新型机械产品的快速设计方法

新型机械产品的快速设计方法

谭锡超

日本电产三协电子（东莞）有限公司广东东莞523000

摘要：新型机械产品的快速设计方法摘要：随着社会经济的发展，经济全球一体化趋势越来越明显，这也为制造业的飞速发展提供了契机，尤其是以制造业为核心的新兴工业的发展，推动了社会生活与科学技术的进步。但现在社会的发展日新月异，反作用于制造业上，造成机械产品的更新换代迅速加快，为了针对机械产品的快速设计，制造型企业大量损耗资源，本文针对新型机械产品的快速设计方法进行了探讨。

关键词：新型；机械产品；设计

我国是经济发展迅速的发展中国家，而制造业是作为国家经济中的第二产业，是衡量一个国家综合实力的重要标志，现在科学技术的飞速发展为机械产品的制造提供了一个新的发展机遇。当下人类生活的复杂化，对于机械产品功能的要求日益增多，同样要求制造企业为适应竞争激烈的社会环境来不断地设计新型机械产品、调整产品性能，而创新型的设计观念则成为了机械设计的首选，结合现代科技水平，实现新型机械产品的快速设计是机械制造业现代化水平的体现。

一、概念与现状

（一）概念

新型机械产品的快速设计[1]是以用户的需求为基础，综合实际产品状况与市场因素综合考虑，运用技术创新来实现概念产品、快速设计开发、模块处理过程来实现新型机械产品开发如图1所示，与传统的产品设计相比较，新型机械产品的快速设计更注重用户需求和市场调查，目的性明确。

图1新型机械产品开发示意图

概念产品阶段是初始阶段，也同样是最重要的一个阶段，它根据市场调研和用户需求，分析和提出创新性的新型机械产品设计方案，是新型产品成型的关键。为确保新型产品的可行性，需利用计算机等技术来协同设计。总体案形成后运用模块化技术严格分析，确实可行后，再统一进行结构分析和设计，确定制造工艺，形成设计文件。

（二）现状

随着经济全球化，各国之间的联系越发密切，制造业同样在迅速发展，但总体来看，机械产品行业的产品结构呈现不合理状态，新产品的设计不能充分适应市场需求，创新性产品占市场总量不足十分之一，制造型企业不能充分满足客户所需要的产品性能。而且制造型企业之间竞争激烈，创新性产品需求量不断增大，行业总体水平不高。

机械制造业普遍存在创新技术薄弱和自主开发能力差等问题，缺乏自主产权和核心技术，创新机制不健全，人才匮乏，这大大制约了机械制造业的发展。

二、设计方法

新型机械产品的快速设计要体现三个特点：创新性、多样性、层次性，这是综合当下新型机械产品在市场占据的总量和目标受众的需求来考虑的。每一个新型机械产品的出现都会代表着一个新的设计方法，不同的设计会带来不同的产品性能，这也是机械产品更新换代迅速的原因，下面提出几种不同的设计方法：

（一）系统设计

系统设计是将设计过程中的每一个部分独立进行分析，在将各部分有机结合起来形成一个统一整体，让每一个部分之间呈现层次性，在所有的部分综合处理后，就会形成系统设计方案。

1.1设计元素法

利用五个设计元素：功能、效应、效应载体、形状元素和表面参数，描述“产品解”。五个设计元素值确定之后产品的所有特征也就完全确定，根据目标用户的需求，分别确定产品设计元素值，形成一个正确的产品导向链，综合提出的元素实际考虑，从而提出设计方案。

1.2构思-设计法

将产品的方案设计分开，分为产品构思、方案设计两个方面。产品构思是根据需求，为满足需要而分析出产品所具有的的特点，在组合特点进行空间架构；方案设计是在构思完成后，根据产品构思来形成具体的方案设计。

1.3矩阵法

在方案设计过程中采用逻辑树来表达需求与目标之间的关系，运用数学逻辑解出集合，根据集合来提出设计方案。再根据逻辑树建立关联矩阵，表达出两者之间的一一对应关系。

将矩阵作为机械系统方案设计的基础，把机械系统的设计空间分解为功能子空间，每个子空间只表示方案设计的一个模块，在抽象阶段的高层，每个设计模块用运动转换矩阵和一个可进行操作的约束矢量表示；在抽象阶段的低层，每个设计模块被表示为参数矩阵和一个运动方程。

