jī)械產(chǎn)品部件能夠更加的通用化。如果要使得機(jī)械產(chǎn)品的功能、原理以及結(jié)構(gòu)都相同，但是其尺寸和性能參數(shù)卻存在著較大的區(qū)別，那么就可以通過(guò)變型設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種情況被稱為縱系列產(chǎn)品的涉及變型。而如果在基礎(chǔ)型產(chǎn)品的基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步對(duì)于功能進(jìn)行擴(kuò)展，就稱為橫系列產(chǎn)品的設(shè)計(jì)變型。除此之外，如果是對(duì)于具有先進(jìn)動(dòng)力參數(shù)的不同類型的機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)，就稱為跨系列產(chǎn)品的設(shè)計(jì)變型。所以現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的變型設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上就是在保證產(chǎn)品原有基本功能以及原理保持不變的情況下，依據(jù)使用者的實(shí)際需要，再對(duì)于其它的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而設(shè)計(jì)出更加完善的機(jī)械產(chǎn)品。

在應(yīng)用變型設(shè)計(jì)方法來(lái)進(jìn)行現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的時(shí)候， 產(chǎn)品三維參數(shù)化變型設(shè)計(jì)是一個(gè)非常常見(jiàn)的方法，它是以拓?fù)浼s束、尺寸約束、工程約束驅(qū)動(dòng)作為技術(shù)基礎(chǔ)的變型設(shè)計(jì)方法。在傳統(tǒng)的參數(shù)化設(shè)計(jì)之中，只會(huì)對(duì)于部分的特征驅(qū)動(dòng)尺寸進(jìn)行一定的修改，然后使得其它的關(guān)聯(lián)尺寸能夠得到相應(yīng)的調(diào)整，從而得到結(jié)構(gòu)相同但是尺寸不同的系列三維模型。但是三維參數(shù)化變型設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)參數(shù)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之上，還包含了三維參數(shù)化模型驅(qū)動(dòng)后與之相關(guān)聯(lián)的工程圖的視圖位置、比例、尺寸、注釋等相關(guān)信息的自動(dòng)更新。

3.2 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程中，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用也變得更加的深入，在傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)之中，往往都是利用CAD 來(lái)輔助機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)于CAD 的應(yīng)用能夠進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品的三維建模、圖形處理等內(nèi)容。但是隨著應(yīng)用的進(jìn)一步深入，當(dāng)前有限元分析方法在機(jī)械設(shè)計(jì)中也得到了廣泛的應(yīng)用，通過(guò)對(duì)于有限元方法的應(yīng)用， 能夠更好地對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品各個(gè)零部件的受力情況進(jìn)行分析， 同時(shí)也能夠分析其在各種工況下的工作狀態(tài)， 從而在設(shè)計(jì)階段對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行有效地調(diào)整， 使其能夠適應(yīng)各種工況。有限元方法就是利用已知量來(lái)探求無(wú)限未知量的一種方法， 而且有限元計(jì)算的精度較高，其計(jì)算的效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出人工計(jì)算，所以當(dāng)前在機(jī)械設(shè)計(jì)之中， 有限元方法也是一種非常重要的創(chuàng)新方式。

3.3 并行設(shè)計(jì)方法

傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)往往都是采用的串行設(shè)計(jì)方法，但是這種設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)周期較長(zhǎng)而且成本較高， 所以當(dāng)代并行設(shè)計(jì)方法在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域之中得到了有效地應(yīng)用，所謂的并行設(shè)計(jì)，就是指的一種集成化、系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)方法，其以工程數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)作為基礎(chǔ)，建立起協(xié)同模式來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)， 從而有效地實(shí)現(xiàn)了機(jī)械設(shè)計(jì)制造的一體化，并且還能夠更好地降低機(jī)械產(chǎn)品的成本，提高其質(zhì)量。

3.4 智能化方法的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

智能化方法的創(chuàng)新設(shè)計(jì)從智能系統(tǒng)的角度，創(chuàng)造新的概念設(shè)計(jì)可視為在大的設(shè)計(jì)空間內(nèi)基于知識(shí)的搜索。

創(chuàng)新設(shè)計(jì)過(guò)程基本步驟如圖所示：

實(shí)體構(gòu)造→機(jī)械系統(tǒng)模型→運(yùn)動(dòng)鏈圖譜→初步模擬→模型細(xì)化→參數(shù)輸出→優(yōu)化設(shè)計(jì)

總而言之，創(chuàng)新可以大大推動(dòng)人類文明進(jìn)步，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展。整個(gè)機(jī)械工程中，機(jī)械設(shè)計(jì)屬于關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，可以決定機(jī)械產(chǎn)品性能。

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