機械制造工藝中的合理化機械設(shè)計與探討

李世成 李書林 曹賽賽 李超

摘要： 機械設(shè)計與制造涉及多個領(lǐng)域，是多種應(yīng)用型技術(shù)融合起來，形成的一種多元化應(yīng)用技術(shù)體系。隨著機械技術(shù)發(fā)展，為我國工業(yè)生產(chǎn)做出巨大貢獻，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，實現(xiàn)精細化、一體化、智能化發(fā)展。基于此，加強對機械設(shè)計與制造相關(guān)研究具有十分現(xiàn)實的意義。

關(guān)鍵詞：機械制造;合理化;機械設(shè)計

1 機械設(shè)計制造概述

所謂的機械設(shè)計制造包括機械設(shè)計和機械制造，這主要涉及這些設(shè)備結(jié)構(gòu)、潤滑方法和功傳遞方法的設(shè)計和實施。由于中國現(xiàn)代工業(yè)化改革的迅速發(fā)展，各種類型的機械設(shè)備在中國制造業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，極大地促進了機械工業(yè)的強勁發(fā)展。近年來，數(shù)字化、自動化和智能已逐漸成為各個行業(yè)發(fā)展的支柱，而計算機技術(shù)、設(shè)計和機械生產(chǎn)的集成無疑將需要企業(yè)付出一半甚至超過一半的精力來發(fā)展該行業(yè)并提高項目效率。優(yōu)化設(shè)計即對機械整體性能進行優(yōu)化和改進，這其中包括機械產(chǎn)品外觀、體積、工作效率等方面的優(yōu)化，而優(yōu)化設(shè)計本身是建立在機械產(chǎn)品可靠性基礎(chǔ)上才能實現(xiàn)的。

2機械制造工藝中的合理化機械設(shè)計

2.1對機械自動化產(chǎn)品設(shè)計進行持續(xù)優(yōu)化

新時期，應(yīng)該將節(jié)能環(huán)保理念融入到機械產(chǎn)品設(shè)計環(huán)節(jié)中，不斷提升機械制造自動化領(lǐng)域環(huán)保性、節(jié)能性水平，在機械產(chǎn)品設(shè)計方面，具體優(yōu)化體現(xiàn)在產(chǎn)品外形、產(chǎn)品功能兩個層面。一方面，機械產(chǎn)品外形往往決定了在產(chǎn)品使用中消耗資源的情況。機械阻力小，則實際運行中對燃油、燃氣能源使用量更少，能夠降低負載能耗。例如輪胎阻力、風(fēng)阻等，長期使用中會增加機械負載，所消耗能源也更大。另一方面，機械設(shè)計是確保機械產(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)動機和柴油機、大排量發(fā)動機相比，相同動力基礎(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)在機械設(shè)計上的這一問題，通過運用計算機信息技術(shù)，能夠模擬機械設(shè)計的方案運行情況（如圖1）。

2.2現(xiàn)代機械制造中柔性制造系統(tǒng)

柔性制造系統(tǒng)在現(xiàn)代機械制造中得到了應(yīng)用。柔性制造系統(tǒng)即FMS系統(tǒng)，這種系統(tǒng)將傳統(tǒng)機械制造、計算機、系統(tǒng)工程融合起來，因此也涉及到了復(fù)雜的技術(shù)，具有高度自動化的特征。通過在現(xiàn)代機械制造中應(yīng)用FMS 系統(tǒng)，不僅可以滿足現(xiàn)代機械制造提出的高自動化要求，而且也能夠促使現(xiàn)代機械制造實現(xiàn)高柔性化。從這種計算機輔助制造技術(shù)的優(yōu)勢來看，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)建立檢測系統(tǒng)

要減少工業(yè)生產(chǎn)中的機械設(shè)備的故障率，需要從源頭做起，要對整個流水線上所有的機械設(shè)備做好檢測工作，對每臺機械設(shè)備進行詳細的數(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)故障的時候，對整個設(shè)備的瞬時參數(shù)進行采集。當(dāng)設(shè)備再次出現(xiàn)類似故障的時候，就能夠更加迅速地解決問題，使機械設(shè)備盡快恢復(fù)到實際的生產(chǎn)作業(yè)中，最終能夠確保企業(yè)的正常運行，避免對企業(yè)的經(jīng)濟效益造成大的影響。

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

產(chǎn)品設(shè)計環(huán)節(jié)的可靠性優(yōu)化研究可以從兩個方面入手，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行綜合分析，結(jié)合企業(yè)自身的生產(chǎn)條件進行可靠性優(yōu)化設(shè)計，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)，以此來保證產(chǎn)品在企業(yè)自身的生產(chǎn)條件下達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，機械制造企業(yè)應(yīng)該結(jié)合企業(yè)自身的生產(chǎn)條件進行選擇，但不管何種方式，都需要對最終的產(chǎn)品進行質(zhì)量檢測，保證產(chǎn)品滿足國家同類產(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)計過程中，應(yīng)該就初期測試產(chǎn)品的數(shù)據(jù)進行細致分析，重點考察極端環(huán)境下的產(chǎn)品穩(wěn)定性，盡可能地在設(shè)計中增加一些預(yù)防故障的設(shè)計和穩(wěn)定性設(shè)計，減少因為不熟悉產(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計算機輔助技術(shù)的應(yīng)用

2.5.1三維造型

實際工作中，三維建模是計算機輔助技術(shù)應(yīng)用最集中的體現(xiàn)。在現(xiàn)代設(shè)計和制造中，所涉及的工人經(jīng)常使用CAD 軟件來開發(fā)3D 仿真圖形，通過CAD 來分析設(shè)備的規(guī)格參數(shù)和生產(chǎn)要素，更方便地找出機械設(shè)計和制造中的詳細缺陷，并采取具體措施來優(yōu)化這些缺陷。此外，使用計算機輔助技術(shù)，專業(yè)人員可以在對產(chǎn)品進行全面分析和理解的基礎(chǔ)上更改機械設(shè)計和生產(chǎn)計劃，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，可以減少對機械設(shè)計對人工生產(chǎn)的依賴，促進機械制造業(yè)的智能發(fā)展。

2.5.2機械零件

機械設(shè)計和制造過程將包括許多細小零部件。因此，專業(yè)設(shè)計師必須仔細選擇備件規(guī)格，并根據(jù)實際設(shè)計和制造要求對零件進行專業(yè)處理，以確保所有零件都存在，功率計量符合機械設(shè)計要求。在此過程中，有效使用計算機技術(shù)可以降低零件設(shè)計的復(fù)雜性。設(shè)計人員必須了解機械設(shè)備的真正目的，并以人機對話的形式考慮產(chǎn)品規(guī)格的理想?yún)?shù)。它可以預(yù)測并選擇的不同結(jié)果，并防止可能出現(xiàn)的選擇錯誤。優(yōu)化機械設(shè)備的質(zhì)量，并有助于機械設(shè)計和制造的合理發(fā)展。

3結(jié)束語

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

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