導語：如何才能寫好一篇機械產品設計技術，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞:機械產品;設計;結構優(yōu)化;技術應用

作為系統(tǒng)優(yōu)化的一個步驟，結構優(yōu)化設計是其中的重要一環(huán)，它需要全方位運用設計方面的技術知識，確定最佳的方法來滿足相關的需求。以往傳統(tǒng)的設計方法是操作人員選擇其他相關產品作為模型，依賴經驗和細致的觀察來確定方法，在設計后期還要通過測試判斷其是否符合要求，此過程不僅會浪費過多的人力物力，并且由于全過程都是人工操作，仍然存在質量等問題的安全隱患，降低了產品的質量。因此，確定結構優(yōu)化技術，選用拓撲優(yōu)化技術和尺寸優(yōu)化技術相結合，并進行理論的計算和設計，確保產品的質量和精細度，才能既提高工作效率，又可以在激烈的市場競爭中占據(jù)一席之地。

1結構優(yōu)化的流程

第一，首先設定好目標函數(shù)。作為結構優(yōu)化的基礎，目標函數(shù)能夠精準確定機械產品的相關標準，并采用此函數(shù)做具體設計的要求設置，同時在確定目標函數(shù)時，還應當相應縮小應力以及變形程度的設計。第二，設計函數(shù)變量。在設定完目標函數(shù)后，需要進行函數(shù)變量的設計，主要包括過程中的參數(shù)，零部件的長度、寬度、角度，這些是影響機械產品質量和水平的重要原因，如果不能科學合理地確定這些參數(shù)的設置，就會在生產時出現(xiàn)不合格品，造成原料的大量浪費，直接增加了經濟成本，降低經濟收益率。第三，確定約束條件。設計完函數(shù)變量后，還有一個重要的工作步驟，就是確定約束條件，這些約束條件就是對函數(shù)變量施加束縛和一定的約束，包括極值、臨界范圍等。第四，確定和評估設計方法。確定設計方法是對機械產品進行設計和優(yōu)化的最后一步，也是最為重要的一步，由于目前的設計方法種類繁多且各具優(yōu)勢，就需要在眾多的方法中選出最適合的一種方法，并根據(jù)實際操作情況安排確定性價比最高的方法。在確定好方法后，實質上也就確定了機械產品的一套設計方案，但并不能根據(jù)這個方法就進行生產，實際投入使用前，還須經過專業(yè)技術人員的評估，從技術角度確定方案的可行性，只有這樣才能夠做到萬無一失，降低錯誤發(fā)生的幾率。

2結構優(yōu)化的類型

2.1尺寸優(yōu)化。尺寸優(yōu)化是在機械產品外形和拓撲結構不變的情況下，改變設計變量或者進行分析重組，從而優(yōu)化組合性能的優(yōu)化方法。2.2形狀優(yōu)化。形狀優(yōu)化和尺寸優(yōu)化相似，是在保證機械產品設計域內拓撲關系不變的情況下，去求解機械的結構邊界，通過改變邊界組合，組成新的形狀，從而使之表現(xiàn)出最好的性能狀態(tài)。2.3拓撲優(yōu)化。按照機械產品設計優(yōu)化的特點進行劃分，優(yōu)化方法主要有三種:參數(shù)優(yōu)化、形狀優(yōu)化和拓撲優(yōu)化，其中拓撲優(yōu)化的工作原理是按照設定的目標采用合適的計算方法將應力較小區(qū)域中的材料進行剔除，能夠在設定好的空間中選擇最佳的材料種類和分布形式，從而幫助設計工作過程做出結構和性能最佳的零部件、框架結構以及內部加強筋的分布形式，從這里可以看出，拓撲優(yōu)化不僅保證了產品的外觀形貌，并且也獲得了最合理的理論概念模型，可以有效促進產品的結構設計，充分發(fā)揮設計開發(fā)人員的創(chuàng)新理念，增強市場競爭力。2.4快速分析方法。提高控制性能函數(shù)的計算效率是目前急需克服的重難點問題。加強結構性能的優(yōu)化才能夠有效配合實現(xiàn)綜合性能的最優(yōu)。產品結構的動靜結合優(yōu)化過程在近幾年也受到了相關技術人員的關注。采用近似分析技術能夠高效提高函數(shù)的計算過程，保證工作效率，然而這種方法在使用之前須做好前期的準備分析工作，并且計算過程通常也不夠精確。因此，引進新型的計算方法可以有效解決上述問題，實現(xiàn)協(xié)同優(yōu)化。

3機械產品設計優(yōu)化的方法策略

3.1提高設計人員的素質水平。首先要提高機械技術知識水平，只有熟練掌握機械相關知識，才能夠靈活運用，實現(xiàn)產品設計的優(yōu)化。但除了機械知識以外，還應當加強其他知識的修養(yǎng)，主要有:第一，數(shù)學建模能力。這是最基本的工作內容。設計工作人員在進行方案設計時，不僅要規(guī)范，還要保證方案能夠被他人理解，只有具備一定數(shù)學建模能力的人員才能夠使用規(guī)范標準的數(shù)學語言將問題和設計方案表達出來，并在此基礎上確定模型，保證模型的實用性。第二，解答問題的能力。僅僅會建模還不夠，還應當能夠求解所建立模型的變量以及參數(shù)，這樣才能夠高效得出結果。比如對于隨機變量模型，一定要能夠快速求解隨機變量模型，才能夠計算出隨機變量的目標函數(shù)以及變量的數(shù)值。第三，對問題的處理能力。這是因為在確定完設計方案后，一個極其重要的步驟就是評價方案，一旦方案投入生產，就需有更多的人共同配合完成，而參與的人越多，就越容易造成大家對問題本身都一知半解，出現(xiàn)問題后也難以找到明確的責任人。這個時候，如果有一個能夠全程負責的人去追蹤過程，會在很大程度上降低問題的發(fā)生概率。3.2綜合運用所有學科的知識。設計的過程需要綜合運用所有學科的知識點，因為機械產品的結構設計不僅需要機械的專業(yè)知識，還附帶數(shù)學算法、數(shù)據(jù)分析、計算機等多個其他學科的知識，只有將這些所學的知識綜合運用，才能設計出合理、方便的機械產品。在進行學科知識總結運用過程中，首先要放眼全局，從整體角度出發(fā)，綜合考慮。然后再將設計的產品系統(tǒng)逐步分解，按照知識板塊分解成若干個單元，按照相對應的知識體系進行相應目標函數(shù)的確定，再按照理論知識的原理進行函數(shù)變量和優(yōu)化方法的設定。分別設計好后，按照它們之間的聯(lián)系，一個一個地將它們連接起來，這樣就組成了一個完整的設計方案，最后可以根據(jù)整體設計的需求進行輕微地調試變動。3.3創(chuàng)新思維，杜絕重復。在設計過程中必須要做到自主創(chuàng)新，堅決避免重復，從現(xiàn)實角度出發(fā)，一定要有創(chuàng)新才能有廣闊的市場空間，重復的、沒有創(chuàng)意的東西很難贏得市場的青睞，也就是說，一個公司要想成長和進步，就必須推舊出新，避免墨守成規(guī)，最終導致被市場大環(huán)境所淘汰。因此，作為一個出色的企業(yè)，就要不斷創(chuàng)新，不斷保持市場活力，但在創(chuàng)新過程中要防止抄襲、重復等，作為設計研發(fā)人員，要不斷轉變思路，積極對產品進行改造，在推出新產品的同時，也要對原有產品進行改造，最終目的都是為了適應市場需求，使企業(yè)具有一定的競爭力。

4結語

隨著行業(yè)的發(fā)展，技術的進步，機械設計的難度越來越大，很容易讓設計研發(fā)人員陷入到無休止且煩瑣、混亂的工作中，機械設計優(yōu)化方法的出現(xiàn)，解放了設計人員，特別是近年來，優(yōu)化方法和CAE分析技術的結合，大大降低了設計人員的工作強度。隨著各種CAE軟件，如:ANSYS、MARC、ABAQUS等的投入應用，利用現(xiàn)代化的手段進行新產品的開發(fā)設計，滿足了越來越多的客戶需求。通過優(yōu)化設計，在降低產品重量、提高產品性能的同時，把設計人員從繁重的工作中解放出來，激發(fā)了他們設計創(chuàng)新的熱情與積極創(chuàng)新的設計思路。機械制造工業(yè)正經歷一次深刻地變革。

作者:畢德勝 單位:豐諾植保機械制造有限公司

參考文獻:

［1］曾文忠.機械產品設計的結構優(yōu)化技術應用策略探究［J］．湖南農機，2014，(09):44－45.

