現代機械設計技術交流

 

發布: 2008-7-22 15:18    作者: 管理員    來源:    查看: 27次

 

機械設計在工程設計中占有相當重要的地位。展望現代機械設計技術的發展前景，無疑是我們關心和研究的重要課題，同時也只有在此基礎上，我們才能對機械設計的規劃發展項目和關鍵技術提出合理的建議。

現代設計技術主要包括：優良性能設計基礎技術、競爭優勢創建設計技術、全壽命周期設計技術、綠色產品設計技術等。下面分別加以介紹。

優良性能設計基礎技術

這是以提高機械產品綜合性能為目的的設計技術，同時也是在傳統性能設計基礎上提出的，在對機械及其零件進行材料、結構和尺寸設計的前提下，運用摩擦學及斷裂力學等一系列科研成果，從個體設計到系統設計，并從深度和廣度上拓展此項設計技術的內涵和外延。其內容包括以下幾種設計技術：

可靠性設計和實驗技術：這是綜合眾多學科成果以解決產品可靠性為出發點的一門應用工程技術。它研究的是產品和系統的故障原因、消除和預防等問題。

防疲勞斷裂設計技術：它是研究在交變的外界因素如載荷、電場、溫度等作用下，材料和結構在各種工作環境下抗破壞能力的一門科學。

系統動態設計技術：該技術是對結構動態特性，如固有頻率、振型、動態響應、運動穩定性等進行分析、評價與設計，以謀求結構系統在工作過程中受到各種預期可能的瞬變載荷及環境作用時，仍然保持良好的動態性能與工作狀態，并具有足夠的穩定性。

摩擦學設計技術：該技術是以工程力學、流體力學、流變學、表面物理與表面化學等為主要理論基礎，綜合利用材料科學和工程熱物理等學科的研究成果，以數值計算和表面技術為主要手段的邊緣學科。它的基本內容是研究工程表面的摩擦、磨損和潤滑問題。

防腐蝕設計技術：其基本內容包括：材料的選擇及其加工制造工藝的制訂；防腐蝕結構設計與強度設計；防腐蝕方法的選擇與設計；設備預期壽命概率和可靠性分析等。

狀態監測補償與控制技術：該技術是用物理和化學的檢測、分析方法對機械產品在運行狀態下各種參數進行定量檢測和分析，從而作出故障產生原因和部位的正確判斷。

競爭優勢創建設計技術

這是在市場經濟體制下形成和發展起來的。競爭機制和供求關系是市場經濟的兩大特點，這就要求生產設計人員要用新觀點、新原理和新功能來設計不斷滿足顧客需要的新產品，進而使企業在全球范圍的激烈競爭中始終處于不敗之地。該項內容包含以下幾種設計技術：

產品創新設計技術：該技術就設計而言一般可分為三類：適應性設計(AdaptiveDesign)、變型設計(VariantDesign)和創新設計(CreativeDesign)。其中創新設計是針對新的或預測的需求，從已知的、經過實踐檢驗可行的理論和技術出發，充分運用創造性思維，構思并設計出過去所沒有的全新事物的技術過程。

降低成本設計技術：也稱面向成本的設計(DFC)，它是在保證功能和質量的前提下，通過降低成本來提高產品經濟性以加強競爭優勢的設計技術。實踐證明，產品成本的70%以上決定于設計。因此，降低和優化產品成本已成為目前眾多機電產品開發設計成功的關鍵。

快速設計技術：由于市場動態多變性，使產品投放市場的時間日益成為決定產品競爭力的重要因素。快速設計技術是在現代設計理論和方法的指導下，應用微電子、信息和管理等現代科學技術，以縮短產品開發周期為目的的一切設計技術的總稱。

仿真與虛擬設計技術：計算機仿真技術是以計算機為工具，建立實際或聯想的系統模型，并在不同條件下，對模型進行動態運行(實驗)的一門綜合性技術。近年來不斷涌現和迅速發展的高新技術，如計算機仿真建模、CAD/CAM及先期技術演示驗證、可視化計算、遙控機器和計算機藝術等，都有一個共同的需求，就是建立一個比現有計算機系統更為真實方便的輸入輸出系統，使其能與各種傳感器相連，組成更為友好的人機界面的多維化信息環境。這個環境就是計算機虛擬現實系統(VRS)，在這個環境中從事設計的技術即稱之為虛擬設計(VirtualDesign，VD)。

