機(jī)械產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用

張彪

摘 要：隨著時(shí)代的發(fā)展，隨著科技的進(jìn)步，機(jī)械產(chǎn)品的數(shù)字化越來(lái)越普及，二機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)制造業(yè)的靈魂。傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)在現(xiàn)代數(shù)字化的大潮流下逐漸被現(xiàn)代先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法所取代。進(jìn)過多年的更迭發(fā)展，機(jī)械設(shè)計(jì)慢慢包含了最潮流的技術(shù)，也有了又稱為了成為了現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的前提。我們很有必要對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，我國(guó)可以生產(chǎn)的機(jī)械有很多種，但是在產(chǎn)品的跨度，深度還有真給產(chǎn)業(yè)鏈的科學(xué)程度上還是不如西方發(fā)達(dá)國(guó)家，為什么呢，說到底還是在機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)上有著差距，現(xiàn)如今數(shù)字化浪潮下我們可以將數(shù)字化融入機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)，額昂機(jī)械設(shè)計(jì)煥發(fā)新生，接下來(lái)筆者將對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)數(shù)字化關(guān)鍵技術(shù)的研究與應(yīng)用進(jìn)行論述。

關(guān)鍵詞：機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)；研究；應(yīng)用；數(shù)字化

一、現(xiàn)代制造企業(yè)遇到的挑戰(zhàn)及解決方法

隨著經(jīng)濟(jì)全球化與科技發(fā)展，產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度越來(lái)越快，產(chǎn)品的生命周期變短了，設(shè)計(jì)、生產(chǎn)，銷售的整個(gè)周期變短越來(lái)越快，整個(gè)的環(huán)境成為了開放式環(huán)境，網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展讓人們有了更多的選擇，并且用戶越來(lái)越追求個(gè)性化，小眾產(chǎn)品的銷路越來(lái)越好，企業(yè)的壓力越來(lái)越大。所以前期的機(jī)械設(shè)計(jì)占據(jù)了越來(lái)越重要的地位?，F(xiàn)在公認(rèn)的可以提高企業(yè)的設(shè)計(jì)效率的方法就是數(shù)字化的設(shè)計(jì)。數(shù)字化的設(shè)計(jì)是企業(yè)向網(wǎng)絡(luò)化制造發(fā)展的基礎(chǔ)、是企業(yè)整個(gè)計(jì)算機(jī)集成網(wǎng)絡(luò)中的重要組成環(huán)節(jié)，可以讓原來(lái)的純粹制造型企業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)橹橇Νh(huán)保型企業(yè)，企業(yè)所競(jìng)爭(zhēng)的也變成了以創(chuàng)新為主要發(fā)展點(diǎn)。

二、機(jī)械產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)的歷史

機(jī)械產(chǎn)品的形成過程是：產(chǎn)品的規(guī)劃、概念的設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)準(zhǔn)備。通過上次的整個(gè)流程可以發(fā)展到這次，再繼而發(fā)展到下次，產(chǎn)品的周期越來(lái)越短，生產(chǎn)的效率也在一次次磨合中越來(lái)越高。設(shè)計(jì)的技術(shù)從手繪設(shè)計(jì)發(fā)展到CAD制圖，到現(xiàn)在的虛擬現(xiàn)實(shí)，這一步步的跨越不只是技術(shù)上的改變，也是設(shè)計(jì)思想上從局部到整體，從粗略到細(xì)微之處，從設(shè)計(jì)效果到整體環(huán)境效果的改變，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)是貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)流程的。

三、機(jī)械產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)的技術(shù)

（一）二維CAD技術(shù)的發(fā)展

在手繪設(shè)計(jì)漸漸退出設(shè)計(jì)主流舞臺(tái)的時(shí)候，走進(jìn)設(shè)計(jì)的技術(shù)是二維的CAD技術(shù)，CAD技術(shù)代替了傳統(tǒng)的手繪，大大節(jié)省了人工，并且人們可以直觀的看到產(chǎn)品的各種參數(shù)。

（二）三維CAD技術(shù)中的曲面造型技術(shù)用來(lái)設(shè)計(jì)

基礎(chǔ)的二維CAD只能表達(dá)機(jī)械的尺寸，大小，看不到整體的設(shè)計(jì)效果，機(jī)械零件之間的關(guān)系也不好表達(dá)出來(lái)。所以三維的CAD技術(shù)也發(fā)展了起來(lái)。其中的曲面造型技術(shù)是以表面模型為特點(diǎn)的造型系統(tǒng)CAT，數(shù)字化的輔助設(shè)計(jì)技術(shù)從一開始的二維CAD技術(shù)，也就是最基礎(chǔ)的三視圖器械，曲面造型技術(shù)的出現(xiàn)讓3D建模成為了現(xiàn)實(shí)，曲面造型技術(shù)讓人們第一次可以用數(shù)字化的技術(shù)看到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的整體形象，計(jì)算機(jī)從此可以360度的讓人們看到零件的信息。

（三）實(shí)體造型技術(shù)與三維CAD技術(shù)這項(xiàng)數(shù)字化技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)的幫助

曲面造型技術(shù)中人們可以看到物體的形狀，角度，但是卻無(wú)法看到機(jī)械的其他重要特性，比如零件的質(zhì)量，復(fù)雜器械的重心等等，而實(shí)體造型技術(shù)的出現(xiàn)就可以準(zhǔn)確的表現(xiàn)零件的各種屬性，設(shè)計(jì)圖中有了更加完備的屬性，機(jī)械的設(shè)計(jì)通過數(shù)字化也取得了更大的發(fā)展。