［2］劉海濤.小議機械產品設計中結構優(yōu)化技術的運用［J］．工業(yè)設計，2012，(02):70.

［3］方子帆，楊守期，曹剛，等.隨動裝置數(shù)字化設計關鍵技術及其應用研究［J］．三峽大學學報(自然科學版)，2016，(02):65－70.

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甲方：

乙方：

甲方因設計產品需求，需要乙方提供技術咨詢和技術服務，為明確雙方權利義務，特約定如下，以資共同遵守： 

一、服務內容、要求和方式

1、服務內容和要求：

1.1乙方為甲方提供對產品技術進行技術支持。 

1.2甲方在遇到技術問題時，應及時跟乙方聯(lián)系，如實向乙方描述故障現(xiàn)象，積極協(xié)助乙方解決問題。

1.3乙方為甲方提供的產品性能試樣進行實驗分析。 

1.4乙方為甲方所使用的量具進行周期性檢定及校準。

1.5甲方如需乙方提供上門技術服務，應及時跟乙方聯(lián)系，乙方會按照標準的上門服務收費標準收取一定的費用。

2、服務方式： 

2.1服務采用按次服務方式，并一次性付清所有費用，服務地點在乙方公司。 

二、協(xié)議期限 

本協(xié)議約定的服務期限自 2015 年 12月  12日  至    2016年  5月  12日，期限屆滿前雙方協(xié)商是否續(xù)簽，未續(xù)簽的，期滿自動終止。 

三、服務費用 

1、具體服務次數(shù)以甲方要求和乙方實際提供服務為準。 

2、甲方應在本協(xié)議簽署后，向乙方支付 40000.00           元的技術服務費。

四、雙方權利和義務 

1、甲方有權按照約定要求乙方完成服務任務，并按時支付服務費用。 

2、當甲方有需要時，乙方有義務為甲方提供人員與使用費用證明 。

五、違約責任 

1、甲方未按時支付服務費用的，應按照未付部分銀行同期貸款利息支付違約金。 

2、乙方未按照甲方要求按時按質完成服務內容的，甲方有權不支付服務費用。 

六、合同終止或解除 

1、甲方因業(yè)務變化，無需乙方繼續(xù)提供服務的，需提前一周通知乙方解除合同。 

2、乙方違反本協(xié)議任何約定的，甲方可以隨時解除本協(xié)議。 

3、對因不可抗力（包括但不限于如地震、洪水等自然災害，戰(zhàn)爭、暴亂等）、政府行為及其他乙方不能控制或避免的原因致使本協(xié)議部分或全部不能履行，雙方均不承擔違約責任。

七、爭議解決 

本合同履行期間產生的爭議，雙方友好協(xié)商解決。

八、其他約定 

本協(xié)議一式二份，雙方各執(zhí)一份，簽字蓋章之日起生效。 

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利用這些優(yōu)勢，基于D類技術的音頻芯片正在對今天的消費類產品產生著巨大的影響，尤其是在平板數(shù)字電視和便攜式應用領域。

數(shù)字電視與D類技術的結合

雖然傳統(tǒng)的模擬放大器對CRT電視來說是一種很好的選擇，但是對平板電視就顯得力不從心了。這是因為設計師必須為了實現(xiàn)輕薄的產品，在限制音頻輸出功率和質量方面做出極大的讓步。A類和B類放大器不但效率低，還會產生不必要的熱量，引發(fā)難以處理的設計挑戰(zhàn)，而且還需要散熱器，導致了進一步的設計問題。大多數(shù)平板電視都面臨著來自視頻系統(tǒng)本身功耗和散熱問題的很大挑戰(zhàn)。因此，許多平板電視只能在每個聲道提供大約5W的功率。D類數(shù)字放大技術已經可以提供解決平板電視主要挑戰(zhàn)的解決方案，即可以在最大限度地減少熱耗散的同時，在輕薄尺寸中獲得高質量的音頻效果。

目前，D類技術可在一個芯片上集成功率級和控制器，可以實現(xiàn)超過85％的效率，而且不需要散熱器。將新型D類芯片集成在系統(tǒng)中，平板電視就可以提供增強的音頻功率(每聲道大約15W)，音質水平也得到了全面提升。因此，OEM廠商可以實現(xiàn)增強的音頻功率和質量，以更好地匹配視覺體驗。

目前，D類技術已接近模擬放大器的性能水平，在某些方面甚至超過了性能期望值。其目前的功率水平已經相當于模擬放大器，而總諧波失真(THD)也與模擬放大器處于同等水平。事實上，其動態(tài)范圍已超過了集成的模擬放大器性能的平均值，后者通常低于80dB。先進的數(shù)字放大器可以實現(xiàn)超過100dB的動態(tài)范圍――靜音與最大功率輸出之差。

出現(xiàn)在導通期間的噪聲是另一個挑戰(zhàn)。雖然使用繼電器和較大的隔直流電容器相當昂貴，但是數(shù)字集成有助于實現(xiàn)對放大器啟動的更強大的控制，而無需增加材料成本。因此，Cirrus Logic公司簡化了音頻通道，不使用反饋即可獲得較好的音質。已有的開關電源足以提供穩(wěn)定的電壓。不過，那些采用傳統(tǒng)變壓器和擔心濾波的高端應用還是在采用本地電源反饋。

為了滿足平板數(shù)字電視獨特的系統(tǒng)設計需求，Cirrus Logic最近推出了一種高度集成的、基于D類技術的音頻放大器CS4525。它集成了立體聲ADC、采樣率轉換器、數(shù)字音頻處理器，以及包括控制器和功率級的完整的30W D類放大器(例如每聲道15W)。CS4525的獨特之處在于，它支持輸入的模擬和數(shù)字音頻信號，其高效的功率級無需在系統(tǒng)設計中使用散熱器。

便攜式產品中的D類技術優(yōu)勢

通常，D類技術可以利用更小的面積為便攜式產品提供更高的輸出功率和更低的電壓。這種降低的功耗可以實現(xiàn)更長的電池壽命。D類技術也減少了系統(tǒng)設計的元件數(shù)，從而有助于降低成本。此外，采用D類技術的芯片尺寸通常比較小，可以更好地匹配空間有限的便攜式產品電路板設計。

D類系統(tǒng)設計的另一個問題是濾波。D類放大器的輸出需要濾波，一些倡導者把電感線圈作為驅動揚聲器濾波器的一部分，而另一些人則創(chuàng)建了一套獨立于揚聲器特性的全濾波輸出的完整設計。對那些將揚聲器作為產品一部分的音頻系統(tǒng)來說，在揚聲器中使用電感有助于節(jié)省元件成本。

