徐東兵
摘 要:機(jī)械作為制造依據(jù)的過程,其主要目標(biāo)是:在各種各樣的限制條件下設(shè)計(jì)出較好的機(jī)械。設(shè)計(jì)者的任務(wù)是按具體情況權(quán)衡輕重、統(tǒng)籌兼顧,使設(shè)計(jì)的機(jī)械具有最優(yōu)的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果,以滿足人們的各種需求。
關(guān)鍵詞:機(jī)械設(shè)計(jì);原理;方法;原則
隨著科技的進(jìn)步,新興學(xué)科和技術(shù)的不斷涌現(xiàn),原來的一些機(jī)械設(shè)計(jì)方法已適應(yīng)不了當(dāng)今的時(shí)代潮流。特別是方案設(shè)計(jì)是目前智能化CAD的瓶頸之一,已成為各國(guó)設(shè)計(jì)學(xué)者研究和探討的熱點(diǎn)。本文從以下幾個(gè)方面淺談一下機(jī)械設(shè)計(jì)的理論和方法。
1 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的概念和地位
機(jī)械設(shè)計(jì)是指根據(jù)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求,應(yīng)用當(dāng)代先進(jìn)技術(shù)成果,通過設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)新思維,經(jīng)過反復(fù)調(diào)查、分析、論證、判斷做出決策,并采用適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)模型使之量化,最終將輸入的物料(毛坯、半成品等)、能量(機(jī)械能、電能、熱能等)或信號(hào)(測(cè)量值、數(shù)據(jù)、控制信號(hào)等)轉(zhuǎn)化為功能完善、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合算、造型優(yōu)美、深受用戶歡迎的技術(shù)裝置或機(jī)械的過程。
機(jī)械設(shè)計(jì)是生產(chǎn)機(jī)械產(chǎn)品的第一步,是決定機(jī)械產(chǎn)品性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。據(jù)統(tǒng)計(jì),機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)成本,70%由設(shè)計(jì)階段決定。所以必須把好設(shè)計(jì)關(guān)。
2 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)
隨著科技的進(jìn)步,設(shè)計(jì)水平發(fā)展很快。首先,機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論和各種專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)機(jī)理的研究得到進(jìn)一步加強(qiáng);其次,關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)研究得到加強(qiáng)。
2.1 通過設(shè)計(jì)來完善產(chǎn)品的功能及原理
任何一種機(jī)器的更新?lián)Q代都有三個(gè)途徑:一是改革工作原理;二是通過改進(jìn)工藝結(jié)構(gòu)和材料,提高技術(shù)性能;三是加強(qiáng)輔助功能,使其更適應(yīng)使用者的心理。特別是第二步、第三步,目前發(fā)展迅猛,開發(fā)得比較成熟。
2.2 通過設(shè)計(jì)提高產(chǎn)品質(zhì)量
(1)基本性能方面。隨著科技的進(jìn)步,出現(xiàn)一系列的新工藝、新材料,如硬質(zhì)合金材料的出現(xiàn),使普通車刀在高速切削下的壽命大大提高。
(2)適應(yīng)能力方面。機(jī)械設(shè)計(jì)除應(yīng)滿足產(chǎn)品的基本性能外,還要考慮工作情況發(fā)生變化時(shí)的產(chǎn)品適應(yīng)能力。如采用齒輪傳動(dòng)的自行車代替鏈傳動(dòng),更能適應(yīng)在惡劣環(huán)境下的使用。
3 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)原則
機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則:
1.實(shí)用性原則 市場(chǎng)需求是設(shè)計(jì)動(dòng)力的源泉。機(jī)械設(shè)計(jì)首先要滿足所設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品的基本功能和必要的輔助功能要求。
2.經(jīng)濟(jì)性原則 所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品應(yīng)盡量降低成本,提高附加值,提高經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
3.安全性原則 所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品應(yīng)在技術(shù)上采取必需的、可靠的安全防護(hù)措施,保證操作者、管理者的人身安全和機(jī)器的安全。
4.優(yōu)化原則 所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品應(yīng)達(dá)到當(dāng)代科學(xué)技術(shù)先進(jìn)水平,產(chǎn)品制造和使用達(dá)到最佳水平,多種原理方案和設(shè)計(jì)參數(shù)達(dá)到“最優(yōu)解”。
5. 可靠性原則 所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品應(yīng)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定的功能,即不發(fā)生失效。
4 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論與方法
設(shè)計(jì)理論是對(duì)產(chǎn)品原理和機(jī)理的科學(xué)總結(jié),設(shè)計(jì)方法是使產(chǎn)品滿足以及判斷產(chǎn)品是否滿足設(shè)計(jì)原則的依據(jù)?,F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法是基于設(shè)計(jì)理論形成的,因而更具科學(xué)性和邏輯性。
4.1 利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的設(shè)計(jì)方法
