現代設計方法在機電產品中的應用

摘要：本文簡單介紹了現代設計方法的一般概念與市場需求，簡要提出了現代設計對機電產品的指導性作用，結合現代設計方法的特點，從綠色設計、并行設計、可靠性設計、虛擬設計、智能優化設計、模糊設計幾個方面系統地闡述了現代設計方法在機電產品中的應用。

關鍵詞：機電產品 現代設計方法 應用 指導性作用

1.引言

目前，從機電產品的需求來看，我國國內各個企業都需要效率高、質量好、價格便宜的產品，由于產品的質量、性能等都是由其設計決定的，因此為達到以上需求，必須從產品的設計著手，提高產品的設計水平，是提高產品競爭能力的關鍵。近幾十年來，隨著我國科學技術的迅速發展，我國各項產品的設計水平不斷提高，發生了較大的變革。一批新的方法、技術不斷涌現，大大提高并加快了產品的設計水平與速度。

對于機電產品來說，其技術來源主要是機電一體化技術。其涉及到傳統的機械設計、經典控制理論以及微電子技術等內容，另外還包括了現代的設計方法、信息處理技術、軟件工程以及人工智能等現代控制技術。隨著科學技術的不斷發展，越來越多的學科相互滲透，綜合影響著機電產品的設計。

2.現代設計方法概述

現代設計方法是綜合考慮社會科學、自然科學與經濟科學等諸多因素的影響，應用現代科學知識，通過設計人員創造性的規劃與決策，制定的可用于獲得、低價格、高質量且有創新產品的方案的一種設計方法。它屬于傳統設計方法的發展與延伸，是由實踐經驗的積累逐步歸納演繹而綜合發展起來的一種方法。

現代設計方法主要有以下幾個方面的特點：第一，創新性，突出創新意識，激勵創造沖動，開發新產品；第二，智能性，通過計算機系統綜合集成高新科技成果，獲得最優參數與方案；第三，系統性，現代設計方法強調用系統的、邏輯的工程方法處理技術問題；第四，優化性，運用計算機技術進行理論與方法的整體優化；第五，動態性，綜合考慮載荷譜等隨機變量，進行多變量動態設計；第六，先進性，運用先進的設計方法，提高設計的質量；第七，CAD化，應用計算機進行繪圖、計算、設計等一體化。

3.現代設計方法是市場競爭的需求

日益激烈的市場競爭，需要更多的創新設計產品。近些年來，隨著我國國民經濟的高速發展，國內外市場競爭日益激烈。在國際市場中，部分產品的壽命周期只有3年，這就要求產品在生產的過程中，加大對于新產品的設計研發力度，同時進行二代、三代甚至多代產品的研發。從目前來看，我國仍存在一些性能差、成本高、不適應生產需要的機電產品，為滿足當前國內外需要及從市場競爭方面考慮，必須加大對優質新產品的設計力度，采用現代設計方法，獲得適應現代市場需要的新產品，以提高企業的綜合競爭力。

4.現代設計方法對機電產品開發的指導性作用

由于絕大多數的機電產品與人們的關系密切，現代設計中包含人的思想，其對于機電產品的開發設計有著指導性的作用。現代設計方法的基礎是改良、再構造及革新，機電設計以其為指導，其目的是提高人們的生活質量，現代設計方法對機電產品的指導順應了時代發展的潮流，確保了人類的可持續發展。在機電產品的設計中，現代設計方法貫穿于其設計的整個流程，設計師通過發揮自身的創造與想象力，在廣闊的設計空間中，使產品更加適合人們的整體需要。

5.現代設計方法與機電產品設計相結合

隨著機電市場的發展成熟，現代機電產品涉及的工業門類與學科越來越多，傳統的設計方法已經很難滿足設計的要求。因此，需要采用現代設計方法，對機電產品的設計方法與設計思想進行改進。下面簡述了機電產品設計方面綠色設計、并行設計、可靠性設計、虛擬設計、智能優化設計、模糊設計的應用情況。