對便攜式音頻應用來說，由于耳機電線比較長，其輸出必須經過全濾波而不出現(xiàn)帶外噪聲。但是，電線可能成為EMI的天線。由于需要電感器，用一個D類放大器實現(xiàn)這一點是很困難的，因為電感器的體積比較大，可能使應用中的音頻性能受到影響。因此，一些產品，例如CS42L52立體聲D類放大器，為了實現(xiàn)更低的功耗，耳機輸出采用了一個傳統(tǒng)的低EMI模擬放大器，以及一個用于揚聲器輸出的更大功率的D類放大器，這些通常都集成于產品本身，可最大限度地減少所需的濾波量。

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機械產品綠色設計的概念

機械產品綠色設計是以產品的生命周期為限，在產品的設計過程中重點考慮產品的環(huán)境屬性，并在保證產品應有功能和品質的前提下最大限度地滿足生態(tài)環(huán)境目標要求。也就說基于綠色理念設計的機械產品不僅能夠滿足基本的功能、壽命、成本等經濟屬性，還要體現(xiàn)產品在設計、制造、使用、廢棄與回收過程中的環(huán)境要求。

其基本思想有：1)產品的設計要優(yōu)先考慮環(huán)境屬性，并以此為前提滿足技術屬性和經濟屬性；2)將產品的廢棄與回收納入設計范疇，并做好相關技術研發(fā)；3)強調產品設計者和生產企業(yè)在實現(xiàn)環(huán)境屬性時應承擔的社會責任，鼓勵企業(yè)實行生產、回收與再利用，并制定相應的約束機制；4)是對傳統(tǒng)設計理念與方法的升華與提煉，體現(xiàn)了人類對機械產品設計思維的創(chuàng)新。

與傳統(tǒng)設計模式相比，基于綠色理念的機械產品設計具有能源清潔化、產品材料綠色化、生產過程綠色化、工作介質綠色化以及減振降噪、結構密封、連接與拆卸靈活、造型優(yōu)美等優(yōu)點。另外，傳統(tǒng)的設計方法只注重產品的設計階段，較少或基本沒有考慮產品的回收與再利用，缺乏對環(huán)境要素的必要思考，且對材料的選擇也只是參照技術原則和成本原則進行，而基于綠色理念的機械產品設計將產品的生命全過程納入設計的范疇，并以產品環(huán)境屬性為核心要求（圖1）?？傊诰G色理念的機械產品設計技術不僅為人類提供了一種綠色生存方式，還極大地促進了技術進步和技術創(chuàng)新，并對區(qū)域社會經濟的可持續(xù)發(fā)展具有巨大的推動作用，是知識經濟時代的重要舉措。

基于綠色理念的機械產品設計關鍵技術

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【關鍵詞】機械產品設計；有限元分析；應用

1、引言

隨著現(xiàn)代計算機信息技術的不斷發(fā)展，越來越多的工業(yè)產品在設計、研發(fā)時借助計算機軟件進行，不但提高了設計精度，而且還能夠提前對應力、性能等方面進行計算與預測。有限元計算是近幾年來在機械產品設計中應用較為廣泛的一種程序。通過它實現(xiàn)了設計團隊的工作效率，極大地降低了設計成本，為企業(yè)創(chuàng)造了更高的經濟效益。

2、有限元分析法概述

有限元法最早是在上個世紀五十年代提出的，當初的主要目的是為了處理固體力學問題。后來特納等人把單元剛架法思路進行推廣，開始應用于力學平面領域。有限元法的概念即為通過建立結合點位移與結合點間的單元剛度方程法。有限元理論隨著現(xiàn)代計算機信息技術的不斷發(fā)展得到了迅速的發(fā)展，同時它的功能也不斷廣泛。[1]

3、有限元法在機械產品設計中的應用作用

3.1降低成本

在傳統(tǒng)的機械產品設計中，多是采用借鑒改進的方式進行的，通過已有的機械產品圖紙進行細微改動或簡化處理，通過經驗來進行優(yōu)化設計，總體思路還是不變，這一過程中需要大量的設計工作，周期非常長，通過這種方法設計的產品相對性能差一些，在傳統(tǒng)的機械產品設計中多是采用二選一或多選的方案進行的，從多個方案中選擇質量最優(yōu)的方案進行進一步設計。這就造成了工作量非常大。通過有限元法來對機械產品進行設計分析時，可以直接確定出最優(yōu)的方案，而且設計與修改工作都會容易一些。通過有限元優(yōu)化設計分析，可以有效減輕機械產品的自重，對零件形狀進行優(yōu)化，從而降低材料消耗，拉動成本下降，能使企業(yè)獲得更好地經濟效益。[2]

3.2提高設計可靠性

在傳統(tǒng)的機械產品設計思路中，多是采用實驗的辦法，把設計的產品經過樣品、手工樣機、實驗樣機等多個階段才能制造出性能完全符合需求的產品，在這一過程中，不但周期較長，而且修改難度增大，造成浪費問題嚴重。從整體來講，傳統(tǒng)的設計思路無法完全確保設計的可靠性。而采用有限元分析可以直接從計算機中對零件的形狀、應力與尺寸進行完全檢驗，而不再需要真正加工出成品。通過這種精細化的反復模擬，可以有效提高零件設計的可靠性，確保零件產品精度的同時，也提高了產品的質量與應用效果。[3]

3.3有限元法在機械產品設計中的應用案例

本文以橡膠襯套為例來對有限元法進行分析。橡膠襯套主要由內襯套、外襯套與天然橡膠組成。在設計時，首先，要對整個的模型進行簡化處理，在模型中對整體分析無作用的部分可以進行清除，如相關的倒角與圓角等。這些因素如果水去除的話，將會對單元格的劃分質量產生影響，增大運算量。在對橡膠襯套進行分析時，首先要分析它在徑向的受力時，外形發(fā)生的變化，內襯套保持固定，在徑向增加荷載，當大小為5KN時，加載的速度為5mm/min。當簡化橡膠模型后，需要對其進行離散模擬分析，根據(jù)不同的模型來分為多個單元格。對于模型要輸入基本的尺寸信息，給定模型相關的材料參數(shù)，對于非線性比的材料需要把其拉伸或壓縮應力曲線輸入至計算機，通過擬合來得到更多的系數(shù)。[4]

之后分別進行接觸條件定義、設定邊界定義與載荷工況定義等。把已經設置好的工況信息選擇到作業(yè)中，結合應力結果，對平面應變進行分析。在提交時，要根據(jù)運行結果進行一定的處理，只有在處理后的運行結果，才能更直觀地表達在我們面前。[5]

4、有限元軟件介紹

有限元軟件不僅適用于機械產品領域，對于橡膠、塑料等多個領域都有著良好的應用。一般來講，設計單位都會選擇商業(yè)的有限元軟件，在近幾年來，商業(yè)軟件在數(shù)量與規(guī)模上取了長足的進步?，F(xiàn)代的有限元軟件功能非常強大，具有豐富的材料庫，能夠實現(xiàn)單元形態(tài)與求解精度的檢查與修正，能夠處理好圖像顯示，具有多種CAD系統(tǒng)直連接口。CAD軟件主要是實現(xiàn)平面的產品輪廓設計，可以進行基本的造型設計，通過一定的傳輸后，直接在CAE軟件中進行有限元網格劃分并計算，通過不斷的自動修正，大大提高了設計水平與效率，得到現(xiàn)代工程師們的一致認可。另外有限元軟件還具有良好的用戶開發(fā)環(huán)境與不錯的培訓維護能力。隨著經濟的發(fā)展，軟件開發(fā)商為了獲得更多的市場份額，對于用戶的需求無法一一滿足時，將會給出一個相對開放的環(huán)境，由客戶根據(jù)自己的產品特點對自定義內容進行設置與二次開發(fā)。[6]

