機械產(chǎn)品快速設(shè)計與制造系統(tǒng)研究應(yīng)用探討

崔可可 洪抗

摘要：本文主要簡單介紹了機械產(chǎn)品快速設(shè)計的相關(guān)理論，闡述了機械產(chǎn)品快速設(shè)計的研究概況，探討了機械產(chǎn)品快速設(shè)計與制造系統(tǒng)的有效應(yīng)用，以轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品快速設(shè)計形式，不斷地創(chuàng)新機械產(chǎn)品快速設(shè)計理論，充分發(fā)揮現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的作用，優(yōu)化機械產(chǎn)品快速設(shè)計，開發(fā)機械產(chǎn)品新功能、新結(jié)構(gòu)，促進機械產(chǎn)品工藝水平的有效提升，從而滿足用戶的實際需求，推動機械產(chǎn)品制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：機械產(chǎn)品;快速設(shè)計;制造系統(tǒng);研究應(yīng)用

全球經(jīng)濟一體化形勢下，我國機械產(chǎn)品制造業(yè)迎來了全新的發(fā)展機遇，擴大了發(fā)展空間，但與此同時也面臨著一系列的挑戰(zhàn)，尤其是在日益激烈的市場競爭中，想要脫穎而出有著一定的難度。機械產(chǎn)品制造企業(yè)需要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的經(jīng)營模式，走向規(guī)模化、大型化發(fā)展趨勢，這并不是一項簡單的任務(wù)，具有較大的難度，要求企業(yè)拓展機械產(chǎn)品設(shè)計空間，涉及到更多的科學(xué)領(lǐng)域。隨著機械產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的加快，傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品設(shè)計理論，已經(jīng)無法適應(yīng)當(dāng)下的設(shè)計需求，需要進一步深入地加強對機械產(chǎn)品快速設(shè)計與制造系統(tǒng)的研究，引入先進的理論方法，縮短機械產(chǎn)品設(shè)計周期，保障機械產(chǎn)品質(zhì)量。

一、機械產(chǎn)品快速設(shè)計的相關(guān)理論

在機械產(chǎn)品快速設(shè)計過程中，涉及到一些相關(guān)理論，主要有以下幾種：第一種是模塊化設(shè)計理論。指的是在進行機械產(chǎn)品設(shè)計的時候，需要利用固定結(jié)構(gòu)和功能作用模塊，來規(guī)劃產(chǎn)品系統(tǒng)。針對產(chǎn)品的不同功能、不同性能、不同規(guī)格來進行相應(yīng)的分析，根據(jù)市場需求來組合不同的功能模塊，生產(chǎn)系列性產(chǎn)品;第二種是參數(shù)化設(shè)計理論。這是一種較為簡單的設(shè)計方式，能夠通過調(diào)整某一個結(jié)構(gòu)的參數(shù)特征，來進行相應(yīng)的改變。其具有兩個基本要素，一個是參數(shù)化圖元，另一個是參數(shù)化修改引擎。

二、機械產(chǎn)品快速設(shè)計的研究概況

（一）計算機輔助產(chǎn)品創(chuàng)新技術(shù)

就目前而言，在機械產(chǎn)品快速設(shè)計的研究方面，已經(jīng)有所突破，產(chǎn)品開發(fā)已經(jīng)CAD、CAPP、CAM和PDM等軟件技術(shù)的應(yīng)用，彼此之間有著緊密關(guān)系。尤其是在日益激烈的市場競爭中，如何縮短機械產(chǎn)品創(chuàng)新周期，提高機械產(chǎn)品性能，成為當(dāng)下急需解決的問題之一，也是用戶們的最新追求。自上個世紀(jì)以來，企業(yè)一直致力于機械新產(chǎn)品的開發(fā)過程中，但均屬于企業(yè)技術(shù)群體研究，或是個人專屬研究，并沒有專門的軟件技術(shù)來予以創(chuàng)新支持。在研究機械新產(chǎn)品的開發(fā)時，不僅要從管理學(xué)角度出發(fā)，還要考慮其工業(yè)工程方面的內(nèi)容，應(yīng)當(dāng)創(chuàng)新機械產(chǎn)品快速設(shè)計模式，優(yōu)化機械產(chǎn)品設(shè)計過程，制定完善的設(shè)計管理制度，但最為重要的是還應(yīng)當(dāng)考慮其技術(shù)本體，目前這方面還較為薄弱。在計算機信息技術(shù)的高速發(fā)展下，對機械產(chǎn)品快速設(shè)計的技術(shù)本體研究，才更近一步，開發(fā)出了計算機輔助創(chuàng)新軟件CAI，能夠有效解決機械產(chǎn)品設(shè)計中的難題，受到廣泛關(guān)注。

