機械產品設計各階段對制造知識的需求與支持

摘要：在機械產品的設計過程中，要對產品的可制造性以及各個設計階段的機械產品性能進行了解。文章對于機械產品設計各階段對制造知識的需求與支持進行分析是十分必要的，從知識獲取角度出發，建立制造知識獲取模型，來支持制造機械產品的順利進行。

關鍵詞 ：機械產品；產品設計；制造知識；產品性能

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）18-0016-02

對于機械產品設計各階段對制造知識的需求與支持進行分析是十分必要的，從知識獲取角度出發，建立制造知識獲取模型，減少設計人員對制造人員和領域專家經驗的依賴，縮短查找制造知識時間，提高設計效率提供有效支持。

1 機械產品設計

國外發達國家在機械制造自動化領域的研究起步比較早，而且發展歷史悠久，所以在機械制造技術水平方面比起國內有著更大的優勢，很早以前就實現了制造領域的自動化，計算機輔助設計和仿真產品等都已經在機械產品領域得到了廣泛的運用，在企業的管理方面，目前模式也比較獨到。正因為如此，國內外市場競爭的日趨激烈，新市場的不斷開拓已經成為了必然，加上網絡通訊技術的發展為我國機械產品設計的創新也提供了較為良好的環境，所以技術的發展對于國際國內市場有了更大的激發，推動了我國國內機械制造領域企業的發展，這兩個原因互相交替，形成了網絡化、標準化和集成化的機械制造新趨勢。經過多年的研究和改革，我國在機械產品的設計方面，也擁有了比較先進的技藝，自動化水平也達到了一定的程度。例如在數控技術方面，國內水平相對已經比較高，在現有的基礎上進行了算法優化后得到了比較明顯的成就。

2 制造知識

為了確保機械產品設計的完成，對于制造知識的獲取格外的重視。知識獲取的途徑眾多，知識采集人員通過將資料采集后，形成制造知識，進入制造知識管理系統，供設計人員檢索使用。

2.1 直接制造數據和信息

在制造信息的采集過程中，關于生產現場的設備狀態數據、各類加工標準規范等制造數據可以直接使用，用于工藝設計階段，對設備、工藝路線選擇等方面的設計決策時。

2.2 通過傳統的統計分析方法形成的制造知識

在機械制造過程中，有些信息的獲得，不能直接地采集，往往要采用假設檢驗、參數估計、方差分析等統計方法來處理一些相關的信息和數據。在一般制造知識中，對于機械制造過程的能力和產品質量屬性的控制也在不斷地發展，并且能夠對于發展趨勢進行預測和評估。采用Pareto圖分析發現機械產品質量缺陷中最主要的缺陷。

2.3 數據挖掘技術處理制造知識

數據挖掘技術在各類機械產品的制造當中屬于一種新技術，所謂的數據挖掘技術就是在各類關于機械制造知識的數據庫以及采集的直接的制造數據中收集對該設計階段有用的制造知識。根據制造知識的類型可以將數據挖掘技術分為描述型數據挖掘如關聯、聚類，預測型數據挖掘如分類、預測。

2.4 經驗型制造知識

該類知識主要是通過向相關機械制造的工作人員以及機械領域的專家、工程師問詢、交流，將他們的經驗通過文字或是數字等存儲起來，將對機械產品設計各階段有用的制造知識存儲在系統中。

這類制造知識的采集要綜合機械產品中的各個環節的工作人員的長期工作的實踐經驗，主要包括機械材料質量專家、熟練工人、材料專家、設備管理專家以及經驗豐富的技工等。

3 產品設計各階段的制造知識需求與支持

產品設計所涉及的東西眾多，要求的知識復雜，涉及到概念設計、初步設計、詳細設計以工藝設計階段的制造知識需求與支持。

3.1 概念設計階段

因為設計階段是機械產品制造的前期，前期根據功能原理設計，對于要求進行識別、功能進行分解，并且對于技術原理進行分解以后，由于在設計階段主要是根據機械產品的前期規劃要求表進行功能原理設計，需要完成對設計要求識別、功能分解、技術原理的確定以及解決方案和決策的確定等。只需要完成概念性的粗獷的功能草圖，并不涉及內部的細化結構設計，因此不需要太多的制造知識的支持。

3.2 初步設計階段

在初步設計階段需要完成機械產品的各個子功能以及總體功能的結構布局和外形，主要包括初始結構、優化結構的設計，工程以及材料的初步選擇以及計算的決策，主要需要的制造知識是部件技術特性知識、部件質量檢驗知識、設備知識、工藝知識、人員知識、材料知識等；在初步設計階段，設計產品總體結構布局和外形尺寸時，需要機械企業裝配設備的結構形式以及裝配能力知識的支持。

3.3 詳細設計階段

詳細設計階段主要是對于機械產品中相關零件的設計，因此在該階段主要需要的制造知識是零部件制造知識，尤其是需要類似零部件在以往加工過程中的加工質量問題的數據以及各種制造因素與加工質量之間的關系知識。在詳細設計階段中，可以根據上述制造知識的支持簡歷預測模型，將不同的功能參數組合，設計零件的功能進行預測。

3.4 工藝設計階段

工藝設計階段主要是設計人員對加工方法、加工路線、加工設備、裝配路線及設備的確定等。該階段的工作比較細致，需要綜合考慮參數、設備、材料等因素，各因素之間的相互關系，在機械產品的功能、結構以及相關零件參數以及確定的情況下，如何安排工藝路線，即生產的順序以及組合，使得設計最優化。在該工藝設計階段，需要的制造知識主要是設備的生產能力、材料的實際質量、類似產品的工藝路線、已有的操作人員能力水平等方面的知識，以及不同情況下，上述因素之間的影響的相關信息。對于特殊的機械產品的工藝設計階段，還需要生產現場的溫度、濕度等制造知識的支持。

在機械產品的設計過程中，要對產品的可制造性以及各個設計階段的機械產品性能進行了解。這需要大量制造知識的支持，但是在制造知識的獲取上，主要是通過對人員的咨詢來得知。這樣不僅增加了知識獲取的難度，而且還大大地降低了制造知識獲取的準確度。總而言之，機械產品的生產對于經濟發展至關重要，而機械產品設計在產品生產中起到關鍵的作用，因此我們要重視產品設計的各個階段，完成對制造知識的采集和處理，以滿足各個設計階段的需求。

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