機(jī)械制造工藝中的合理化機(jī)械設(shè)計(jì)與探討

李世成 李書林 曹賽賽 李超

摘要： 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造涉及多個(gè)領(lǐng)域，是多種應(yīng)用型技術(shù)融合起來(lái)，形成的一種多元化應(yīng)用技術(shù)體系。隨著機(jī)械技術(shù)發(fā)展，為我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)做出巨大貢獻(xiàn)，不僅提升了生產(chǎn)效率，優(yōu)化生產(chǎn)流程，還能夠控制生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化、一體化、智能化發(fā)展。基于此，加強(qiáng)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)與制造相關(guān)研究具有十分現(xiàn)實(shí)的意義。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制造;合理化;機(jī)械設(shè)計(jì)

1 機(jī)械設(shè)計(jì)制造概述

所謂的機(jī)械設(shè)計(jì)制造包括機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械制造，這主要涉及這些設(shè)備結(jié)構(gòu)、潤(rùn)滑方法和功傳遞方法的設(shè)計(jì)和實(shí)施。由于中國(guó)現(xiàn)代工業(yè)化改革的迅速發(fā)展，各種類型的機(jī)械設(shè)備在中國(guó)制造業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，極大地促進(jìn)了機(jī)械工業(yè)的強(qiáng)勁發(fā)展。近年來(lái)，數(shù)字化、自動(dòng)化和智能已逐漸成為各個(gè)行業(yè)發(fā)展的支柱，而計(jì)算機(jī)技術(shù)、設(shè)計(jì)和機(jī)械生產(chǎn)的集成無(wú)疑將需要企業(yè)付出一半甚至超過(guò)一半的精力來(lái)發(fā)展該行業(yè)并提高項(xiàng)目效率。優(yōu)化設(shè)計(jì)即對(duì)機(jī)械整體性能進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，這其中包括機(jī)械產(chǎn)品外觀、體積、工作效率等方面的優(yōu)化，而優(yōu)化設(shè)計(jì)本身是建立在機(jī)械產(chǎn)品可靠性基礎(chǔ)上才能實(shí)現(xiàn)的。

2機(jī)械制造工藝中的合理化機(jī)械設(shè)計(jì)

2.1對(duì)機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化

新時(shí)期，應(yīng)該將節(jié)能環(huán)保理念融入到機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，不斷提升機(jī)械制造自動(dòng)化領(lǐng)域環(huán)保性、節(jié)能性水平，在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面，具體優(yōu)化體現(xiàn)在產(chǎn)品外形、產(chǎn)品功能兩個(gè)層面。一方面，機(jī)械產(chǎn)品外形往往決定了在產(chǎn)品使用中消耗資源的情況。機(jī)械阻力小，則實(shí)際運(yùn)行中對(duì)燃油、燃?xì)饽茉词褂昧扛伲軌蚪档拓?fù)載能耗。例如輪胎阻力、風(fēng)阻等，長(zhǎng)期使用中會(huì)增加機(jī)械負(fù)載，所消耗能源也更大。另一方面，機(jī)械設(shè)計(jì)是確保機(jī)械產(chǎn)品功能的基礎(chǔ)，應(yīng)該注重能耗節(jié)約，例如，小排量渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油機(jī)、大排量發(fā)動(dòng)機(jī)相比，相同動(dòng)力基礎(chǔ)上排放更少，應(yīng)用前景更加廣泛。虛擬化技術(shù)的出現(xiàn)，極大解決了企業(yè)在機(jī)械設(shè)計(jì)上的這一問(wèn)題，通過(guò)運(yùn)用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，能夠模擬機(jī)械設(shè)計(jì)的方案運(yùn)行情況（如圖1）。

2.2現(xiàn)代機(jī)械制造中柔性制造系統(tǒng)

柔性制造系統(tǒng)在現(xiàn)代機(jī)械制造中得到了應(yīng)用。柔性制造系統(tǒng)即FMS系統(tǒng)，這種系統(tǒng)將傳統(tǒng)機(jī)械制造、計(jì)算機(jī)、系統(tǒng)工程融合起來(lái)，因此也涉及到了復(fù)雜的技術(shù)，具有高度自動(dòng)化的特征。通過(guò)在現(xiàn)代機(jī)械制造中應(yīng)用FMS 系統(tǒng)，不僅可以滿足現(xiàn)代機(jī)械制造提出的高自動(dòng)化要求，而且也能夠促使現(xiàn)代機(jī)械制造實(shí)現(xiàn)高柔性化。從這種計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)的優(yōu)勢(shì)來(lái)看，較高的設(shè)備利用率、穩(wěn)定的生產(chǎn)能力、較高的產(chǎn)品質(zhì)量、顯著的經(jīng)濟(jì)效果等都是FMS 系統(tǒng)在切削交工、焊接沖壓中得到廣泛應(yīng)用的重要原因。

2.3依托大數(shù)據(jù)采集技術(shù)建立檢測(cè)系統(tǒng)

