淺議冶金設備設計的工業設計問題

陳彤

摘要：鋼鐵是冶金行業中的主要材料，冶金行業是一種金屬加工制造業，其中冶金設備直接影響著冶金行業的整體效益和運行情況。因此，本文對于冶金設備設計的工業設計問題的探議具有一定的現實意義。本文先對冶金設備設計的工業設計進行概述，然后具體分析了冶金設備的現代設計理論方法，最后提出了提升冶金設備設計的工業設計水平的具體措施，希望能為冶金設備設計提供一定的參考，促進冶金行業的可持續發展。

關鍵詞：冶金設備;工業設計;問題

伴隨著鋼鐵行業的發展壯大，冶金設備產品類型和產量日益豐富，然而，我國冶金設備在外觀形態和人機工程學方面和國外先進國家相比，仍然存在較大的差距。尤其是在軋鋼生產車間中，能夠直觀地區分出國產設備和國外設備，操作差距異常明顯。由于冶金設備自身的特殊性，大部分國內設計人員還沒有意識到工業設計的重要性，一部分設計內容依舊停留在模仿和依賴經驗階段。制造業是國民經濟的重要支柱，冶金設備的設計制造在產品設計中占據著重要的位置，因此，提高冶金設備設計的工業設計水平，提升國產設備的外觀形象，已經成為冶金設備設計人員面臨的最大挑戰，這也是工業設計人員急需解決的問題。

1.冶金設備設計的工業設計概述

1.1冶金設備設計進行質量控制的必要性

現階段，我國鋼鐵行業處在快速發展的階段，工程項目數量日益增多，覆蓋范圍更加廣泛，生產周期嚴重縮短。一些小型棒線材車間的工期僅僅在十個月左右，為追趕工期，只能采用設計和施工交叉進行的方式，這在某種程度上增加了機械設備設計工作的難度系數。通常設備設計的時間有限，目前，大多數均是邊設計邊提供相關材料，外加設計隊伍的快速擴充，人員素質存在較大差異，即便這樣，仍舊存在人員緊張的問題。在此背景下，如何在確保設計質量的前提下，最大限度地規避因設計質量問題出現工程返工或者損失問題，是機械設備設計中的重點工作。

1.2冶金設備的工業設計現狀

鋼鐵行業的迅猛發展，推動了冶金設備的發展進程，冶金設備產品類型日益豐富、數量逐漸增加，然而國產冶金設備仍不及國外先進設備。絕大部分冶金設備設計人員對工業設計的認識不足，外加冶金設備自身的特殊性，無法創建自己的品牌，也不能指導后續冶金設備的設計。

2.冶金設備的現代設計理論方法

伴隨著計算機信息技術的迅猛發展，現代設計理論法方法被廣泛地應用在各個領域。對于冶金設備設計而言，設計人員應掌握CAD計算機輔助設計系統，合理運用相關的現代設計理論方法，在冶金設備的初始設計階段，有效提高冶金設備生產的安全性，增加經濟效益。

2.1計算機輔助設計技術

計算機輔助設計主要借助計算機輔助人們設計產品或者工程的一種方法。對于較為成熟的冶金設備的設計，若在其中應用計算機輔助設計技術能夠進行一體化設計。計算機輔助設計軟件開拓了機械設計的設計平臺，可以利用Auto?CAD完成平面設計和三維設計，利用UG進行機械結構較為復雜曲面的設計，使其各個零部件在受力、磨損和均衡等更加合理化，進而延長設備的使用壽命，降低不安全因素。計算機輔助設計軟件的應用，實現了設備的模塊化和標準化設計，顯著提高了設計效率，還增強了產品的安全性能。

2.2有限元法設計技術

有限元法作為一種新型數值計算方法，首先，簡化復雜繁瑣的研究對象，將其轉換成為數量有限的單元的構成的集合;然后，計算求解各個單元體;最后，合理拼合各個單元體，通過代替原來整體完成分析。有限元法不僅適用于工程復雜結構的力學分析，還能分析工程復雜非線性以及非穩態問題。現階段，已經研制出了一些較為成熟的大型有限元分析軟件。例如，在設計軋鋼機的軋輥與軸承的結構和受力時，通常使用工程計算法，將其看作承受彎曲變形的梁進行處理。這種計算方法雖然能計算危險截面的應力，卻無法確定構成軋機主要零部件的應力分布情況，然而有限元法較好地彌補了這一缺陷，且能夠提升設備的可靠性。

3.提升冶金設備設計的工業設計水平的具體措施

3.1加大工業設計知識的宣傳教育

冶金設備具有種類多樣、功能單一、成本昂貴、整套使用、使用周期長、使用環境特殊的特點，因此，在冶金設備的實際設計過程中，設計人員將功能設計作為重點，忽略外觀、色彩、設置和人機工程學方面的設計。例如，在軋鋼機的設計中，往往單純考慮軋機的外觀尺寸、軋制力度和速率和結構強度等，忽略設備分布和美化，這主要是因為在這些方面沒有具體的要求，錯誤地認為能夠軋鋼的就是優質設備，更是完全不考慮設備操作和維護時在人機工程學方面的要求。增強冶金設備設計人員的工業設計意識，徹底改變我國冶金設備制造外觀笨重、不美觀、缺少協調性的形象，增加在冶金設備人性化方面的考慮，構造和諧、統一的生產車間環境。

