現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械制造的相關(guān)技術(shù)分析

于晶晶 鄧明輝

【摘 要】隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品功能要求的增加，特別是產(chǎn)品的復(fù)雜性增加，更新?lián)Q代速度加快致使壽命期縮短，對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，尤其是機(jī)械產(chǎn)品方案的設(shè)計(jì)要求越來越高。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械設(shè)計(jì)；機(jī)械制造；技術(shù)

機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)是衡量一個(gè)國(guó)家科技發(fā)展水平的重要標(biāo)志。機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械制造的前提，而機(jī)械制造一般是以設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械制造的第一步，也是其重要的組成部分。好的設(shè)計(jì)可以提高機(jī)械產(chǎn)品的性能，確保機(jī)器的質(zhì)量的可靠性。因此，從技術(shù)層面上進(jìn)行分析，機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械制造互相依托，相輔相成。不斷地完善機(jī)械設(shè)計(jì)與加強(qiáng)機(jī)械制造技術(shù)，是保證我國(guó)機(jī)械制走向世界領(lǐng)先水平的前提條件。

一、機(jī)械產(chǎn)品的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法

1 智能化

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)，以及多媒體等工具進(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)。

2 系統(tǒng)化

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)要素既具有獨(dú)立性又存在著有機(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)。

3 模塊化

模塊化設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是：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)。

4 基于產(chǎn)品特征知識(shí)

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)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)。

二、機(jī)械自動(dòng)化的科學(xué)技術(shù)

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化是機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)為主體，多門技術(shù)學(xué)科相互滲透、相互結(jié)合的產(chǎn)物，是正在發(fā)展和逐漸完善的一門新興的邊緣學(xué)科，機(jī)械自動(dòng)化使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由"機(jī)械電器化"邁入了以"機(jī)械自動(dòng)化"為特征的發(fā)展階段。

它的發(fā)展至今已經(jīng)成為一門有著自身體系的新型學(xué)科，隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，還將不斷被賦予新的內(nèi)容。但其最基本的特征可概括為：機(jī)械自動(dòng)化的設(shè)計(jì)制造是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)以及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)目標(biāo)，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性，低能耗的意義上實(shí)現(xiàn)特定功能價(jià)值并使整個(gè)系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。

三、數(shù)控加工技術(shù)

隨著科技的發(fā)展，產(chǎn)品的形狀和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，對(duì)零件加工質(zhì)量的要求也越來越高。由于產(chǎn)品改型頻繁，在一般機(jī)械加工中，單件和中小批量產(chǎn)品所占比重越來越大。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)率和降低成本，要求機(jī)床不僅具有較好的通用性和靈活性，而且對(duì)加工過程中的自動(dòng)化提出了更高的要求。數(shù)控加工技術(shù)就是在這種環(huán)境下發(fā)展起來的，適用于精度高，零件形狀復(fù)雜的單件和中小批量生產(chǎn)的高效、柔性的自動(dòng)化加工技術(shù)。目前，數(shù)控技術(shù)發(fā)展迅速，應(yīng)用領(lǐng)域已從航空航天普及到汽車、機(jī)床等制造業(yè)及其他中小批量生產(chǎn)的機(jī)械制造行業(yè)中。

四、精密與超精密加工技術(shù)

隨著航空航天、計(jì)算機(jī)、材料科學(xué)、激光和自動(dòng)控制系統(tǒng)等高科技產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，綜合應(yīng)用當(dāng)今先進(jìn)的加工技術(shù)，使機(jī)械加工精度已經(jīng)提高到了0.01μm的亞納米級(jí)，并向納米級(jí)發(fā)展。精密加工和超精密加工技術(shù)是現(xiàn)代制造技術(shù)的前沿和主要發(fā)展方向之一，它已經(jīng)成為國(guó)際科技競(jìng)爭(zhēng)中能否取得成功的關(guān)鍵技術(shù)，尤其是精密加工技術(shù)在尖端產(chǎn)品和現(xiàn)代武器制造中有舉足輕重的地位。

五、超高速切削、磨削技術(shù)

超高速加工技術(shù)是指采用超硬刀具和磨具，利用能可靠實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)的高精度、高自動(dòng)化和高柔性的制造設(shè)備，以提高切削速度來達(dá)到提高材料去除率、加工精度和加工質(zhì)量的先進(jìn)加工技術(shù)。具有切削力小、熱變形小、加工精度高和降低加工成本等優(yōu)越性。

六、虛擬軸機(jī)床

新型并聯(lián)構(gòu)型制造裝備虛擬軸機(jī)床實(shí)質(zhì)上是機(jī)器人與機(jī)床的混合物，其在結(jié)構(gòu)上完全不同于傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，具有模塊化程度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，速度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，克服了傳統(tǒng)的機(jī)床設(shè)備一些無法避免的固有缺陷。

七、微細(xì)制造與納米技術(shù)

隨著人們對(duì)許多工業(yè)產(chǎn)品的功能集成化和外觀小型化的需求，使零部件的尺寸日趨微小化。這些需求導(dǎo)致了自20世紀(jì)70年代起出現(xiàn)了微細(xì)加工和納米制造技術(shù)，他們促使了微型機(jī)器向系統(tǒng)化方向發(fā)展，并形成了有廣闊發(fā)展前景的微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）。

