現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新方法研究

黃福敏，張 軍

(上海振華重工(集團(tuán))股份有限公司，上海 200125)

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現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新方法研究

黃福敏，張 軍

(上海振華重工(集團(tuán))股份有限公司，上海 200125)

科技的進(jìn)步使得人們對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。本文主要對(duì)當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)中的相關(guān)理論進(jìn)行系統(tǒng)分析，闡述機(jī)械設(shè)計(jì)的方法和過程，并對(duì)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新方法進(jìn)行了詳細(xì)研究，同時(shí)論述了機(jī)械的創(chuàng)新設(shè)計(jì)步驟。

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)；創(chuàng)新方法；研究

在科技高速發(fā)展的今天，人們的思維方式也產(chǎn)生了很大變化，機(jī)械設(shè)計(jì)人員除了要準(zhǔn)確掌握機(jī)械設(shè)計(jì)原理以外，還要在思維方式上有所拓展。要求機(jī)械設(shè)計(jì)人員創(chuàng)新理念，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上與產(chǎn)品的相關(guān)功能進(jìn)行緊密聯(lián)系，將設(shè)計(jì)手段與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)進(jìn)行有效融合，只有這樣才能夠設(shè)計(jì)出令受眾滿意的機(jī)械產(chǎn)品。

1 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)

與傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)相比，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)更加注重計(jì)算機(jī)化、動(dòng)態(tài)化和科學(xué)化。現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論是在機(jī)械設(shè)計(jì)理論學(xué)科基礎(chǔ)上形成的，它包括了信息、控制、優(yōu)化等內(nèi)容，而對(duì)于相對(duì)比較復(fù)雜的產(chǎn)品而言，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)也體現(xiàn)得更加明顯。現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)是在傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上形成的，但它又在傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了極大創(chuàng)新，進(jìn)而形成了一個(gè)完美且科學(xué)合理的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)。這不僅需要傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，而且還需要在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)中引入先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)方法及過程

具體機(jī)械設(shè)計(jì)步驟如圖1所示。

圖1 機(jī)械設(shè)計(jì)步驟Fig.1 Machine design procedure

項(xiàng)目設(shè)計(jì)的前期工作主要包含對(duì)地區(qū)的實(shí)地調(diào)研，并對(duì)其進(jìn)行可行性研究，制定可行性的計(jì)劃和方案。方案設(shè)計(jì)主要包括:對(duì)功能的總體分析、對(duì)系統(tǒng)原理進(jìn)行解釋，確定最佳方案。技術(shù)設(shè)計(jì)包括:技術(shù)的總體設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)以及選型設(shè)計(jì)等。施工設(shè)計(jì)主要包括:零件畫圖、編寫相關(guān)的技術(shù)文件、生產(chǎn)，等等。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，每一個(gè)環(huán)節(jié)都要充分發(fā)揮人的主觀能動(dòng)性，利用科學(xué)技術(shù)手段來對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)行不斷創(chuàng)新。

3 設(shè)計(jì)方法創(chuàng)新

創(chuàng)新設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中對(duì)專業(yè)知識(shí)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的一個(gè)綜合，在設(shè)計(jì)過程中能夠真正體現(xiàn)出機(jī)械產(chǎn)品的真實(shí)價(jià)值，所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品一般都是由人的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性思維共同促成，這也是形成新思維模式的一種方法。對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)行創(chuàng)新時(shí)，首先要充分發(fā)揮人的主觀意識(shí)和想象力，能夠在機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中，運(yùn)用現(xiàn)代化的機(jī)械設(shè)計(jì)方法來對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)模式也要選擇現(xiàn)代化的科學(xué)思維方式來對(duì)設(shè)計(jì)理念進(jìn)行分析，并且要求運(yùn)用現(xiàn)代化的科學(xué)方法和工具來保證設(shè)計(jì)過程的完整性。在實(shí)際的機(jī)械設(shè)計(jì)過程中還要保證設(shè)計(jì)的創(chuàng)造性，尤其在對(duì)新產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要凸顯創(chuàng)新意識(shí)。

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新主要包括兩方面的內(nèi)容:第一，通過創(chuàng)新使已經(jīng)成型的產(chǎn)品更加具有技術(shù)性和可靠性。第二，從其他方面挖掘創(chuàng)新設(shè)計(jì)點(diǎn)，通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)出機(jī)械產(chǎn)品來滿足人們?nèi)找嬖鲩L的生產(chǎn)生活需求。這兩方面的創(chuàng)新與創(chuàng)新思維模式緊密聯(lián)系在一起，而且與科學(xué)技術(shù)手段和設(shè)計(jì)工具也存在緊密聯(lián)系。

3.1 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)步驟

A.重點(diǎn)研究機(jī)械產(chǎn)品的工作原理及其本質(zhì)。B.重點(diǎn)對(duì)機(jī)械生產(chǎn)產(chǎn)品的性能和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并對(duì)其類型進(jìn)行綜合考量。C.對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的尺度以及參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化選擇。D.對(duì)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行最終的綜合分析和協(xié)調(diào)。機(jī)械長效設(shè)計(jì)步驟的具體內(nèi)容如圖2所示。

