機械產(chǎn)品方案設(shè)計精選(九篇)
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第1篇：機械產(chǎn)品方案設(shè)計范文
關(guān)鍵詞：機械產(chǎn)品；方案設(shè)計方法；發(fā)展趨勢
引 言
科學技術(shù)的飛速發(fā)展，產(chǎn)品功能要求的日益增多，復雜性增加，壽命期縮短，更新?lián)Q代速度加快。然而，產(chǎn)品的設(shè)計，尤其是機械產(chǎn)品方案的設(shè)計手段，則顯得力不從心，跟不上時展的需要。目前，計算機輔助產(chǎn)品的設(shè)計繪圖、設(shè)計計算、加工制造、生產(chǎn)規(guī)劃已得到了比較廣泛和深入的研究，并初見成效，而產(chǎn)品開發(fā)初期方案的計算機輔助設(shè)計卻遠遠不能滿足設(shè)計的需要。為此，作者在閱讀了大量文獻的基礎(chǔ)上，概括總結(jié)了國內(nèi)外設(shè)計學者進行方案設(shè)計時采用的方法，并討論了各種方法之間的有機聯(lián)系和機械產(chǎn)品方案設(shè)計計算機實現(xiàn)的 發(fā)展趨勢。
根據(jù)目前國內(nèi)外設(shè)計學者進行機械產(chǎn)品方案設(shè)計所用方法的主要特征，可以將方案的現(xiàn)代設(shè)計方法概括為下述四大類型。
1、系統(tǒng)化設(shè)計方法
系統(tǒng)化設(shè)計方法的主要特點是：將設(shè)計看成由若干個設(shè)計要素組成的一個系統(tǒng)，每個設(shè)計要素具有獨立性，各個要素間存在著有機的聯(lián)系，并具有層次性，所有的設(shè)計要素結(jié)合后，即可實現(xiàn)設(shè)計系統(tǒng)所需完成的任務(wù)。
系統(tǒng)化設(shè)計思想于70年代由德國學者Pahl和Beitz教授提出，他們以系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，制訂了設(shè)計的一般模式，倡導設(shè)計工作應具備條理性。德國工程師協(xié)會在這一設(shè)計思想的基礎(chǔ)上，制訂出標準VDI2221“技術(shù)系統(tǒng)和產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計方法。
制定的機械產(chǎn)品方案設(shè)計進程模式，基本上沿用了德國標準VDI2221的設(shè)計方式。除此之外，我國許多設(shè)計學者在進行產(chǎn)品方案設(shè)計時還借鑒和引用了其他發(fā)達國家的系統(tǒng)化設(shè)計思想，其中具有代表性的是：
(1)將用戶需求作為產(chǎn)品功能特征構(gòu)思、結(jié)構(gòu)設(shè)計和零件設(shè)計、工藝規(guī)劃、作業(yè)控制等的基礎(chǔ)，從產(chǎn)品開發(fā)的宏觀過程出發(fā)，利用質(zhì)量功能布置方法，系統(tǒng)地將用戶需求信息合理而有效地轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品開發(fā)各階段的技術(shù)目標和作業(yè)控制規(guī)程的方法。
(2)將產(chǎn)品看作有機體層次上的生命系統(tǒng)，并借助于生命系統(tǒng)理論，把產(chǎn)品的設(shè)計過程劃分成功能需求層次、實現(xiàn)功能要求的概念層次和產(chǎn)品的具體設(shè)計層次。同時采用了生命系統(tǒng)圖符抽象地表達產(chǎn)品的功能要求，形成產(chǎn)品功能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
(3)將機械設(shè)計中系統(tǒng)科學的應用歸納為兩個基本問題：一是把要設(shè)計的產(chǎn)品作為一個系統(tǒng)處理，最佳地確定其組成部分(單元)及其相互關(guān)系；二是將產(chǎn)品設(shè)計過程看成一個系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計目標，正確、合理地確定設(shè)計中各個方面的工作和各個不同的設(shè)計階段 。
由于每個設(shè)計者研究問題的角度以及考慮問題的側(cè)重點不同，進行方案設(shè)計時采用的具體研究方法亦存在差異。下面介紹一些具有代表性的系統(tǒng)化設(shè)計方法。
1.1 設(shè)計元素法
用五個設(shè)計元素(功能、效應、效應載體、形狀元素和表面參數(shù))描述“產(chǎn)品解”，認為一個產(chǎn)品的五個設(shè)計元素值確定之后，產(chǎn)品的所有特征和特征值即已確定。我國亦有設(shè)計學者采用了類似方法描述產(chǎn)品的原理解。
1.2 圖形建模法
研制的“設(shè)計分析和引導系統(tǒng)”KALEIT，用層次清楚的圖形描述出產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)及其相關(guān)的抽象信息，實現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能關(guān)系的圖形化建模，以及功能層之間的聯(lián)接 。
將設(shè)計劃分成輔助方法和信息交換兩個方面，利用Nijssen信息分析方法可以采用圖形符號、具有內(nèi)容豐富的語義模型結(jié)構(gòu)、可以描述集成條件、可以劃分約束類型、可以實現(xiàn)關(guān)系間的任意結(jié)合等特點，將設(shè)計方法解與信息技術(shù)進行集成，實現(xiàn)了設(shè)計過程中不同抽象層間信息關(guān)系的圖形化建模。
文獻［11］將語義設(shè)計網(wǎng)作為設(shè)計工具，在其開發(fā)的活性語義設(shè)計網(wǎng)ASK中，采用結(jié)點和線條組成的網(wǎng)絡(luò)描述設(shè)計，結(jié)點表示元件化的單元(如設(shè)計任務(wù)、功能、構(gòu)件或加工設(shè)備等)，線條用以調(diào)整和定義結(jié)點間不同的語義關(guān)系，由此為設(shè)計過程中的所有活動和結(jié)果預先建立模型，使早期設(shè)計要求的定義到每一個結(jié)構(gòu)的具體描述均可由關(guān)系間的定義表達，實現(xiàn)了計算機輔助設(shè)計過程由抽象到具體的飛躍。
1.3 “構(gòu)思”—“設(shè)計”法
將產(chǎn)品的方案設(shè)計分成“構(gòu)思”和“設(shè)計”兩個階段?！皹?gòu)思”階段的任務(wù)是尋求、選擇和組合滿足設(shè)計任務(wù)要求的原理解?！霸O(shè)計”階段的工作則是具體實現(xiàn)構(gòu)思階段的原理解。
將方案的“構(gòu)思”具體描述為：根據(jù)合適的功能結(jié)構(gòu)，尋求滿足設(shè)計任務(wù)要求的原理解。即功能結(jié)構(gòu)中的分功能由“結(jié)構(gòu)元素”實現(xiàn)，并將“結(jié)構(gòu)元素”間的物理聯(lián)接定義為“功能載體”，“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”間的相互作用又形成了功能示意圖(機械運動簡圖)。方案的“設(shè)計”是根據(jù)功能示意圖，先定性地描述所有的“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”，再定量地描述所有“結(jié)構(gòu)元素”和聯(lián)接件(“功能載體”)的形狀及位置，得到結(jié)構(gòu)示意圖。Roper，H.利用圖論理論，借助于由他定義的“總設(shè)計單元(GE)”、“結(jié)構(gòu)元素(KE)”、“功能結(jié)構(gòu)元素(FKE)”、“聯(lián)接結(jié)構(gòu)元素(VKE)”、“結(jié)構(gòu)零件(KT)”、“結(jié)構(gòu)元素零件(KET)”等概念，以及描述結(jié)構(gòu)元素尺寸、位置和傳動參數(shù)間相互關(guān)系的若干種簡圖，把設(shè)計專家憑直覺設(shè)計的方法做了形式化的描述，形成了有效地應用現(xiàn)有知識的方法，并將其應用于“構(gòu)思”和“設(shè)計”階段。
從設(shè)計方法學的觀點出發(fā)，將明確了設(shè)計任務(wù)后的設(shè)計工作分為三步：1) 獲取功能和功能結(jié)構(gòu)(簡稱為“功能”)；2) 尋找效應(簡稱為“效應”)；3) 尋找結(jié)構(gòu)(簡稱為“構(gòu)形規(guī)則”)。并用下述四種策略描述機械產(chǎn)品構(gòu)思階段的工作流程：策略1：分別考慮“功能”、“效應”和“構(gòu)形規(guī)則”。因此，可以在各個工作步驟中分別創(chuàng)建變型方案，由此產(chǎn)生廣泛的原理解譜。策略2：“效應”與“構(gòu)形規(guī)則”(包括設(shè)計者創(chuàng)建的規(guī)則)關(guān)聯(lián)，單獨考慮功能(通常與設(shè)計任務(wù)相關(guān))。此時，辨別典型的構(gòu)形規(guī)則及其所屬效應需要有豐富的經(jīng)驗，產(chǎn)生的方案譜遠遠少于策略1的方案譜。策略3：“功能”、“效應”、“構(gòu)形規(guī)則”三者密切相關(guān)。適用于功能、效應和構(gòu)形規(guī)則間沒有選擇余地、具有特殊要求的領(lǐng)域，如超小型機械、特大型機械、價值高的功能零件，以及有特殊功能要求的零部件等等。策略4：針對設(shè)計要求進行結(jié)構(gòu)化求解。該策略從已有的零件出發(fā)，通過零件間不同的排序和連接，獲得預期功能 。
1.4 矩陣設(shè)計法
在方案設(shè)計過程中采用“要求—功能”邏輯樹(“與或”樹)描述要求、功能之間的相互關(guān)系，得到滿足要求的功能設(shè)計解集，形成不同的設(shè)計方案。再根據(jù)“要求—功能”邏輯樹建立“要求—功能”關(guān)聯(lián)矩陣，以描述滿足要求所需功能之間的復雜關(guān)系，表示出要求與功能間一一對應的關(guān)系。
Kotaetal將矩陣作為機械系統(tǒng)方案設(shè)計的基礎(chǔ)，把機械系統(tǒng)的設(shè)計空間分解為功能子空間，每個子空間只表示方案設(shè)計的一個模塊，在抽象階段的高層，每個設(shè)計模塊用運動轉(zhuǎn)換矩陣和一個可進行操作的約束矢量表示；在抽象階段的低層，每個設(shè)計模塊被表示為參數(shù)矩陣和一個運動方程。
1.5 鍵合圖法
將組成系統(tǒng)元件的功能分成產(chǎn)生能量、消耗能量、轉(zhuǎn)變能量形式、傳遞能量等各種類型，并借用鍵合圖表達元件的功能解，希望將基于功能的模型與鍵合圖結(jié)合，實現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)的自動生成和功能結(jié)構(gòu)與鍵合圖之間的自動轉(zhuǎn)換，尋求由鍵合圖產(chǎn)生多個設(shè)計方案的方 法。
2、結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計方法
從規(guī)劃產(chǎn)品的角度提出：定義設(shè)計任務(wù)時以功能化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，引用已有的產(chǎn)品解(如通用零件部件等)描述設(shè)計任務(wù)，即分解任務(wù)時就考慮每個分任務(wù)是否存在對應的產(chǎn)品解，這樣，能夠在產(chǎn)品規(guī)劃階段就消除設(shè)計任務(wù)中可能存在的矛盾，早期預測生產(chǎn)能力、費用，以及開發(fā)設(shè)計過程中計劃的可調(diào)整性，由此提高設(shè)計效率和設(shè)計的可靠性，同時也降低新產(chǎn)品的成本。Feldmann將描述設(shè)計任務(wù)的功能化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分為四層，(1)產(chǎn)品(2)功能組成(3)主要功能組件(4)功能元件。并采用面向應用的結(jié)構(gòu)化特征目錄，對功能元件進行更為具體的定性和定量描述。同時研制出適合于產(chǎn)品開發(fā)早期和設(shè)計初期使用的工具軟件STRAT。
認為專用機械中多數(shù)功能可以采用已有的產(chǎn)品解，而具有新型解的專用功能只是少數(shù)，因此，在專用機械設(shè)計中采用功能化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，對于評價專用機械的設(shè)計、制造風 險十分有利。
