機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化及發(fā)展趨勢(shì)研究

簡(jiǎn)櫟洪

【摘要】? ? 本文首先對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展歷程作以簡(jiǎn)要闡述，接著對(duì)目前我國(guó)主流應(yīng)用的一種基于自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行解讀，最后結(jié)合現(xiàn)階段的時(shí)代發(fā)展環(huán)境，從經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益與技術(shù)創(chuàng)新上對(duì)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展趨勢(shì)方向進(jìn)行分析。希望通過(guò)此文，可以讓我國(guó)機(jī)械制造行業(yè)能夠注重創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，在新的時(shí)代背景下能夠保持優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)向高精度、智能化領(lǐng)域邁進(jìn)。

【關(guān)鍵詞】? ? 機(jī)械設(shè)計(jì)? ? 發(fā)展趨勢(shì)? ? 標(biāo)準(zhǔn)化

引言：

機(jī)械生產(chǎn)制造是最能影響一個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的行業(yè)，它是一個(gè)國(guó)家整體制造水平的客觀體現(xiàn)。工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的主導(dǎo)，沒(méi)有先進(jìn)的機(jī)械技術(shù)，就沒(méi)有鞏固的國(guó)防作為軍事基礎(chǔ)，就沒(méi)有人民安居樂(lè)業(yè)的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)。而機(jī)械設(shè)計(jì)作為機(jī)械生產(chǎn)制造的基礎(chǔ)技術(shù)部分，它將直接影響到機(jī)械生產(chǎn)制造的質(zhì)量。因此深入探究機(jī)械設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題以及它的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)民族富強(qiáng)崛起來(lái)說(shuō)，有著重要的現(xiàn)實(shí)作用。

一、機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化

1.1機(jī)械設(shè)計(jì)的定義

機(jī)械設(shè)計(jì)是指根據(jù)機(jī)械的使用需求，對(duì)機(jī)械實(shí)現(xiàn)功能的工作原理、結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方式以及能量供給系統(tǒng)進(jìn)行全方位的設(shè)計(jì)，隨著現(xiàn)代重工業(yè)的振興發(fā)展，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)還要求要在機(jī)械使用功能基礎(chǔ)上有專(zhuān)門(mén)的潤(rùn)滑設(shè)計(jì)以及方便保養(yǎng)維修的技術(shù)設(shè)計(jì)。這是機(jī)械設(shè)計(jì)的第一步，在實(shí)際將設(shè)計(jì)方案投入批量制造之前，還要從機(jī)械使用環(huán)境、操作安全等方面對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，如減震設(shè)計(jì)、安全防護(hù)設(shè)計(jì)等主功能之外的設(shè)計(jì)[1]。機(jī)械設(shè)計(jì)通常遵循著以下原則：最優(yōu)的使用性能、最便于批量制造的結(jié)構(gòu)、使用中最佳的可靠性與穩(wěn)定性。

1.2機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展過(guò)程

機(jī)械設(shè)計(jì)是一個(gè)具有極深遠(yuǎn)發(fā)展歷史的行業(yè)，可以追溯到近代手工制造業(yè)的工業(yè)發(fā)展史。作為機(jī)械生產(chǎn)制造中的重要組成部分，機(jī)械設(shè)計(jì)全程跟隨著機(jī)械生產(chǎn)經(jīng)歷了三個(gè)重要發(fā)展階段：直覺(jué)設(shè)計(jì)階段、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段與理論設(shè)計(jì)階段。

第一個(gè)階段直覺(jué)設(shè)計(jì)階段是指，應(yīng)用于只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單功能的簡(jiǎn)單機(jī)械設(shè)計(jì)，如手工的石器設(shè)計(jì)等，雖然能滿(mǎn)足于切割的使用功能，但既無(wú)法進(jìn)行批量生產(chǎn)，也難以實(shí)現(xiàn)突破性的技術(shù)優(yōu)化。

第二個(gè)階段叫做經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段，是具備機(jī)械設(shè)計(jì)能力的手工匠人通過(guò)聯(lián)合協(xié)作，根據(jù)制造經(jīng)驗(yàn)將自己的設(shè)計(jì)構(gòu)思按照?qǐng)D紙的方式表達(dá)出來(lái)，在經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段，初步完善了“繪圖-讀圖制造-出產(chǎn)成品”的機(jī)械設(shè)計(jì)流程。

