現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計技術(shù)

     現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)主要包括：優(yōu)良性能設(shè)計基礎(chǔ)技術(shù)、競爭優(yōu)勢創(chuàng)建設(shè)計技術(shù)、全壽命周期設(shè)計技術(shù)、綠色產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)等。下面分別加以介紹。

     優(yōu)良性能設(shè)計基礎(chǔ)技術(shù)

     這是以提高機(jī)械產(chǎn)品綜合性能為目的的設(shè)計技術(shù)，同時也是在傳統(tǒng)性能設(shè)計基礎(chǔ)上提出的，在對機(jī)械及其零件進(jìn)行材料、結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計的前提下，運(yùn)用摩擦學(xué)及斷裂力學(xué)等一系列科研成果，從個體設(shè)計到系統(tǒng)設(shè)計，并從深度和廣度上拓展此項設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵和外延。其內(nèi)容包括以下幾種設(shè)計技術(shù)：

     可靠性設(shè)計和實驗技術(shù)：這是綜合眾多學(xué)科成果以解決產(chǎn)品可靠性為出發(fā)點(diǎn)的一門應(yīng)用工程技術(shù)。它研究的是產(chǎn)品和系統(tǒng)的故障原因、消除和預(yù)防等問題。

     防疲勞斷裂設(shè)計技術(shù)：它是研究在交變的外界因素如載荷、電場、溫度等作用下，材料和結(jié)構(gòu)在各種工作環(huán)境下抗破壞能力的一門科學(xué)。

     系統(tǒng)動態(tài)設(shè)計技術(shù)：該技術(shù)是對結(jié)構(gòu)動態(tài)特性，如固有頻率、振型、動態(tài)響應(yīng)、運(yùn)動穩(wěn)定性等進(jìn)行分析、評價與設(shè)計，以謀求結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在工作過程中受到各種預(yù)期可能的瞬變載荷及環(huán)境作用時，仍然保持良好的動態(tài)性能與工作狀態(tài)，并具有足夠的穩(wěn)定性。

     摩擦學(xué)設(shè)計技術(shù)：該技術(shù)是以工程力學(xué)、流體力學(xué)、流變學(xué)、表面物理與表面化學(xué)等為主要理論基礎(chǔ)，綜合利用材料科學(xué)和工程熱物理等學(xué)科的研究成果，以數(shù)值計算和表面技術(shù)為主要手段的邊緣學(xué)科。它的基本內(nèi)容是研究工程表面的摩擦、磨損和潤滑問題。

     防腐蝕設(shè)計技術(shù)：其基本內(nèi)容包括：材料的選擇及其加工制造工藝的制訂；防腐蝕結(jié)構(gòu)設(shè)計與強(qiáng)度設(shè)計；防腐蝕方法的選擇與設(shè)計；設(shè)備預(yù)期壽命概率和可靠性分析等。

     狀態(tài)監(jiān)測補(bǔ)償與控制技術(shù)：該技術(shù)是用物理和化學(xué)的檢測、分析方法對機(jī)械產(chǎn)品在運(yùn)行狀態(tài)下各種參數(shù)進(jìn)行定量檢測和分析，從而作出故障產(chǎn)生原因和部位的正確判斷。

     競爭優(yōu)勢創(chuàng)建設(shè)計技術(shù)

     這是在市場經(jīng)濟(jì)體制下形成和發(fā)展起來的。競爭機(jī)制和供求關(guān)系是市場經(jīng)濟(jì)的兩大特點(diǎn)，這就要求生產(chǎn)設(shè)計人員要用新觀點(diǎn)、新原理和新功能來設(shè)計不斷滿足顧客需要的新產(chǎn)品，進(jìn)而使企業(yè)在全球范圍的激烈競爭中始終處于不敗之地。該項內(nèi)容包含以下幾種設(shè)計技術(shù)：

     產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計技術(shù)：該技術(shù)就設(shè)計而言一般可分為三類：適應(yīng)性設(shè)計(AdaptiveDesign)、變型設(shè)計(VariantDesign)和創(chuàng)新設(shè)計(CreativeDesign)。其中創(chuàng)新設(shè)計是針對新的或預(yù)測的需求，從已知的、經(jīng)過實踐檢驗可行的理論和技術(shù)出發(fā)，充分運(yùn)用創(chuàng)造性思維，構(gòu)思并設(shè)計出過去所沒有的全新事物的技術(shù)過程。