提倡在產(chǎn)品功能分析的基礎(chǔ)上，將產(chǎn)品分解成具有某種功能的一個或幾個模塊化的基本結(jié)構(gòu)，通過選擇和組合這些模塊化基本結(jié)構(gòu)組建成不同的產(chǎn)品。這些基本結(jié)構(gòu)可以是零件、部件，甚至是一個系統(tǒng)。理想的模塊化基本結(jié)構(gòu)應該具有標準化的接口(聯(lián)接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、層次化、靈便化、經(jīng)濟化，具有互換性、相容性和相關(guān)性。我國結(jié)合軟件構(gòu)件技術(shù)和CAD技術(shù)，將變形設(shè)計與組合設(shè)計相結(jié)合，根據(jù)分級模塊化原理，將加工中心機床由大到小分為產(chǎn)品級、部件級、組件級和元件級，并利用專家知識和CAD技術(shù)將它們組合成不同品種、不同規(guī)格的功能模塊，再由這些功能模塊組合成不同的加工中心總體方案。
以設(shè)計為目錄作為選擇變異機械結(jié)構(gòu)的工具，提出將設(shè)計的解元素進行完整的、結(jié)構(gòu)化的編排，形成解集設(shè)計目錄。并在解集設(shè)計目錄中列出評論每一個解的附加信息，非常有利于設(shè)計工程師選擇解元素。
根據(jù)機械零部件的聯(lián)接特征，將其歸納成四種類型：1)元件間直接定位，并具 有自調(diào)整性的部件；2) 結(jié)構(gòu)上具有共性的組合件；3)具有嵌套式結(jié)構(gòu)及嵌套式元件的聯(lián)接 ；4)具有模塊化結(jié)構(gòu)和模塊化元件的聯(lián)接。并采用準符號表示典型元件和元件間的連接規(guī)則，由此實現(xiàn)元件間聯(lián)接的算法化和概念的可視化。
在進行機械系統(tǒng)的方案設(shè)計中，用“功能建立”模塊對功能進行分解，并規(guī)定功能分解的最佳“?；背潭仁枪δ芘c機構(gòu)型式的一一對應?！敖Y(jié)構(gòu)建立”模塊則作為功能解的選擇對象以便于實現(xiàn)映射算法。
3、基于產(chǎn)品特征知識的設(shè)計方法
基于產(chǎn)品特征知識設(shè)計方法的主要特點是：用計算機能夠識別的語言描述產(chǎn)品的特征及其設(shè)計領(lǐng)域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗，建立相應的知識庫及推理機，再利用已存儲的領(lǐng)域知識和建立的推理機制實現(xiàn)計算機輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計。
機械系統(tǒng)的方案設(shè)計主要是依據(jù)產(chǎn)品所具有的特征，以及設(shè)計領(lǐng)域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗進行推量和決策，完成機構(gòu)的型、數(shù)綜合。欲實現(xiàn)這一階段的計算機輔助設(shè)計，必須研究知識的自動獲取、表達、集成、協(xié)調(diào)、管理和使用。為此，國內(nèi)外設(shè)計學者針對機械系統(tǒng)方案設(shè)計知識的自動化處理做了大量的研究工作，采用的方法可歸納為下述幾種。
3.1 編碼法
根據(jù)“運動轉(zhuǎn)換”功能(簡稱功能元)將機構(gòu)進行分類，并利用代碼描述功能元和機構(gòu)類別，由此建立起“機構(gòu)系統(tǒng)方案設(shè)計專家系統(tǒng)”知識庫。在此基礎(chǔ)上，將二元邏輯推理與模糊綜合評判原理相結(jié)合，建立了該“專家系統(tǒng)”的推理機制，并用于四工位專用機床的方案設(shè)計中。
利用生物進化理論，通過自然選擇和有性繁殖使生物體得以演化的原理，在機構(gòu)方案設(shè)計中，運用網(wǎng)絡(luò)圖論方法將機構(gòu)的結(jié)構(gòu)表達為拓撲圖，再通過編碼技術(shù)，把機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和性能轉(zhuǎn)化為個體染色體的二進制數(shù)串，并根據(jù)設(shè)計要求編制適應值，運用生物進化理論控制繁殖機制，通過選擇、交叉、突然變異等手段，淘汰適應值低的不適應個體，以極快的進化過程得到適應性最優(yōu)的個體，即最符合設(shè)計要求的機構(gòu)方案。
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3.2 知識的混合型表達法
針對復雜機械系統(tǒng)的方案設(shè)計，采用混合型的知識表達方式描述設(shè)計中的各類知識尤為適合，這一點已得到我國許多設(shè)計學者的共識。
在研制復雜產(chǎn)品方案設(shè)計智能決策支持系統(tǒng)DMDSS中，將規(guī)則、框架、過程和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等知識表示方法有機地結(jié)合在一起，以適應設(shè)計中不同類型知識的描述。將多種單一的知識表達方法(規(guī)則、框架和過程)，按面向?qū)ο蟮木幊淘瓌t，用框架的槽表示對象的屬性，用規(guī)則表示對象的動態(tài)特征，用過程表示知識的處理，組成一種混合型的知識表達型式，并成功地研制出“面向?qū)ο蟮臄?shù)控龍門銑床變速箱方案設(shè)計智能系統(tǒng)GBCDIS”和“變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計專家系統(tǒng)GBSDES”。
3.3 利用基于知識的開發(fā)工具
在聯(lián)軸器的CAD系統(tǒng)中，利用基于知識的開發(fā)工具NEXPERT-OBJECT，借助于面向?qū)ο蟮姆椒?，?chuàng)建了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法數(shù)據(jù)庫，為設(shè)計者進行聯(lián)軸器的方案設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了廣泛且可靠的設(shè)計方法譜。則利用NEXPERT描述直線導軌設(shè)計中需要基于知識進行設(shè)計的內(nèi)容，由此尋求出基于知識的解，并開發(fā)出直線導軌設(shè)計專家系統(tǒng)。
3.4 設(shè)計目錄法
構(gòu)造了“功能模塊”、“功能元解”和“機構(gòu)組”三級遞進式設(shè)計目錄，并將這三級遞進式設(shè)計目錄作為機械傳動原理方案智能設(shè)計系統(tǒng)的知識庫和開發(fā)設(shè)計的輔助工具。
3.5 基于實例的方法
在研制設(shè)計型專家系統(tǒng)的知識庫中，采用基本謂詞描述設(shè)計要求、設(shè)計條件和選取的方案，用框架結(jié)構(gòu)描述“工程實例”和各種“概念實體”，通過基于實例的推理技術(shù)產(chǎn)生候選解來配匹產(chǎn)品的設(shè)計要求。
4、智能化設(shè)計方法
智能化設(shè)計方法的主要特點是：根據(jù)設(shè)計方法學理論，借助于三維圖形軟件、智能化設(shè)計軟件和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，以及多媒體、超媒體工具進行產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計、表達產(chǎn)品的構(gòu)思、描述 產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。
在利用數(shù)學系統(tǒng)理論的同時，考慮了系統(tǒng)工程理論、產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)和系統(tǒng)開發(fā)方法學VDI2221，研制出適合于產(chǎn)品設(shè)計初期使用的多媒體開發(fā)系統(tǒng)軟件MUSE。
在進行自動取款機設(shè)計時，把產(chǎn)品的整個開發(fā)過程概括為“產(chǎn)品規(guī)劃”、“開發(fā)”和“生產(chǎn)規(guī)劃”三個階段，并且充分利用了現(xiàn)有的CAD尖端技術(shù)——虛擬現(xiàn)實技術(shù)。1) 產(chǎn)品規(guī)劃—構(gòu)思產(chǎn)品。其任務(wù)是確定產(chǎn)品的外部特性，如色彩、形狀、表面質(zhì)量、人機工程等等，并將最初的設(shè)想用CAD立體模型表示出，建立能夠體現(xiàn)整個產(chǎn)品外形的簡單模型，該模型可以在虛擬環(huán)境中建立，借助于數(shù)據(jù)帽和三維鼠標，用戶還可在一定程度上參與到這一環(huán)境中，并且能夠迅速地生成不同的造型和色彩。立體模型是檢測外部形狀效果的依據(jù)，也是幾何圖形顯示設(shè)計變量的依據(jù)，同時還是開發(fā)過程中各類分析的基礎(chǔ)。 2) 開發(fā)—設(shè)計產(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，解元素根據(jù)設(shè)計目標的不同有不同的含義：可以是基本元素，如螺栓、軸或輪轂聯(lián)接等；也可以是復合元素，如機、電、電子部件、控制技術(shù)或軟件組成的傳動系統(tǒng)；還可以是要求、特性、形狀等等。將實現(xiàn)功能的關(guān)鍵性解元素配置到立體模型上之后，即可對產(chǎn)品的配置(設(shè)計模型中解元素間的關(guān)系)進行分析，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，主要論述了裝配過程中CAD技術(shù)的應用，提出用計算機圖像顯示解元素在相應位置的裝配過程，即通過虛擬裝配模型揭示造形和裝配間的關(guān)系，由此發(fā)現(xiàn)難點和問題，并找出解決問題的方法，并認為將CAD技術(shù)綜合應用于產(chǎn)品開發(fā)的三個階段，可以使設(shè)計過程的綜合與分析在“產(chǎn)品規(guī)劃”、“開發(fā)”和“生產(chǎn)規(guī)劃”中連續(xù)地交替進行。因此，可以較早地發(fā)現(xiàn)各個階段中存在的問題，使產(chǎn)品在開發(fā)進程中不斷地細化和完善。
我國利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行設(shè)計還處于剛剛起步階段。利用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，重點研究了按時序合成的機構(gòu)組合方案設(shè)計專家系統(tǒng)，并借助于具有高性能圖形和交換處理能力的OpenGL技術(shù)，在三維環(huán)境中從各個角度對專家系統(tǒng)設(shè)計出的方案進行觀察，如運動中機構(gòu)間的銜接狀況是否產(chǎn)生沖突等等。
將構(gòu)造標準模塊、產(chǎn)品整體構(gòu)造及其制造工藝和使用說明的擬訂(見圖1)稱之為快速成型技術(shù)。建議在產(chǎn)品開發(fā)過程中將快速成型技術(shù)、多媒體技術(shù)以及虛擬表達與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(應用于各個階段求解過程需要的場合)結(jié)合應用。指出隨著計算機軟、硬件的不斷完善，應盡可能地將多媒體圖形處理技術(shù)應用于產(chǎn)品開發(fā)中，例如三維圖形(立體模型)代替裝配、拆卸和設(shè)計聯(lián)接件時所需的立體結(jié)構(gòu)想象力等等。
利用智能型CAD系統(tǒng)SIGRAPH-DESIGN作為開發(fā)平臺，將產(chǎn)品的開發(fā)過程分為概念設(shè)計、裝配設(shè)計和零件設(shè)計，并以變量設(shè)計技術(shù)為基礎(chǔ)，建立了膠印機凸輪連桿機構(gòu)的概念模型。從文獻介紹的研究工作看，其概念模型是在確定了機構(gòu)型、數(shù)綜合的基礎(chǔ)上，借助于軟件SIGRAPH-DESIGN提供的變量設(shè)計功能，使原理圖隨著機構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)變化而變化，并將概念模型的參數(shù)傳遞給下一級的裝配模型、零件設(shè)計。
5、各類設(shè)計方法評述及發(fā)展趨勢
