崔可可 洪抗

摘要：本文主要簡(jiǎn)單介紹了機(jī)械產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)的相關(guān)理論，闡述了機(jī)械產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)的研究概況，探討了機(jī)械產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)的有效應(yīng)用，以轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)形式，不斷地創(chuàng)新機(jī)械產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)理論，充分發(fā)揮現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的作用，優(yōu)化機(jī)械產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)機(jī)械產(chǎn)品新功能、新結(jié)構(gòu)，促進(jìn)機(jī)械產(chǎn)品工藝水平的有效提升，從而滿足用戶的實(shí)際需求，推動(dòng)機(jī)械產(chǎn)品制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：機(jī)械產(chǎn)品;快速設(shè)計(jì);制造系統(tǒng);研究應(yīng)用

全球經(jīng)濟(jì)一體化形勢(shì)下，我國(guó)機(jī)械產(chǎn)品制造業(yè)迎來(lái)了全新的發(fā)展機(jī)遇，擴(kuò)大了發(fā)展空間，但與此同時(shí)也面臨著一系列的挑戰(zhàn)，尤其是在日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，想要脫穎而出有著一定的難度。機(jī)械產(chǎn)品制造企業(yè)需要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的經(jīng)營(yíng)模式，走向規(guī)?；⒋笮突l(fā)展趨勢(shì)，這并不是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的任務(wù)，具有較大的難度，要求企業(yè)拓展機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)空間，涉及到更多的科學(xué)領(lǐng)域。隨著機(jī)械產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的加快，傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論，已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)當(dāng)下的設(shè)計(jì)需求，需要進(jìn)一步深入地加強(qiáng)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)的研究，引入先進(jìn)的理論方法，縮短機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，保障機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量。

一、機(jī)械產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)的相關(guān)理論

在機(jī)械產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)過(guò)程中，涉及到一些相關(guān)理論，主要有以下幾種：第一種是模塊化設(shè)計(jì)理論。指的是在進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要利用固定結(jié)構(gòu)和功能作用模塊，來(lái)規(guī)劃產(chǎn)品系統(tǒng)。針對(duì)產(chǎn)品的不同功能、不同性能、不同規(guī)格來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的分析，根據(jù)市場(chǎng)需求來(lái)組合不同的功能模塊，生產(chǎn)系列性產(chǎn)品;第二種是參數(shù)化設(shè)計(jì)理論。這是一種較為簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)方式，能夠通過(guò)調(diào)整某一個(gè)結(jié)構(gòu)的參數(shù)特征，來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的改變。其具有兩個(gè)基本要素，一個(gè)是參數(shù)化圖元，另一個(gè)是參數(shù)化修改引擎。

二、機(jī)械產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)的研究概況

（一）計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品創(chuàng)新技術(shù)

就目前而言，在機(jī)械產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)的研究方面，已經(jīng)有所突破，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)已經(jīng)CAD、CAPP、CAM和PDM等軟件技術(shù)的應(yīng)用，彼此之間有著緊密關(guān)系。尤其是在日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，如何縮短機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新周期，提高機(jī)械產(chǎn)品性能，成為當(dāng)下急需解決的問(wèn)題之一，也是用戶們的最新追求。自上個(gè)世紀(jì)以來(lái)，企業(yè)一直致力于機(jī)械新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，但均屬于企業(yè)技術(shù)群體研究，或是個(gè)人專(zhuān)屬研究，并沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的軟件技術(shù)來(lái)予以創(chuàng)新支持。在研究機(jī)械新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)時(shí)，不僅要從管理學(xué)角度出發(fā)，還要考慮其工業(yè)工程方面的內(nèi)容，應(yīng)當(dāng)創(chuàng)新機(jī)械產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)模式，優(yōu)化機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程，制定完善的設(shè)計(jì)管理制度，但最為重要的是還應(yīng)當(dāng)考慮其技術(shù)本體，目前這方面還較為薄弱。在計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的高速發(fā)展下，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)的技術(shù)本體研究，才更近一步，開(kāi)發(fā)出了計(jì)算機(jī)輔助創(chuàng)新軟件CAI，能夠有效解決機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的難題，受到廣泛關(guān)注。

（二）快速響應(yīng)技術(shù)和制造技術(shù)

產(chǎn)品的快速相應(yīng)設(shè)計(jì)和制造，則有利于縮短機(jī)械產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，提高機(jī)械產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)水平，保障機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造質(zhì)量，以促使機(jī)械產(chǎn)品制造企業(yè)迅速應(yīng)對(duì)市場(chǎng)的需求變化【1】。不斷變化的市場(chǎng)需求，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的要求更高，也更加重視個(gè)性化方面的設(shè)計(jì)內(nèi)容，這有利于促進(jìn)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)水平的提升，推動(dòng)了機(jī)械產(chǎn)品制造企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