（二）快速響應(yīng)技術(shù)和制造技術(shù)

產(chǎn)品的快速相應(yīng)設(shè)計和制造，則有利于縮短機械產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高機械產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計水平，保障機械產(chǎn)品設(shè)計制造質(zhì)量，以促使機械產(chǎn)品制造企業(yè)迅速應(yīng)對市場的需求變化【1】。不斷變化的市場需求，對機械產(chǎn)品的要求更高，也更加重視個性化方面的設(shè)計內(nèi)容，這有利于促進機械產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)水平的提升，推動了機械產(chǎn)品制造企業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。

三、機械產(chǎn)品快速設(shè)計與制造系統(tǒng)的有效應(yīng)用

（一）產(chǎn)品創(chuàng)新

在機械產(chǎn)品快速設(shè)計過程中，可以充分發(fā)揮CAI軟件，以比買呢在創(chuàng)新產(chǎn)品的時候發(fā)生技術(shù)傷的沖突，準(zhǔn)確把握產(chǎn)品創(chuàng)新的規(guī)律，找到正確的技術(shù)途徑。一方面，可以從系統(tǒng)方面，來進行產(chǎn)品研究。在創(chuàng)建產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng)的時候。應(yīng)當(dāng)先了解用戶的需求，比如說用戶在所需要的機械產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)具有較高的安全性、可靠性，在操作上要更為簡便，而且具有個性化，能滿足用戶的個人需求，在維修方面也不可過于復(fù)雜，對環(huán)境沒有污染，價格成本上也不宜過高?；诖?，在設(shè)計機械產(chǎn)品的時候，需要考慮以下部分：一是機械本體;二是動力部分;三是檢測傳感裝置;四是控制及信息處理裝置;五是執(zhí)行機構(gòu)。在這部分中要予以一定的能量、物料和信息支持。對企業(yè)的要求是在進行設(shè)計和制造的時候，要不不斷地創(chuàng)新產(chǎn)品性能，盡量在保障產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，降低產(chǎn)品成本，提高機械產(chǎn)品的運行效益。在研究產(chǎn)品系統(tǒng)的時候，可將其當(dāng)作是功能系統(tǒng)研究，那么輸入部分應(yīng)當(dāng)是用戶的功能需求，可用X表示，當(dāng)多種功能需求組合在一起時，便可以看作是X的矩陣;輸出部分則是產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。 基于此，在設(shè)計機械產(chǎn)品的時候，應(yīng)當(dāng)尋找最佳的系統(tǒng)組合方式，予以有效創(chuàng)新。

企業(yè)在進行機械產(chǎn)品快遞設(shè)計和創(chuàng)新的時候，應(yīng)當(dāng)是一個全方位的創(chuàng)新過程，包含了市場傷的創(chuàng)新，結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新和工藝上的創(chuàng)新等多方面內(nèi)容，需要弄清楚產(chǎn)品創(chuàng)新本身的理念，遵循其設(shè)計規(guī)律，將其作為持續(xù)性活動來開展，不斷地開發(fā)和創(chuàng)新新產(chǎn)品，以增強企業(yè)生命力【2】。

除此之外，還要完善機械產(chǎn)品設(shè)計體系框架。先要做好市場調(diào)查工作，了解市場需求，對用戶的需求進行分析，然后基于用戶實際需求，來分析機械產(chǎn)品的功能性，作出客觀評價，發(fā)現(xiàn)其中的不足之處，形成創(chuàng)新概念，進行概念評價，從而得出新產(chǎn)品概念，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計。

（二）快速相應(yīng)設(shè)計和制造技術(shù)應(yīng)用

在機械產(chǎn)品快速設(shè)計與制造系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用過程中，應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮計算機信息技術(shù)的作用，進行輔助模塊化設(shè)計。在理解這一部分內(nèi)容的時候，可以從以下幾個方面來探討：首先要掌握產(chǎn)品模塊矩陣規(guī)劃方法，可將模塊化設(shè)計過程氛圍兩部分，一部分為產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng)的構(gòu)建，另一部分則是產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng)的實施。其次，要學(xué)會運用產(chǎn)品模塊布局和產(chǎn)品族表示方法。在模塊產(chǎn)品中，可以根據(jù)實際情況，選擇鏈狀、樹狀、網(wǎng)絡(luò)組合等方式將模塊連接在一起?？捎肕表示基本模塊，J表示接口，將基準(zhǔn)模塊作為有向線的起點，目標(biāo)木塊作為終點。模塊和模塊之間可以是單向連接，也可以是雙向連接，亦或是多向連接。既可以是一個模塊和一個模塊連接，也可以是一對多的形式;再者，可利用超圖理論來進行模塊識別，了解產(chǎn)品變型和模塊之間的關(guān)聯(lián);最后，在進行產(chǎn)品平臺模塊化快速設(shè)計的時候，要先了解產(chǎn)品平臺的含義。所謂產(chǎn)品平臺，其功能主要在于開發(fā)一系列衍生產(chǎn)品，是這些產(chǎn)品的通用模塊和接口，可基于用戶的不同需求，來增設(shè)模塊，以創(chuàng)新設(shè)計出最終的產(chǎn)品。其要點在于需要充分發(fā)揮限元分析軟件的作用，利用二次開發(fā)工具，構(gòu)建完善的產(chǎn)品變量化分析模型，從靜態(tài)和動態(tài)兩個方面來進行計算，計算設(shè)計變量和性能指標(biāo)間的聯(lián)系，促進企業(yè)新產(chǎn)品的快速開發(fā)。