綜上所述，系統(tǒng)化設(shè)計方法將設(shè)計任務(wù)由抽象到具體(由設(shè)計的任務(wù)要求到實現(xiàn)該任務(wù)的方案或結(jié)構(gòu))進行層次劃分，擬定出每一層欲實現(xiàn)的目標和方法，由淺入深、由抽象至具體地將各層有機地聯(lián)系在一起，使整個設(shè)計過程系統(tǒng)化，使設(shè)計有規(guī)律可循，有方法可依，易于設(shè)計過程的計算機輔助實現(xiàn)。
結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計方法視具有某種功能的實現(xiàn)為一個結(jié)構(gòu)模塊，通過結(jié)構(gòu)模塊的組合，實現(xiàn)產(chǎn)品的方案設(shè)計。對于特定種類的機械產(chǎn)品，由于其組成部分的功能較為明確且相對穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)模塊的劃分比較容易，因此，采用結(jié)構(gòu)模塊化方法進行方案設(shè)計較為合適。由于實體與功能之間并非是一一對應的關(guān)系，一個實體通?？梢詫崿F(xiàn)若干種功能，一個功能往往又可通過若干種實體予以實現(xiàn)。因此，若將結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計方法用于一般意義的產(chǎn)品方案設(shè)計，結(jié)構(gòu)模塊的劃分和選用都比較困難，而且要求設(shè)計人員具有相當豐富的設(shè)計經(jīng)驗和廣博的多學科 領(lǐng)域知識。
機械產(chǎn)品的方案設(shè)計通常無法采用純數(shù)學演算的方法進行，也難以用數(shù)學模型進行完整的描述，而需根據(jù)產(chǎn)品特征進行形式化的描述，借助于設(shè)計專家的知識和經(jīng)驗進行推理和決策。因此，欲實現(xiàn)計算機輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計，必須解決計算機存儲和運用產(chǎn)品設(shè)計知識和專家設(shè)計決策等有關(guān)方面的問題，由此形成基于產(chǎn)品特征知識的設(shè)計方法。
目前，智能化設(shè)計方法主要是利用三維圖形軟件和虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行設(shè)計，直觀性較好，開發(fā)初期用戶可以在一定程度上直接參與到設(shè)計中，但系統(tǒng)性較差，且零部件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸、位置的合理確定，要求軟件具有較高的智能化程度，或者有豐富經(jīng)驗的設(shè)計者參與。
值得一提的是：上述各種方法并不是完全孤立的，各類方法之間都存在一定程度上的聯(lián)系，如結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計方法中，劃分結(jié)構(gòu)模塊時就蘊含有系統(tǒng)化思想，建立產(chǎn)品特征及設(shè)計方法知識庫和推理機時，通常也需運用系統(tǒng)化和結(jié)構(gòu)模塊化方法，此外，基于產(chǎn)品特征知識的設(shè)計同時又是方案智能化設(shè)計的基礎(chǔ)之一。在機械產(chǎn)品方案設(shè)計中，視能夠?qū)崿F(xiàn)特定功能的通用零件、部件或常用機構(gòu)為結(jié)構(gòu)模塊，并將其應用到系統(tǒng)化設(shè)計有關(guān)層次的具體設(shè)計中，即將結(jié)構(gòu)模塊化方法融于系統(tǒng)化設(shè)計方法中，不僅可以保證設(shè)計的規(guī)范化，而且可以簡化設(shè)計過程，提高設(shè)計效率和質(zhì)量，降低設(shè)計成本。
第2篇：機械產(chǎn)品方案設(shè)計范文
引言
科學技術(shù)的飛速發(fā)展，使產(chǎn)品功能的要求日益增多、復雜性增加、壽命期縮短、更新?lián)Q代速度加快。然而產(chǎn)品的設(shè)計，尤其是機械產(chǎn)品方案的設(shè)計手段則顯得力不從心，跟不上時展的需求。在經(jīng)濟全球化的環(huán)境下，機械制造業(yè)的競爭實質(zhì)上是產(chǎn)品設(shè)計的競爭。如何快速地進行機械產(chǎn)品的開發(fā)是提高制造業(yè)市場競爭能力的一個關(guān)鍵問題，進行機械產(chǎn)品現(xiàn)代設(shè)計理論、方法和應用技術(shù)的研究是十分重要的一項基礎(chǔ)性工作。
目前計算機輔助產(chǎn)品的設(shè)計繪圖、計算、加工制造、生產(chǎn)規(guī)劃已得到廣泛深入地研究，并初見成效，而產(chǎn)品開發(fā)初期方案的計算機輔助設(shè)計卻遠遠不能滿足設(shè)計需要。為此本文概括總結(jié)了國內(nèi)外設(shè)計學者進行方案設(shè)計時采取的方法，并討論了各種方法間的有機聯(lián)系和機械產(chǎn)品方案設(shè)計計算機實現(xiàn)的發(fā)展趨勢。
機械產(chǎn)品方案設(shè)計方法概括為以下四大類型：
1.系統(tǒng)化設(shè)計方法
系統(tǒng)化設(shè)計方法的主要特點是：將設(shè)計看成有若干設(shè)計要素組成的一個系統(tǒng)，每個設(shè)計要素具有獨立性，各個要素間存在著有機聯(lián)系，并具有層次性，所有要素結(jié)合后，即可實現(xiàn)設(shè)計系統(tǒng)所需完成的任務(wù)。下面介紹一些具有代表性的系統(tǒng)化設(shè)計方法。
1.1.設(shè)計元素法
用五個設(shè)計元素（功能、效應、效應載體、形狀元素和表面參數(shù)）描述“產(chǎn)品解”，認為一個產(chǎn)品的五個設(shè)計元素值確定之后，產(chǎn)品的所有特征和特征值即已確定。
1.2.圖形建模法
研制出設(shè)計分析和引導系統(tǒng)，用層次清楚的圖形描述出產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)及其相關(guān)的抽象信息，實現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能關(guān)系的圖形化建模，以及功能層之間的鏈接。
1.3.“構(gòu)思”一“設(shè)計”法
將產(chǎn)品的方案設(shè)計分為“構(gòu)思”和“設(shè)計”兩個階段。“構(gòu)思”階段的任務(wù)是尋求、選擇和組合滿足設(shè)計任務(wù)要求的原理解?！霸O(shè)計”階段的工作則是具體實現(xiàn)構(gòu)思階段的原理解。
1.4.矩陣設(shè)計法
在方案設(shè)計過程中采用“要求一功能”邏輯樹描述要求與功能之間的相互關(guān)系，得到滿足要求的功能設(shè)計解集，形成不同的設(shè)計方案。再根據(jù)“要求一功能”邏輯樹建立“要求一功能”關(guān)聯(lián)矩陣，以描述滿足要求所需功能之間的復雜關(guān)系，表示出要求與功能間一一對應的關(guān)系。
1.5.鍵合圖法
將組成系統(tǒng)元件的功能分成產(chǎn)生能量、消耗能量、轉(zhuǎn)變能量形式、傳遞能量等各種類型，并借用鍵合圖表達元件的功能解，希望將基于功能的模型與鍵合圖結(jié)合，實現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)的自動生成和功能結(jié)構(gòu)與鍵合圖之間的自動轉(zhuǎn)換，尋求由鍵合圖產(chǎn)生多個設(shè)計方案的方法。
2.結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計方法
從規(guī)劃產(chǎn)品的角度提出：定義設(shè)計任務(wù)時以功能化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，引用已有的產(chǎn)品解（如通用零部件等）描述設(shè)計任務(wù)，即分解任務(wù)時就考慮每個分任務(wù)是否存在對應的產(chǎn)品解。這樣能夠在產(chǎn)品規(guī)劃階段就消除設(shè)計任務(wù)中可能存在的矛盾，早期預測生產(chǎn)能力、費用，以及開發(fā)設(shè)計過程中計劃的可調(diào)整。由此提高設(shè)計效率和設(shè)計的可靠性，同時降低新產(chǎn)品的成本。
3.基于產(chǎn)品特征知識的設(shè)計方法
基于產(chǎn)品特征知識設(shè)計方法的主要特點是：用計算機能夠識別的語言描述產(chǎn)品的特征及其設(shè)計領(lǐng)域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗，建立相應的知識庫及推理機，再利用已儲存的領(lǐng)域知識和建立的推理機制，實現(xiàn)計算機輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計。
機械系統(tǒng)的方案設(shè)計主要是依據(jù)產(chǎn)品所具有的特征，以及設(shè)計領(lǐng)域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗進行推量和決策，完成機構(gòu)的型、數(shù)綜合。想要實現(xiàn)這一階段的計算機輔助設(shè)計，必須研究知識的自動獲取、表達、集成、協(xié)調(diào)、管理和使用。
4.智能化設(shè)計方法
智能化設(shè)計方法的主要特點是：根據(jù)設(shè)計方法學理論，借助于三維圖形軟件、智能化設(shè)計軟件和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，以及多媒體、超媒體工具進行產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計、表達產(chǎn)品的構(gòu)思、描述產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。
在進行機電產(chǎn)品設(shè)計時，把產(chǎn)品的整個開發(fā)過程概括為“產(chǎn)品規(guī)劃”、“開發(fā)”和“生產(chǎn)規(guī)劃”三個階段。
4.1.產(chǎn)品規(guī)劃一構(gòu)思產(chǎn)品。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)整個產(chǎn)品外形的簡單模型。立體模型是檢驗外部形狀效果的依據(jù)，也是幾何圖形顯示設(shè)計變量的依據(jù)，同時還是開發(fā)過程中各類分析的基礎(chǔ)。
4.2.開發(fā)一設(shè)計產(chǎn)品。該階段主要依據(jù)“系統(tǒng)合成”原理，在立體模型上配置和集成解元素。將實現(xiàn)功能的關(guān)鍵性解元素配置到立體模型之后，即可對產(chǎn)品的配置進行分析。
4.3.產(chǎn)品規(guī)劃一加工和裝配產(chǎn)品。該階段主要是裝配過程中CAD技術(shù)的應用，提出用計算機圖形顯示解元素在相應位置的裝配過程，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)難點和問題，并找出解決問題的方法
5.總結(jié)
值得一提的是，上述各種設(shè)計方法并不是完全孤立的，各種方法之間都存在一定程度上的聯(lián)系。如結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計方法中，劃分結(jié)構(gòu)模塊時就蘊含有系統(tǒng)化思想；建立產(chǎn)品特征及設(shè)計方法知識庫和推理機時，通常也需運用系統(tǒng)化和結(jié)構(gòu)模塊化方法；此外，基于產(chǎn)品特征知識的設(shè)計同時又是方案智能化設(shè)計的基礎(chǔ)之
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，使得異地協(xié)同設(shè)計與制造，以及從用戶對產(chǎn)品的功能需求一設(shè)計一加工一裝配一成品這一并行工程的實現(xiàn)成為可能。但是，達到這些目標的重要前提條件之一，就是實現(xiàn)產(chǎn)品方案設(shè)計效果的三維可視化。為此，不僅三維圖形軟件、智能化設(shè)計軟件愈來愈多地應用于產(chǎn)品的方案設(shè)計中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)以及多媒體、超媒體工具也在產(chǎn)品的方案設(shè)計中初露鋒芒。
