摘要：機(jī)械制造業(yè)作為我國三大支柱產(chǎn)業(yè)中的重要行業(yè)，對國民經(jīng)濟(jì)的高速增長起著至關(guān)重要的作用，它不僅要為國內(nèi)市場提供優(yōu)質(zhì)先進(jìn)的技術(shù)裝備和物美價(jià)廉的消費(fèi)品，還要為國際市場提供有競爭力的高附加值的出口商品。但是我國大部分產(chǎn)品的技術(shù)水平還只停留在先進(jìn)工業(yè)國家很早年代的水平上。大多數(shù)企業(yè)無法以市場需要的速度開發(fā)出新產(chǎn)品，這種現(xiàn)狀已嚴(yán)重制約了國家整體經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科技水平的提高。在市場經(jīng)濟(jì)條件下出現(xiàn)的快速設(shè)計(jì)，為改變我國機(jī)械制造業(yè)長期落后的面貌帶來了希望。
　　 關(guān)鍵詞：市場經(jīng)濟(jì)；機(jī)械制造；快速設(shè)計(jì)
　　
　　一、快速設(shè)計(jì)技術(shù)是市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然要求
　　
　　 快速設(shè)計(jì)技術(shù)是當(dāng)前市場在對產(chǎn)品多樣化、瞬變性等需求的形勢下提出并發(fā)展起來的。快速設(shè)也稱快速響應(yīng)設(shè)計(jì)、敏捷設(shè)計(jì)?？焖僭O(shè)計(jì)技術(shù)是當(dāng)前市場在對產(chǎn)品多樣化、瞬變性等需求的形勢下提出并發(fā)展起來的。當(dāng)前國際市場需求快速變化的特點(diǎn)和21世紀(jì)更加個(gè)性化的市場趨勢，使產(chǎn)品投放市場的時(shí)間日益成為決定產(chǎn)品競爭力的重要因素，促進(jìn)了快速設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展。產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造的主要目的是縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量，以及提高企業(yè)對市場的快速響應(yīng)能力。
　　產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造并沒有將其解決問題的范圍擴(kuò)大到企業(yè)的整個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域，而只是將重點(diǎn)放在縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)周期上，尤其是總體結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)方案階段，以提高產(chǎn)品一次開發(fā)成功和快速響應(yīng)市場的能力。產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)是先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的發(fā)展和延伸，它涉及到并行工程技術(shù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）技術(shù)、專家系統(tǒng)、集成建模、優(yōu)化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及價(jià)值工程和生產(chǎn)工程技術(shù)等。快速設(shè)計(jì)的理論和方法主要有數(shù)字化設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同設(shè)計(jì)、模塊化設(shè)計(jì)、智能化設(shè)計(jì)和綠色設(shè)計(jì)等。
　　
　　二、機(jī)械產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)的內(nèi)涵在于針對市場和客戶需求
　　
　　現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品市場的發(fā)展趨勢集中體現(xiàn)在用戶需求個(gè)性化加強(qiáng)、產(chǎn)品交貨期和生命周期縮短、產(chǎn)品功能價(jià)格比提高等方面?！百|(zhì)量、時(shí)間、效益”成為現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則，三者之間既相互矛盾而又辨證統(tǒng)一。機(jī)械產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)技術(shù)正是解決這一矛盾的有效手段。快速設(shè)計(jì)技術(shù)的目標(biāo)在于高效率地完成高質(zhì)量設(shè)計(jì)，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)周期，提高企業(yè)對市場的快速響應(yīng)能力。一切有助于加快產(chǎn)品開發(fā)速度的理論、方法和手段都可以成為快速設(shè)計(jì)技術(shù)與方法的組成部分。快速設(shè)計(jì)技術(shù)與方法以現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論為基礎(chǔ)，融合并行設(shè)計(jì)、模塊化設(shè)計(jì)理 論、基于知識的智能化設(shè)計(jì)技術(shù)與方法，集成各種計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)（CAX）、網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、仿真技術(shù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)建模及數(shù)據(jù)管理和分享技術(shù)，構(gòu)建特定產(chǎn) 品的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，加快產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)度，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，快速響應(yīng)市場需求。
