機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中的創(chuàng)新與優(yōu)化探究

許曉琳

（遼寧裝備制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧沈陽 110000）

0 引言

機械結(jié)構(gòu)設(shè)計對機械產(chǎn)品的實用性及可靠性有著較大的影響作用，也體現(xiàn)著我國機械制造水平的高低，在機械制造業(yè)的發(fā)展中占有重要地位。進行機械結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要充分考慮到機械構(gòu)件的尺寸、形狀或位置及材料等各方面因素，而創(chuàng)新設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)對傳統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化，使機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的整體水平得到提高，進而促進機械制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。通過深入分析創(chuàng)新設(shè)計在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中的運用，有利于發(fā)揮創(chuàng)新設(shè)計的運用價值，為機械結(jié)構(gòu)設(shè)計業(yè)的發(fā)展提供有利支持。

1 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求

1.1 用戶至上的設(shè)計理念

機械設(shè)計或產(chǎn)品設(shè)計都是基于用戶的需求而建立起來的，充分了解市場及用戶使用需求，盡量優(yōu)化產(chǎn)品的使用性能，才能順應(yīng)市場、獲得更高的經(jīng)濟價值。所以，機械設(shè)計的前提，要有實際的使用需求數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，不脫離使用價值的設(shè)計才具有實際意義。

1.2 質(zhì)量控制

機械產(chǎn)品質(zhì)量的好壞，直接影響其使用價值的發(fā)揮。在機械制造過程，需要充分考慮到產(chǎn)品的最終質(zhì)量，保證機械產(chǎn)品的強度、剛度、及穩(wěn)定性達到標準要求，并深入分析產(chǎn)品質(zhì)量的影響因素，通過對這些影響因素進行把控，使機械產(chǎn)品質(zhì)量得到有效的保障，有效提升產(chǎn)品的性價比。同時，還要考慮到機械產(chǎn)品使用的便捷性，節(jié)能環(huán)保性、使用安全性等各方面的內(nèi)容，整個過程不能僅僅以材料及工藝決定產(chǎn)品質(zhì)量，而是要充分考慮到各個方面[1]。產(chǎn)品的過程控制，是提高產(chǎn)品合格率的有效途徑，也就是在機械產(chǎn)品設(shè)計及加工過程中，進行動態(tài)控制，發(fā)現(xiàn)問題及時處理或修復(fù)，并且將發(fā)現(xiàn)的問題及時反饋到設(shè)計過程中，會極大優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計，降低經(jīng)濟損失。

1.3 功能設(shè)計

在滿足機械產(chǎn)品功能需求的基礎(chǔ)上，需要對產(chǎn)品的原材料進行加工，使其能夠形成新的成品。在機械制造過程，其功能設(shè)計不僅要充分滿足使用者的實際需求，也要充分體現(xiàn)出創(chuàng)新性。設(shè)計出的機械產(chǎn)品要滿足工作原則，確保機械運行的穩(wěn)定性，符合裝配性能及材料的力學(xué)性等各因素的要求。

1.4 優(yōu)化及創(chuàng)新設(shè)計

在我國經(jīng)濟的快速發(fā)展背景下，機械制造業(yè)的競爭越來越激烈，產(chǎn)品質(zhì)量及使用性能已經(jīng)成為企業(yè)存亡的關(guān)鍵。機械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新就成為了提高企業(yè)競爭力的重要手段。在進行機械結(jié)構(gòu)設(shè)計時，引入創(chuàng)造性思維及先進的科學(xué)技術(shù)，有利于提高產(chǎn)品的市場價值。同時，對機械結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，需要具備一定的優(yōu)化空間及可能性方案，其中包括對機械產(chǎn)品的尺寸、形狀或位置、表面粗糙度、制造工藝等各方面的優(yōu)化及創(chuàng)新。

1.5 智能化的設(shè)計

在當(dāng)前的技術(shù)環(huán)境下，智能化在機械設(shè)計中的應(yīng)用不斷深入，就設(shè)計過程而言，智能化的設(shè)計其具有以下方面的優(yōu)勢：第一，實現(xiàn)了另加裝備環(huán)境的有效模擬，對零件形狀、大小及位置的把控具有重大影響，其確保了機械零件設(shè)計的高效進行。第二，在智能化技術(shù)平臺支撐下，不同零件的裝配路徑得以有效演示，其在避免不匹配現(xiàn)象發(fā)生的同時，實現(xiàn)了零件裝配的直觀把控。第三，就智能化應(yīng)用過程來看，其尚處于發(fā)展成熟階段，使得機械設(shè)計工期得以有效縮短，其保證了機械效率的有效提升。第四，與傳統(tǒng)設(shè)計方式相比，虛擬設(shè)計、有限元分析等技術(shù)的應(yīng)用使得機械產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量得以有效提升。

2 創(chuàng)新設(shè)計在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中的運用

2.1 根據(jù)使用場合，優(yōu)化設(shè)計

以某屆創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽的一等獎作品為例，創(chuàng)作的目的是想設(shè)計一套行走式組合機構(gòu)的教學(xué)模型，設(shè)計的思路，要根據(jù)使用場合，適合設(shè)計一套結(jié)構(gòu)簡單，方便攜帶，可行走、可遠程遙控的裝置，該作品利用曲柄搖桿機構(gòu)，曲軸連桿，雙搖桿的相互作用，實現(xiàn)作品的仿生功能，雖然結(jié)構(gòu)簡單，但卻方便攜帶，符合用戶的使用要求，所以具有較高的使用價值，由此可以看出了解市場、了解用戶的使用需求，才能獲得更高的設(shè)計價值。