機械產(chǎn)品的方案設(shè)計正朝著計算機輔助實現(xiàn)、智能化設(shè)計和滿足異地協(xié)同設(shè)計制造的需求方向邁進。綜合運用文中的四種類型設(shè)計方法是達到這一目標的有效途徑。國外在這方面的研究已初見成效，我國的設(shè)計學者應該意識到與國際交流合作的重要性，并采取積極的措施。
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第3篇：機械產(chǎn)品方案設(shè)計范文
一般而言，在對機械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時，其主要就是對產(chǎn)品的總體結(jié)構(gòu)、各部分的配置以及產(chǎn)品的外形進行設(shè)計。一般由于客戶對機械產(chǎn)品的功能會有不同的要求，因此對機械結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計也不盡相同。對機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時，其根本要求就是要能設(shè)計出不同結(jié)構(gòu)形態(tài)的產(chǎn)品，從而設(shè)計出新型的機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形狀[2]。社會經(jīng)濟的發(fā)展，使得人們對機械產(chǎn)品功能以及結(jié)構(gòu)需求有了更高的要求，對機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求也隨之提高，因此設(shè)計人員必須要滿足客戶的使用功能以及安裝，要能充分利用有限的空間，盡量將機械產(chǎn)品的功能進行集中設(shè)計。如傳統(tǒng)的辦公室，其環(huán)境無法有效改善的原因就是不同類型的復印機、掃描設(shè)備以及打印機等，無法對文檔設(shè)備進行一體化處理。為了滿足人們的需求，辦公廠家開始改進和設(shè)計辦公機械設(shè)備，采用綜合和離散的創(chuàng)新思維模式，在有效保證產(chǎn)品的基本形狀和構(gòu)造的前提下，設(shè)計并制造出多功能一體機，將復印、掃描以及打印等文檔處理功能集中于一體，使辦公環(huán)境得到有效改善。
2機械產(chǎn)品運動方案創(chuàng)新設(shè)計
對機械產(chǎn)品運動方案進行設(shè)計時，設(shè)計人員必須要以客戶對產(chǎn)品功能的需求為依據(jù)，從機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的原理出發(fā)，構(gòu)思和設(shè)計機械產(chǎn)品功能原理。運動方案的設(shè)計是一個系統(tǒng)運動方案的設(shè)計，主要包括原動機、執(zhí)行部件以及傳動機構(gòu)等設(shè)計，從而來有效滿足機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)功能的運動性能，其能有效解決機械產(chǎn)品在實際過程中存在的問題[3]。一般來說，機械產(chǎn)品運動方案設(shè)計的好壞對產(chǎn)品的使用性能、工藝、成本以及結(jié)構(gòu)等方面的能力有著直接的影響，運動方案的設(shè)計是對產(chǎn)品的社會效益、環(huán)境、經(jīng)濟性、性能以及整體質(zhì)量的確定，機械產(chǎn)品設(shè)計過程使用過程以及后續(xù)產(chǎn)品制造的基礎(chǔ)就是運動方案的設(shè)計。就機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來說，可以采用不同的運動方案來實現(xiàn)機械產(chǎn)品的具體功能，當然不同的功能需要不同的機構(gòu)來實現(xiàn)，因此機械產(chǎn)品運動方案的設(shè)計是整個設(shè)計工作的關(guān)鍵，設(shè)計人員必須要從產(chǎn)品功能的實際需求進行具體分析，充分利用創(chuàng)新思維，從而來優(yōu)化設(shè)計產(chǎn)品的活動架構(gòu)，使產(chǎn)品運動方案更具可行性。如對汽車前驅(qū)和后驅(qū)的運動方案進行設(shè)計，一般傳統(tǒng)的后驅(qū)運動方案由于存在動力效率較低、牽引力不足、車內(nèi)空間小、安裝復雜、驅(qū)動部件多以及較高的生產(chǎn)制造成本等問題，已經(jīng)無法適應時展的需求。汽車生產(chǎn)廠商為了滿足人們對汽車機動性以及舒適性的要求，不斷對汽車的運動方案進行創(chuàng)新設(shè)計，采用逆反和移植的創(chuàng)新思維方式，前置發(fā)動機，促使汽車前輪的傳動機構(gòu)與發(fā)動機的輸出軸直接相連，從而驅(qū)動汽車前輪的運動。這樣的驅(qū)動方式雖在一定程度上增加了前輪的負載，使得輪胎的磨損量加大，但是能明顯簡化汽車的驅(qū)動機構(gòu)，減少零部件數(shù)量，有效降低汽車的造價，且能有效下降汽車整車的重量，有效改善汽車的加速性能，縮短剎車的距離，降低油耗；另外將發(fā)動起前置，能使車內(nèi)的空間得到大量釋放，提高汽車的舒適性。
3機械產(chǎn)品動力能源創(chuàng)新設(shè)計
隨著能源應用技術(shù)、材料加工技術(shù)以及制造技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，設(shè)計人員在選擇機械產(chǎn)品動力能源的過程中，一般選擇不同的能源，包括太陽能、電能、天然氣以及石油等能源。在設(shè)計的過程中，設(shè)計人員可以將自身的創(chuàng)造性思維進行充分有效的發(fā)揮，改進或者重新設(shè)計機械產(chǎn)品的各個系統(tǒng)，在機械產(chǎn)品的動力能源中應用更多更好的清潔能源[4]。如以汽車為例，現(xiàn)今公共交通工具中應用較為廣泛的就是電動汽車，電動汽車主要使用的就是電能，其相較于傳統(tǒng)的燃油汽車，電動汽車不會排放有害氣體造成大氣污染，在單位電能生產(chǎn)過程中，電動汽車所排放的污染物與傳統(tǒng)燃油汽車相比較，電動汽車造成的污染也能得到明顯控制。電動汽車的有效使用，能降低大氣污染的程度，且其能充分利用晚間用電低谷時出現(xiàn)的富余電力，有效提高發(fā)電設(shè)備使用效率，降低能耗，達到節(jié)能減排的目的，提高其經(jīng)濟效益。電動汽車的應用是創(chuàng)新思維在機械產(chǎn)品動力能源設(shè)計中的具體體現(xiàn)。
4結(jié)束語
第4篇：機械產(chǎn)品方案設(shè)計范文
在產(chǎn)品同質(zhì)化現(xiàn)象嚴重、市場競爭日趨激烈的今天，產(chǎn)品的競爭力已不再由技術(shù)性因素唯一確定，品牌、外形及設(shè)計風格等工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域考慮的因素已成為影響購買行為的重要因素[1]。在一般機電產(chǎn)品的設(shè)計中，消費者對產(chǎn)品在美學上的主觀感受往往是影響用戶滿意度的關(guān)鍵因素，蘋果的iMac電腦就預示著一場“計算機的美學革命”[2]。工業(yè)設(shè)計的思想與方法已成為小型機電產(chǎn)品提高附加價值與競爭力的主要手段，在這些產(chǎn)品的設(shè)計中扮演著舉足輕重的作用。隨著技術(shù)的發(fā)展與進步，近年來在大型軌道交通工具的設(shè)計與制造中，工業(yè)設(shè)計也逐漸進入技術(shù)人員的視野，并越來越體現(xiàn)出其意義與價值。在高速列車的設(shè)計制造領(lǐng)域，國內(nèi)幾家主要企業(yè)都先后成立了專門的工業(yè)設(shè)計部門，著力培養(yǎng)工業(yè)設(shè)計團隊，科研院校也已展開針對列車內(nèi)室的情感化設(shè)計等軟性技術(shù)的研究[3]。然而，在大型鐵路養(yǎng)護機械軌道車的設(shè)計中，基于技術(shù)的工程設(shè)計仍然是其重心所在，基本沒有出于工業(yè)設(shè)計的考慮，在此背景下本文以國內(nèi)某軌道車制造企業(yè)為研究對象，探討工業(yè)設(shè)計的思想與方法在大型工程機械制造企業(yè)的應用問題。
1某軌道車制造企業(yè)的設(shè)計現(xiàn)狀分析
JY重型工程機械有限公司是國有鐵路控股公司，目前已成為軌道車輛、電氣化鐵路施工維修檢測車輛、大中型養(yǎng)路機械及輕軌地鐵維修車輛四大產(chǎn)品系列的專業(yè)生產(chǎn)廠家，是我國在軌道車制造行業(yè)的龍頭企業(yè)。JY公司沿用了我國制造業(yè)傳統(tǒng)的“串行設(shè)計”[4]工作模式，其軌道車設(shè)計流程如圖1所示。設(shè)計工作從產(chǎn)品規(guī)劃開始，在決定了產(chǎn)品功能與技術(shù)要求之后就進行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計，然后進行加工工藝設(shè)計、模具設(shè)計與制造工作，與此同時進行車輛電氣系統(tǒng)的設(shè)計，檢測合格之后就進行產(chǎn)品試制，如果滿足要求就進入量產(chǎn)環(huán)節(jié)。上述產(chǎn)品設(shè)計流程是基于JY公司的一系列職能部門的，分別是工程機械研究所、技術(shù)應用部、信息技術(shù)部及試驗檢測中心等，這些部門中集中了鐵道車輛、鐵道電氣化、工程機械、流體力學、自動控制、技術(shù)經(jīng)濟等專業(yè)的技術(shù)人員，把開發(fā)智能化、高科技含量的新產(chǎn)品作為公司的宗旨。從JY公司的設(shè)計模式可以發(fā)現(xiàn)，其工作重心是技術(shù)創(chuàng)新、結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝規(guī)劃及電氣設(shè)計，而這些都是技術(shù)導向的工作，從設(shè)計思想上進行考察，即是典型的“機器中心論”[5]設(shè)計思想。這種設(shè)計思想與工業(yè)設(shè)計“以人為本”的設(shè)計思想完全相反，在設(shè)計中以機器系統(tǒng)的有效性和運行效率為標準，設(shè)計往往變成機械設(shè)備的簡單堆砌，沒有整體的考慮與規(guī)劃，需要什么功能就增添什么設(shè)備，經(jīng)常導致設(shè)計的反復。另外，由于各職能部門相互之間的獨立性，很容易造成“信息孤島”而使信息流通不暢，使產(chǎn)品開發(fā)周期延長、開發(fā)成本居高不下。近年來，JY公司注意到顧客需求多樣化的傾向，采用了CAD輔助設(shè)計手段，初步建立了公司的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（PDM），以此提高產(chǎn)品開發(fā)的效率。然而，這些措施仍然是基于技術(shù)的考慮，設(shè)計思想沒有發(fā)生根本的轉(zhuǎn)變，導致產(chǎn)品在很多細節(jié)方面都顯得粗糙與缺乏設(shè)計，使產(chǎn)品的綜合競爭力大打折扣，這就凸顯出工業(yè)設(shè)計的重要性。
2工業(yè)設(shè)計思想的引入與實現(xiàn)