（四）參數(shù)化技術(shù)與CAD技術(shù)帶來(lái)的器械設(shè)計(jì)的數(shù)字化進(jìn)程的加快

參數(shù)化技術(shù)帶來(lái)的CAD技術(shù)的改變是很大的，它創(chuàng)造了一個(gè)從特征出發(fā)，所有的數(shù)據(jù)都互相關(guān)聯(lián)，全尺約束，還可以進(jìn)行尺寸驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)修改，這項(xiàng)技術(shù)可以進(jìn)行尺寸驅(qū)動(dòng)零件設(shè)計(jì)修改，參數(shù)化技術(shù)可以為企業(yè)帶來(lái)很大的方便，其中最方便的就在通用型零件的設(shè)計(jì)和部件的設(shè)計(jì)上。這也是數(shù)字化進(jìn)入設(shè)計(jì)行業(yè)帶來(lái)的福利。

（五）變量化技術(shù)和三維CAD的發(fā)展帶來(lái)的數(shù)字化設(shè)計(jì)

復(fù)合建模技術(shù)就是包含了線框模型，曲面模型和實(shí)體模型，不能很好的運(yùn)用參數(shù)化模型，這就引起了很大的不便，所以在參數(shù)化模型的基礎(chǔ)上發(fā)展出來(lái)了變量化模型，其帶動(dòng)了CAD技術(shù)的集成發(fā)展。變量化模型有著從特征出發(fā)，全尺寸約束，所有的數(shù)據(jù)都互相關(guān)聯(lián)，尺寸驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)修改的強(qiáng)大應(yīng)用便利。這項(xiàng)數(shù)字化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中占有重要的地位。

（六）數(shù)字化技術(shù)中的數(shù)字原型和虛擬現(xiàn)實(shí)

虛擬原型：使用一系列的計(jì)算機(jī)圖像或者二維三維的CAD圖像來(lái)表示，并且表現(xiàn)形式用數(shù)字模型，用聯(lián)動(dòng)的圖案或者靜圖用數(shù)字化的技術(shù)放在計(jì)算機(jī)中。在設(shè)計(jì)完成以后就可以用三維的CAD圖像來(lái)向人們展示所設(shè)計(jì)出的機(jī)械樣式，無(wú)論是尺寸還是質(zhì)量，運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行效果，還可以輸入數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)出的機(jī)械進(jìn)行測(cè)試，分析。這大大減少了后期可能出現(xiàn)的問題，為設(shè)計(jì)人員減少了工作量，為企業(yè)提高了效率，這就是一個(gè)整機(jī)的動(dòng)態(tài)演示，虛擬的機(jī)械，虛擬的運(yùn)行過程，虛擬的事故狀態(tài)。對(duì)設(shè)計(jì)開發(fā)的周期來(lái)說大大減少，對(duì)于做設(shè)計(jì)產(chǎn)品可能產(chǎn)生的故障提前改進(jìn)或者采取措施，對(duì)于產(chǎn)品的性能潛力進(jìn)行充分挖掘，對(duì)于產(chǎn)品的質(zhì)量?jī)?yōu)良巨大的提升，對(duì)于設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)也有了充分的預(yù)案。虛擬技術(shù)的研究范圍主要在機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行檢測(cè)分析，與虛擬設(shè)計(jì)相關(guān)的虛擬樣機(jī)可以研究的還有CAD的幾何建模，F(xiàn)EA的結(jié)構(gòu)分析、建模來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)分析、還有具體的模型分析、機(jī)械控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、各種方面的最優(yōu)化。這項(xiàng)數(shù)字化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)還要依靠其他的技術(shù)，要結(jié)合其他的大型分析軟件，通過數(shù)據(jù)接口來(lái)完成他們之間的合作。

四、器械設(shè)計(jì)數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

先進(jìn)科技的制造技術(shù)發(fā)展方向就是高精尖，虛擬性強(qiáng)，智能化，簡(jiǎn)便化，數(shù)字化的設(shè)計(jì)也是要靠攏這個(gè)方向，其中有很多的技術(shù)就在進(jìn)一步完善中。

（1）單獨(dú)的單項(xiàng)技術(shù)更加完善，更加智能化?，F(xiàn)在的曲面建模技術(shù)，實(shí)體建模技術(shù)，大型的組件設(shè)計(jì)技術(shù)都在慢慢完善。

（2）CAD的各種技術(shù)將慢慢向封裝，接口和集成技術(shù)發(fā)展。

（3）數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)與虛擬制造技術(shù)的融合。隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，虛擬的不只是設(shè)計(jì)，還有虛擬的生產(chǎn)，虛擬的成品，虛擬的企業(yè)，還有虛擬的使用，虛擬的運(yùn)行。這就是一個(gè)完整的周期，在虛擬技術(shù)上把握好了進(jìn)行實(shí)際的流程就會(huì)減少很多麻煩。

（4）數(shù)字化設(shè)計(jì)的大網(wǎng)絡(luò)協(xié)同合作。信息化技術(shù)的發(fā)達(dá)可以使得不同的人們合作進(jìn)行一項(xiàng)機(jī)械的數(shù)字化設(shè)計(jì)，這將會(huì)把整個(gè)流程更加縮短，加強(qiáng)企業(yè)的效率。

我國(guó)是世界的制造大國(guó)，而數(shù)字化的設(shè)計(jì)過程將會(huì)是我國(guó)進(jìn)入智造大國(guó)中，促進(jìn)企業(yè)的規(guī)模化，大大降低企業(yè)的成本，提高企業(yè)的效率。這在經(jīng)濟(jì)全球化中競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，個(gè)性化的消費(fèi)越來(lái)越多，追求生產(chǎn)產(chǎn)品的效率化的今天有著非同凡響的影響，我們必須加強(qiáng)企業(yè)的數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的手段。

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