第三個(gè)階段叫做理論設(shè)計(jì)階段，由于科技不斷的發(fā)展進(jìn)步，以設(shè)計(jì)者的學(xué)識(shí)經(jīng)驗(yàn)作為設(shè)計(jì)圖紙繪制的靈感來(lái)源，將人類(lèi)社會(huì)長(zhǎng)期生活形成的公式定理作為設(shè)計(jì)的理論依據(jù)，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式、近似系數(shù)或者類(lèi)比辦法得出一個(gè)細(xì)化機(jī)械設(shè)備尺寸的設(shè)計(jì)圖紙，依照這重方法進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的階段。理論設(shè)計(jì)階段也被稱(chēng)為傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)，是機(jī)械設(shè)計(jì)走向標(biāo)準(zhǔn)化的重要發(fā)展轉(zhuǎn)折階段，在傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)階段中，對(duì)一次設(shè)計(jì)進(jìn)行多次的優(yōu)化稱(chēng)為了可能，設(shè)計(jì)精度得到了極大提升，并且可以將這種設(shè)計(jì)成果用批量生產(chǎn)的方式來(lái)最大化機(jī)械設(shè)計(jì)的收益。

二、基于自動(dòng)化技術(shù)的現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械設(shè)計(jì)

2.1自動(dòng)化機(jī)械設(shè)計(jì)的基本概念

隨著人類(lèi)社會(huì)工業(yè)制造生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高，人們漸漸意識(shí)到單單依靠設(shè)計(jì)的主觀判斷和知識(shí)理論，難以突破機(jī)械制造的技術(shù)瓶頸。在機(jī)械工程理論、統(tǒng)籌分析、計(jì)算機(jī)技術(shù)等新興學(xué)科的出現(xiàn)和發(fā)展，逐漸在機(jī)械設(shè)計(jì)中舍棄了人的主觀判斷，采用更加科學(xué)客觀的計(jì)算機(jī)計(jì)算分析作為理論依據(jù)，這便實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)到現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械設(shè)計(jì)階段的跨越。

現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械設(shè)計(jì)中，目前主流使用的是一種基于計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)上的機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)分析結(jié)果，結(jié)合機(jī)械工程基礎(chǔ)理論，生成的一種先進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)制造理論與方法，用來(lái)解決現(xiàn)代機(jī)械領(lǐng)域的復(fù)雜技術(shù)問(wèn)題[2]。在這種自動(dòng)化機(jī)械設(shè)計(jì)模式下，設(shè)計(jì)理論更加科學(xué)可靠，機(jī)械制造出的成品設(shè)備更加契合使用環(huán)境，結(jié)構(gòu)上更為合理，使用性能也更加優(yōu)異。自動(dòng)化機(jī)械設(shè)計(jì)如今已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械、泵機(jī)械、壓縮機(jī)機(jī)械、機(jī)床機(jī)械等各個(gè)工業(yè)機(jī)械生產(chǎn)領(lǐng)域中。

2.2現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)

2.2.1設(shè)計(jì)功能多樣復(fù)雜

傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)階段雖然也能對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化改良，但可供參考優(yōu)化的信息量十分有限，難以讓生產(chǎn)機(jī)械擁有完美的使用性能。現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)功能上更加多樣化，它包含了三種設(shè)計(jì)類(lèi)型：一是新型設(shè)計(jì)，即設(shè)計(jì)出一款技術(shù)實(shí)現(xiàn)上過(guò)去從未出現(xiàn)過(guò)的機(jī)械，相比傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)新型設(shè)計(jì)由于沒(méi)有計(jì)算機(jī)結(jié)果分析的輔助，實(shí)現(xiàn)新型技術(shù)的研發(fā)往往需要數(shù)年時(shí)間;二是繼承設(shè)計(jì)，在原有的機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)上，做以提高性能或者減少制造成本的相關(guān)優(yōu)化設(shè)計(jì);三是變型設(shè)計(jì)，為了特殊用途對(duì)一些已有設(shè)備的功能進(jìn)行調(diào)整修改，使之成為不同型號(hào)用途的系列產(chǎn)品，這些設(shè)計(jì)功能都是傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)難以實(shí)現(xiàn)的。