5、有限元在機械產品中的設計趨勢

根據(jù)國際上CAE軟件的不斷發(fā)展，有限元分析方法將會向著以下趨勢不斷前進。首先，為了具有更加全面的適應性，有限元方法將會與更多的CAD軟件實現(xiàn)無縫對接，這些良好的對接有利于工程師更加快捷地解決復雜工程中的問題；其次，有限元分析將會具有更為網格處理能力。[7]在實際的工程設計過程中，模型某區(qū)域交會容易出現(xiàn)較大的應變，從而導致單元畸變，最終造成求解不能進行下去，所以需要網格自動劃分。自動劃分網格將會成為裂紋擴展等應變問題分析的必要條件；第三，有限元法將會從處理線性問題發(fā)展到處理非線性問題，隨著曲面設計在現(xiàn)代造型設計中的比重不斷增多，同時對材料等要求不斷提高，對于非線性求解器的需求也更多；第四，有限元法將會由單一的結構場發(fā)展到耦合場問題的求解，最后是面向所有用戶的開放性，讓客戶列加體會到軟件的人性化與適應性，提高應用范圍。[8]

6、結語

有限元的設計方法極大地提高了設計企業(yè)的工作效率，縮短了設計周期，實現(xiàn)了經濟效益的及時化與最大化，通過降低成本，為企業(yè)創(chuàng)造了更多的經濟價值。有限元分析法將會在未來的機械產品設計中體現(xiàn)著更加重要的作用，隨著社會的發(fā)展，經濟的進步，將會創(chuàng)造出更多的發(fā)展思路與經濟財富。

參考文獻

[1]孫博宇.拓撲優(yōu)化方法在機械產品設計中的若干關鍵問題研究[D].合肥工業(yè)大學，2012.

[2]胡光忠.模糊可重構設計關鍵技術研究及其在轉向架中的應用[D].西南交通大學，2012.

[3]王燦明.不確定理論在機械產品設計維修中的應用[A].中國運籌學會不確定系統(tǒng)分會.第十一屆中國不確定系統(tǒng)年會、第十五屆中國青年信息與管理學者大會論文集[C].中國運籌學會不確定系統(tǒng)分會，2013：5.

[4]李進.基于規(guī)則和統(tǒng)計的組合類新詞識別技術研究及其在機械產品設計中的應用[D].西安電子科技大學，2013.

[5]彭沁.基于篇章的名詞省略恢復研究及其在機械產品設計中的應用[D].西安電子科技大學，2011.

[6]滿意，朱單群.人性化設計在機械產品設計中的應用[J].南通航運職業(yè)技術學院學報，2007，04：56-58.

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綠色設計是指利用產品制造中經濟性、環(huán)境協(xié)調性與技術應用等方面的信息，采用優(yōu)化技術措施方式以提高產品的經濟合理性、技術先進行和環(huán)境協(xié)調性的過程。將綠色設計理念引入到煤礦機械制造中，可有效提高煤礦機械開發(fā)產品的再利用性、可維護性和經濟性，從而滿足煤礦生產的低能耗、低污染、小體積要求。因此，加強有關煤礦機械綠色設計與制造工藝的分析，對于改善煤礦機械的制造水平與質量具有重要的現(xiàn)實意義。

1.煤礦機械的綠色設計

1.1.可回收性設計

可回收性設計是指在對煤礦機械產品進行設計時應全面考慮零部件及材料的處理工藝、處理方法、回收價值、回收可能性等問題，以盡可能完成對材料能源、零部件、資源的有效利用，從而最大程度的降低回收過程對環(huán)境影響的理念與方法。在產品可回收性評價體系中主要包括對產品級、材料級、零件級與部件級四個方面的回收和填埋級與能量級兩層次上的環(huán)境污染分析，相應提出的產品回收性能指標與規(guī)范可以用于對產品設計進行指導。在煤礦機械可回收性設計中可先全面評估產品的回收價值與可回收性，利用評估結果制定相應的可回收性建議，以此為機械設計提供調整性分析。

1.2.材料選用

傳統(tǒng)的煤礦機械產品設計中，在對材料選用時常關注材料的成本水平與技術性能，而不重視材料對環(huán)境的影響。而產品材料的環(huán)保性能將直接關系著機械產品的綠色程度，所以在材料選用時，應在材料符合規(guī)定功能標準的基礎上盡量選擇具有高環(huán)境兼容性的材料。在煤礦機械產品材料選用過程中應注意以下兩個要點：（1）環(huán)境友好性，在選擇材料時應盡可能選擇環(huán)境兼容性高、低能耗、污染少、無輻射、無毒無害的材料；（2）可持續(xù)性，材料選擇時應盡量考慮使用可回收材料和再生材料，材料應方便進行再制造、再利用或回收。

1.3.綠色CAD設計

現(xiàn)代工業(yè)產品設計中多采用CAD技術進行，在開展產品設計時，CAD技術能夠根據(jù)提供信息量形成參數(shù)化的產品模型，并能依據(jù)模型分析產品的工藝特征、強度剛度、結構空間等。目前使用的CAD軟件同時具有CAE技術功能，可以采用模塊化方式對煤礦機械的工作環(huán)境進行真實模擬，從而進行抗沖擊性、剛度、強度試驗等。將CAD軟件技術應用到煤礦機械綠色設計中，可建立并行設計平臺，有效改善產品設計效率，提高零件模型在各部門間的共享水平，對于改善產品的綠色設計質量具有重要作用。

1.4.可拆卸性設計

可拆卸性設計是指在產品設計過程中，采用多種優(yōu)化改進措施使產品的連續(xù)結構間能夠方便維護、拆卸與制造，且在產品回收時仍能有效利用各部分零件的過程。拆卸是保證產品有效回收的重要手段，其設計質量的好壞將直接關系到材料的再制造與回收效果。由于煤礦機械產品結構復雜、體積較大、零件較多，在加工設計是應充分考慮其合理的結構要素，以改善機械產品的可拆卸性。

具體措施有：（1）注意在部件拆卸部位應盡可能降低緊固件的用量，以提高拆卸效率和方便性；最好采用一致的緊固件類型，以減少拆卸工具類型、優(yōu)化拆卸流程； （2）由于煤礦機械產品的零件之間需要較多的連接構件，常用的有鉚接、螺紋連接、搭鉤式連接、銷接、焊接、鍵連接等方式。采用合理的連接方式可有效提高產品的可拆卸性。在機械產品設計時應盡可能采用破壞性小的、簡捷連接方式；在金屬零部件間應采用鍵連接、銷接、螺紋連接方式，以降低產品回收時的拆卸分離工作量（3）在選擇制造材料時應盡量選用利用分類和分離的材料類型，并考慮材料之間的兼容性與材料種類；（4）在設計過程中應盡可能降低零件的用量和組合數(shù)量，減少拆卸時間、工作量和拆卸工具的復雜程度。