三、機(jī)械產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)的有效應(yīng)用

（一）產(chǎn)品創(chuàng)新

在機(jī)械產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以充分發(fā)揮CAI軟件，以比買(mǎi)呢在創(chuàng)新產(chǎn)品的時(shí)候發(fā)生技術(shù)傷的沖突，準(zhǔn)確把握產(chǎn)品創(chuàng)新的規(guī)律，找到正確的技術(shù)途徑。一方面，可以從系統(tǒng)方面，來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品研究。在創(chuàng)建產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)的時(shí)候。應(yīng)當(dāng)先了解用戶的需求，比如說(shuō)用戶在所需要的機(jī)械產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)具有較高的安全性、可靠性，在操作上要更為簡(jiǎn)便，而且具有個(gè)性化，能滿足用戶的個(gè)人需求，在維修方面也不可過(guò)于復(fù)雜，對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染，價(jià)格成本上也不宜過(guò)高。基于此，在設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品的時(shí)候，需要考慮以下部分：一是機(jī)械本體;二是動(dòng)力部分;三是檢測(cè)傳感裝置;四是控制及信息處理裝置;五是執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在這部分中要予以一定的能量、物料和信息支持。對(duì)企業(yè)的要求是在進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造的時(shí)候，要不不斷地創(chuàng)新產(chǎn)品性能，盡量在保障產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，降低產(chǎn)品成本，提高機(jī)械產(chǎn)品的運(yùn)行效益。在研究產(chǎn)品系統(tǒng)的時(shí)候，可將其當(dāng)作是功能系統(tǒng)研究，那么輸入部分應(yīng)當(dāng)是用戶的功能需求，可用X表示，當(dāng)多種功能需求組合在一起時(shí)，便可以看作是X的矩陣;輸出部分則是產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。 基于此，在設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)尋找最佳的系統(tǒng)組合方式，予以有效創(chuàng)新。

企業(yè)在進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品快遞設(shè)計(jì)和創(chuàng)新的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)是一個(gè)全方位的創(chuàng)新過(guò)程，包含了市場(chǎng)傷的創(chuàng)新，結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新和工藝上的創(chuàng)新等多方面內(nèi)容，需要弄清楚產(chǎn)品創(chuàng)新本身的理念，遵循其設(shè)計(jì)規(guī)律，將其作為持續(xù)性活動(dòng)來(lái)開(kāi)展，不斷地開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新新產(chǎn)品，以增強(qiáng)企業(yè)生命力【2】。

除此之外，還要完善機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)體系框架。先要做好市場(chǎng)調(diào)查工作，了解市場(chǎng)需求，對(duì)用戶的需求進(jìn)行分析，然后基于用戶實(shí)際需求，來(lái)分析機(jī)械產(chǎn)品的功能性，作出客觀評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)其中的不足之處，形成創(chuàng)新概念，進(jìn)行概念評(píng)價(jià)，從而得出新產(chǎn)品概念，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

（二）快速相應(yīng)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)應(yīng)用

在機(jī)械產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的作用，進(jìn)行輔助模塊化設(shè)計(jì)。在理解這一部分內(nèi)容的時(shí)候，可以從以下幾個(gè)方面來(lái)探討：首先要掌握產(chǎn)品模塊矩陣規(guī)劃方法，可將模塊化設(shè)計(jì)過(guò)程氛圍兩部分，一部分為產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)的構(gòu)建，另一部分則是產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)的實(shí)施。其次，要學(xué)會(huì)運(yùn)用產(chǎn)品模塊布局和產(chǎn)品族表示方法。在模塊產(chǎn)品中，可以根據(jù)實(shí)際情況，選擇鏈狀、樹(shù)狀、網(wǎng)絡(luò)組合等方式將模塊連接在一起?？捎肕表示基本模塊，J表示接口，將基準(zhǔn)模塊作為有向線的起點(diǎn)，目標(biāo)木塊作為終點(diǎn)。模塊和模塊之間可以是單向連接，也可以是雙向連接，亦或是多向連接。既可以是一個(gè)模塊和一個(gè)模塊連接，也可以是一對(duì)多的形式;再者，可利用超圖理論來(lái)進(jìn)行模塊識(shí)別，了解產(chǎn)品變型和模塊之間的關(guān)聯(lián);最后，在進(jìn)行產(chǎn)品平臺(tái)模塊化快速設(shè)計(jì)的時(shí)候，要先了解產(chǎn)品平臺(tái)的含義。所謂產(chǎn)品平臺(tái)，其功能主要在于開(kāi)發(fā)一系列衍生產(chǎn)品，是這些產(chǎn)品的通用模塊和接口，可基于用戶的不同需求，來(lái)增設(shè)模塊，以創(chuàng)新設(shè)計(jì)出最終的產(chǎn)品。其要點(diǎn)在于需要充分發(fā)揮限元分析軟件的作用，利用二次開(kāi)發(fā)工具，構(gòu)建完善的產(chǎn)品變量化分析模型，從靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩個(gè)方面來(lái)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算設(shè)計(jì)變量和性能指標(biāo)間的聯(lián)系，促進(jìn)企業(yè)新產(chǎn)品的快速開(kāi)發(fā)。