2.2.2設(shè)計(jì)效率高

傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)往往需要依靠大量的實(shí)地性能試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行調(diào)整完善，設(shè)計(jì)周期很難滿(mǎn)足現(xiàn)代工業(yè)的需求，而現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械設(shè)計(jì)在優(yōu)化設(shè)計(jì)階段可以全程依靠計(jì)算機(jī)建模來(lái)完成，可以根據(jù)最佳的模擬結(jié)果及時(shí)調(diào)整的設(shè)計(jì)元素與設(shè)計(jì)尺寸，因此現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械設(shè)計(jì)的效率更高，常見(jiàn)的如泵機(jī)械上的設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)度僅為傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)的十幾分之一。

三、現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)

縱觀我國(guó)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造水平現(xiàn)狀，現(xiàn)已成為世界范圍上第一制造大國(guó)，現(xiàn)有的500余種主要工業(yè)產(chǎn)品中，有200余種產(chǎn)量名列前茅，掌握著高端生產(chǎn)技術(shù)，這主要得益于我國(guó)成熟的現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)。但盡管在機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)上發(fā)展迅速，在各個(gè)不同行業(yè)領(lǐng)域均有突破進(jìn)展，也不能因此自滿(mǎn)，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，環(huán)境惡化問(wèn)題、資源浪費(fèi)問(wèn)題和社會(huì)勞動(dòng)力成本里上漲的問(wèn)題隨之暴露出來(lái)，因此在機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展方向上，還要將經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和尖端技術(shù)作為立足點(diǎn)：

3.1經(jīng)濟(jì)效益

為了使我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)在經(jīng)濟(jì)貿(mào)易全球化趨勢(shì)中具備一定的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，應(yīng)當(dāng)從經(jīng)濟(jì)效益方面作為突破點(diǎn)，完善機(jī)械設(shè)計(jì)的理論技術(shù)。實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化的經(jīng)濟(jì)效益主要有兩個(gè)途徑：一是縮減機(jī)械設(shè)計(jì)的理論周期;二是減少人工的勞動(dòng)量。可以通過(guò)完善設(shè)計(jì)軟件的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)的技術(shù)突破，如傳統(tǒng)的CAD自動(dòng)化技術(shù)僅僅能夠減少人工繪制設(shè)計(jì)圖紙的時(shí)長(zhǎng)，或者進(jìn)行一些設(shè)計(jì)尺寸的計(jì)算，難以滿(mǎn)足現(xiàn)代機(jī)械投入市場(chǎng)的更新?lián)Q代速度，可以在機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用CATIA或Pro/e這樣既能滿(mǎn)足圖形處理與數(shù)值計(jì)算，同時(shí)還兼?zhèn)浣Ｑ菔九c環(huán)境模擬功能的三維軟件。以上兩個(gè)軟件除了提供圖紙繪制功能以外，還有加工功能模塊，特別是為數(shù)控編程提供了極大的便利性，這樣就極大地減小了機(jī)械設(shè)計(jì)工作的強(qiáng)度與難度，也就縮減了機(jī)械設(shè)計(jì)所需的時(shí)長(zhǎng)。而關(guān)于減少人力勞動(dòng)方面，可以通過(guò)融入人工智能技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，智能技術(shù)是21世紀(jì)以來(lái)機(jī)械自動(dòng)化的主要發(fā)展方向，它是一種基于計(jì)算機(jī)科學(xué)、心理學(xué)、統(tǒng)籌學(xué)等多種學(xué)科上的交叉技術(shù)，通過(guò)模擬人類(lèi)智能的方式，使它具備一定的初等智能和邏輯判斷能力，以此來(lái)協(xié)助或是取代人類(lèi)進(jìn)行一些低中難度的生產(chǎn)勞動(dòng)。從經(jīng)濟(jì)效益上來(lái)看機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)有兩個(gè)方面，一是以三維模型軟件作為設(shè)計(jì)理論提供的技術(shù)突破，二是以設(shè)計(jì)智能化尖端機(jī)械設(shè)備為主要方向。