2.煤礦機械綠色制造工藝技術

2.1.煤礦機械產品的再制造

再制造技術的主旨在于全面提升廢舊機電產品的性能，其以機電產品的壽命周期管理與設計作為主要依據(jù)，按照節(jié)能、優(yōu)質、環(huán)保、節(jié)材、高效等基本原則，采用先進產業(yè)化生產技術手段，對廢舊機電產品進行有效的改造和修復。再制造過程不僅僅是廢棄品的再利用過程，其采用的表面工程技術既能準確改善產品尺寸，還能全面提高產品性能，且具有能耗低、利用率高、節(jié)能效果好等優(yōu)點。再制造中所采用的關鍵技術主要有：廢棄產品回收利用與高效拆卸技術、再制造零部件與廢氣零部件的壽命檢測技術、表面工程技術、數(shù)字化成行平臺關鍵技術、再制造部件檢測與質量控制技術等。將再制造技術應用到煤礦機械零部件的制造中，可有效提升機械產品的環(huán)保、節(jié)材、節(jié)能優(yōu)勢。

2.2.虛擬制造

虛擬制造技術是一種集成生產管理、CAM、CAD的軟件技術，其能夠創(chuàng)造一種真實有效的建模與仿真環(huán)境，實現(xiàn)了產品裝配、規(guī)劃、制造、設計的計算機化發(fā)展，且能控制產品生產的基本過程，并提供虛擬企業(yè)、虛擬生產與虛擬開發(fā)等功能。在煤礦機械產品設計中采用虛擬制造技術可有效改善生產效率、提高生產效益。利用信息化技術建立有關切削刀具、切削用量的基本數(shù)據(jù)信息煤機數(shù)據(jù)庫，并采用自動化技術對高速切削、硬切削、干切削等制造技術進行虛擬制造，可有效簡化制造過程，改善機械產品制造效果。另外將虛擬技術與CAX技術相結合可充分提高產品制造的虛擬化程度、降低機械制造中材料與資源浪費、降低產品制造與設計周期等。

2.3.集成化技術

按照系統(tǒng)與集成優(yōu)勢對煤礦機械產品的綠色制造過程進行分析，將產品工藝設計與材料選用集成和產品使用與設計需求集成充分結合，重點考慮綠色制造過程的信息集成，從而形成具有環(huán)境影響評估、綠色設計、質量檢測、制造過程分析等功能的集成式制造系統(tǒng)體系。

3.結束語

綠色設計與制造工藝水平的應用質量將直接影響著煤礦機械產品的整體質量和性能，因此，相關技術與設計人員應加強有關煤礦機械產品的綠色設計與制造技術研究，總結綠色設計要點及制造技術措施，以逐步提高煤礦機械產品的綠色設計質量。

參考文獻：

[1]王昱.淺談煤礦機械的綠色設計及制造[J].科技致富向導.2012，13（14）：74 75

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17世紀和18世紀初葉是鐘表時代，18世紀末葉和19世紀是蒸汽機時代。機構學的發(fā)展，出現(xiàn)了曲柄滑塊原理的內燃機、汽輪機和水輪機等，實現(xiàn)了將柴油和汽油的化學能轉化為機械能；原煤的化學能經熱能轉化為機械能；水的動能和勢能轉化為電能或機械能。這些技術發(fā)展進程中，誕生了機械設計課程。機械設計包括機械原理、機械零件和機械系統(tǒng)設計三部分內容。機械原理討論機構的設計、運動分析和動力學分析。機械零件部分討論機械零件的強度、剛度、振動穩(wěn)定性和耐磨性等設計方法，并且介紹機械的結構設計。機械系統(tǒng)設計部分討論機械系統(tǒng)的動平衡、速度波動調節(jié)以及系統(tǒng)方案優(yōu)化設計等。機械產品的創(chuàng)新設計以上述三部分內容為基礎，對產品設計進行改進或革新。

1.機械原理。機構的設計與分析是機械原理的核心內容。常用的機構有：連桿機構、凸輪機構、齒輪機構、蝸桿結構、摩擦輪機構、棘輪機構、槽輪機構等。機構的演變或創(chuàng)新方法有：機構的組合、機構的演繹、機構的逆向設計以及新原理的應用等。機構組合是常用的設計方法，通過不同類型機構組合或者同類型機構的組合，得到實現(xiàn)運動軌跡的新組合機構。機構的演繹是通過改變機構的運動副、構件幾何設計、機構的變結構等方法，獲得新的機構設計。機構的逆向設計，常用主動構件和輸出構件互換、增加或減少自由度數(shù)即原動件數(shù)，來獲得新的機構設計方案。機構的運動分析和動力學分析，常用計算機輔助設計的方法來分析，以獲得運動軌跡、加速度和躍度的變化曲線。機構的創(chuàng)新設計是機械產品創(chuàng)新的基本內容，也是對產品在較大程度上的革新。

2.機械零件。機械零件分為通用零件和專用零件。機械零件部分介紹的是各類通用零部件，包括連接零件、傳動零件、軸系零部件以及彈簧、機架和導軌等。連接零件有螺紋連接、銷、鍵和花鍵、過盈連接、膠接、焊接和鉚接等。傳動部分有帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動、蝸桿傳動、摩擦輪傳動等。軸系部分有軸承和軸的設計，其中軸承有滑動軸承、滾動軸承、空氣軸承、電磁軸承和靜電軸承等。機械零件的設計是針對零件的失效形式來進行的。首先由實踐確定機械零件的失效形式，然后選擇零件的材料和表面處理技術，以抵抗其失效形式，再依據(jù)相應的設計理論提出設計準則和設計公式，最后是設計零件的所有結構尺寸。另一方面，機械零件是物化的產品，其結構設計和制造工藝性設計也是關鍵方面。機械零件的創(chuàng)新設計方法有變結構的設計、組合設計以及采用新原理的設計等。

3.機械系統(tǒng)設計。機械產品越來越復雜，組成機械產品的零件個數(shù)越來越多。機械系統(tǒng)的傳統(tǒng)設計內容有動平衡、速度波動調節(jié)和分系統(tǒng)之間的匹配等。機械子系統(tǒng)的設計，包括動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)的設計。在計算技術發(fā)展后，針對系統(tǒng)層面出現(xiàn)了系統(tǒng)優(yōu)化設計、系統(tǒng)可靠性設計和系統(tǒng)摩擦學設計，并且在產品設計中得到應用和推廣。隨著生態(tài)設計、全壽命周期設計、維修設計和自動化設計的發(fā)展，基于系統(tǒng)分析和計算仿真的設計軟件包日益增多。經典的設計內容都可以由軟件包來完成，然而對于新材料的機械零部件設計及其系統(tǒng)設計，仍需要理論和實驗的應用基礎研究，以獲得設計準則和相應的設計方法。

機械設計面臨的挑戰(zhàn)

我國的機械工程高等教育是從20世紀初開始的，落后于歐洲的第一次產業(yè)革命200余年。因此，我國的機械工程科學與技術距世界先進水平有差距是有其歷史原因的。在改革開放后，國家的載人航天、高速鐵路和青藏鐵路等重大工程的建設推動了機械、電氣、信息和材料等學科技術的進步，同時也促進了不同學科的技術整合，以新的系統(tǒng)產品提供給消費者。然而，我國的工程教育歷史較短，仍有待借鑒國外先進的工程教育經驗和教育方法。目前，機械設計教學與產品設計面臨的挑戰(zhàn)有創(chuàng)新能力的培養(yǎng)、系統(tǒng)性的思維觀、新的科學原理帶來的挑戰(zhàn)等。

