自動化設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)方法的探討

王家煒

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)、科技的不斷發(fā)展以及生活水平的不斷提高，自動化設(shè)備廣泛地應(yīng)用在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科技以及生活等各方面，如機(jī)械手、自動收割機(jī)、檢測裝置及自動售貨機(jī)等。自動化設(shè)備的廣泛應(yīng)用，能大幅提高生產(chǎn)效率、創(chuàng)造能力及產(chǎn)品質(zhì)量，并能減少生產(chǎn)過程中材料、能源的浪費(fèi)以及工作人員的勞動負(fù)擔(dān)。降低企業(yè)生產(chǎn)成本等。尋求好的自動化設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)方法，能提高自動化設(shè)備研發(fā)人員工作效率、提升自主研發(fā)自動化設(shè)備的產(chǎn)品質(zhì)量水平、增強(qiáng)產(chǎn)品的功能及市場競爭力。

關(guān)鍵詞：自動化設(shè)備；機(jī)械設(shè)；方法

自動化設(shè)備在我國有著廣泛的應(yīng)用，它是由機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)、執(zhí)行部件、檢測單元及控制系統(tǒng)組成，通過設(shè)定控制程序。能實(shí)現(xiàn)裝配、檢測和生產(chǎn)等一系列特定動作、功能的機(jī)械裝置。隨著我國經(jīng)濟(jì)、科技的不斷發(fā)展以及生活水平的不斷提高，自動化設(shè)備廣泛地應(yīng)用在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科技以及生活等各方面，如機(jī)械手、自動收割機(jī)、檢測裝置及自動售貨機(jī)等。自動化設(shè)備的廣泛應(yīng)用，能大幅提高生產(chǎn)效率、創(chuàng)造能力及產(chǎn)品質(zhì)量，并能減少生產(chǎn)過程中材料、能源的浪費(fèi)以及工作人員的勞動負(fù)擔(dān)，降低企業(yè)生產(chǎn)成本等。在我國，機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)備的重要因素，機(jī)械設(shè)計(jì)水平能直觀體現(xiàn)自動化設(shè)備的整體水平。尋求好的自動化設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)方法，能提高自動化設(shè)備研發(fā)人員工作效率、提升自主研發(fā)自動化設(shè)備的產(chǎn)品質(zhì)量水平、增強(qiáng)產(chǎn)品的功能及市場競爭力。本文對自動化設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行了探討。

1 我國自動化設(shè)備的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

自動化設(shè)備被大量應(yīng)用在我國各行各業(yè)，有效地代替大量勞動力，提高生產(chǎn)效率，為我國經(jīng)濟(jì)、科技的發(fā)展提供強(qiáng)大的支持。目前，我國自主研發(fā)的自動化設(shè)備相比進(jìn)口自動化設(shè)備，具有功能近似、成本低等優(yōu)勢，因此被應(yīng)用得越來越多，占據(jù)我國較大部份的自動化市場份額，已然成為各行業(yè)選擇自動化設(shè)備的重要考慮對象。但是，我國自動化設(shè)備相比進(jìn)口設(shè)備還存在著設(shè)計(jì)復(fù)雜、創(chuàng)新技術(shù)少、操作不方便、智能化水平低等不足，因此我國自動化設(shè)備還有較大改進(jìn)和發(fā)展空間。

我國自動化設(shè)備的發(fā)展將以簡約設(shè)計(jì)、具有自主核心創(chuàng)新技術(shù)、操作簡便以及應(yīng)用先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)高智能化為趨勢，我國自動化設(shè)備設(shè)計(jì)人員應(yīng)以此作為首要的設(shè)計(jì)因素。

2 自動化設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)具備的條件

2.1 能夠?qū)ψ詣踊O(shè)備應(yīng)該具有的功能有所滿足

研發(fā)人員在自動化設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，首先應(yīng)明確將要設(shè)計(jì)的設(shè)備所須具備的功能，如檢測、傳送、印刷、自動裝配等。在一臺自動化設(shè)備中，往往同時(shí)具備多種功能，如自動印刷設(shè)備就同時(shí)具備檢測、印刷甚至清潔及包裝功能，因此要求自動化設(shè)備人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)工作前，應(yīng)對該設(shè)備的使用場合、作用對象以及運(yùn)行環(huán)境有足夠深入的認(rèn)識，并能熟悉各種功能的實(shí)現(xiàn)方法，在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)中，合理選擇實(shí)現(xiàn)該功能的原理機(jī)構(gòu)，以最簡約、經(jīng)濟(jì)的方式實(shí)現(xiàn)自動化功能。

2.2 掌握機(jī)械原理機(jī)構(gòu)和先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用

我國自動化設(shè)備目前存在的設(shè)計(jì)復(fù)雜和成本高的不足，原因是沒有使用最合適的機(jī)械原理機(jī)構(gòu)和先進(jìn)技術(shù)。選擇合適的機(jī)械原理機(jī)構(gòu)，可以節(jié)約設(shè)備的傳動空間，減少傳動零件，從而降低成本，如某設(shè)備的傳送方式是曲柄滑塊傳送，因市場需求，需要增大傳送行程，由于設(shè)備空間的制約，無法直接增加曲柄長度來增大傳送行程，此時(shí)可以采用曲柄齒輪齒條機(jī)構(gòu)放大傳送行程。隨著科技的發(fā)展。先進(jìn)技術(shù)越來越多的進(jìn)入自動化設(shè)備領(lǐng)域。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中可以選擇使用新型材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)零件，如使用免油耐磨的塑料軸承代替成本較高傳統(tǒng)軸承，用3D打印技術(shù)“創(chuàng)造”傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)難以加工的零件，使用計(jì)算機(jī)三維配合缺陷分析和仿真模擬等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

