試論機械產品開發的現代設計技術

摘要：本文在介紹機械產品開發設計基本內容以及現代設計技術方法的特點的基礎上，總結了國內外機械系統采用較多的現代設計方法，并對現代機械設計方法提出了幾點看法。

關鍵詞：現代設計機械產品方法

一、前言

機械產品開發是創造出滿足社會需求的產品結構的過程，它受到設計原則、設計方法和手段的制約，對設計技術提出了越來越高的要求。隨著科技和計算機應用的不斷發展，設計技術中設計計算、設計繪圖、生產規劃等環節得到更深入的研究，傳統產品開發的設計技術不斷變化，現代設計技術的思想、方法促使機械產品設計技術不斷創新。

二、機械產品開發設計基本內容以及現代設計技術方法的特點

1.機械產品開發設計基本內容

機械產品開發設計關注產品的綜合質量，設計基本內容包括以下三個方面的性能；

（1） 結構性能：要求產品安全、耐用、外形美觀。設計內容包括：人機安全性、系統可靠性、工作耐久性、環境無害性、設計經濟性和造型藝術性。

（2） 工作性能：要求產品工作穩定、工效實用。設計內容包括：工效實用性、運行穩定性、操作便捷性以及故障易診斷性。

（3） 制造性能：要求產品工藝性好、生產周期短、制造成本低等。設計內容包括：零部件規范性、制造工藝性、維修方便性、生產周期性、制造經濟性和可回收性。

2.現代設計技術方法的特點

現代設計技術是傳統設計的不斷革新，它將類比法、經驗法等設計思想升華為系統的、理性的、邏輯的設計方法。現代設計技術方法是綜合信息、做出決策、不斷迭代、尋求最優的一個創造性思維活動的過程。它有以下四個特點：

（1）設計理論發展、設計方法延伸及設計范疇的擴展。

（2）交叉綜合使用不同種設計技術、理論與方法。

（3）設計技術手段不斷向精細化、自動化、計算機化、并行化、智能化、最優化發展的設計過程。

（4）對產品壽命周期進行可行性設計及綜合應用多種設計實驗技術。同時，現代設計技術方法通常應用于設計具有多種要求的高度復雜的對象，在特性方面表現出普適性、綜合性、定量性、動態性。

三、機械產品開發的現代設計技術方法

1.結構模塊化設計

模塊化設計通過對產品某一范圍內的功能的差異或者同一功能的性能以及規格的差異進行分析，進而劃分和設計出功能模塊，再選擇和組合不同模塊從而構成差異化的產品，用以滿足產品市場多樣化的需求。基本的模塊化結構應有標準化接口，同時是集成化、通用化、系列化、經濟化、靈便化、層次化，具有相關性、互換性和相容性。我國基于CAD技術和軟件的構件技術，把組合設計和變形設計結合在一起，按照分級模塊化相關原理，加工中心機床被分為從大到小的產品、部件、組件和元件四個級別，同時運用CAD技術和專家知識把它們構建成不同功能品種、不同性能規格的模塊，最后把這些模塊組合到不同加工中心形成總體方案。

2.依據產品特征、專家知識的設計

依據產品特征、專家知識的設計技術方法是指運用計算機語言來描述被研究產品的特征及相關產品開發設計領域專家的經驗和知識，然后構建對應知識庫以及推理的機制，再用已經存儲的知識和構建的相關推理機制進行產品開發的方案的設計。機械產品開發的方案設計依據該設計領域產品的特征及專家知識進行相關推理以及做出決策。主要采用編碼法、建立知識庫、設計目錄法等方法。

3.智能化設計

智能化的設計是指在設計方法學的理論指導下，利用智能化設計軟件、三維繪圖軟件以及超媒體、多媒體等工具更好的實現產品開發設計活動，包括表述產品構思、描述產品結構。結合數學系統、系統工程等理論、產品開發設計技術以及系統開發等相關方法學基礎上，開發出一種新型多媒體系統軟件MUSE，它在產品設計的初期被廣泛使用。智能化設計概念模型是在明確了數綜合、機構型的前提下，根據機構結構相關參數的變化不斷調整原理圖，最后由下級裝配零件盒模型接收上級概念模型參數的設計方法。

4.系統化設計

系統化的設計方法是指把設計看成一個系統，這個系統由許多相互獨立的設計要素構成，不同設計要素之間存在層次性和有機的聯系，當我們結合所有相關設計要素后，就能完成系統設計的任務。由于不同設計者思考問題的側重點和研究角度的差異，我們把研究方法應用于具體的方案設計的時候也會有差異。一般的系統化的設計方法包括：構思設計法、設計元素法、矩陣設計法和圖形建模法。

四、機械產品開發的現代設計技術的相關看法

1.并行設計有創新最快的優勢

并行設計技術是一種系統化的現代設計技術，它能充分利用現代計算機、通信以及管理技術，把產品設計以及相關設計、 制造、支持等過程實現并行進行一體化的設計。其特點是“集成”和“并行”。隨著計算機技術、數據庫管理和網絡信息技術的發展，并行設計有創新最快的優勢，同時，這種一體化的設計制造方式，能在產品開發設計的過程中更好的滿足企業生產周期、產品質量、生產成本的要求，提高新開發產品的競爭力。

2.機械產品開發設計的方向

機械產品開發設計正朝著智能化設計、計算機化和實現異地協同開發設計制造的方向發展。但是，目前的計算機化水平和相關產品設計軟件還沒有完全成熟，我們要想達到機械產品開發設計發展方向的目標，需要去綜合利用上面的四種現代設計技術方法。綜合利用這些現代設計技術方法會涉及很多領域，比如相關機械產品設計知識、系統工程知識、人工智能知識、網絡技術知識，也會涉及計算機軟件硬件工程的領域，這些領域都是機械產品開發設計的現代設計技術需要不懈努力研究的方向。

3.新產品開發的思路

為了獲取高收益，人們往往將高投資投入風險大的新產品開發；新產品的開發成功面臨著一系列隨機或不確定的因素；新產品成本中約70%～ 85%的經費用于產品設計；產品開發不同階段企業成本效益將表現出不同的特征，同時企業也會面臨很多互相沖突的需求；新產品的特點之一是市場擴展，通常物美價廉、用途明確的產品有較快的發展速度。因此，要開發出滿足市場需求同時具有創新性和效益性的機械產品，我們需要采用現代設計技術來進行新產品的開發設計。

五、結語

隨著科學技術中信息網絡技術、微電子技術、材料科學的飛速發展以及它們向機械工業系統的滲透、機械設計技術不斷與現代設計技術方法融合、不斷向著智能化、集成化、網絡化、敏捷化的方向發展。在設計手段、 設計方法、設計技術更新的同時，相關技術人員要把握機遇，更新思維，將現代設計技術應用在機械產品開發的設計活動中，更好的提高產品設計水平，增強企業產品的市場競爭力。

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