1.新材料帶來的挑戰(zhàn)。人類的發(fā)展史從某種意義上說也是人類利用和制造材料的歷史。隨著人們對石頭、銅及其合金、鐵及其合金、半導體材料的制造和使用，人類社會經歷了石器時代、青銅時代、鐵器時代和半導體時代。在上個世紀末，智能材料的發(fā)展非常迅速，例如壓電材料、磁致伸縮材料、光敏材料等，機敏材料正得到更多的應用。在量子力學基礎上出現(xiàn)的新智能材料，將為機械產品設計提供更廣闊的空間。作為機械產品設計工程師，要時刻關注智能材料的進展及其制備技術。納米材料作為一種介觀尺度的材料，已在納米添加劑方面得到工程應用。另一方面，材料的成本與市場供應也是產品設計階段需要考慮的內容。新材料的發(fā)展與研制，為機械產品設計提供了更多的設計選擇，也同時使得以前不可實現(xiàn)的產品功能得以實現(xiàn)。生物材料及其仿生技術是新材料的發(fā)展方向之一，設計師應關注這一方面的新進展、新技術和制造過程，在較短時間內將其應用于產品設計，為人們的安全、舒適的生活和健康提供新的產品。

2.信息科技帶來的挑戰(zhàn)。從信息論和控制論的誕生開始，人們就進入了信息社會。計算技術的軟件、硬件和系統(tǒng)技術，作為20世紀的標志性進展，以此為階梯，人們開始了信息社會的生產與生活。信息技術使得地球變成了地球村，各地信息及時傳遞與互享共用，改變著人們的生活方式、生產方式和思維習慣等。毫無疑問，我們已經生活在信息社會里，信息技術對機械系統(tǒng)中的控制單元設計進行了徹底的變革。產品的設計涉及功能、結構、外部界面、用戶界面和成本五個方面。產品的創(chuàng)新設計方法很多，例如前蘇聯(lián)學者G.S.Altshuller提出了創(chuàng)新問題解決方法。無人車間、無人制造工廠不再是人們的向往，而是已經成為現(xiàn)實。信息技術已經提供了虛擬戰(zhàn)場、3D虛擬電影、虛擬產品模型、虛擬產品裝配等一系列產品和相關的技術。機械制造的核心，機床已經是計算機控制的可編程設備，機械制造過程也已經是柔性的可變制造系統(tǒng)的生產線?？梢灶A見，信息技術不僅會為人們的生活提供手機和無線網絡等，也將提供虛擬的生活體驗，例如虛擬的蹦極、虛擬侏羅紀公園等。信息科技對機械設計和機械制造的變革不會比電氣化革命帶來的少，而且更加深刻、更加深遠。機械設計工程師要學習新的信息科學與信息技術，用其革新機械產品的設計、機械制造過程和管理過程。

3.智能科學帶來的挑戰(zhàn)。21世紀是生命科學與技術的時代，生命的基本特征就是智能與生長。智能科學的發(fā)展與信息科學密切相關，也可以說是以信息科技為基礎的。簡單智能產品，例如冰箱、空調等，已成為商用產品，而且新的更高智能程度產品也在日新月異的發(fā)展之中?；谛畔⒓夹g的智能交通系統(tǒng)、公園導游系統(tǒng)、空中管制系統(tǒng)等產品已具雛形，隨著信息處理的高度智能化發(fā)展，這些信息管理系統(tǒng)也需不斷地升級。1956年到1961年可以說是AI研究的形成時期，卡內基－梅隆大學、麻省理工學院和IBM公司開始了AI的早期研究。1961年到20世紀80年代是AI成長期，80年代是其快速發(fā)展期，80年代后人工智能技術步入實用化成熟期。取得了國際象棋、口語識別、機器視角和專家系統(tǒng)等研究成果。

4.生態(tài)環(huán)境帶來的挑戰(zhàn)。隨著生產的規(guī)模擴大，對自然資源的消耗日益嚴重，伴隨出現(xiàn)的環(huán)境污染也日益突出。在今天的生產發(fā)展階段，保護自然生態(tài)環(huán)境的壓力更加突出。為了保護人類的生活環(huán)境，必須從產品設計、產品制造到產品回收循環(huán)利用的全周期，考慮產品的環(huán)境綠色性。產品供應鏈的全球化、網絡化與節(jié)能設計，是新世紀機械產品設計需要考慮的新問題。機械產品的設計階段就很大程度上決定了產品的環(huán)境友好性。從材料選擇來說，應采用材料種類更少的設計方案；從計算參數(shù)設計來看，應提高功能參數(shù)與質量之比，更大程度地發(fā)揮材料的性能；從結構設計來說，應盡可能地循環(huán)利用報廢機器的零件，或者通過最低成本的再制造，然后循環(huán)利用零部件；在功能設計來說，應盡可能發(fā)揮產品的設計構思，提供更多、更便捷、更低成本的功能實現(xiàn)方案。如此等等，在整個產品設計階段貫徹生態(tài)設計的理念，為保護自然環(huán)境和最大效能利用資源做出努力。

小結

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就目前而言，從市場需求出發(fā)，大量仿生機械產品推出。通過設計師綜合分析歸納，同時經工程師工藝分析和反饋，仿生學應用在機械設計領域中越來越受到重視，要求各類學科的美學設計思想的綜合。機械仿生設計無疑正向著多元化發(fā)展，仿生設計作為人類向大自然學習的途徑，相應的研究投入也正逐年增加。產品設計反復從結構、外形與材料、功能等各方面進行優(yōu)化，逐步從傳統(tǒng)的基礎設計走向了新型的創(chuàng)新設計。通過結構仿生設計、材料仿生設計與運動控制仿生設計四個方面，機械設計行業(yè)已然建立起了全面的仿生體系，主要實現(xiàn)了以下幾個方面的仿生設計：

（1）機械仿生設計功能特性仿生

近年來機械仿生設計方面取得的成就也不在少數(shù)，產品設計在運用仿生學設計理念的前提下，在自然界的長期發(fā)展演變中，產品設計既提升了藝術品位又滿足了用戶需求，并隨著時代的發(fā)展而得到了不斷深入?，F(xiàn)今已有的設計實例中，通過將自然界生物體的形態(tài)、結構、材料和功能等各類要素融入產品設計的思路中，為我國生產機械化的推進提供了巨大的動力。工程師在利用現(xiàn)有工程技術的前提下，適應周圍環(huán)境的改變，運用發(fā)散性思維，使得機械設計不再拘泥于傳統(tǒng)的模型設計，結合仿生設計的理念和方式，更多擁有了其靈活性與實效性。通過發(fā)掘了解自然界各類動植物的結構與生存方式，在機械仿生設計中，實現(xiàn)產品更好的服務人類，為各方面的工作指引一個新的方向，具有獨特的創(chuàng)新性，并使之有效抓住技術創(chuàng)新的突破口。

（2）機械仿生設計運動特征仿生

機械仿生設計是指設計出創(chuàng)新性的機械產品與結構材料的過程，其中，生物運動特征的仿生也必不可少?；跈C械設計的基本理論和方法，做好運動體系的規(guī)劃。對于這些生物與生俱來的特點，將研究發(fā)現(xiàn)運用到產品設計中，充分理解掌握自然界生物體的結構形式與相應功能原理，通過將其板塊化、細節(jié)化，作為機械仿生設計的源泉，找出與實際生產工作的良好結合點，并對其結構和功能進行仿生設計而為人類使用。也使得相應的機械設計更貼合自然，形成了各種具有高度復雜的結構形式和功能形態(tài)，應用水平也隨之提高。作為機械仿生設計的關鍵部分，目前的運動特征仿生中，機械結構仿生設計對生物基本運動方式、運動系統(tǒng)的調節(jié)等都進行了全面的研究，通過綜合力學分析證明，能夠在提高結構的同時而減少材料的使用。而實際生活中的一些相關機械設備也為生產工作帶來了極大的便利。