要減少工業(yè)生產(chǎn)中的機(jī)械設(shè)備的故障率，需要從源頭做起，要對(duì)整個(gè)流水線上所有的機(jī)械設(shè)備做好檢測(cè)工作，對(duì)每臺(tái)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)采集工作。人工智能化的數(shù)據(jù)采集，能夠在設(shè)備出現(xiàn)故障的時(shí)候，對(duì)整個(gè)設(shè)備的瞬時(shí)參數(shù)進(jìn)行采集。當(dāng)設(shè)備再次出現(xiàn)類似故障的時(shí)候，就能夠更加迅速地解決問(wèn)題，使機(jī)械設(shè)備盡快恢復(fù)到實(shí)際的生產(chǎn)作業(yè)中，最終能夠確保企業(yè)的正常運(yùn)行，避免對(duì)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益造成大的影響。

2.4產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的可靠性優(yōu)化

產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的可靠性優(yōu)化研究可以從兩個(gè)方面入手，一方面從產(chǎn)品本身的整體性考慮，即結(jié)合產(chǎn)品的功能定位、產(chǎn)品使用環(huán)境以及產(chǎn)品使用頻率等信息進(jìn)行綜合分析，結(jié)合企業(yè)自身的生產(chǎn)條件進(jìn)行可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)，其中包括產(chǎn)品生產(chǎn)流程、材料選擇、材料處理方式以及最后的組合安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)，以此來(lái)保證產(chǎn)品在企業(yè)自身的生產(chǎn)條件下達(dá)到理想的可靠性目標(biāo)。另一方面將產(chǎn)品本身化整為零，最大限度的優(yōu)化每一個(gè)產(chǎn)品零件的可靠性，這樣就可以保證產(chǎn)品本身可靠性。兩種方式各有優(yōu)劣，機(jī)械制造企業(yè)應(yīng)該結(jié)合企業(yè)自身的生產(chǎn)條件進(jìn)行選擇，但不管何種方式，都需要對(duì)最終的產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，保證產(chǎn)品滿足國(guó)家同類產(chǎn)品的質(zhì)量要求標(biāo)準(zhǔn)，保證產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。另外，在產(chǎn)品初期的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該就初期測(cè)試產(chǎn)品的數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)致分析，重點(diǎn)考察極端環(huán)境下的產(chǎn)品穩(wěn)定性，盡可能地在設(shè)計(jì)中增加一些預(yù)防故障的設(shè)計(jì)和穩(wěn)定性設(shè)計(jì)，減少因?yàn)椴皇煜ぎa(chǎn)品誤操作而導(dǎo)致的產(chǎn)品故障，為后續(xù)產(chǎn)品生產(chǎn)和售后打好基礎(chǔ)。

2.5計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的應(yīng)用

2.5.1三維造型

實(shí)際工作中，三維建模是計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)應(yīng)用最集中的體現(xiàn)。在現(xiàn)代設(shè)計(jì)和制造中，所涉及的工人經(jīng)常使用CAD 軟件來(lái)開(kāi)發(fā)3D 仿真圖形，通過(guò)CAD 來(lái)分析設(shè)備的規(guī)格參數(shù)和生產(chǎn)要素，更方便地找出機(jī)械設(shè)計(jì)和制造中的詳細(xì)缺陷，并采取具體措施來(lái)優(yōu)化這些缺陷。此外，使用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，專業(yè)人員可以在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面分析和理解的基礎(chǔ)上更改機(jī)械設(shè)計(jì)和生產(chǎn)計(jì)劃，這不僅可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，也大大提高了工作效率。此外，可以減少對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)對(duì)人工生產(chǎn)的依賴，促進(jìn)機(jī)械制造業(yè)的智能發(fā)展。

2.5.2機(jī)械零件

機(jī)械設(shè)計(jì)和制造過(guò)程將包括許多細(xì)小零部件。因此，專業(yè)設(shè)計(jì)師必須仔細(xì)選擇備件規(guī)格，并根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)和制造要求對(duì)零件進(jìn)行專業(yè)處理，以確保所有零件都存在，功率計(jì)量符合機(jī)械設(shè)計(jì)要求。在此過(guò)程中，有效使用計(jì)算機(jī)技術(shù)可以降低零件設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。設(shè)計(jì)人員必須了解機(jī)械設(shè)備的真正目的，并以人機(jī)對(duì)話的形式考慮產(chǎn)品規(guī)格的理想?yún)?shù)。它可以預(yù)測(cè)并選擇的不同結(jié)果，并防止可能出現(xiàn)的選擇錯(cuò)誤。優(yōu)化機(jī)械設(shè)備的質(zhì)量，并有助于機(jī)械設(shè)計(jì)和制造的合理發(fā)展。

3結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)的不斷發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品本身質(zhì)量和使用性能的重視程度逐漸提升，但由于我國(guó)機(jī)械可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)尚處于起步階段，存在很多不足和問(wèn)題，機(jī)械制造企業(yè)應(yīng)該將其重視起來(lái)，加大對(duì)相關(guān)專業(yè)人才的培養(yǎng)力度，以此來(lái)提升我國(guó)機(jī)械行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量，推動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)的快速發(fā)展。

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（作者單位：徐工集團(tuán)工程機(jī)械股份有限公司1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?徐州工程機(jī)械技師學(xué)院 江蘇省徐州市2）