5.1.綠色設計

以環境資源保護為核心的設計被稱作綠色設計，其基本思想就是以環境為前提，在設計階段就考慮到影響環境的因素和預防環境污染的措施，其設計的出發點和設計目標是環境性能的優劣，力求所設計生產的產品對環境的影響最小。我國目前的綠色產品設計的主要包括以下幾個方面：（1） 產品的可拆卸性與可回收性設計，可拆卸與可回收性可保證在丟棄廢棄淘汰部件的同時，回收可用正常的部件，實現零部件的循環使用；（2）產品材料的選擇和管理，其材料不僅要滿足設計的性能與使用要求，還要考慮環境約束準則；（3） 產品的綠色包裝設計，在確保設計滿足客戶需要的前提下，充分考慮對環境的影響；（4）產品的成本分析，除產品原始成本的分析外，還需要考慮產品的環境成本。

5.2.并行設計

所謂并行設計是指對產品及其相關過程進行集成與并行設計的工作模式。產品開發設計人員從一開始就需要全面考慮產品的整個生命周期里的可能出現的所有影響因素，充分考慮一切可能出現的矛盾、錯誤與沖突，并提出一定的解決方案，以提高產品質量，降低產品成本。目前并行設計方法主要分為兩大類：一類是基于信息、知識協同和集成的并行化。另一類是基于人員協同和集成的并行化。

5.3.可靠性設計

可靠性設計是指產品在特定的時間與條件下，可完成特定功能的能力。可靠性設計是從統計學的角度去觀察分析，主要反映的是隨機變量發生的可能性。正態分布模型、威爾分布模型等都是用這中關系來進行描述的，其常用數值標準有：失效率、可靠度以及平均壽命。對于機電產品來說，其可靠性與組成系統單元的可靠性和各單元間的相互匹配以及組合方式有關。

5.4.虛擬設計

在機電產品的設計過程中，為了確保產品的一次設計成功，往往會采用虛擬設計。主要是利用信息技術、仿真技術進行現實制造活動的一種全方面的仿真，以期發現制造過程中可能出現的問題，并進行解決，才能提高該產品的競爭力。

機電產品的虛擬設計的基礎是計算機技術，其虛擬設計平臺的建立主要包括三個層次的內容：一是對產品的評價和驗證；二是產品設計的優化和產品模型的建立；三是產品模型以及相關信息的傳輸。

5.5.智能優化設計

隨著機電一體化技術的不斷發展與廣泛使用，機電系統變得越來越復雜化。采用智能優化設計方法才能有效解決復雜的系統。智能優化更強調人工智能的作用，以計算機為實現手段，使現代的機電產品具有自組織、自學習、自適應的能力。充分突破了傳統優化設計的局限性。

5.6.模糊設計

模糊設計是把模糊理論引入到設計領域中，它不是建立在對系統進行精確的數學分析基礎上，而是根據模糊性的實際經驗確定設計參數。模糊設計一般與別的設計方法相結合，處理設計中的不確定性因素，使得設計方法更加合理、完善。 現在的機電產品中許多內容都涉及到模糊理論，其正悄然地改變著人們的生活方式。

結束語：

經過幾十年的發展，機電產品已經進入千家萬戶。自從我國加入WTO后，我國機電產品受到了來自國際市場的激烈競爭，面對國外機電產品的挑戰，我們應清醒的抓住挑戰中的機遇，運用現代的設計方法進行機電產品的設計，開發出可靠性更高、功能更全且更智能化的現代化機電產品，逐步提高我國機電產品的市場競爭力與占有率。

參考文獻：

[1]武邵暉.淺談現代機電產品設計的特點[J].山西機械，2000，（1）：60-61.

[2]王孝志，賀瓊義.現代設計與機電產品設計天津職業技術師范學院學報，2000，10（1）：21-24.

[3]楊云峰，宋一阜，李鳳瓊，等.現代設計方法在煤礦機電產品設計中的應用[J].中州煤炭，2005，13（4）：225-26.

[4]徐立雄，李悅欽，錢學軍，等.現代設計方法在機電產品中的應用[J].機電產品開發與創新，2005，18（1）：19-21.

作者簡介：李艷芳（1983-，山東菏澤人，講師，畢業于南京航空航天大學，研究方向：機械設計制造 報廢汽車拆卸裝備研究。