（3）機械仿生設計組織結構仿生

伴隨著工程技術的不斷發(fā)展與人民對于現(xiàn)代生活方式的需求，機械仿生設計組織結構這方面的仿生已不再僅僅局限于服務工廠，而是結合生物科學而進行的深層應用，在人類的日常生活中已逐漸普及使用，也從微觀角度上實現(xiàn)了人與自然的協(xié)調發(fā)展。經過復合材料做成的通過氣動方式驅動的機構設計，在相關的機械仿生設計中，關鍵技術參數(shù)上，如應力、剛度要求，其在材料生產方面收效較為顯著，在彈性收縮比率等都與自然界生物體的肌肉相近，因此而推出的一系列仿生材料也良好地適應了高強度、高效率的性能需求，通過機械加工成特殊殼結構從而使其具有良好的運動特性，為生產發(fā)展帶來了極大的經濟效益。通過研究生物組織的結構、構成原理和材料的聯(lián)系，對生物內部組織機制一些必要性聯(lián)系的分析，并指導材料的設計、制造與加工，機械微組裝、分級結構設計等也都有了新的發(fā)展方向。

（4）機械仿生設計信息控制仿生

在產品機械設計領域，隨著信息化時代的到來，通過獲得所需要的啟示最終達到所需要的材料特性，人們對于信息的傳遞與控制要求也越來越高，從而滿足機械的性能需求。在這一方面，生物在不斷進化過程所擁有的一些結構、原理等能力同樣可以借鑒。機械人工智能控制是現(xiàn)代機械系統(tǒng)整體運行性能的基本保證。具體地，在機械仿生設計中，對天然生物材料的表面功能、形成原理進行研究分析，信息管理設備往往能通過生物的一些信息獲取方式、反饋系統(tǒng)以及自主控制能力等得到全新的發(fā)展空間，是現(xiàn)代仿生設計中的一個關鍵研究點，作為一種新型的設計方法，不僅生產質量得以有效保證，而且相對傳統(tǒng)的產品機械設計方法，實際效率也隨之大大提高。

二．基于仿生學視覺下的機械設計技術探究

過去的一段時間里，對于生活在粘濕環(huán)境中穿山甲、蜣螂等典型土壤動物進行防粘持性研究，規(guī)定形狀等規(guī)范化的對象。發(fā)現(xiàn)土壤動物經億萬年進化而形成的防粘特性突出地表現(xiàn)在體表上，進一步研究與總結產品機械仿生設計的系統(tǒng)理論，發(fā)現(xiàn)其體表的幾何非光滑形態(tài)是可以減粘降阻的重要原因之一，它是產品機械設計理念的一次跨越性的進步。同時發(fā)現(xiàn)上述土壤動物體表普遍具有一種鱗片形非光滑形式，是現(xiàn)代新型復合材料研究的藍本，其中穿山甲體表最為明顯。提高地面觸土機械部件質量、延長使用壽命、產品的發(fā)展與進步使得產品設計的道路越走越寬，針對各種形態(tài)的動植物的工農業(yè)機器人也廣受歡迎。它代替了現(xiàn)有的金屬材料與高分子材料，更有效地提高地面機械觸土部件的使用壽命。

三．總結

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【關鍵詞】 機械產品 現(xiàn)代設計 計算機

1 現(xiàn)代設計理念概述

所謂設計就是根據(jù)一定的設計目的和產品應用要求，借助一定媒體將軟性思維轉化為相關產品信息、產品模型的過程。因此，機械產品的設計必須具有目的性、結構性和嚴謹性，而現(xiàn)代設計是基于提高設計速度和設計水平為出發(fā)點，將智能化和自動化充分運用于產品設計與研發(fā)當中的一種設計方法。因此，機械產品現(xiàn)代設計理念的特點就是智能化和自動化。在上世紀80年代以前，我國在設計領域中的一些設計技術、設計方法、設計理念相比國際上相對落后，對于一些先進科學技術的應用知之甚少，而為了強調設計技術的變革，通常把我國過去常用的設計稱為傳統(tǒng)設計，而把國際上興起的新興設計技術稱為現(xiàn)代設計。經濟的快速發(fā)展必然要求生產效率的提高，而生產效率的提高必須要將新興科學技術充分運用于生產領域中，因此機械產品功能的多樣性、機械產品結構的復雜性、機械產品使用壽命的長期性必然會給機械設計提出時代課題。隨著科學技術的高速發(fā)展，在產品設計繪圖、加工制造等方面的研究已經取得了一定的成果，但計算機在產品初期設計中的應用卻少之又少，因此計算機在設計中的應用是機械產品現(xiàn)代設計方法的必然選擇。

2 機械產品現(xiàn)代設計方法類型

2.1 系統(tǒng)化設計方法

所謂系統(tǒng)就是整體與部分之間相互聯(lián)系、密不可分的一種構成方式。同時，每個組成部分又具有獨立性，每個組成部分發(fā)揮的作用也不盡相同，這些不同的作用對于整體而言又是必不可少的，正是由于不同元素之間的相互作用，才維持了整體作用的持續(xù)發(fā)揮。系統(tǒng)化設計方法正是對系統(tǒng)原理的充分體現(xiàn)，系統(tǒng)化設計方法理論源于德國學者Pahl和Beitz教授，我國多學著在設計實踐中充分借鑒西方國家設計理念，同時根據(jù)我國實際情況對系統(tǒng)化設計理論不斷進行深化，一是從產品開發(fā)過程的宏觀性為出發(fā)點，根據(jù)用戶需求，利用質量功能布置法，以產品開發(fā)階段技術要求為目標，系統(tǒng)地將客戶需求轉化為實際產品功能。二是借助生命系統(tǒng)理論將產品視作為層次分明的生命系統(tǒng)，在產品設計過程中進行層次上的劃分，以達到產品功能結構的系統(tǒng)性。設計就本質來說是產品要求和設計者自身思想的有效結合，因此不同設計者對待同一產品會有不同的角度和思路，總的來說，具有代表性的系統(tǒng)化設計方法主要包括設計元素法、圖形建模法、“構思”―“設計”法、矩陣設計法、鍵合圖法等等。

2.2 結構模塊化設計方法

結構模塊化設計方法是從規(guī)劃產品的角度出發(fā)而提出的，而這種方法的設計任務又是以產品結構為基礎，利用產品通用零部件來確定設計任務，同時在分解設計任務時就要充分考慮好不同零部件之間存在的作用沖突，解決好矛盾，同時還要及早預測生產能力和費用，由此來提高設計效率，從而降低產品研發(fā)成本。設計任務的功能化產品結構共分為四層：產品―功能組成―主要功能組件―功能元件。為了更好地評價專用機械設計和更有效地規(guī)避制造風險，在專用機械設計中采用功能化的產品結構將充分發(fā)揮優(yōu)勢作用。

2.3 基于產品特征知識的設計方法

利用計算機的語言識別功能來描述產品特征及相關專家的知識經驗是基于產品特征知識設計方法的主要特點，這種方法實際上是利用知識庫和推理機及已儲存領域知識來實現(xiàn)計算機輔助產品的方案設計。產品特征是機械系統(tǒng)方案設計的主要依據(jù)，而設計領域相關專家的知識和經驗又是對機械系統(tǒng)特征的規(guī)律性把握，基于產品特征知識的設計就是利用這兩個方面來進行推量和決策，從而來完成機構的型、數(shù)綜合。而知識的自動獲取、表達、集成、協(xié)調管理和使用，又是實現(xiàn)這一階段計算機輔助設計的必然前提。綜觀國內外設計學者針對機械系統(tǒng)方案設計知識的自動化獲取的研究，采用的方法主要包括：編碼法、知識的混合型表達法、利用基于知識的開發(fā)工具、設計目錄法、基于實例的方法這五種。