     降低成本設(shè)計技術(shù)：也稱面向成本的設(shè)計(DFC)，它是在保證功能和質(zhì)量的前提下，通過降低成本來提高產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)性以加強(qiáng)競爭優(yōu)勢的設(shè)計技術(shù)。實踐證明，產(chǎn)品成本的70%以上決定于設(shè)計。因此，降低和優(yōu)化產(chǎn)品成本已成為目前眾多機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計成功的關(guān)鍵。

     快速設(shè)計技術(shù)：由于市場動態(tài)多變性，使產(chǎn)品投放市場的時間日益成為決定產(chǎn)品競爭力的重要因素?？焖僭O(shè)計技術(shù)是在現(xiàn)代設(shè)計理論和方法的指導(dǎo)下，應(yīng)用微電子、信息和管理等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，以縮短產(chǎn)品開發(fā)周期為目的的一切設(shè)計技術(shù)的總稱。

     仿真與虛擬設(shè)計技術(shù)：計算機(jī)仿真技術(shù)是以計算機(jī)為工具，建立實際或聯(lián)想的系統(tǒng)模型，并在不同條件下，對模型進(jìn)行動態(tài)運(yùn)行(實驗)的一門綜合性技術(shù)。近年來不斷涌現(xiàn)和迅速發(fā)展的高新技術(shù)，如計算機(jī)仿真建模、CAD/CAM及先期技術(shù)演示驗證、可視化計算、遙控機(jī)器和計算機(jī)藝術(shù)等，都有一個共同的需求，就是建立一個比現(xiàn)有計算機(jī)系統(tǒng)更為真實方便的輸入輸出系統(tǒng)，使其能與各種傳感器相連，組成更為友好的人機(jī)界面的多維化信息環(huán)境。這個環(huán)境就是計算機(jī)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)(VRS)，在這個環(huán)境中從事設(shè)計的技術(shù)即稱之為虛擬設(shè)計(VirtualDesign，VD)。

     智能設(shè)計技術(shù)：由于缺乏人類設(shè)計師所具有的推理和決策能力，傳統(tǒng)CAD系統(tǒng)已不能滿足設(shè)計過程自動化的要求。于是智能CAD(ICAD)的理論研究和應(yīng)用實踐便隨之而產(chǎn)生了。ICAD系統(tǒng)既具有傳統(tǒng)CAD系統(tǒng)的數(shù)值計算和圖形處理能力，又具有知識處理能力，能夠?qū)υO(shè)計的全過程提供智能化的計算機(jī)支持。智能設(shè)計就是對智能CAD理論和應(yīng)用的研究。

     廣義優(yōu)化設(shè)計：它主要從方法學(xué)角度把傳統(tǒng)優(yōu)化過程中單純優(yōu)化算法的研究向前擴(kuò)展到建立和處理模型，向后擴(kuò)展到對優(yōu)化結(jié)果顯示全過程的研究，并結(jié)合先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)開發(fā)相應(yīng)的商品化廣義優(yōu)化軟件。

     造型色彩設(shè)計技術(shù)：它是工業(yè)設(shè)計(IndustrialDesign)技術(shù)的核心，具體指一個構(gòu)思與表達(dá)的過程，設(shè)計構(gòu)思是受市場營銷學(xué)、普通心理學(xué)、消費(fèi)心理學(xué)、人機(jī)工程學(xué)、技術(shù)美學(xué)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)等因素的約束而形成的；表達(dá)設(shè)計即傳達(dá)設(shè)計思想的方法和表現(xiàn)技法，可以從簡單、傳統(tǒng)的手工繪制的效果圖、外觀模型到復(fù)雜的計算機(jī)輔助設(shè)計效果圖及電子模型和由快速成型方式完成的精確效果模型。

     全壽命周期設(shè)計技術(shù)

     這要求設(shè)計產(chǎn)品時不僅要考慮產(chǎn)品的功能和結(jié)構(gòu)，而且要設(shè)計產(chǎn)品的全壽命周期，也就是要設(shè)計產(chǎn)品的規(guī)劃、設(shè)計、制造、營銷、運(yùn)行、使用、維修保養(yǎng)，直到回收再用處置的全過程。全壽命周期設(shè)計意味著：在設(shè)計階段就要考慮到產(chǎn)品生命歷程的所有環(huán)節(jié)，以求產(chǎn)品全壽命周期設(shè)計的綜合優(yōu)化。這項內(nèi)容具體由三種設(shè)計技術(shù)組成：