簡單的說工業(yè)設(shè)計的思想就是“以人為本”，把用戶需求作為產(chǎn)品開發(fā)的原動力，通過設(shè)計解決用戶碰到的問題，使產(chǎn)品更有用、更好用和更高效率。人和機器有著本質(zhì)的區(qū)別，人有著生理與心理的種種限制，人的注意資源有限，人有情緒的干擾，人不可能像機器一樣長時間檢測多個信息源而不出差錯，反復的機械勞動往往造成人注意力的減退。以人為本的設(shè)計思想正是基于此的考慮，在設(shè)計中要求根據(jù)人的生理限制合理地設(shè)計機械系統(tǒng)的尺寸，同時要考慮人的認知與行為特性進行控制器、顯示器的布局與分組設(shè)計，另外車輛的色彩與室內(nèi)的照明設(shè)計也要考慮人的心理感受。工業(yè)設(shè)計的引入，可以在很大程度上改變JY公司的設(shè)計現(xiàn)狀，工業(yè)設(shè)計的思想在軌道車的造型設(shè)計、涂裝設(shè)計、作業(yè)空間設(shè)計、操作界面設(shè)計、內(nèi)室環(huán)境設(shè)計等方面（見圖2）得以實施，并從整體上提高JY公司產(chǎn)品設(shè)計的品質(zhì)。通過工業(yè)設(shè)計可以改變軌道車造型設(shè)計一成不變的局面。在高速列車及地鐵、輕軌的設(shè)計領(lǐng)域，富有時代象征意義及體現(xiàn)本地傳統(tǒng)文化特色的車輛造型層出不窮，給人們帶來了很多驚奇，而鐵路養(yǎng)護軌道車的造型則沒有什么大的變化，在這方面工業(yè)設(shè)計將有更大的發(fā)揮空間；車輛涂裝是軌道車外形設(shè)計的重要部分，多年來我國軌道車的涂裝設(shè)計一直保持著大型機械常見的黃色，車輛色彩不僅具有警示作用，而且對人具有很強的心理暗示，在涂裝設(shè)計中應綜合考慮色彩的工效學與心理作用兩方面的影響，好的涂裝設(shè)計可以提升車輛的整體設(shè)計水準；同時，軌道車是鐵路養(yǎng)護工人工作的場所，其操作界面設(shè)計有著特殊的重要地位，而目前的設(shè)計對于控制器和顯示器的功能布局、編碼形式、交互方式、顯示方式、信息分組等問題幾乎沒有考慮，這不但降低了操作界面的工效學效果，而且不利于操作人員的職業(yè)健康，如目前JY公司生產(chǎn)的軌道車扶梯一般都設(shè)計成垂直的，不但不便于使用，而且有一定的安全隱患，而這正是工業(yè)設(shè)計要解決的問題；另外，內(nèi)室環(huán)境與作業(yè)空間的設(shè)計都屬于軌道車的內(nèi)環(huán)境設(shè)計問題，利用工業(yè)設(shè)計的方法可以從人體測量數(shù)據(jù)、人的認知與行為特性入手進行分析，保證設(shè)計不但符合功能的要求，而且滿足人的心理與情感需求。
3基于工業(yè)設(shè)計的軌道車設(shè)計程序與方法
工業(yè)設(shè)計的大部分工作在產(chǎn)品設(shè)計的前期進行，即產(chǎn)品規(guī)劃階段，從用戶需求研究開始到貫穿產(chǎn)品開發(fā)的全過程，基于工業(yè)設(shè)計的軌道車設(shè)計程序如圖3所示。整個軌道車的設(shè)計程序可以分為四個階段，分別是用戶需求研究、方案設(shè)計、詳細設(shè)計及檢測和試制。用戶需求研究和方案設(shè)計階段是軌道車工業(yè)設(shè)計的重點。用戶需求的研究整體上可分為兩種方式，一種是從無到有的研究，就是順向工程。在研究中，可采用現(xiàn)場觀察用戶操作、設(shè)計調(diào)查及實驗研究的方法，找到用戶需求的關(guān)鍵點；另一種是從有到無的研究，就是逆向工程，對已有的設(shè)計進行模型重建工作，然后在人機關(guān)系計算機仿真分析系統(tǒng)（如Jack軟件）中進行模擬分析，從中找到現(xiàn)有設(shè)計不符合人機工程學要求的所在。其中，設(shè)計調(diào)查主要采用問卷調(diào)查的方式，目的是調(diào)查用戶潛在的價值觀念、思維方式、行為方式、情感訴求等內(nèi)容；實驗研究主要是對用戶視覺特性的研究，因為人類的視覺可以反映其大部分思維活動，因此用對用戶視覺特性的研究來反映其思維與認知特性，常用的實驗器材是眼動儀及行為分析工具。通過對用戶操作的觀察、設(shè)計調(diào)查及實驗研究，可以建立用戶模型，并提出符合用戶需求的設(shè)計建議。在用戶研究與人機關(guān)系仿真分析的基礎(chǔ)上，可以明確定義設(shè)計定位，用于指導后續(xù)的方案設(shè)計工作。方案設(shè)計階段主要完成軌道車造型、涂裝、人機界面、內(nèi)室環(huán)境及作業(yè)空間的創(chuàng)新設(shè)計工作，采用工業(yè)設(shè)計的方法進行方案構(gòu)思，并從眾多方案中擇優(yōu)進行詳細設(shè)計。詳細設(shè)計的工作與JY公司目前的設(shè)計模式的差別主要是，方案設(shè)計與詳細設(shè)計是并行設(shè)計的關(guān)系，詳細設(shè)計的各個階段，如結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝設(shè)計及模具設(shè)計也是并行設(shè)計的關(guān)系，改變了以往一個部門設(shè)計完成之后轉(zhuǎn)給另一個部門的工作方式，圖3中用雙向箭頭進行表示。
4面向工業(yè)設(shè)計的工程機械制造企業(yè)流程再造
為了實現(xiàn)方案設(shè)計與詳細設(shè)計階段的并行工作，在原有職能部門的基礎(chǔ)上需要對JY公司進行流程再造，設(shè)置專門的設(shè)計部門，其與其他職能部門級別一樣，隸屬于公司董事會，在具體的產(chǎn)品開發(fā)項目中以設(shè)計部門組織的設(shè)計專案組形式進行運作。設(shè)計專案組的成員可以流動，隨著設(shè)計進程的發(fā)展，可以靈活安排各專業(yè)的人員進入專案組，也可以針對具體的設(shè)計內(nèi)容去掉某些專業(yè)的人員，如圖4所示。在用戶研究階段，可以將市場營銷人員納入設(shè)計專案組，協(xié)同工業(yè)設(shè)計人員、用戶研究人員及人機工程專家共同研究用戶需求；在方案設(shè)計階段，去掉營銷人員，將機械設(shè)計與工程設(shè)計人員納入專案組，這樣可以在產(chǎn)品方案設(shè)計時就綜合考慮技術(shù)的可實施性，減少設(shè)計的反復，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期；在詳細設(shè)計階段，去掉專門的用戶研究人員，而納入工藝設(shè)計人員，使結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝設(shè)計與電氣系統(tǒng)的設(shè)計并行進行，符合并行設(shè)計的要求；在檢測與試制階段，可以去掉人機工程專家，加入模具設(shè)計與檢測人員。產(chǎn)品開發(fā)項目完成之后，設(shè)計專案組可以臨時解散，技術(shù)人員回到原來的職能部門，待下一個設(shè)計項目開展時重新組建。需要注意的是，在整個軌道車的開發(fā)過程中，工業(yè)設(shè)計人員始終參與設(shè)計專案組，確保工業(yè)設(shè)計的思想在產(chǎn)品開發(fā)的每個環(huán)節(jié)都得以貫徹落實，把設(shè)計作為一種企業(yè)資源來利用，用工業(yè)設(shè)計的手段創(chuàng)造產(chǎn)品的附加價值，進而提升產(chǎn)品的競爭力。這種形式有利于開發(fā)系列化的產(chǎn)品，用工業(yè)設(shè)計保留優(yōu)秀的產(chǎn)品基因，最終形成JY公司的品牌形象。
第5篇：機械產(chǎn)品方案設(shè)計范文
機械產(chǎn)品的方案設(shè)計通常無法采用純數(shù)學演算的方法進行,也難以用數(shù)學模型進行完整的描述,而需根據(jù)產(chǎn)品特征進行形式化的描述,借助于設(shè)計專家的知識和經(jīng)驗進行推理和決策。因此,欲實現(xiàn)計算機輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計,必須解決計算機存儲和運用產(chǎn)品設(shè)計知識和專家設(shè)計決策等有關(guān)方面的問題,由此形成基于產(chǎn)品特征知識的設(shè)計方法。
目前,智能化設(shè)計方法主要是利用三維圖形軟件和虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行設(shè)計,直觀性較好,開發(fā)初期用戶可以在一定程度上直接參與到設(shè)計中,但系統(tǒng)性較差,且零部件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸、位置的合理確定,要求軟件具有較高的智能化程度,或者有豐富經(jīng)驗的設(shè)計者參與。
附錄B 外文文獻
THE PROGRAMMES OF MODERN MECHANICAL DESIGN
第6篇：機械產(chǎn)品方案設(shè)計范文
（廣西科技大學 機械工程學院，廣西 柳州 545006）
摘 要：通過一例大學生機械創(chuàng)新設(shè)計活動案例和指導教學方案，分析了機械創(chuàng)新設(shè)計活動中存在的問題，提出了相應的指導策略；指出指導教師應圍繞能力培養(yǎng)這個根本目標，按照教學規(guī)范來實施學生的機械創(chuàng)新設(shè)計指導工作。
關(guān)鍵詞 ：機械創(chuàng)新設(shè)計；存在問題；能力培養(yǎng)；指導方案
中圖分類號：G642文獻標識碼：A文章編號：1673-260X（2015）03-0233-03
基金項目：新世紀廣西高等教育教學改革工程立項項目——機械類專業(yè)應用型本科機械設(shè)計系列課程的教學改革與實踐（2012JGB181）
1 引言
機械創(chuàng)新設(shè)計能力是機械類專業(yè)學生專業(yè)綜合素質(zhì)的體現(xiàn)，是高等工程技術(shù)人才培養(yǎng)的目標之一。隨著對創(chuàng)新能力重視程度的提高和各類學科競賽的蓬勃開展，越來越多的大學生參與到機械創(chuàng)新設(shè)計活動之中。然而，以學科競賽為導向的機械創(chuàng)新設(shè)計，使學生的目標過份傾向于作品成果本身，而沒有從中有意識地學習到創(chuàng)新的思維和系統(tǒng)的工作方法。如何培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力是我國當今高等教育研究的重要課題[1，2]，專門針對大學生學科競賽指導的研究也是一個重要內(nèi)容[3]。雖然機械類專業(yè)系列課程都強調(diào)機械創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，但多數(shù)學生實際上是從參加學科競賽開始接觸機械創(chuàng)新設(shè)計的。盡管許多學生在各類學科競賽中獲獎，但是最后卻依然沒有養(yǎng)成系統(tǒng)的工程素質(zhì)，更不用說較強的創(chuàng)新能力。本文總結(jié)了在指導大學生機械創(chuàng)新設(shè)計活動中獲得的經(jīng)驗教訓，對大學生機械創(chuàng)新設(shè)計的行為特點進行了分析和歸納，提出相應的指導策略，目的是讓機械創(chuàng)新設(shè)計活動能夠充分發(fā)揮其培養(yǎng)創(chuàng)新能力的作用。
2 大學生機械創(chuàng)新設(shè)計活動存在的問題
目前我國絕大多數(shù)高校并沒有開設(shè)專門的機械創(chuàng)新設(shè)計的教學環(huán)節(jié)，學生的機械創(chuàng)新設(shè)計活動相當于課外科技興趣小組行為，通常是圍繞競賽主題進行某一機械作品的設(shè)計制作，以參賽獲獎為目標所進行的一種暫時性的活動。在這樣的背景之下，很多學生的創(chuàng)新項目具有自發(fā)性特征，缺乏科學嚴密性和規(guī)范性。在指導大學生機械創(chuàng)新設(shè)計過程中，發(fā)現(xiàn)存在下述比較突出的問題：
2.1 選題的科學性不強
學生自己擬定機械創(chuàng)新課題時通常只注意作品的功能性，容易出現(xiàn)兩個極端：一是基于樸素的常識而缺乏學術(shù)內(nèi)涵，如很多學生把著眼點放在自行車、健身器材等司空見慣的產(chǎn)品上——第五屆全國大學生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽期間，在校內(nèi)評選準備參賽的作品時發(fā)現(xiàn)，24件參選作品中涉及自行車的有8件，其中6件以折疊功能為創(chuàng)新點；涉及健身器材的4件，均以多功能為創(chuàng)新點，實質(zhì)上只是把現(xiàn)有的健身器材簡單的組合在一起；這些作品由于不能在產(chǎn)品的工作原理和主要功能方面做出明顯的改進，因此不能算是一個合適的創(chuàng)新課題，大多數(shù)在評審中被淘汰了。二是僅憑在傳媒中撲捉到的某些科技信息，動輒納米航天，超越自己的能力甚至目前的科技水平，提出一些技術(shù)上難以實現(xiàn)的構(gòu)思，最后也只能草草收場。
2.2 開發(fā)過程不規(guī)范
機械產(chǎn)品的開發(fā)過程要經(jīng)歷概念開發(fā)和產(chǎn)品規(guī)劃、詳細設(shè)計、樣機制作、批量生產(chǎn)等階段，設(shè)計階段還包括方案設(shè)計和技術(shù)設(shè)計。由于沒有經(jīng)過系統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)訓練，學生在設(shè)計自己的機械創(chuàng)新作品時，很難嚴格遵循上述規(guī)范，缺少產(chǎn)品的規(guī)劃和定位，開發(fā)過程中走一步看一步，不能區(qū)分方案設(shè)計和技術(shù)設(shè)計的作用，更不能按照階段任務(wù)去執(zhí)行；沒有階段性目標和完整的技術(shù)文件；容易把目光聚集在某些主要功能上，把這些功能的實現(xiàn)過程當成整個產(chǎn)品的開發(fā)過程，忽略整機功能和系統(tǒng)的協(xié)調(diào)。