3.2環(huán)境效益

為了防止社會(huì)生產(chǎn)過(guò)度開(kāi)發(fā)給自然環(huán)境帶來(lái)的破壞，近年來(lái)我國(guó)開(kāi)始越來(lái)越注重走維護(hù)生態(tài)環(huán)境、合理使用自然資源的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展方向就要考慮到節(jié)能環(huán)保技術(shù)的應(yīng)用。在各個(gè)行業(yè)用途的機(jī)械設(shè)備上，除了使用功能要有保障外，還應(yīng)當(dāng)充分考慮到機(jī)械設(shè)備本身在生產(chǎn)制造中的材料利用率問(wèn)題。在設(shè)備加工環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)上，應(yīng)當(dāng)盡量減少使用的加工材料和工序中產(chǎn)生的有害物質(zhì)與污染物質(zhì)，因機(jī)械制造產(chǎn)生的工業(yè)廢料要求可以被很好地處理成無(wú)害或低害廢料，這都需要在機(jī)械設(shè)備在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行周全考慮。此外除了機(jī)械設(shè)備在生產(chǎn)加工中的環(huán)境污染問(wèn)題外，還應(yīng)當(dāng)在機(jī)械設(shè)備使用壽命不受影響的前提上，考慮到機(jī)械設(shè)備在投入使用后的報(bào)廢回收問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)材料重復(fù)使用[3]。盡管已經(jīng)有在機(jī)械設(shè)計(jì)上采用環(huán)保設(shè)計(jì)的先例，但從現(xiàn)況來(lái)看，機(jī)械設(shè)計(jì)在帶來(lái)環(huán)境效益的發(fā)展方向上任重且道遠(yuǎn)。

3.3尖端技術(shù)

為了滿(mǎn)足新時(shí)代的工業(yè)需求，機(jī)械設(shè)計(jì)向尖端技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展已是一種必然趨勢(shì)，當(dāng)下我國(guó)已經(jīng)掌握的機(jī)械設(shè)計(jì)尖端技術(shù)包括：運(yùn)行信息反饋系統(tǒng)設(shè)計(jì)，基于傳感器與信息可視化技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械運(yùn)行情況進(jìn)行全程直觀呈現(xiàn)的機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)，包括對(duì)機(jī)械的振動(dòng)頻率、運(yùn)行功率、外部環(huán)境等運(yùn)行信息的反饋;防腐蝕設(shè)計(jì)，保持機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時(shí)，利用外殼保護(hù)或者環(huán)境補(bǔ)償?shù)姆绞教岣邫C(jī)械設(shè)備耐受腐蝕程度，延長(zhǎng)機(jī)械理論使用壽命的技術(shù);可靠性設(shè)計(jì)，借助模型分析，推算出較為精確的到機(jī)械投入使用后受到外因?qū)е虏考l(fā)生故障的概率，以此作為機(jī)械使用壽命計(jì)算的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。但目前還仍有一些尖端領(lǐng)域的機(jī)械設(shè)計(jì)上還亟待研發(fā)與優(yōu)化，如微電子機(jī)械的設(shè)計(jì)制造，這是一種體積不超過(guò)1立方厘米的微型機(jī)械，并且尺寸正在向毫米級(jí)、微米級(jí)發(fā)展，它的體積雖然小巧，但功能齊全，在生物醫(yī)療、信息技術(shù)和軍事偵查等方面均有寬廣前景。盡管我國(guó)也有自主研發(fā)的微電子機(jī)械設(shè)備型號(hào)，但大多數(shù)目前還未實(shí)現(xiàn)大范圍普及，這是因?yàn)槲㈦娮訖C(jī)械設(shè)計(jì)需要高水平的超精密機(jī)械加工技術(shù)，而這種技術(shù)在我國(guó)目前的機(jī)械設(shè)計(jì)制造階段還仍有未突破的技術(shù)瓶頸，如成本問(wèn)題等。在新的時(shí)代背景下，我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)當(dāng)不斷向尖端技術(shù)領(lǐng)域探索，引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，從電子計(jì)算機(jī)、材料學(xué)、機(jī)械工程實(shí)踐等多個(gè)領(lǐng)域?qū)ふ彝黄破款i問(wèn)題的辦法，爭(zhēng)取早日攻克多個(gè)尖端領(lǐng)域的機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)難題。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，目前主流使用的自動(dòng)化機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)，在設(shè)計(jì)功能與設(shè)計(jì)效率上有著傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)無(wú)法比擬的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。在不久的將來(lái)，自動(dòng)化機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)會(huì)朝著環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益與技術(shù)創(chuàng)新三個(gè)方向不斷發(fā)展，需要我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)始終堅(jiān)持理念創(chuàng)新，將機(jī)械設(shè)計(jì)制造面臨的問(wèn)題壓力轉(zhuǎn)化為新動(dòng)力，努力推動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)朝著精密化、服務(wù)化和智能化發(fā)展。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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