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        機械設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化及發(fā)展趨勢研究

        2021-10-19 09:56:28簡櫟洪
        中國新通信 2021年23期
        關(guān)鍵詞:機械設(shè)計發(fā)展趨勢標(biāo)準(zhǔn)化

        簡櫟洪

        【摘要】? ? 本文首先對機械設(shè)計技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展歷程作以簡要闡述,接著對目前我國主流應(yīng)用的一種基于自動化技術(shù)進行機械設(shè)計的現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)化機械設(shè)計技術(shù)進行解讀,最后結(jié)合現(xiàn)階段的時代發(fā)展環(huán)境,從經(jīng)濟效益、環(huán)境效益與技術(shù)創(chuàng)新上對現(xiàn)代機械設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展趨勢方向進行分析。希望通過此文,可以讓我國機械制造行業(yè)能夠注重創(chuàng)新驅(qū)動,在新的時代背景下能夠保持優(yōu)勢,實現(xiàn)向高精度、智能化領(lǐng)域邁進。

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

        引言:

        機械生產(chǎn)制造是最能影響一個國民經(jīng)濟的行業(yè),它是一個國家整體制造水平的客觀體現(xiàn)。工業(yè)是國民經(jīng)濟的主導(dǎo),沒有先進的機械技術(shù),就沒有鞏固的國防作為軍事基礎(chǔ),就沒有人民安居樂業(yè)的經(jīng)濟基礎(chǔ)。而機械設(shè)計作為機械生產(chǎn)制造的基礎(chǔ)技術(shù)部分,它將直接影響到機械生產(chǎn)制造的質(zhì)量。因此深入探究機械設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化問題以及它的發(fā)展趨勢,對于實現(xiàn)民族富強崛起來說,有著重要的現(xiàn)實作用。

        一、機械設(shè)計技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化

        1.1機械設(shè)計的定義

        機械設(shè)計是指根據(jù)機械的使用需求,對機械實現(xiàn)功能的工作原理、結(jié)構(gòu)運動方式以及能量供給系統(tǒng)進行全方位的設(shè)計,隨著現(xiàn)代重工業(yè)的振興發(fā)展,現(xiàn)代機械設(shè)計還要求要在機械使用功能基礎(chǔ)上有專門的潤滑設(shè)計以及方便保養(yǎng)維修的技術(shù)設(shè)計。這是機械設(shè)計的第一步,在實際將設(shè)計方案投入批量制造之前,還要從機械使用環(huán)境、操作安全等方面對機械設(shè)計方案進行優(yōu)化設(shè)計,如減震設(shè)計、安全防護設(shè)計等主功能之外的設(shè)計[1]。機械設(shè)計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機械設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展過程

        機械設(shè)計是一個具有極深遠發(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。作為機械生產(chǎn)制造中的重要組成部分,機械設(shè)計全程跟隨著機械生產(chǎn)經(jīng)歷了三個重要發(fā)展階段:直覺設(shè)計階段、經(jīng)驗設(shè)計階段與理論設(shè)計階段。

        第一個階段直覺設(shè)計階段是指,應(yīng)用于只能實現(xiàn)簡單功能的簡單機械設(shè)計,如手工的石器設(shè)計等,雖然能滿足于切割的使用功能,但既無法進行批量生產(chǎn),也難以實現(xiàn)突破性的技術(shù)優(yōu)化。

        第二個階段叫做經(jīng)驗設(shè)計階段,是具備機械設(shè)計能力的手工匠人通過聯(lián)合協(xié)作,根據(jù)制造經(jīng)驗將自己的設(shè)計構(gòu)思按照圖紙的方式表達出來,在經(jīng)驗設(shè)計階段,初步完善了“繪圖-讀圖制造-出產(chǎn)成品”的機械設(shè)計流程。

        第三個階段叫做理論設(shè)計階段,由于科技不斷的發(fā)展進步,以設(shè)計者的學(xué)識經(jīng)驗作為設(shè)計圖紙繪制的靈感來源,將人類社會長期生活形成的公式定理作為設(shè)計的理論依據(jù),通過經(jīng)驗公式、近似系數(shù)或者類比辦法得出一個細化機械設(shè)備尺寸的設(shè)計圖紙,依照這重方法進行機械設(shè)計的階段。理論設(shè)計階段也被稱為傳統(tǒng)機械設(shè)計,是機械設(shè)計走向標(biāo)準(zhǔn)化的重要發(fā)展轉(zhuǎn)折階段,在傳統(tǒng)機械設(shè)計階段中,對一次設(shè)計進行多次的優(yōu)化稱為了可能,設(shè)計精度得到了極大提升,并且可以將這種設(shè)計成果用批量生產(chǎn)的方式來最大化機械設(shè)計的收益。