2.3 計算分析能力不強
據(jù)調(diào)查，專業(yè)知識欠缺是學生完成機械創(chuàng)新的最大障礙[4]。由于專業(yè)知識不足導致不知道如何開始設(shè)計，或是了解設(shè)計步驟但不會運用設(shè)計理論來解決設(shè)計中遇到的問題，是學生在創(chuàng)新設(shè)計過程中遇到的最大技術(shù)難題。在上述評選作品中，幾乎沒有看到一份完整的設(shè)計計算說明書，很多設(shè)計甚至沒有機構(gòu)運動簡圖；尺度綜合、運動學和動力學分析均存在錯誤，有的作品沒有考慮連桿機構(gòu)運動循環(huán)中的死點，有的甚至不能在靜止狀態(tài)下保持平衡。相對而言，學生針對齒輪、軸、軸承等通用機構(gòu)和零件所進行的設(shè)計計算完成得較好，而對于那些超越課堂學習范圍的專業(yè)機械以及動力學問題的分析計算則力不從心。
3 大學生機械創(chuàng)新設(shè)計活動的指導策略
顧名思義，在大學生機械創(chuàng)新設(shè)計活動中，指導教師的作用是“導”和“教”——“導”意味著教師不應參與具體的技術(shù)工作，而是恰當?shù)囊龑W生自己完成創(chuàng)新設(shè)計；“教”即把創(chuàng)新設(shè)計當作一個教學過程，為人才培養(yǎng)目標服務(wù)。有的國內(nèi)專家建議安排一定的創(chuàng)新設(shè)計課程學時，分配到《機械原理》和《機械設(shè)計》等相關(guān)課程當中[5]。因此，無論是從傳授理論知識還是培養(yǎng)專業(yè)技能的角度，都應當把指導大學生機械創(chuàng)新設(shè)計當作一次教學活動，按照教學規(guī)范來實施。
3.1 做好教學規(guī)劃
指導教師應根據(jù)創(chuàng)新設(shè)計的主題，制定相應的教學目的、教學內(nèi)容、教學方法，引導學生自主學習相關(guān)的專業(yè)知識，學習必要的分析計算技能，完成一定的工程訓練，讓學生的工程素質(zhì)得到全面提升。
3.2 引導學生正確選題
引導學生圍繞創(chuàng)新設(shè)計主題開展調(diào)研，幫助學生發(fā)現(xiàn)和提出科學問題，結(jié)合學生自身的興趣和知識水平擬定合適的創(chuàng)新設(shè)計題目。
3.3 規(guī)范學生設(shè)計過程
以項目的形式要求學生按照技術(shù)規(guī)范做好創(chuàng)新設(shè)計規(guī)劃，提出項目實施的技術(shù)路線，合理安排項目進度。指導教師做好技術(shù)審查、進度監(jiān)督工作。
3.4 指導學生分析計算
分析計算能力是專業(yè)知識的核心內(nèi)容。對于剛剛進入專業(yè)理論學習階段的大學生來說，要求他們具備很強的分析計算能力是不切實際的。因此指導教師要根據(jù)設(shè)計內(nèi)容，明確提出關(guān)鍵零部件的設(shè)計計算和校核計算項目，指導學生學習相應的計算理論和方法步驟，完成項目設(shè)計中的分析計算工作。
需要指出的是：學生容易把作品的完成當作創(chuàng)新活動的終點，這不利于充分發(fā)揮創(chuàng)新設(shè)計活動在人才培養(yǎng)方面的作用。因此指導教師應與學生一起做好項目的總結(jié)歸納工作。一方面，歸納項目創(chuàng)新點和價值，形成技術(shù)成果，讓學生在創(chuàng)新設(shè)計活動獲得實際利益；另一方面，總結(jié)工作有助于幫助學生學習體會工作方法，形成工程能力。
4 機械創(chuàng)新設(shè)計活動指導案例與分析
第五屆全國大學生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽內(nèi)容為“休閑娛樂機械和家庭用機械的設(shè)計和制作”。自行車作為最常見的機械產(chǎn)品，以其為基礎(chǔ)的改造設(shè)計自然成為了很多準備參賽學生的首選題目。在這些學生自發(fā)擬定的題目中，以折疊和變形為創(chuàng)新點的占絕大多數(shù)，與市場上已經(jīng)存在的產(chǎn)品功能重疊，實現(xiàn)方案基本雷同，因此都不適合作為創(chuàng)新設(shè)計題目。針對這個現(xiàn)象，指導老師與學生一起分析了自行車的功能與大賽的主題，以及可能的創(chuàng)新思路。有一組學生依據(jù)“仿生法”[6]提出了一種“模擬騎馬運動的娛樂型自行車”的作品構(gòu)思，獲得了指導教師的肯定。
評選出學生創(chuàng)新設(shè)計題目之后，指導教師根據(jù)創(chuàng)新設(shè)計內(nèi)容擬定了相應的指導教學方案（表1）。
該方案中，指導教師幫助學生按照工程項目的形式制定了設(shè)計任務(wù)書，包括明確設(shè)計目標、技術(shù)參數(shù)、設(shè)計內(nèi)容、技術(shù)路線、關(guān)鍵問題、進度安排等內(nèi)容的修訂，讓學生學會了如何開始和規(guī)劃一個研究課題。
在設(shè)計階段，要求學生按照方案設(shè)計——技術(shù)設(shè)計的循序，設(shè)計組成員合理分工協(xié)作，分階段完成相應的任務(wù)，按照預定的時間節(jié)點定時匯總更新設(shè)計成果，明確下一階段目標。
在創(chuàng)新設(shè)計期間，指導教師不直接參與具體的技術(shù)工作，只是起到了引導思考和質(zhì)量把關(guān)兩個方面的作用，讓學生通過查閱資料和分析評價，自己完成項目的設(shè)計和計算工作。學生面對“模擬騎馬運動的自行車”這個課題，一開始并不知道從哪里開始入手。指導老師把設(shè)計內(nèi)容分解為一個個具體的問題，首先讓學生觀察和分析騎馬時人體的動作要點——身體的起伏、腿和手臂的屈伸、動作的協(xié)調(diào)關(guān)系等；然后考慮這些動作應該如何分解？采用哪種機構(gòu)實現(xiàn)這些分解動作？以及機構(gòu)的時序和協(xié)調(diào)，人機工程學等方面的問題。學生通過解決這些問題，提出和多個解決方案。指導教師再利用對各方案的技術(shù)經(jīng)濟評價，讓學生自己選出了方案設(shè)計的最終結(jié)果。
“模擬騎馬運動的娛樂型自行車”參加了第五屆全國大學生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽并在賽區(qū)獲獎，還獲得國家專利局授予的實用新型專利。參加本項目的學生后來繼續(xù)開展科學研究，獲得了學校大學生科技項目和廣西大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃項目的資助。
5 結(jié)語
由于大學生參加機械創(chuàng)新設(shè)計活動多是被各種科技競賽活動所吸引，因此在指導大學生機械創(chuàng)新設(shè)計活動時，在指導思想上除了看到這些競賽活動對機械創(chuàng)新教育的積極促進作用的同時，也要清楚地意識到學生參加機械創(chuàng)新設(shè)計活動的功利性。功利性目標使得一些學生甚至指導教師只看重結(jié)果不重過程，從而大大削弱創(chuàng)新設(shè)計的人才培養(yǎng)作用。這對這種現(xiàn)象，本文分析了大學生機械創(chuàng)新設(shè)計活動中容易出現(xiàn)的失誤和不足，從人才培養(yǎng)的角度提出了相應的指導策略，希望能為提高機械專業(yè)大學生的工程能力有所幫助。
參考文獻：
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第7篇：機械產(chǎn)品方案設(shè)計范文
一、課程設(shè)計中融入創(chuàng)新設(shè)計的提出
《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程設(shè)計是學生進行的第一次較全面的、綜合性的、理論聯(lián)系實際的實踐性環(huán)節(jié)。即按照一個簡單機械系統(tǒng)的給定功能要求,擬定機械系統(tǒng)的傳動方案、結(jié)構(gòu)方案,并結(jié)合生產(chǎn)和使用條件(如選用材料,考慮制造及裝配工藝等),對其中的某些機構(gòu)進行分析和設(shè)計,完成機器零部件的設(shè)計。其中總體方案設(shè)計及零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計是整個產(chǎn)品設(shè)計的關(guān)鍵,最具創(chuàng)造性,它直接決定產(chǎn)品的性能、質(zhì)量及市場競爭力,因此課程設(shè)計重點放在機械系統(tǒng)方案設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計上。通過培養(yǎng)學生機械系統(tǒng)方案設(shè)計能力、機械結(jié)構(gòu)設(shè)計能力、運用現(xiàn)代設(shè)計手段繪圖和工程設(shè)計計算能力,使學生樹立正確的設(shè)計思想,激發(fā)學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神,從而培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力和工程實踐能力。
二、課程設(shè)計中創(chuàng)新設(shè)計的實施
《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程設(shè)計要求學生對總體方案及結(jié)構(gòu)設(shè)計進行創(chuàng)新設(shè)計,首先課程設(shè)計內(nèi)容的編排、題目的設(shè)置上應具有一定的系統(tǒng)性、綜合性和開放性;其次,授課安排上采取先分散再集中的教學方式,解決設(shè)計內(nèi)容多而時間緊的矛盾?；谶@樣的思想,我們制定了一套具體的實施方法。
(一)創(chuàng)新設(shè)計選題創(chuàng)新設(shè)計題目要具有一定的系統(tǒng)性和綜合性,滿足《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程設(shè)計要求,既包含機械傳動系統(tǒng)的設(shè)計,即按照機械預期功能和主要性能指標,確定機械工作原理、運動形式的變換,又包含了機構(gòu)設(shè)計(如凸輪機構(gòu)、連桿機構(gòu)、齒輪機構(gòu)等)、傳動設(shè)計(如帶傳動、齒輪減速器等)。以生產(chǎn)線上的步進式工件輸送機為例(圖1)。電動機通過傳動裝置、工作機構(gòu)驅(qū)動滑架往復移動,工作行程時滑架上的推爪推動工件前移一個步長S,當滑架返回時,由于推爪與軸間裝有扭簧,推爪能從工件底面滑過,工件保持不動。當滑架再次向前推時,推爪已復位,并推動新的工件前移,前方推爪也推動前一工位的工件前移。其傳動裝置常由減速器和一級開式齒輪傳動組成。輸送時滑架受到的阻力F視為常數(shù),滑架寬度為250mm,高度H為800~1000mm,使用折舊期5年,每天二班制工作,載荷有中等沖擊,工作環(huán)境為室內(nèi)、較清潔,三相交流電源,工作機構(gòu)效率為0.95,按一般機械廠制造,小批量生產(chǎn)。該題目是機械原理與機械設(shè)計綜合的課程設(shè)計題,符合創(chuàng)新設(shè)計的要求。該題工作機構(gòu)除了用曲柄搖桿系統(tǒng)外,也可以采用其他機構(gòu)實現(xiàn)步進輸送,如凸輪連桿(加返回彈簧)用于小行程快速推進輸送等,鼓勵學生多角度思考,培養(yǎng)他們創(chuàng)造性思維方式。