圖2 機(jī)械長效設(shè)計(jì)步驟Fig.2 Mechanical long-acting design procedure

3.2 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)分類

3.2.1 變形設(shè)計(jì)

這一設(shè)計(jì)手段主要是在原機(jī)械產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進(jìn)行系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)，以此來進(jìn)一步滿足使用者的實(shí)際需求，除此之外，還要對(duì)產(chǎn)品的功能、原理以及結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)性分析，同時(shí)還可以進(jìn)行跨系列產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，這也是產(chǎn)品動(dòng)力提升的主要手段。

3.2.2 可靠性設(shè)計(jì)

這一設(shè)計(jì)也是當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)中工程師們追求的主要目標(biāo)。可靠性是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)。一般來說，可靠性設(shè)計(jì)與常規(guī)設(shè)計(jì)基本上都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)，常規(guī)的設(shè)計(jì)手段是憑借著多年的經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行設(shè)計(jì)，而可靠性設(shè)計(jì)則是在常規(guī)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了延伸，更加系統(tǒng)地明確了科學(xué)分析與設(shè)計(jì)變量之間的關(guān)系。機(jī)械的可靠性設(shè)計(jì)融合了當(dāng)前各個(gè)學(xué)科的知識(shí)點(diǎn)，并且將常規(guī)設(shè)計(jì)中的變量直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡S機(jī)變量，以分布規(guī)律為基準(zhǔn)，運(yùn)用相關(guān)的統(tǒng)計(jì)方法來對(duì)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而滿足可靠性的要求。

3.2.3 并行設(shè)計(jì)

一般傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)采用的是串行設(shè)計(jì)方法，這種方法存在一個(gè)較大的弊端,即:生產(chǎn)周期相對(duì)較長且成本非常高。并行設(shè)計(jì)是一種系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)方法，它也是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，這種設(shè)計(jì)手段打破了傳統(tǒng)意義上的系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，創(chuàng)建了相互促進(jìn)、相互協(xié)調(diào)的設(shè)計(jì)模式，很好地實(shí)現(xiàn)了機(jī)械設(shè)計(jì)制造的一體化發(fā)展。在機(jī)械設(shè)計(jì)制造的過程中，設(shè)計(jì)人員還充分考慮了機(jī)械設(shè)計(jì)質(zhì)量、周期以及成本等因素，由此可見，并行設(shè)計(jì)是一種集成性極強(qiáng)的設(shè)計(jì)方法。

3.2.4 反求設(shè)計(jì)

反求設(shè)計(jì)方法是目前多數(shù)國家發(fā)展科學(xué)技術(shù)和研究新產(chǎn)品的主要設(shè)計(jì)方法。目前反求設(shè)計(jì)需要解決的問題主要包括:A.三維重構(gòu)方法，提高設(shè)計(jì)進(jìn)度，減小誤差區(qū)間。B.結(jié)合人工智能形成一套科學(xué)的設(shè)計(jì)還原技術(shù)，進(jìn)而完成對(duì)原有設(shè)計(jì)的反求。C.重點(diǎn)研究適合反求設(shè)計(jì)的機(jī)械產(chǎn)品模型技術(shù)，并將相關(guān)的配套產(chǎn)品進(jìn)行模型建立，以方便原始參數(shù)的反求還原要求。

4 結(jié)語

本文針對(duì)當(dāng)前現(xiàn)代化的機(jī)械設(shè)計(jì)理論進(jìn)行了系統(tǒng)分析，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)中的相關(guān)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行重點(diǎn)討論，并對(duì)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)中的創(chuàng)新點(diǎn)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。通過研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)要比傳統(tǒng)意義上的機(jī)械設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)更為明顯，這一優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)重組以及實(shí)現(xiàn)過程上。現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)與科學(xué)技術(shù)手段的結(jié)合也使機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新提升到了另一個(gè)高度。創(chuàng)新是以人的主觀能動(dòng)性為基礎(chǔ)，而機(jī)械設(shè)計(jì)人員要想以創(chuàng)新思維來對(duì)產(chǎn)品需求進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)時(shí)，須保證對(duì)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)工具熟練掌握，只有這樣才能夠設(shè)計(jì)出滿足人們實(shí)際需求的機(jī)械產(chǎn)品。

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Research on innovative method of modern mechanical design

HUANG Fu-min,ZHANG Jun

(Shanghai Zhenhua Heavy Industry (Group) Co.,Ltd.,Shanghai 200125,China)

The progress of science and technology makes people put forward higher requirements for mechanical design. This paper mainly analyzes relevant theories in current mechanical design,expounds the methods and processes of mechanical design,makes a detailed study on innovative methods of modern mechanical design,and discusses innovative design steps of machinery.

Modern mechanical design; Innovative methods; Research

2017-01-05

黃福敏(1984-)，男，本科，機(jī)械工程師。 張軍(1981-)，男，本科，機(jī)械工程師。

TH122

B

1674-8646(2017)06-0114-02