2.4 智能化設計方法

根據(jù)設計方法學理論，借助三維圖形軟件、智能化設計軟件和虛擬現(xiàn)實技術，以及多媒體工具來進行產品開發(fā)設計是智能化設計方法的主要特點。數(shù)學系統(tǒng)理論和系統(tǒng)工程理論是智能化設計方法的理論支柱，在利用這兩個理論時，充分利用產品設計技術和系統(tǒng)開發(fā)方法學研制出與產品設計初期相適應的多媒體開發(fā)系統(tǒng)軟件是智能化設計方法的基本原理。

3 結語

機械產品的系統(tǒng)化設計方法、結構模塊化設計方法、基于產品特征知識的設計方法、智能化設計方法是機械現(xiàn)代化設計的主要內容，而這四者之間又有著密切的聯(lián)系。在信息化的時代背景下，科學技術飛速發(fā)展帶來了機械產品功能與結構的深刻變革，但機械產品功能與結構的變革與機械設計的發(fā)展卻并不同步，機械產品方案的設計手段顯得力不從心，跟不上時展的需要。由于這四者之間密切的聯(lián)系，要想有效的實現(xiàn)機械化設計的現(xiàn)代化，還必須對這四種方法進行綜合運用。而計算機輔助功能在機械設計領域的運用也必然會帶來新技術、新方法、原理的大量涌現(xiàn)。因此，在機械現(xiàn)代化設計中必須將計算機功能充分運用其中，因為計算機的運用本身就是信息化、智能化的一個重要標志，計算機在機械設計中的應用也必然會在很大程度上提高設計水水平、加快設計速度。所以機械現(xiàn)代化設計是機械設計的必然發(fā)展趨勢。機械產品作為生產領域的重要生產工具，它的變革往往會帶來整個生產領域的變革，從而帶動經濟的發(fā)展，而機械設計已經從傳統(tǒng)走向了現(xiàn)代，這是思想變革和技術變革的有效結合，為了實現(xiàn)我國機械設計的現(xiàn)代化，必須完善創(chuàng)新機制，加大科研投資力度，培養(yǎng)機械設計人才隊伍，只有通過技術創(chuàng)新才能夠保證我國機械設計能夠步入世界先進行列。

參考文獻：

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【關鍵詞】 機械產品安全設計

【abstract】 this paper discusses the meaning of product safety， describes the security content of mechanical product design technology to analyze the basic factors affecting the safety of their products. by analyzing the underlying factors that affect product safety， establish the basic security design ideas， basic program and basic methods.

【key words】 mechanicaldesign product safety

1 引言

安全性是產品的一種共有的固有屬性。它指產品所具有的不導致人員傷亡、系統(tǒng)毀壞、重大財產損失或不危及人員健康和環(huán)境的能力。這里，這種能力是由設計所決定的，它與可靠性、維修性和保障性等密切相關，是各種產品必須滿足的首要設計要求，是通過設計所賦予的固有屬性，產品一旦被設計制造出來，其安全性也隨之固定。安全性所具有的品質是產品設計所賦予的。面向安全性的產品設計強調的是從物（產品）的因素考慮，用設計手段改善和完善產品在全生命周期內避免發(fā)生事故的能力。

因此，產品的形成過程也就是產品安全性的形成過程，影響產品質量的因素貫穿于產品設計、制造、使用的全過程，甚至是產品整個生命周期。經濟地取得滿意的產品安全涉及到產品的整個生命環(huán)的所有階段。只有了解了產品安全形成的過程，才能尋找相應的技術和手段來控制和提高產品安全性。產品的安全性是設計和制造進去的，并非檢驗出來的，因此，產品設計是決定產品最終安全性和成本的關鍵。

2 機械產品安全設計的內容

2.1 安全設計的基本要求

產品設計應滿足其安全要求，包括在生產、安裝、使用以及維護過程中，在預計的條件下使用不會對人員以及財產帶來風險。目的是消除產品整個壽命周期內（包括安裝和拆卸）的任何事故風險，及時這些風險時由于可預見的非正常情況產生的。產品設計必須滿足相關技術標準，符合相應的設計規(guī)范與程序，如設計要求、計算方法等等的規(guī)定，同時應滿足各類部件以及材料性能的約束。按照實現(xiàn)產品具備本質安全特性的要求進行設計，利用產品自身所具備的安全特性防止危險的產生，盡可能消除或減少風險。

2.2 危險識別

危險識別在機械安全設計中占有十分重要的地位，它的目的是描述危險的性質和識別它們各自危險所產生的后果。在對機械進行安全設計、制定有關安全標準和風險評價時，必須要對必須要對機器可能產生的危險進行識別。它是安全評價和安全設計的主要依據(jù)，危險識別的準確與否，直接影響到安全性能的好壞[1]。機器可能產生的危險主要分為2大類：

（1）機械危險；主要包括擠壓危險、剪切危險、切割危險、纏繞危險、吸人或卷入危險、沖擊或碰撞危險、刺傷或扎傷危險、摩擦和磨損危險、高壓流體噴射危險等。（2）非機械危險；主要包括電氣危險、熱危險、噪聲危險、振動危險、輻射危險、材料或物質產生的危險、未遵循人類工效學原則而產生的危險及綜合性危險等。

2.3 安全評價

風險評價是在危險分析的基礎上，根據(jù)現(xiàn)有工藝水平對機器在每種危險狀態(tài)下可能產生傷害的概率和嚴重度進行全面評估和判定。安全評價的目的是幫助設計者根據(jù)現(xiàn)有技術水平，以及由此引起的各種約束確定最優(yōu)的安全措施，使機器達到最高安全水平。風險評價通常包括以下3個方面的要素[2]：

（1）評估可能傷害的嚴重度。可通過傷害的范圍、傷害的限度、傷害的嚴重度等因素進行評估。（2）人們暴露于危險區(qū)的頻率。通過對進入危險區(qū)的性質、頻次、持續(xù)時間和人數(shù)等因素來進行評估。（3）預測危險出現(xiàn)的概率。主要對以下因素進行預測：機器及其它元器件的可靠性及有關統(tǒng)計數(shù)據(jù)，類似機器事故歷史資料。

3 機械產品安全設計

根據(jù)風險評估的結果進行安全設計，在選擇安全設計的最優(yōu)方法時，必須遵循以下原則：

3.1 結構安全設計

機械安全設計的第一步是對其進行結構設計，結構安全設計應考慮的主要因素如下：（1）使機器外觀達到本質安全的結構設計；（2）使機器有關運動參數(shù)達到安

的設計；（3）合理規(guī)定和計算零部件的強度和應力；（4）合理選用材料；（5）選用本質安全技術和動力源；（6）應用強制機械作用原則；（7）應用人機工程原則；（8）應用人類工效學原則；（9）提高機器及零件的可靠性；（10）使機器的調整、維修點位于危險區(qū)之外。

3.2 安全防護措施的選用與設計

對通過合理的結構設計仍不能避免或充分減小的危險或風險，應合理選用和設計安全裝置和（或）防護裝置進行防護。

3.3 提供充分的安全使用信息

對通過合理結構設計和采用安全防護措施都無法消除或充分減小的那些遺留風險，應通過提供安全使用信息的方式通知和警告用戶和使用者，使他們在使用機器時采取相應的補救安全措施。

參考文獻：