(二)授課方法和時間安排從不同角度、多個方面探索對一個問題有盡可能多的答案的創(chuàng)造性思維形式,是創(chuàng)造性思維的核心。在教學中,培養(yǎng)學生創(chuàng)造性思維能力的一條有效途徑是多方向練習、多角度思考、多層次變化。但這勢必造成內(nèi)容多時間緊的矛盾,我們將課程設(shè)計內(nèi)容貫穿于《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程教學中,采取先分散后集中的教學方式有效地化解了矛盾。如將執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容融入到《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程教學中,連桿機構(gòu)內(nèi)容教完后就將課程設(shè)計題目布置給學生,要求學生用連桿機構(gòu)將執(zhí)行機構(gòu)部分設(shè)計出來;以后每講完一種機構(gòu),學生就可以在原有機構(gòu)的基礎(chǔ)上進一步改進和創(chuàng)新。最后,當其他常用機構(gòu)講完后,學生通過查閱資料、教師輔導和討論等方法,可以設(shè)計出多種執(zhí)行機構(gòu)的運動方案,然后對各種方案進行分析和比較,選出最佳方案。當帶傳動、齒輪傳動講完后,就讓學生進行傳動方案的擬定,并對傳動零件進行設(shè)計計算;當軸系零、部件講完后,要求學生完成軸系的結(jié)構(gòu)設(shè)計,同時選擇電動機,進行傳動裝置運動和動力參數(shù)的計算。這樣,既可以使學生在集中教學時間內(nèi)完成減速器設(shè)計,又可以提高《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程的教學質(zhì)量,使基本設(shè)計能力培養(yǎng)循序漸進,還避免了理論與實際的脫離。在課程設(shè)計集中教學的2周時間內(nèi),主要讓學生完成以下內(nèi)容:第1周,完成優(yōu)選的執(zhí)行機構(gòu)方案的運動簡圖的繪制,減速器箱體、及附件的設(shè)計,并手繪完成裝配圖。在這期間,教師在現(xiàn)場隨時指導,有問題及時解答,使學生的設(shè)計能力及技能得以提高。裝配圖手工繪制,方便教師對學生現(xiàn)場指導,設(shè)計內(nèi)容的多樣性和獨立性限制了相互之間的抄襲,較好地反映學生的真實水平。第2周,用計算機繪制完成軸、齒輪、箱體等典型零件的圖紙,完成設(shè)計計算說明書。在這期間,各位學生根據(jù)自己設(shè)計的裝配圖拆分零件圖。學生在此基礎(chǔ)上最后完成設(shè)計計算說明書,不僅增進了對知識的掌握,也提高了獨立工作的能力,可以收到較好的教學效果。最后答辯。
(三)輔以計算機輔助設(shè)計手段隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展,我們將現(xiàn)代三維設(shè)計、分析與制造的理論及實踐全面引入《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程設(shè)計的教學全過程。要求學生采用三維設(shè)計軟件(如UG)進行三維實體造型設(shè)計,完成零件與系統(tǒng)的設(shè)計。先建立三維模型,再形成二維投影,有利于學生設(shè)計能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。
第8篇：機械產(chǎn)品方案設(shè)計范文
1現(xiàn)代機械設(shè)計
1.1主要特點
（1）傳統(tǒng)的機械設(shè)計中，通常需要設(shè)計人員根據(jù)以往的設(shè)計經(jīng)驗和對機械的主觀判斷進行設(shè)計，這對設(shè)計人員的設(shè)計水平要求更高。當今社會，很多先進的技術(shù)廣泛的運用到各個領(lǐng)域當中，現(xiàn)代機械的設(shè)計人員能更快、更好的完成機械的設(shè)計，舊時代的設(shè)計模式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代機械設(shè)計人員的需求。所以，在現(xiàn)代機械設(shè)計過程中，為了能減少工作誤差，提高工作效率，設(shè)計人員應運用新的設(shè)計技術(shù)。（2）傳統(tǒng)的設(shè)計過程中，都是依據(jù)總目標完成設(shè)計。在不同的流程上所采用的設(shè)計方案也不同，只有完成上一個流程的方案才能展開下一步的工作，導致對完成產(chǎn)品的效率低下，浪費了很多時間。在現(xiàn)代機械設(shè)計中，制定方案的同時就避免了時間的過度浪費，直接將設(shè)計數(shù)據(jù)和方案導入計算機中，然后打印出立體圖形，針對數(shù)據(jù)進行修改，確立最后的設(shè)計方案，使機械設(shè)計更具科學性和準確性[1]。
1.2機械設(shè)計的原則
在制定設(shè)計方案時，就要對產(chǎn)品的性能進行確定，采用最好的設(shè)計方式，縮短設(shè)計時間。將使用價值最低的機械部件找出進行分析，找出和整體設(shè)計中存在的問題，盡量減少改動來解決問題，降低對時間和材料的損耗。機械設(shè)計過程中，需要不斷的去聯(lián)想，對相同的事物進行研究和總結(jié)，判斷聯(lián)想得出的結(jié)構(gòu)和設(shè)計方案的結(jié)果是否有關(guān)聯(lián)性，如果有關(guān)聯(lián)性，那么在機械產(chǎn)品的設(shè)計中，加入創(chuàng)新思維是很重要的。
2機械設(shè)計的發(fā)展
2.1傳統(tǒng)機械設(shè)計
在機械設(shè)計初期，經(jīng)濟發(fā)展緩慢，沒有創(chuàng)新能力，過度的依附以往的經(jīng)驗，設(shè)計人員的水平低下和設(shè)計設(shè)備不完善，無法擺脫傳統(tǒng)機械設(shè)計的束縛。導致我國在機械設(shè)計的發(fā)展比較遲緩，經(jīng)濟效益有限。通過工作人員用各種方法了解客戶對產(chǎn)品的要求，對市場情況進行初步的了解，分析產(chǎn)品在投入市場時會遇到的各種問題并找出解決措施[2]。
2.2現(xiàn)代機械設(shè)計
現(xiàn)代機械設(shè)計是最能體現(xiàn)人的能動性和創(chuàng)新性的活動。隨著社會的進步和工業(yè)技術(shù)的提升，對人的技術(shù)能力水平的重視程度也加大，顯現(xiàn)出人的價值性和創(chuàng)造性。在現(xiàn)代機械設(shè)計中，技術(shù)人員作為主力軍，需要通過科技成果來不斷的開發(fā)創(chuàng)新思維和潛能，并且運用到機械設(shè)計中去，加快機械設(shè)計的工作進度，減少對材料的使用。減輕機械工程設(shè)計工作的枯燥，激發(fā)設(shè)計人員的工作熱情，更易于制定完整的設(shè)計方案，研制出性能更大的產(chǎn)品，使產(chǎn)品具備安全性和可行性，降低生產(chǎn)成本。通過創(chuàng)新思維，推動機械設(shè)計朝智能化和自動化發(fā)展[3]。
3在機械設(shè)計中創(chuàng)新思維的體現(xiàn)
創(chuàng)新是社會發(fā)展的源泉和動力，目的在于激發(fā)人們的思維創(chuàng)造性和活躍性。要具備敢于創(chuàng)新和研究的精神才能實現(xiàn)對機械設(shè)計的創(chuàng)新，制定完整的設(shè)計方案，不斷的對方案進行充實，突破傳統(tǒng)模式的束縛，尋求新的設(shè)計理念和設(shè)計方式。
3.1外觀造型在機械產(chǎn)品的體現(xiàn)
在機械產(chǎn)品設(shè)計過程中，不僅要考慮性能，還要注重美觀。應用美學基本原理對產(chǎn)品的裝飾、外形設(shè)計和色彩搭配進行研究并使用到產(chǎn)品中去，符合藝術(shù)造型的審美規(guī)律。在機械產(chǎn)品的外觀設(shè)計上，不僅要達到功能的標準要求，還要把創(chuàng)新思維融入到選材過程中，考慮外形設(shè)計的實用性和可行性，利用工藝手段和材料來展現(xiàn)外觀的材質(zhì)美、色彩美、形體美和線型美，通過視覺效果的呈現(xiàn)給予人美的享受。發(fā)揮機械產(chǎn)品設(shè)計人員的創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力，優(yōu)化機械產(chǎn)品的外觀設(shè)計。
3.2動力能源設(shè)計在機械產(chǎn)品的體現(xiàn)
隨著工業(yè)的發(fā)展，新型的能源技術(shù)、制造技術(shù)和材料加工技術(shù)日益凸顯。在進行產(chǎn)品動力系統(tǒng)設(shè)計時，機械設(shè)計師對產(chǎn)品的動力能源選擇性更強，可以采用太陽能、電能、石油和天然氣，比較節(jié)能環(huán)保。設(shè)計者要發(fā)揮自主創(chuàng)新能力，找尋新的方式方法，對產(chǎn)品系統(tǒng)的設(shè)計方案進行改進，把新型的能源加入到機械產(chǎn)品中，作為動力能源來使用。除此之外，還可以根據(jù)用戶的需求，設(shè)計出更節(jié)能環(huán)保的產(chǎn)品[4]。比如，在我國的公共交通工具中，使用更廣的是電動公車，通過電能來保證汽車的安全行駛。新型的電動公車和燃油公車對比，在排放污染氣體方面對環(huán)境的保護更有利。新型的電動公車在電能產(chǎn)生過程中仍然會排放氣體，但對空氣并不會造成污染，控制了氣體的排放量。在經(jīng)濟發(fā)達的城市，使用電動公車能減少污染氣體的排放，還能提高電能的使用效率，順應了國家節(jié)能減排的措施，提升了經(jīng)濟效益[5]。因此，應該廣泛地推廣電動公車（如圖1）的使用。
3.3運動方案在機械產(chǎn)品的體現(xiàn)
根據(jù)用戶對產(chǎn)品性能的需求，設(shè)計人員開展機械產(chǎn)品的運動方案設(shè)計，尋找最佳方法去解決問題，為機械設(shè)計系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。在進行整個運動方案設(shè)計時，主要從系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)、原動機和傳動機構(gòu)整個框架來進行設(shè)計，是一種對運動性能要求極高的機構(gòu)運動。運動方案的設(shè)計對產(chǎn)品的后期維護、性能、結(jié)構(gòu)、成本和工藝都有影響。運動方案的設(shè)計是整個機械設(shè)計的重要部分，設(shè)計人員通過創(chuàng)新思維設(shè)計并調(diào)整最佳的運動方案。例如在汽車的運動方案中，大多采用了逆反和移植的創(chuàng)新思維。傳統(tǒng)的設(shè)計方案中，會出現(xiàn)動力效率低、制造成本高、汽車空間狹窄、牽引力不足等問題。在現(xiàn)代機械設(shè)計能力提高的背景下，汽車廠商通過發(fā)動機前置的方式把汽車前輪的傳動機構(gòu)和發(fā)動機的輸出軸線連接（見圖2），這樣可以簡化汽車的驅(qū)動機構(gòu)，減少對部件的使用，降低生產(chǎn)制造成本；提升了汽車的加速性能，減少了油量的損耗，縮短了剎車的距離；加大的汽車的車內(nèi)空間，提高了汽車的舒適程度。
3.4結(jié)構(gòu)設(shè)計在機械產(chǎn)品的體現(xiàn)
機械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計包括了產(chǎn)品的總體結(jié)構(gòu)、外形的設(shè)計以及對各個部分的合理配置。不同的用戶對機械產(chǎn)品的功能都有不同的需求，要根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)形態(tài)去設(shè)計方案并且設(shè)計出新型的產(chǎn)品。目前來說，人們對機械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計和功能的要求更高，需要設(shè)計者在有限的空間里加入更多的功能，滿足人們的需求。比如在辦公室里，各種掃描儀器、打印機和復印機占據(jù)了很多空間，影響了辦公的環(huán)境和員工的工作效率。人們迫切的需要集齊了多種功能的工作設(shè)備。一些機械制造企業(yè)在了解到人們的需求之后，開始研究、設(shè)計功能一體化的辦公設(shè)備，其能夠有效的改善辦公室環(huán)境。
4結(jié)語
創(chuàng)新推動了人類文明進步，推動了社會經(jīng)濟的發(fā)展。機械設(shè)計是整個機械工程體系中最重要的一部分，決定了機械產(chǎn)品的性能。在產(chǎn)品設(shè)計過程中，不論是變型設(shè)計還是繼承設(shè)計都離不開創(chuàng)新思維的運用。在創(chuàng)新思維的推動下，我國的機械設(shè)計工程朝著算法化，程序化的方向發(fā)展。提高創(chuàng)新思維能力對機械設(shè)計工程的穩(wěn)定發(fā)展有著重要的作用。
作者:丁舒園 單位:安徽東風機電科技股份有限公司
參考文獻:
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[2]陳華金，劉宏.現(xiàn)代機械設(shè)計方法及研究[J].科技經(jīng)濟市場，2016（02）.