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

        2.1自動化機械設(shè)計的基本概念

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

        現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)化機械設(shè)計中,目前主流使用的是一種基于計算機科學(xué)、信息技術(shù)、自動控制技術(shù)上的機械設(shè)計技術(shù),應(yīng)用計算機分析結(jié)果,結(jié)合機械工程基礎(chǔ)理論,生成的一種先進機械設(shè)計制造理論與方法,用來解決現(xiàn)代機械領(lǐng)域的復(fù)雜技術(shù)問題[2]。在這種自動化機械設(shè)計模式下,設(shè)計理論更加科學(xué)可靠,機械制造出的成品設(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。自動化機械設(shè)計如今已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機械、泵機械、壓縮機機械、機床機械等各個工業(yè)機械生產(chǎn)領(lǐng)域中。

        2.2現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)化機械設(shè)計的優(yōu)勢

        2.2.1設(shè)計功能多樣復(fù)雜

        傳統(tǒng)機械設(shè)計階段雖然也能對現(xiàn)有技術(shù)進行優(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)機械擁有完美的使用性能?,F(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)化機械設(shè)計在設(shè)計功能上更加多樣化,它包含了三種設(shè)計類型:一是新型設(shè)計,即設(shè)計出一款技術(shù)實現(xiàn)上過去從未出現(xiàn)過的機械,相比傳統(tǒng)機械設(shè)計中實現(xiàn)新型設(shè)計由于沒有計算機結(jié)果分析的輔助,實現(xiàn)新型技術(shù)的研發(fā)往往需要數(shù)年時間;二是繼承設(shè)計,在原有的機械設(shè)計技術(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;三是變型設(shè)計,為了特殊用途對一些已有設(shè)備的功能進行調(diào)整修改,使之成為不同型號用途的系列產(chǎn)品,這些設(shè)計功能都是傳統(tǒng)機械設(shè)計難以實現(xiàn)的。

        2.2.2設(shè)計效率高

        傳統(tǒng)機械設(shè)計往往需要依靠大量的實地性能試驗來進行調(diào)整完善,設(shè)計周期很難滿足現(xiàn)代工業(yè)的需求,而現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)化機械設(shè)計在優(yōu)化設(shè)計階段可以全程依靠計算機建模來完成,可以根據(jù)最佳的模擬結(jié)果及時調(diào)整的設(shè)計元素與設(shè)計尺寸,因此現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)化機械設(shè)計的效率更高,常見的如泵機械上的設(shè)計周期長度僅為傳統(tǒng)機械設(shè)計的十幾分之一。

        三、現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)化機械設(shè)計的發(fā)展趨勢

        縱觀我國的機械設(shè)計制造水平現(xiàn)狀,現(xiàn)已成為世界范圍上第一制造大國,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),這主要得益于我國成熟的現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)化機械設(shè)計制造技術(shù)。但盡管在機械設(shè)計制造技術(shù)上發(fā)展迅速,在各個不同行業(yè)領(lǐng)域均有突破進展,也不能因此自滿,在經(jīng)濟發(fā)展的同時,環(huán)境惡化問題、資源浪費問題和社會勞動力成本里上漲的問題隨之暴露出來,因此在機械設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展方向上,還要將經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和尖端技術(shù)作為立足點:

        3.1經(jīng)濟效益

        為了使我國機械設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)在經(jīng)濟貿(mào)易全球化趨勢中具備一定的競爭優(yōu)勢,應(yīng)當(dāng)從經(jīng)濟效益方面作為突破點,完善機械設(shè)計的理論技術(shù)。實現(xiàn)機械設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化的經(jīng)濟效益主要有兩個途徑:一是縮減機械設(shè)計的理論周期;二是減少人工的勞動量。可以通過完善設(shè)計軟件的功能來實現(xiàn)機械設(shè)計的技術(shù)突破,如傳統(tǒng)的CAD自動化技術(shù)僅僅能夠減少人工繪制設(shè)計圖紙的時長,或者進行一些設(shè)計尺寸的計算,難以滿足現(xiàn)代機械投入市場的更新?lián)Q代速度,可以在機械設(shè)計中應(yīng)用CATIA或Pro/e這樣既能滿足圖形處理與數(shù)值計算,同時還兼?zhèn)浣Q菔九c環(huán)境模擬功能的三維軟件。以上兩個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械設(shè)計工作的強度與難度,也就縮減了機械設(shè)計所需的時長。而關(guān)于減少人力勞動方面,可以通過融入人工智能技術(shù)來實現(xiàn),智能技術(shù)是21世紀(jì)以來機械自動化的主要發(fā)展方向,它是一種基于計算機科學(xué)、心理學(xué)、統(tǒng)籌學(xué)等多種學(xué)科上的交叉技術(shù),通過模擬人類智能的方式,使它具備一定的初等智能和邏輯判斷能力,以此來協(xié)助或是取代人類進行一些低中難度的生產(chǎn)勞動。從經(jīng)濟效益上來看機械設(shè)計的發(fā)展趨勢有兩個方面,一是以三維模型軟件作為設(shè)計理論提供的技術(shù)突破,二是以設(shè)計智能化尖端機械設(shè)備為主要方向。