在產(chǎn)品開發(fā)初期借助于設(shè)計(jì)方法學(xué),利用多媒體工具進(jìn)行系統(tǒng)的開發(fā)。根據(jù)這一指導(dǎo)思想,利用數(shù)學(xué)系統(tǒng)理論,同時(shí)考慮系統(tǒng)工程理論產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)和系統(tǒng)開發(fā)方法學(xué),研制出適合于產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期使用的多媒體開發(fā)系統(tǒng)軟件。根據(jù)這一設(shè)計(jì)方法,往往把產(chǎn)品的整個(gè)開發(fā)過程概括為產(chǎn)品規(guī)劃、開發(fā)和生產(chǎn)規(guī)劃三個(gè)階段,并且充分利用了現(xiàn)有的CAD尖端技術(shù)——虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。
(1)產(chǎn)品規(guī)劃——構(gòu)思產(chǎn)品。其任務(wù)是確定產(chǎn)品的外部特征,如色彩、形狀、表面質(zhì)量、人機(jī)工程等,并將最初的設(shè)想用CAD立體模型表示出來,建立能夠體現(xiàn)整個(gè)產(chǎn)品外形的簡(jiǎn)裝模型。
(2)開發(fā)——設(shè)計(jì)產(chǎn)品。該階段主要根據(jù)系統(tǒng)合成原理,在立體模型上配置和集成解元素,把實(shí)現(xiàn)功能的關(guān)鍵性解元素配置到立體模型上之后,即可對(duì)產(chǎn)品的配置進(jìn)行分析。產(chǎn)品配置分析是綜合產(chǎn)品規(guī)劃和開發(fā)結(jié)果的重要手段。
(3)生產(chǎn)規(guī)劃——加工和裝配產(chǎn)品。在這一階段中運(yùn)用CAD技術(shù),用計(jì)算機(jī)圖案顯示解元素在相應(yīng)位置的裝配過程,即通過虛擬裝配模型揭示造型和裝配間的關(guān)系,由此發(fā)現(xiàn)難點(diǎn)和問題,并找出解決問題的方法。借助于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù),通過三維圖形軟件、多媒體和超媒體技術(shù)以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
4.2 積極開發(fā)發(fā)展綠色設(shè)計(jì)、制造
(1)綠色設(shè)計(jì)制造是現(xiàn)代設(shè)計(jì)制造的可持續(xù)發(fā)展模式。人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到環(huán)境與發(fā)展是密不可分的。要從根本上解決環(huán)境問題,必須轉(zhuǎn)變發(fā)展模式和消費(fèi)模式,即為資源型發(fā)展模式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)型發(fā)展模式,依靠科技進(jìn)步,節(jié)約資源和能源,提高效益,減少?gòu)U物排放,實(shí)施清潔生產(chǎn)和文明消費(fèi),建立資源與環(huán)境相聯(lián)系的新的發(fā)展模式。這是人類探索了幾個(gè)世紀(jì)終于領(lǐng)悟到的發(fā)展觀——可持續(xù)發(fā)展。
(2)發(fā)展綠色設(shè)計(jì)制造將為企業(yè)發(fā)展帶來新的機(jī)遇。開發(fā)綠色設(shè)計(jì)制造是人類可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分,是每個(gè)企業(yè)家必須考慮的企業(yè)行為,但是不少企業(yè)認(rèn)為綠色制造投入大,見效慢,經(jīng)濟(jì)效益不如直接抓成本、抓產(chǎn)量、抓品種等見效快,因而無視對(duì)環(huán)境的污染,甚至寧愿被罰款,也不愿采取措施。
實(shí)際上,環(huán)境全面改善,一方面可改善員工的健康狀況和提高工作安全性,減少不必要的開支;另一方面在綠色制造環(huán)境下工作的員工心情舒暢,有助于提高員工的主觀能動(dòng)性和工作效率,以創(chuàng)造出最大的利潤(rùn),使企業(yè)具有更好社會(huì)形象,為企業(yè)增加無形資產(chǎn)。
(3)發(fā)展綠色制造將推動(dòng)新一輪技術(shù)創(chuàng)新。在全球性競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的背景下,利用高新技術(shù)和現(xiàn)代化管理來提高生產(chǎn)率,節(jié)約自然資源投入,以及節(jié)約勞動(dòng)和各種形式的資本,是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與發(fā)展的主要源泉。事實(shí)上,從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到制造技術(shù),從企業(yè)組織到營(yíng)銷策略的制定,一批綠色制造技術(shù)與概念已經(jīng)在發(fā)展之中。
5 機(jī)械設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀與展望
目前,機(jī)械設(shè)計(jì)還仍處于半理論半經(jīng)驗(yàn)的階段。
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,近30多年來機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)生了較大變化,設(shè)計(jì)理論更新穎,設(shè)計(jì)方法更科學(xué)、更完善,計(jì)算精密度更高,計(jì)算速度更快了。
從某種意義上說,機(jī)械設(shè)計(jì)是科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的過程,科學(xué)技術(shù)的發(fā)展又促進(jìn)了機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)和方法的現(xiàn)代化。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)給機(jī)械工程界帶來了巨大經(jīng)濟(jì)效益,隨著技術(shù)更新和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的加劇,優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展前景非常的廣闊。但我們?nèi)孕桕P(guān)注的是,在優(yōu)化技術(shù)水平得到了提高的同時(shí),國(guó)內(nèi)機(jī)械加工或工藝水平、加工手段和制造技術(shù)也應(yīng)配套提升才行。
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