八、機(jī)械設(shè)計(jì)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析

現(xiàn)代的機(jī)械產(chǎn)品對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)提出了更高的要求，而對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)而言，其技術(shù)層面也發(fā)生了轉(zhuǎn)變。

首先，對(duì)于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求更加傾向于智能化。智能化的特點(diǎn)是利用現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)手段，如CAD設(shè)計(jì)軟件以及虛擬的設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)需要設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)，并能夠通過多媒體等對(duì)產(chǎn)品的性能"結(jié)構(gòu)等進(jìn)行模擬演示。

其次是更加系統(tǒng)化。系統(tǒng)化要求是要將產(chǎn)品的每個(gè)部件的有機(jī)內(nèi)在聯(lián)系進(jìn)行整合設(shè)計(jì)，并要求有一定的層次性，通過系統(tǒng)整體來完成設(shè)計(jì)任務(wù)。然后是模塊化。模塊化的設(shè)計(jì)理念較為簡(jiǎn)單，即將具有一定實(shí)現(xiàn)功能的模塊進(jìn)行組合，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)。

最后是產(chǎn)品的特性設(shè)計(jì)。依據(jù)產(chǎn)品的特性，利用計(jì)算機(jī)的技術(shù)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行知識(shí)構(gòu)建與邏輯推理，最終形成產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)。計(jì)軟件以及虛擬的設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)需要設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)，并能夠通過多媒體等對(duì)產(chǎn)品的性能"結(jié)構(gòu)等進(jìn)行模擬演示。其次是更加系統(tǒng)化。系統(tǒng)化要求是要將產(chǎn)品的每個(gè)部件的有機(jī)內(nèi)在聯(lián)系進(jìn)行整合設(shè)計(jì)，并要求有一定的層次性，通過系統(tǒng)整體來完成設(shè)計(jì)任務(wù)。然后是模塊化。模塊化的設(shè)計(jì)理念較為簡(jiǎn)單，即將具有一定實(shí)現(xiàn)功能的模塊進(jìn)行組合，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)。最后是產(chǎn)品的特性設(shè)計(jì)。依據(jù)產(chǎn)品的特性，利用計(jì)算機(jī)的技術(shù)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行知識(shí)構(gòu)建與邏輯推理，最終形成產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)。

九、現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的未來發(fā)展與前景分析

第一，性能更加優(yōu)良?，F(xiàn)代的機(jī)械產(chǎn)品多要求性能的優(yōu)良化。因此，在對(duì)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過程中，要盡量提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的性能優(yōu)良性。其中，優(yōu)良性能分為可靠性技術(shù)設(shè)計(jì)"動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)"防腐設(shè)計(jì)"補(bǔ)償設(shè)計(jì)以及控制設(shè)計(jì)技術(shù)等。

第二，更適合市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的設(shè)計(jì)技術(shù)。產(chǎn)品的形成最終是要投放市場(chǎng)，在市場(chǎng)要有絕對(duì)的競(jìng)爭(zhēng)力。面對(duì)當(dāng)前的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制，要開發(fā)新原理以及新技術(shù)，給予產(chǎn)品以新技術(shù)與新功能。競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的技術(shù)設(shè)計(jì)包括產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新"成本的降低"仿真設(shè)計(jì)與智能設(shè)計(jì)等等。不斷的創(chuàng)新技術(shù)以及競(jìng)爭(zhēng)需要，讓機(jī)械設(shè)計(jì)更加向市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)方向發(fā)展。第三，節(jié)能環(huán)保的綠色設(shè)計(jì)理念。對(duì)于環(huán)境的保護(hù)，環(huán)保意識(shí)在當(dāng)今社會(huì)更加深入人心，因此，對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)而言，也應(yīng)該以綠色設(shè)計(jì)為設(shè)計(jì)理念。對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)的產(chǎn)品要以智能化和綠色化為基礎(chǔ)。不僅如此，還要以資源的利用為前提，即通過先進(jìn)的機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)實(shí)現(xiàn)資源利用的最大化。此外，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用，則是更加先進(jìn)的機(jī)械設(shè)計(jì)理念。

總之，機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)就是機(jī)電一體化系統(tǒng)。機(jī)電一體化的發(fā)展就是機(jī)械自動(dòng)化的發(fā)展。廣大設(shè)計(jì)人員應(yīng)清醒地認(rèn)識(shí)到機(jī)械設(shè)計(jì)制造只有向機(jī)械自動(dòng)化設(shè)計(jì)制造方向發(fā)展，在機(jī)械設(shè)計(jì)的初期，把好技術(shù)的質(zhì)量關(guān)，在制造的過程中從安全"質(zhì)量等不同方面進(jìn)行把握，從而實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械產(chǎn)品。在機(jī)械設(shè)計(jì)與制造中掌握時(shí)代發(fā)展的趨勢(shì)，不斷地對(duì)設(shè)計(jì)方法與制造技術(shù)進(jìn)行完善，采用先進(jìn)的機(jī)械制造技術(shù)，從而推動(dòng)我國(guó)機(jī)械制造水平的提升。