        3.2環(huán)境效益

        為了防止社會生產(chǎn)過度開發(fā)給自然環(huán)境帶來的破壞,近年來我國開始越來越注重走維護生態(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)代機械設(shè)計的發(fā)展方向就要考慮到節(jié)能環(huán)保技術(shù)的應(yīng)用。在各個行業(yè)用途的機械設(shè)備上,除了使用功能要有保障外,還應(yīng)當(dāng)充分考慮到機械設(shè)備本身在生產(chǎn)制造中的材料利用率問題。在設(shè)備加工環(huán)節(jié)的設(shè)計上,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),因機械制造產(chǎn)生的工業(yè)廢料要求可以被很好地處理成無害或低害廢料,這都需要在機械設(shè)備在設(shè)計環(huán)節(jié)進行周全考慮。此外除了機械設(shè)備在生產(chǎn)加工中的環(huán)境污染問題外,還應(yīng)當(dāng)在機械設(shè)備使用壽命不受影響的前提上,考慮到機械設(shè)備在投入使用后的報廢回收問題,實現(xiàn)材料重復(fù)使用[3]。盡管已經(jīng)有在機械設(shè)計上采用環(huán)保設(shè)計的先例,但從現(xiàn)況來看,機械設(shè)計在帶來環(huán)境效益的發(fā)展方向上任重且道遠。

        3.3尖端技術(shù)

        為了滿足新時代的工業(yè)需求,機械設(shè)計向尖端技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展已是一種必然趨勢,當(dāng)下我國已經(jīng)掌握的機械設(shè)計尖端技術(shù)包括:運行信息反饋系統(tǒng)設(shè)計,基于傳感器與信息可視化技術(shù)的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)對機械運行情況進行全程直觀呈現(xiàn)的機械設(shè)計技術(shù),包括對機械的振動頻率、運行功率、外部環(huán)境等運行信息的反饋;防腐蝕設(shè)計,保持機械結(jié)構(gòu)強度的同時,利用外殼保護或者環(huán)境補償?shù)姆绞教岣邫C械設(shè)備耐受腐蝕程度,延長機械理論使用壽命的技術(shù);可靠性設(shè)計,借助模型分析,推算出較為精確的到機械投入使用后受到外因?qū)е虏考l(fā)生故障的概率,以此作為機械使用壽命計算的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。但目前還仍有一些尖端領(lǐng)域的機械設(shè)計上還亟待研發(fā)與優(yōu)化,如微電子機械的設(shè)計制造,這是一種體積不超過1立方厘米的微型機械,并且尺寸正在向毫米級、微米級發(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。盡管我國也有自主研發(fā)的微電子機械設(shè)備型號,但大多數(shù)目前還未實現(xiàn)大范圍普及,這是因為微電子機械設(shè)計需要高水平的超精密機械加工技術(shù),而這種技術(shù)在我國目前的機械設(shè)計制造階段還仍有未突破的技術(shù)瓶頸,如成本問題等。在新的時代背景下,我國機械設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)當(dāng)不斷向尖端技術(shù)領(lǐng)域探索,引進國外的先進技術(shù),從電子計算機、材料學(xué)、機械工程實踐等多個領(lǐng)域?qū)ふ彝黄破款i問題的辦法,爭取早日攻克多個尖端領(lǐng)域的機械設(shè)計制造技術(shù)難題。

        四、結(jié)束語

        綜上所述,目前主流使用的自動化機械設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù),在設(shè)計功能與設(shè)計效率上有著傳統(tǒng)機械設(shè)計無法比擬的技術(shù)優(yōu)勢。在不久的將來,自動化機械設(shè)計技術(shù)會朝著環(huán)境效益、經(jīng)濟效益與技術(shù)創(chuàng)新三個方向不斷發(fā)展,需要我國機械設(shè)計制造行業(yè)始終堅持理念創(chuàng)新,將機械設(shè)計制造面臨的問題壓力轉(zhuǎn)化為新動力,努力推動機械設(shè)計朝著精密化、服務(wù)化和智能化發(fā)展。

        參? 考? 文? 獻

        [1]張潔溪.機械設(shè)計技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J].大眾標(biāo)準(zhǔn)化, 2021(15):37-39.

        [2]王芳.智能機械設(shè)計制造自動化特點與發(fā)展趨勢[J].科技風(fēng), 2021(21):191-192.

        [3]張緒勇.機械設(shè)計制造及其自動化的特點優(yōu)勢與發(fā)展趨勢探究[J].中國設(shè)備工程,2021(14):100-101.

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