現階段，我國冶金設備設計的工業設計教育正處在初級發展階段，大部分高等院校中的工業設計僅僅有十年左右的發展史，與國外發達國家的百年歷史相比相差甚遠。目前，工業設計人員短缺，且大部分從事工業設計的人員均為進行正規的工業設計方面的學習，因此，在實際設計中很難自主考慮工業設計內容。同時，大部分院校在設立工業設計專業后，采用封閉教學，缺少和設計實踐活動的聯系。大部分工業設計專業尚未開展這方面的教學與科研工作，工業設計專業畢業生幾乎沒有從事與工業設計相關的工作，特別是在冶金設備設計方面的甚少。若想扭轉這種局面，則應加大工業設計知識的宣傳教育，重點培養冶金設備設計人員，使其形成工業設計意識，并不斷強化這種意識，有效結合冶金設備設計中的功能設計和美學設計，使其外形更加美觀。

3.2以工業設計理念為基礎改進傳統冶金設備

科學與美學具有一定的聯系，功能設計和美學設計也是統一協調的。全面分析一些陳舊、落后設備，從中找尋設計精華和優秀設計理念，以此來指導后續設計。例如，近年來高速線材和吐絲機已經取代了線材卷取機，然而隨著大棒材卷取需求的日益增加，原有的不同類型的卷取機械具有一定的借鑒作用。上世紀中期，板材矯直機比較笨重，很難更換和調節矯直輥，若想更換矯直輥需要取下整個上機架蓋，該板材矯直機是在蘇聯產品的基礎上演變來的，后期對其進行了改進，采用閉式機架，并安裝換輥裝置，能夠較為方便的更換矯直輥。

3.3注重高質、美觀的冶金設備的開發

在具體的冶金設備設計中，應大力宣揚品牌與創新意識。雖然冶金設備的產量不高，且具有較強的單一性，使用周期較長，但是設計人員可以通過自身設計水平的不斷提高、引入先進技術，積極開發高端產品，并逐漸改進，最終形成自己的品牌，這在冶金設備設計制造實踐活動中已經得到了證實。

3.4合理制定相關標準與規章制度

對比分析冶金設備和其它產業設備的的工業設計標準、規章制度可知，冶金行業中相對較少。由于用戶要求和設計生產廠家各不相同，在冶金設備機組、整臺機械、基礎零部件的設計中無法統一。雖然，相關設計人員加大了在這方面的研究探索。然而由于引進國外設備技術等多種因素的影響，無法為用戶提供有效服務。由于工業設計標準與規章制度的缺失，僅僅明確了冶金設備色彩選取和相應的操作標準中作出了規定，尚未提及人性化的設計。例如，冶金車間中設備單調的色彩是否會損傷工人視覺、千米以上的工作長度是否容易使操作人員產生疲勞感、冶金設備與地面之間的距離是否會讓操作人員產生壓抑感等，這些需要分析整理大量的數據信息后方可完成。

目前，軋鋼生產車間具有超過數萬噸的設備，且分布在廣泛的區域空間內。這些設備的設計由數十人設計完成，有些甚至達到上百人，由于每個設計人員的設計思想和理念存在一定的差別，因此，在冶金設備設計中，制定統一的標準與規章制度具有重要的意義。

4.結語

冶金設備的設計制造在產品設計中占據著重要的位置，因此，提升冶金設備設計的工業設計水平極其關鍵。伴隨著我國制造行業的不斷發展，品牌設計是冶金行業發展的必然趨勢。因此，應在有關冶金設備設計人員中積極宣揚工業設計理念，使其認識到工業設計的重要性。而冶金設備設計人員應和工業設計人員攜手努力，將工業設計理念全面灌輸到冶金設備的產品設計中，優化冶金設備的外觀和美學設計，不斷創新，進而提升我國機械制造水平。

參考文獻：

[1]馬玉升.淺議冶金設備設計的工業設計問題[J].城市建設理論研究，2014，（14）.

[2]蘇鳳.淺議冶金設備設計中的帶式運輸機設計[J].城市建設理論研究（電子版），2012，（19）.

[3]邵翠榮.探究冶金設備設計中的帶式運輸機設計[J].科技傳播，2014，（3）：107-108.

[4]程勇高，林元琦.有限元分析技術在冶金設備設計中的應用[J].CAD/CAM與制造業信息化，2012，（9）：61-64.

[5]張福明，頡建新.冶金工程設計的發展現狀及展望[J].鋼鐵，2014，（7）：41-48.

[6]廖云祥.冶金機械設計中有限元分析技術的應用[J].企業技術開發（下半月），2013，32（6）：88-89.

[7]張馳光.現代鋼鐵企業冶金設備概述[J].價值工程，2011，30（13）：73.

[8]吳鳳海.淺談冶金設備的管理與維修[J].價值工程，2011，30（12）：168.