[3]易漢江，劉宏.現(xiàn)代機械設(shè)計的創(chuàng)新方法探究[J].科技經(jīng)濟市場，2016（03）.
第9篇：機械產(chǎn)品方案設(shè)計范文
【關(guān)鍵詞】 機械 設(shè)計 發(fā)展
Abstract :There are many deficiencies in the traditional mechanical design. This paper anlyses theinnovative design of mechanical.
1.機械設(shè)計存在的問題
傳統(tǒng)機械零部件的設(shè)計帶來了運用中出現(xiàn)的許多問題:零部件容易腐蝕損壞;零部件容易疲勞損壞,斷裂、表面剝落等;零部件容易摩擦損壞等等。這些問題的出現(xiàn),都是機械零部件傳統(tǒng)的設(shè)計局限性所產(chǎn)生的。機械機械零部件設(shè)計是人類為了實現(xiàn)某種預期的目標而進行的一種創(chuàng)造性活動。傳統(tǒng)機械機械零部件設(shè)計的特點是以長期經(jīng)驗積累為基礎(chǔ),通過力學、數(shù)學建模及試驗等所形成的經(jīng)驗公式、圖表、標準及規(guī)范作為依據(jù),運用條件性計算或類比等方法進行設(shè)計。傳統(tǒng)設(shè)計在長期運用中得到不斷的完善和提高,目前在大多數(shù)情況下仍然是有效的設(shè)計方法,但是它有很多局限:在方案設(shè)計時憑借設(shè)計者有限的直接經(jīng)驗或間接經(jīng)驗,通過計算、類比分析等,以收斂思維方式,過早地確定方案。這種方案設(shè)計既不充分又不系統(tǒng),不強調(diào)創(chuàng)新,因此很難得到最優(yōu)方案;在機械零部件設(shè)計中,僅對重要的零部件根據(jù)簡化的力學模型或經(jīng)驗公式進行靜態(tài)的或近似的設(shè)計計算,其他零部件只作類比設(shè)計,與實際工況有時相差較遠,難免造成失誤;傳統(tǒng)設(shè)計偏重于考慮產(chǎn)品自身的功能的實現(xiàn),忽略人機環(huán)境之間關(guān)系的重要性;傳統(tǒng)設(shè)計采用手工計算、繪圖,設(shè)計的準確性差、工作周期長、效率低。
2.機械設(shè)計要有新理念
機械零部件設(shè)計的本質(zhì)是創(chuàng)造和革新?，F(xiàn)代機械機械零部件設(shè)計強調(diào)創(chuàng)新設(shè)計,要求在設(shè)計中更充分地發(fā)揮設(shè)計者的創(chuàng)造力,利用最新科技成果,在現(xiàn)代設(shè)計理論和方法的指導下,設(shè)計出更具有生命力的產(chǎn)品。
2.1要有創(chuàng)造力
設(shè)計者的創(chuàng)造力是多種能力、個性和心理特征的綜合表現(xiàn),它包括觀察能力、記憶能力、想象能力、思維能力、表達能力、自控能力、文化修養(yǎng)、理想信念、意志性格、興趣愛好等因素。其中想象能力和思維能力是創(chuàng)造力的核心,它是將觀察、記憶所得信息有控制地進行加工變換,創(chuàng)造表達出新成果的整個創(chuàng)造活動的中心。創(chuàng)造力的開發(fā)可以從培養(yǎng)創(chuàng)新意識、提高創(chuàng)新能力和素質(zhì)、加強創(chuàng)新實踐等方面著手。設(shè)計者不是把設(shè)計工作當成例行公事,而是時刻保持強烈的創(chuàng)新愿望和沖動,掌握必要創(chuàng)新方法,加強學習和鍛煉,自覺開發(fā)創(chuàng)造力,成為一個符合現(xiàn)代設(shè)計需要的創(chuàng)新人才。
2.2思路要開闊
發(fā)散思維又稱輻射思維或求異思維等。它是以欲解決的問題為中心,思維者打破常規(guī),從不同方向,多角度、多層次地考慮問題,求出多種答案的思維方式。例如,若提出“將兩零部件聯(lián)結(jié)在一起”的問題,常規(guī)的辦法有螺紋聯(lián)結(jié)、焊接、膠接、鉚接等,但運用發(fā)散思維思考,可以得到利用電磁力、摩擦力、壓差或真空、綁縛、冷凍等方法。發(fā)散思維是創(chuàng)造性思維的主要形式之一,在技術(shù)創(chuàng)新和方案設(shè)計中具有重要的意義。
2.3有創(chuàng)新意識
創(chuàng)造力的核心是創(chuàng)新思維。創(chuàng)新思維是一種最高層次的思維活動,它是建立在各類常規(guī)思維基礎(chǔ)上的。人腦在外界信息激勵下,將各種信息重新綜合集成,產(chǎn)生新的結(jié)果的思維活動過程就是創(chuàng)新思維。機械機械零部件設(shè)計的過程是創(chuàng)新的過程。設(shè)計者應打破常規(guī)思維的慣例,追求新的功能原理、新方案、新結(jié)構(gòu)、新造型、新材料、新工藝等,在求異和突破中體現(xiàn)創(chuàng)新。
3.機械零部件設(shè)計技術(shù)探析
3.1機械零部件設(shè)計的要求
機械零部件設(shè)計是機械設(shè)計的重要組成部分,機械運動方案中的機構(gòu)和構(gòu)件只有通過零部件設(shè)計才能得到用于加工的零部件工作圖和部件裝配圖,同時它也是機械總體設(shè)計的基礎(chǔ)。機械零部件設(shè)計的主要內(nèi)容包括:根據(jù)運動方案設(shè)計和總體設(shè)計的要求,明確零部件的工作要求、性能、參數(shù)等,選擇零部件的結(jié)構(gòu)構(gòu)形、材料、精度等,進行失效分析和工作能力計算,畫出零部件圖和部件裝配圖。機械產(chǎn)品整機應滿足的要求是由零部件設(shè)計所決定的,機械零部件設(shè)計應滿足的要求為:在工作能力上要求具體有強度、剛度、壽命、耐磨性、耐熱性、振動穩(wěn)定性及精度等;在工藝性上要求加工、裝配具有良好的工藝性及維修方便;在經(jīng)濟性上的要求主要指生產(chǎn)成本要低。此外,還要滿足噪聲控制、防腐性能、不污染環(huán)境等環(huán)境保護要求和安全要求等。這些要求往往互相牽制,需全面綜合考慮。
3.2正確選擇機械零部件表面粗糙度
表面粗糙度是反映零部件表面微觀幾何形狀誤差的一個重要技術(shù)指標,是檢驗零部件表面質(zhì)量的主要依據(jù);它選擇的合理與否,直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量、使用壽命和生產(chǎn)成本。機械零部件表面粗糙度的選擇方法有3種,即計算法、試驗法和類比法。在機械零部件設(shè)計工作中,應用最普通的是類比法,此法簡便、迅速、有效。應用類比法需要有充足的參考資料,現(xiàn)有的各種機械設(shè)計手冊中都提供了較全面的資料和文獻。最常用的是與公差等級相適應的表面粗糙度。在通常情況下,機械零部件尺寸公差要求越小,機械零部件的表面粗糙度值也越小,但是它們之間又不存在固定的函數(shù)關(guān)系。在實際工作中,對于不同類型的機器,其零部件在相同尺寸公差的條件下,對表面粗糙度的要求是有差別的。這就是配合的穩(wěn)定性問題。在機械零部件的設(shè)計和制造過程中,對于不同類型的機器,其零部件的配合穩(wěn)定性和互換性的要求是不同的。在設(shè)計工作中,表面粗糙度的選擇歸根到底還是必須從實際出發(fā),全面衡量零部件的表面功能和工藝經(jīng)濟性,才能作出合理的選擇。
3.3搞好機械零部件的失效形式預測
機械零部件由于各種原因不能正常工作而失效,其失效形式很多,主要有斷裂、表面壓碎、表面點蝕、塑性變形、過度彈性變形、共振、過熱及過度磨損等。為了保證零部件能正常工作,在設(shè)計零部件時應首先進行零部件的失效分析,預估失效的可能性,采取相應措施,其中包括理論計算,計算所依據(jù)的條件稱為計算準則,常用的計算準則有:一是強度準則。強度是機械零部件抵抗斷裂、表面疲勞破壞或過大塑性變形等失效的能力。強度要求是保證機械零部件能正常工作的基本要求。二是剛度準則。剛度是指零部件在載荷的作用下,抵抗彈性變形的能力。剛度準則要求零部件在載荷作用下的彈性變形在許用的極限值之內(nèi)。三是振動穩(wěn)定性準則。對于高速運動或剛度較小的機械,在工作時應避免發(fā)生共振。振動穩(wěn)定性準則要求所設(shè)計的零部件的固有頻率與其工作時所受激振源的頻率錯開。四是耐熱性準則。機械零部件在高溫工作條件下,由于過度受熱,會引起油失效、氧化、膠合、熱變形、硬度降低等問題,使零部件失效或機械精度降低。因此,為了保證零部件在高溫下正常工作,應合理設(shè)計其結(jié)構(gòu)及合理選擇材料,必要時須采用水冷或氣冷等降溫措施。五是耐磨性準則。耐磨性是指相互接觸并運動零部件的工作表面抵抗磨損的能力。當零部件過度磨損后,將改變其結(jié)構(gòu)形狀和尺寸,削弱其強度,降低機械精度和效率,以致零部件失效報廢。因此,機械設(shè)計時應采取措施,力求提高零部件的耐磨性。
參考文獻:
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