采用合適的機(jī)械原理機(jī)構(gòu)和先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行自動化設(shè)備設(shè)計(jì)，不僅可以簡化設(shè)備的復(fù)雜程度，還降低成本、提高設(shè)備的產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性。

3 自動化設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)方法的探討

3.1 參考成熟的產(chǎn)品機(jī)械設(shè)計(jì)

無論是大型設(shè)備還是小型玩具，其成熟產(chǎn)品已經(jīng)過市場考驗(yàn)并認(rèn)可，自動化設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)人員可以參考其優(yōu)秀的機(jī)械設(shè)計(jì)，變換應(yīng)用在自己的設(shè)計(jì)中或在其基礎(chǔ)上改進(jìn)。

3.2 閱讀機(jī)械設(shè)計(jì)論文和發(fā)明專利

閱讀機(jī)械設(shè)計(jì)論文和發(fā)明專利可以夯實(shí)設(shè)計(jì)人員的基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)知識和開闊視野，設(shè)計(jì)不停留在一點(diǎn)上或一種方式實(shí)現(xiàn)上，多方向考慮。在閱讀中思考和收集靈感，從而改進(jìn)自己的設(shè)計(jì)。不斷使自己的設(shè)計(jì)方法豐富靈活。

3.3 利用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)手段

現(xiàn)代的機(jī)械設(shè)計(jì)人員，要求必需能熟悉至少一種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具，如AutoCAD、PRO-E、Solidworks等，設(shè)計(jì)人員要經(jīng)常地練習(xí)使用工作環(huán)境中提供的設(shè)計(jì)工具，使用設(shè)計(jì)工俱的熟練程度越高，設(shè)計(jì)和修改的效率就越高。

設(shè)計(jì)人員更可以學(xué)習(xí)利用有限元分析、仿真模擬、裝配分析等計(jì)算機(jī)手段對自己的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，提高自己的設(shè)計(jì)水平和設(shè)計(jì)可靠性。

3.4 運(yùn)用TRIZ理論求解設(shè)計(jì)問題

TRIZ理論是俄國人Altshuller在1946年創(chuàng)立的，是通過系統(tǒng)分析世界近250萬份高水平的發(fā)明專利后總結(jié)出的創(chuàng)造性地發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的系統(tǒng)理論和方法工具。

設(shè)計(jì)人員在研發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)問題時(shí)。可利用TRIZ理論進(jìn)行解答并尋找解決方法。在求解問題前，設(shè)計(jì)人員首先需要把設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)的問題表達(dá)成為TRIZ問題，然后利用TRlz理論中的工具，如發(fā)明原理、標(biāo)準(zhǔn)解等，求解出該TRIZ問題的普適解或稱模擬解，最后設(shè)計(jì)人員根據(jù)所求得的解轉(zhuǎn)化成設(shè)計(jì)相關(guān)的內(nèi)容以實(shí)現(xiàn)問題的解決。

3.5 樹立科技創(chuàng)新的機(jī)械設(shè)計(jì)理念，培養(yǎng)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維

創(chuàng)新是一個民族和國家發(fā)展的重要源泉，創(chuàng)新具有獨(dú)創(chuàng)性、實(shí)用性、突破性和聯(lián)動性創(chuàng)造性思維。李克強(qiáng)總理在2014年全球研究理事會北京大會上表示讓創(chuàng)新成為實(shí)現(xiàn)中國經(jīng)濟(jì)升級的強(qiáng)大動力。

作為一個機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)者，必需具備創(chuàng)新的能力，豐富自己設(shè)計(jì)手段，從而使自己在激勵的市場競爭中勝出。要在傳統(tǒng)模式的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，首先就需要機(jī)械設(shè)計(jì)人員有很強(qiáng)的創(chuàng)新意識并把這種意識用到實(shí)踐中，在實(shí)踐中創(chuàng)新，勇于打破原有的思維模式，應(yīng)用創(chuàng)新的理念思考問題。一個合格的機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)者必須每時(shí)每刻想著創(chuàng)新，使用不一樣的思維來對問題進(jìn)行考慮和創(chuàng)新，以本身具有的專業(yè)知識為基礎(chǔ)來對設(shè)計(jì)進(jìn)行創(chuàng)新。

在整個機(jī)械設(shè)計(jì)期間，創(chuàng)新思維方式的培養(yǎng)非常重要。這是因?yàn)闄C(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)是極具創(chuàng)造性的工作，作為設(shè)計(jì)人員，在提高自身知識水平和能力的同時(shí)，應(yīng)培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的思維方式。對于機(jī)械設(shè)計(jì)工作應(yīng)以全新的視角來看待，突破傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和思維模式，廣開新思路，探索新方法、新技巧，運(yùn)用先進(jìn)設(shè)計(jì)手段，使原有的設(shè)計(jì)更加完善或者創(chuàng)造出全新的設(shè)計(jì)作品。發(fā)散性的思維方式也是進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)的必不可少的要素，從多角度、多方面人手，善于聯(lián)想，從其他事物或者不同領(lǐng)域獲取設(shè)計(jì)靈感。從而使得設(shè)計(jì)更加優(yōu)化和完善。

4 結(jié)語

自動化設(shè)備的優(yōu)化發(fā)展，能更大幅提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)和社會利益。整理適用于自己的好的機(jī)械設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行自動化設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)效率更高、理論依據(jù)更強(qiáng)、創(chuàng)新的設(shè)計(jì)方案更多，設(shè)計(jì)出來的自動化產(chǎn)品將更加優(yōu)秀、合理、可靠。