除此之外，還應(yīng)當(dāng)應(yīng)用知識工程技術(shù)。這是一項以知識為驅(qū)動力的工程設(shè)計技術(shù)，指的是在進行機械產(chǎn)品設(shè)計的時候，在幾何模型中產(chǎn)品設(shè)計相關(guān)知識、制造知識等，利用計算機來進行自動程式化分析。要整理和歸納有關(guān)于機械產(chǎn)品設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容，收集典型的設(shè)計案例，總結(jié)設(shè)計、特征模板，遵循相關(guān)的設(shè)計規(guī)則【3】。

（三）機械快速產(chǎn)品設(shè)計實例

例如，在設(shè)計一些大型液壓機，或是汽車覆蓋件模具等機械產(chǎn)品的時候，便可以采用機械快速產(chǎn)品設(shè)計與制造系統(tǒng)技術(shù)，根據(jù)用戶和市場的實際需求，來建立產(chǎn)品創(chuàng)新，優(yōu)化大型液壓機快速設(shè)計系統(tǒng)，以改變傳統(tǒng)的設(shè)計模式，提高大型液壓機的設(shè)計水平，為機械產(chǎn)品制造企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟效益。在現(xiàn)代鍛壓機械中，液壓機是其中一項重要類別，其設(shè)計需要以加工對象制件工藝要求為依據(jù)，通過CAE分析方法，結(jié)合模塊化技術(shù)，來進行科學(xué)而有效的設(shè)計，以解決設(shè)計中的關(guān)鍵問題，處理好技術(shù)和技術(shù)之間的沖突性，做好整機規(guī)劃，優(yōu)化液壓機產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)模式，進行科學(xué)的結(jié)構(gòu)布局。在設(shè)計液壓機的時候，應(yīng)當(dāng)優(yōu)化關(guān)鍵部分的各項參數(shù)，具體過程如下：首先，要先獲取設(shè)計需求。也就是說要了解用戶對液壓機的要求，然后據(jù)此來確定液壓機的技術(shù)規(guī)格，制定液壓機的性能指標(biāo)，掌握真實而準(zhǔn)確的參數(shù)，了解各執(zhí)行機構(gòu)的工作壓力，予以一定的運行空間。設(shè)計好工作臺面的尺寸，以及液壓機的產(chǎn)品外形尺寸，確定其總功率和重量;其次，在設(shè)計液壓機產(chǎn)品結(jié)構(gòu)類型的時候，需要先確定機械產(chǎn)品的本體，基于整個機身的總體性，來設(shè)計相應(yīng)的尺寸，以保障設(shè)計的合理性;再者，在進行參數(shù)設(shè)計的時候，則需要關(guān)注機械產(chǎn)品的焊接部位，確定關(guān)鍵性的設(shè)計參數(shù)，把控支撐筋板的厚度、數(shù)量;最后，要進行科學(xué)的分析評價工作，利用力學(xué)知識，來進行科學(xué)計算，做好有限元分析，以提高液壓機產(chǎn)品的強度、剛度，滿足用戶的實際需求。

總而言之， 為了適應(yīng)新時期下的市場需求，應(yīng)對激烈的市場競爭，促使機械產(chǎn)品制造企業(yè)獲得更多的市場份額，應(yīng)當(dāng)加強對機械產(chǎn)品快速設(shè)計與制造系統(tǒng)的研究【4】。要掌握扎實的理論基礎(chǔ)，引入先進的技術(shù)理論，給機械產(chǎn)品快速設(shè)計提供重要的理論知識，了解相關(guān)技術(shù)的研究現(xiàn)狀，充分發(fā)揮計算機信息技術(shù)的輔助作用， 將其有效應(yīng)用于實際創(chuàng)新和設(shè)計過程中，從而提高機械產(chǎn)品快速設(shè)計與制造水平，實現(xiàn)機械產(chǎn)品制造企業(yè)經(jīng)濟效益最大化。

參考文獻(xiàn)

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