除此之外，還應(yīng)當(dāng)應(yīng)用知識(shí)工程技術(shù)。這是一項(xiàng)以知識(shí)為驅(qū)動(dòng)力的工程設(shè)計(jì)技術(shù)，指的是在進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的時(shí)候，在幾何模型中產(chǎn)品設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)、制造知識(shí)等，利用計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行自動(dòng)程式化分析。要整理和歸納有關(guān)于機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容，收集典型的設(shè)計(jì)案例，總結(jié)設(shè)計(jì)、特征模板，遵循相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)則【3】。

（三）機(jī)械快速產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)例

例如，在設(shè)計(jì)一些大型液壓機(jī)，或是汽車(chē)覆蓋件模具等機(jī)械產(chǎn)品的時(shí)候，便可以采用機(jī)械快速產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)技術(shù)，根據(jù)用戶和市場(chǎng)的實(shí)際需求，來(lái)建立產(chǎn)品創(chuàng)新，優(yōu)化大型液壓機(jī)快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)，以改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式，提高大型液壓機(jī)的設(shè)計(jì)水平，為機(jī)械產(chǎn)品制造企業(yè)帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益。在現(xiàn)代鍛壓機(jī)械中，液壓機(jī)是其中一項(xiàng)重要類(lèi)別，其設(shè)計(jì)需要以加工對(duì)象制件工藝要求為依據(jù)，通過(guò)CAE分析方法，結(jié)合模塊化技術(shù)，來(lái)進(jìn)行科學(xué)而有效的設(shè)計(jì)，以解決設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題，處理好技術(shù)和技術(shù)之間的沖突性，做好整機(jī)規(guī)劃，優(yōu)化液壓機(jī)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)模式，進(jìn)行科學(xué)的結(jié)構(gòu)布局。在設(shè)計(jì)液壓機(jī)的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)優(yōu)化關(guān)鍵部分的各項(xiàng)參數(shù)，具體過(guò)程如下：首先，要先獲取設(shè)計(jì)需求。也就是說(shuō)要了解用戶對(duì)液壓機(jī)的要求，然后據(jù)此來(lái)確定液壓機(jī)的技術(shù)規(guī)格，制定液壓機(jī)的性能指標(biāo)，掌握真實(shí)而準(zhǔn)確的參數(shù)，了解各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作壓力，予以一定的運(yùn)行空間。設(shè)計(jì)好工作臺(tái)面的尺寸，以及液壓機(jī)的產(chǎn)品外形尺寸，確定其總功率和重量;其次，在設(shè)計(jì)液壓機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)類(lèi)型的時(shí)候，需要先確定機(jī)械產(chǎn)品的本體，基于整個(gè)機(jī)身的總體性，來(lái)設(shè)計(jì)相應(yīng)的尺寸，以保障設(shè)計(jì)的合理性;再者，在進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)的時(shí)候，則需要關(guān)注機(jī)械產(chǎn)品的焊接部位，確定關(guān)鍵性的設(shè)計(jì)參數(shù)，把控支撐筋板的厚度、數(shù)量;最后，要進(jìn)行科學(xué)的分析評(píng)價(jià)工作，利用力學(xué)知識(shí)，來(lái)進(jìn)行科學(xué)計(jì)算，做好有限元分析，以提高液壓機(jī)產(chǎn)品的強(qiáng)度、剛度，滿足用戶的實(shí)際需求。

總而言之， 為了適應(yīng)新時(shí)期下的市場(chǎng)需求，應(yīng)對(duì)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，促使機(jī)械產(chǎn)品制造企業(yè)獲得更多的市場(chǎng)份額，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)的研究【4】。要掌握扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，引入先進(jìn)的技術(shù)理論，給機(jī)械產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)提供重要的理論知識(shí)，了解相關(guān)技術(shù)的研究現(xiàn)狀，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的輔助作用， 將其有效應(yīng)用于實(shí)際創(chuàng)新和設(shè)計(jì)過(guò)程中，從而提高機(jī)械產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造水平，實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品制造企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益最大化。

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