     并行設(shè)計技術(shù)：其思想是在產(chǎn)品開發(fā)的初始階段，即規(guī)劃和設(shè)計階段，就以并行的方式綜合考慮其生命周期中所有后續(xù)階段，包括工藝規(guī)劃、制造、裝配、試驗、檢驗、營銷、運(yùn)輸、使用、維修、保養(yǎng)，直至回收處置等環(huán)節(jié)，降低產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。其基本特征是集成性，反映了產(chǎn)品全壽命周期各環(huán)節(jié)間的耦合作用。

     面向制造的新技術(shù)：該技術(shù)在設(shè)計階段就盡早考慮與制造有關(guān)的約束，全面評價和及時改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計，可以得到綜合目標(biāo)較優(yōu)的設(shè)計方案，并可爭取產(chǎn)品設(shè)計和制造的一次成功。

     產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)：它是設(shè)計技術(shù)的關(guān)鍵，能有效地管理在產(chǎn)品生命鏈各環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的或者所需要的大量數(shù)據(jù)和信息，包括工程規(guī)范、文檔、圖紙、CAE/CAD/CAM文件、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型、產(chǎn)品設(shè)計結(jié)果、產(chǎn)品訂單、供應(yīng)商狀況以及產(chǎn)品工作流程等，做到將正確的數(shù)據(jù)或信息在適當(dāng)時間傳遞到正確的位置或傳遞給相應(yīng)的人，這是產(chǎn)品全壽命周期數(shù)據(jù)管理技術(shù)研究的根本內(nèi)容。

     綠色產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)

     這是對產(chǎn)品在其生命周期中，按符合環(huán)境保護(hù)、資源利用率最高、能源消耗最低的要求進(jìn)行設(shè)計的技術(shù)。它包括以下幾種技術(shù)：

     面向環(huán)境設(shè)計技術(shù)：也稱綠色設(shè)計(GreenDesign)，即在產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)，以系統(tǒng)集成的觀點(diǎn)考慮產(chǎn)品的環(huán)境屬性(可拆性、可回收性、可維護(hù)性、可重復(fù)利用性和人身健康及安全性等)和基本屬性，并將其作為設(shè)計目標(biāo)，使產(chǎn)品在滿足環(huán)境目標(biāo)要求的情況下，同時具備應(yīng)用的基本性能、使用壽命和質(zhì)量等。

     面向能源設(shè)計技術(shù)：這是指用對環(huán)境影響最小和資源消耗最少的能源供給方式來支持產(chǎn)品的整個生命周期，并以最小的代價來獲得能量的可靠回收和重新利用的設(shè)計技術(shù)。產(chǎn)品設(shè)計是影響能源消耗最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，在產(chǎn)品功能和基本要素確定的情況下，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)布局、材料選擇、加工工藝、可制造性、可裝配性和可重復(fù)使用性等影響能源消耗的主要因素都是在設(shè)計階段確定的。

     面向材料設(shè)計技術(shù)：該技術(shù)以材料為對象，在產(chǎn)品整個壽命周期中的每一階段，以材料對環(huán)境的影響有效利用作為控制目標(biāo)，在實現(xiàn)產(chǎn)品功能要求的同時，使其對環(huán)境污染最小和能源消耗最少。

     人機(jī)工程設(shè)計技術(shù)：它是以人機(jī)工程學(xué)理論為基礎(chǔ)、面向人的產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)。人機(jī)工程又稱為人體工程(美國稱為HumanFactors,歐洲國家稱為Ergonomics)，它依據(jù)人的心理和生理特征，利用科學(xué)技術(shù)成果和數(shù)據(jù)設(shè)計技術(shù)系統(tǒng)，使之符合人的使用要求，改善環(huán)境和優(yōu)化人機(jī)系統(tǒng)，隨之達(dá)到最佳配合，以最小的勞動代價換取最大的經(jīng)濟(jì)成果。

     最后需要著重強(qiáng)調(diào)的是，以上四項設(shè)計技術(shù)無一不是在計算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展成果的支持和應(yīng)用下實施的。如網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、CAD、CAM、CIMS(計算機(jī)集成制造)、CACD(計算機(jī)輔助概念設(shè)計)、人工智能和專家系統(tǒng)等。

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