1.4键合图法

将组成最终设计方案的几个部分根据不同特点区分，并借助键合图来描述表达，将基于功能的模型与键合图结合，实现功能结构的自动生成和功能结构与键合图之间的自动转换，寻求由键合图产生多个设计方案的方法。

1.5图形建模法

利用各种层次清楚的图形形象的描述出产品的各种功能以及结构，更直观的展现出产品的各种抽象信息，逐步实现以图形化建模展现产品系统结构、功能关系以及各功能层之间的联系。

同时，设计又分为辅助方法和信息交换，信息分析方法可以利用各种图形符号各种内容丰富的语义模型结构用以描述集成条件，同时也可用来划分约束类型，并可以实现关系的任意结合。将设计方法与信息技术进行合成，可以实现设计过程中的不同的抽象层面之间的信息关系的图形化建模。

（二）模块设计

模块的划分是建立在用户需求为基础上，对产品的功能进行分解，再根据设计和工艺的不同来进行优化和选择，来形成不同模块。根据模块设计来进行新型机械产品的快速设计对专用机械产品的设计具有很好的选择作用，可以有效的降低制造风险。

通常将产品性能进行定义，将产品的某一个性能或几个性能模块化，形成以产品性能为基础的基本结构，通过选择来组合这些模块来形成目标产品。理想化的模块结构能够充分体现创新性、多样性、层次性的特点。

（三）智能化设计

智能化的设计方法主要特点是：根据设计方法学的理论，在三维图形软件、智能化设计软件以及虚拟现实技术，还有多媒体、超媒体工具进行的产品的研发设计。

智能化设计方法是根据设计方法学理论，借助于智能化设计软件和虚拟现实等多种高科技技术手段，来进行产品结构的建立和设计方案的组成，再以智能化的形式来将其表达出来的方式。智能化设计方法综合利用了现代多种理论手段和科学技术，能够更完整、更明确、更形象的表达出目标产品的最优化设计方案。智能化设计方法是当下时代科技水平的一个重要体现，智能化技术与制造业相结合，为新型机械产品的设计与制造提供了一个新的发展方向。

这些方法并不是独立存在的，而是他们之间或多或少的存在着有机结合，这不仅仅是目标产品特征之间的相互关联，也同样是实现设计方案的最优化处理。

三、发展趋势

现代社会科学技术的飞速发展，经济全球化的推进，使得异地协同设计与制造，以及从用户对的目标需求到产品概念设计直到产品输出成为可能。但是，达到这些目标的重要前提条件之一，就是实现产品方案设计与高新科技相结合。为此，不仅三维图形软件、智能化设计软件愈来愈多地应用于产品的方案设计中，虚拟现实技术以及多媒体、超媒体工具也在产品的方案设计中初露锋芒。

机械产品的方案设计正朝着计算机辅助实现、智能化设计和满足异地协同设计制造需求的方向迈进，综合运用多种类型设计方法是达到这一目标有效途径。概念设计是产品设计中最具竞争力的一环，它能够有效的提高产品质量，提高制造型企业的市场竞争力，要想提升这一环节，就需要与计算机设计与智能化相结合，再利用行业设计人员的专业知识来开发新型的机械产品。我国的机械产品技术落后，必须重视这一方面，切实抓好新型机械设计的快速设计方法才能在制造行业中占据有利局面。

与此同时，随着经济的快速发展，科技的不断进步为机械制造业发展提供了有利的条件，为了提高人们的生活水平，提高社会工作效率，加快生产工作进程，机械设计更趋向于自动化化已成为必然结果，作为一种新的机械设备，它不仅要提高社会生产力更要时刻满足人们对于物质要求的不断提高，同时还要保障工作当中的生命财产安全。伴随着竞争的日益激烈，逐步实现机电一体化，虚拟化网络化和环保化已成为大势所需，机电设计自动化已经得到广泛的推广。在将来，机械设计制造及自动化将会朝着更高层次，更高要求的方向不断发展，力求为现代化工业的发展奉献一份力量！

参考文献

[1]郭勇；曾桂英；朱建新；吴万荣，新型机械产品的快速设计方法[J].2013.6.

[2]殷耀东，机械化产品方案的现代设计方法及发展趋势[J].2014.6.

[3]任开立，顾建辉，机械产品方案的现代设计方法分析[J].2014.12.

[4]刘巍巍，基于知识的机械产品快速设计方法研究[M].2013.9.