智能設計技術：由于缺乏人類設計師所具有的推理和決策能力，傳統CAD系統已不能滿足設計過程自動化的要求。于是智能CAD(ICAD)的理論研究和應用實踐便隨之而產生了。ICAD系統既具有傳統CAD系統的數值計算和圖形處理能力，又具有知識處理能力，能夠對設計的全過程提供智能化的計算機支持。智能設計就是對智能CAD理論和應用的研究。

廣義優化設計：它主要從方法學角度把傳統優化過程中單純優化算法的研究向前擴展到建立和處理模型，向后擴展到對優化結果顯示全過程的研究，并結合先進的計算機技術開發相應的商品化廣義優化軟件。

造型色彩設計技術：它是工業設計(IndustrialDesign)技術的核心，具體指一個構思與表達的過程，設計構思是受市場營銷學、普通心理學、消費心理學、人機工程學、技術美學和現代科學技術等因素的約束而形成的；表達設計即傳達設計思想的方法和表現技法，可以從簡單、傳統的手工繪制的效果圖、外觀模型到復雜的計算機輔助設計效果圖及電子模型和由快速成型方式完成的精確效果模型。

全壽命周期設計技術

這要求設計產品時不僅要考慮產品的功能和結構，而且要設計產品的全壽命周期，也就是要設計產品的規劃、設計、制造、營銷、運行、使用、維修保養，直到回收再用處置的全過程。全壽命周期設計意味著：在設計階段就要考慮到產品生命歷程的所有環節，以求產品全壽命周期設計的綜合優化。這項內容具體由三種設計技術組成：

并行設計技術：其思想是在產品開發的初始階段，即規劃和設計階段，就以并行的方式綜合考慮其生命周期中所有后續階段，包括工藝規劃、制造、裝配、試驗、檢驗、營銷、運輸、使用、維修、保養，直至回收處置等環節，降低產品成本，提高產品質量。其基本特征是集成性，反映了產品全壽命周期各環節間的耦合作用。

面向制造的新技術：該技術在設計階段就盡早考慮與制造有關的約束，全面評價和及時改進產品設計，可以得到綜合目標較優的設計方案，并可爭取產品設計和制造的一次成功。

產品數據管理技術：它是設計技術的關鍵，能有效地管理在產品生命鏈各環節中產生的或者所需要的大量數據和信息，包括工程規范、文檔、圖紙、CAE/CAD/CAM文件、產品結構模型、產品設計結果、產品訂單、供應商狀況以及產品工作流程等，做到將正確的數據或信息在適當時間傳遞到正確的位置或傳遞給相應的人，這是產品全壽命周期數據管理技術研究的根本內容。

綠色產品設計技術

這是對產品在其生命周期中，按符合環境保護、資源利用率**高、能源消耗**低的要求進行設計的技術。它包括以下幾種技術：

面向環境設計技術：也稱綠色設計(GreenDesign)，即在產品整個生命周期內，以系統集成的觀點考慮產品的環境屬性(可拆性、可回收性、可維護性、可重復利用性和人身健康及安全性等)和基本屬性，并將其作為設計目標，使產品在滿足環境目標要求的情況下，同時具備應用的基本性能、使用壽命和質量等。

面向能源設計技術：這是指用對環境影響**小和資源消耗**少的能源供給方式來支持產品的整個生命周期，并以**小的代價來獲得能量的可靠回收和重新利用的設計技術。產品設計是影響能源消耗**關鍵的環節，在產品功能和基本要素確定的情況下，產品的結構布局、材料選擇、加工工藝、可制造性、可裝配性和可重復使用性等影響能源消耗的主要因素都是在設計階段確定的。

面向材料設計技術：該技術以材料為對象，在產品整個壽命周期中的每一階段，以材料對環境的影響有效利用作為控制目標，在實現產品功能要求的同時，使其對環境污染**小和能源消耗**少。

人機工程設計技術：它是以人機工程學理論為基礎、面向人的產品設計技術。人機工程又稱為人體工程(美國稱為HumanFactors,歐洲國家稱為Ergonomics)，它依據人的心理和生理特征，利用科學技術成果和數據設計技術系統，使之符合人的使用要求，改善環境和優化人機系統，隨之達到**佳配合，以**小的勞動代價換取**大的經濟成果。

**后需要著重強調的是，以上四項設計技術無一不是在計算機技術高速發展成果的支持和應用下實施的。如網絡技術、CAD、CAM、CIMS(計算機集成制造)、CACD(計算機輔助概念設計)、人工智能和專家系統等。

 

 

發表于 @ 2008年08月15日 09:30:00 |點擊數（）

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