2.2 對材料進行優(yōu)化創(chuàng)新

在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計過程采用的原材料種類通常有很多，不同類型的原材料有著不同的使用價值及作用。所以，在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計過程，需要按照設(shè)計要求，以不同的方式對原材料進行合理選擇，并在此基礎(chǔ)上，對原材料進行加工處理，將其運用到機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中，從根本上保證機械零件的質(zhì)量[2]。將材料優(yōu)化創(chuàng)新運用到機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中，就是在不改變結(jié)果的情況下，對機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中的各種變量進行改變，以此實現(xiàn)對產(chǎn)品性能的優(yōu)化，進而制造出更有品質(zhì)的機械產(chǎn)品。

2.3 對數(shù)量進行優(yōu)化創(chuàng)新

以最少的成本獲取最大的經(jīng)濟利益是企業(yè)的生存之本，機械零件使用的數(shù)量直接影響著產(chǎn)品的價值及作用，這就需要對機械零件的數(shù)量進行合理選用，并做出一定優(yōu)化。首先，要制定零件測評方案，對機械零件的精確度、節(jié)能性、安全性及使用頻率進行綜合測評。其次，需要依據(jù)綜合測評的指數(shù)對機械零件進行篩選，整個過程要遵循優(yōu)勝劣汰的原則，并針對產(chǎn)品零件組成數(shù)量進行調(diào)整，不斷優(yōu)化產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品更具有性價比。

2.4 安裝位置優(yōu)化創(chuàng)新

機械零件是構(gòu)成機械產(chǎn)品的基礎(chǔ)單位，而零件的排列位置及方式對產(chǎn)品質(zhì)量有一定的影響作用。在設(shè)計過程，設(shè)計人員要滿足某些零件的高貼合要求，利用位置的改變對機械零件之間的距離進行控制，對機械零件的位置進行調(diào)整，進而實現(xiàn)提高產(chǎn)品質(zhì)量的作用[3]。

2.5 外型優(yōu)化創(chuàng)新

產(chǎn)品的外形，是留給消費者和使用者的第一印象，通過對機械結(jié)構(gòu)的外型進行改變，在某種程度上也改變了產(chǎn)品的總體性能。在設(shè)計過程，既要確保產(chǎn)品的外型美觀性，也要進行產(chǎn)品外型的創(chuàng)新設(shè)計，對產(chǎn)品零件的形狀及尺寸進行調(diào)整，使產(chǎn)品的精確度得到提升，使產(chǎn)品的總體性能得到優(yōu)化。

2.6 制造工藝優(yōu)化創(chuàng)新

在保證制造工藝的質(zhì)量的前提下，可以對原有工藝流程進行創(chuàng)新改進，以提高運行效率，降低生產(chǎn)成本。由于不同企業(yè)的設(shè)備生產(chǎn)能力、工人熟練程度等因素都大不相同，所以同一種產(chǎn)品，不同企業(yè)生產(chǎn)，工藝也會有所不同，需要按照各零件的精確度、基本性能及安全標準進行綜合分析，制定科學(xué)的結(jié)構(gòu)方案。根據(jù)制造工藝的相關(guān)準則，保證機械零件的美觀性及精確性，使機械產(chǎn)品的整體質(zhì)量及品質(zhì)得到保障。

2.7 設(shè)計手段優(yōu)化創(chuàng)新

智能化的設(shè)計手段，對于縮短產(chǎn)品設(shè)計周期，提升產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量起著極其重要的作用，以機械設(shè)計中的標準件為例，標準件的結(jié)構(gòu)、尺寸、畫法、標記等各個方面已經(jīng)實現(xiàn)了標準化，如連接件、滾動軸承、及一些傳動件、密封件等都已經(jīng)實現(xiàn)了標準化，這些零件的設(shè)計圖紙如果手工繪制是比較麻煩的，繪制周期比較長，而且繪制質(zhì)量比較差，而智能化設(shè)計手段的誕生，解決了這些復(fù)雜標準件的繪制問題及設(shè)計過程中重復(fù)繪制圖形的麻煩，提高了產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量。

2.8 綠色化的優(yōu)化創(chuàng)新

任何形式的優(yōu)化創(chuàng)新，都應(yīng)該遵循“綠色化”的設(shè)計主題。綠色化是當(dāng)前社會發(fā)展的重要趨勢；在機械設(shè)計領(lǐng)域內(nèi)，設(shè)計的綠色化發(fā)展是其行業(yè)建設(shè)的內(nèi)在要求。具體而言，機械設(shè)計人員應(yīng)實現(xiàn)材料、位置、數(shù)量等設(shè)計方案的合理規(guī)劃，從而在節(jié)約基礎(chǔ)資源的同時，實現(xiàn)機械零件設(shè)計的節(jié)能環(huán)?；l(fā)展，確保機械設(shè)計工程意義與生態(tài)意義的全面協(xié)調(diào)，從而推動社會及經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

3 結(jié)語

綜上所述，機械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計、機械設(shè)計的智能化能夠有效提升機械設(shè)計水平，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計性能。通過明確用戶至上的設(shè)計理念進而對零件的材料、數(shù)量、形狀或位置及制造工藝等因素的改變，能夠解決傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計中的弊端，使機械結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠適應(yīng)社會發(fā)展的需求，為機械制造業(yè)的發(fā)展提供有利支持。對于機械結(jié)構(gòu)設(shè)計來說，其創(chuàng)新設(shè)計方法的研究道路還很長，相關(guān)從業(yè)人員要加強對創(chuàng)新設(shè)計在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中的運用研究，使其更加科學(xué)、有效。