　　因此，機(jī)械產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)的內(nèi)涵在于針對市場和客戶需求，應(yīng)該充分利用各種產(chǎn)品設(shè)計(jì) 工具及針對具體產(chǎn)品的設(shè)計(jì)知識及經(jīng)驗(yàn)，快速制定滿足設(shè)計(jì)需求的可用于制造的方案，并使方案快速付諸實(shí)施。針對這一目標(biāo)，快速設(shè)計(jì)從內(nèi)容上應(yīng)包含以下幾個(gè)方面：一是機(jī)械產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)規(guī)劃。利用模塊化設(shè)計(jì)方法對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)變形及規(guī)格系列進(jìn) 行規(guī)劃，建立系列化的產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)，構(gòu)造模塊系統(tǒng)并利用參數(shù)化、變量化方法建 立產(chǎn)品庫、模塊庫，利用知識化方法建立產(chǎn)品設(shè)計(jì)對象及其設(shè)計(jì)過程知識庫；二是機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的快速生成。根據(jù)用戶需求，利用知識化方法和變量化方法，匹配并定制特定產(chǎn)品所需模塊，通過模塊綜合，生成滿足用戶需求的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案；三是機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的快速評價(jià)與仿真。 對產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案進(jìn)行裝配、運(yùn)動仿真和動、靜態(tài)性能分析，評價(jià)方案的可行性及設(shè)計(jì)需求滿足程度，對產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu) 化并對影響產(chǎn)品性能的薄弱模塊環(huán)節(jié)進(jìn)行修改。
　　
　　三、我國機(jī)械產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)的實(shí)施策略
　　
　　 實(shí)施機(jī)械產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)化工程。其實(shí)施策略可概括為以下幾個(gè)方面。
　　 一是要建立產(chǎn)品需求信息的快速捕捉和決策機(jī)制。 充分利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，快速捕捉復(fù)雜多變的市場動態(tài)信息，為產(chǎn)品正確地預(yù)測 和決策提供保證，并使企業(yè)和用戶之間的溝通更為直接、快速。市場分析是進(jìn)行 模塊化產(chǎn)品規(guī)劃的基礎(chǔ)，準(zhǔn)確的產(chǎn)品定位是模塊化發(fā)揮最大效益的前提。確定市 場需求量大、前景廣闊的一類產(chǎn)品為模塊化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對象，根據(jù)用戶需求分析， 確定產(chǎn)品的功能、性能、參數(shù)范圍。
　　 二是要建立模塊化產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫、知識庫及其管理系統(tǒng)。通過產(chǎn)品規(guī)劃、模塊的252cb4dcdc228e2e3ffc6e89f5c8ad6d識別以及產(chǎn)品設(shè)計(jì)所需的各種知識的提取和加工，建立產(chǎn)品模塊及產(chǎn)品知識管理系統(tǒng)。利用基于知識的模塊化的產(chǎn)品模型及產(chǎn)品知識 管理系統(tǒng)，能最大限度地重用已有產(chǎn)品模塊及其設(shè)計(jì)知識，使快速設(shè)計(jì)建立在科 學(xué)、正確和合理的基礎(chǔ)之上，因而成為能支持富有競爭力的快速產(chǎn)品設(shè)計(jì)策略的 最有力的工具。
　　 三是要構(gòu)造機(jī)械產(chǎn)品的快速設(shè)計(jì)集成平臺和軟件工具集。以重點(diǎn)行業(yè)和典型產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)為背景，提出適合快速設(shè)計(jì)的軟件體系結(jié)構(gòu)，以支撐軟件的二次開發(fā)為主要手段，利用各種接口將 CAD/CAE/CAM 的應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)庫、規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)庫連接成一個(gè)集成化系統(tǒng)。通過開發(fā)各種構(gòu)件和專 用工具集，建立一個(gè)支持復(fù)雜信息環(huán)境下工程設(shè)計(jì)應(yīng)用開發(fā)、應(yīng)用集成和系統(tǒng)運(yùn) 行的軟件平臺。以該平臺為基礎(chǔ)，構(gòu)建適用于企業(yè)和產(chǎn)品特點(diǎn)的快速設(shè)計(jì)軟件
　　系 統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速設(shè)計(jì)有效途徑。
　　
　　四、我國機(jī)械產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)框架模型
　　
　　實(shí)施機(jī)械產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)應(yīng)以現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法為指導(dǎo)，根據(jù)市場需求，綜合運(yùn)用產(chǎn)品創(chuàng)新、概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)所需各種設(shè)計(jì)技術(shù)和設(shè)計(jì)工具，進(jìn)行科學(xué)化、系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)。 基于述快速設(shè)計(jì)技術(shù)原理究，可建立機(jī)械產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)框架體系。該體系分為方法層，工具層與應(yīng)用層。方法層建立機(jī)械產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)的技術(shù)、方法體系；工具層提供應(yīng)用方法層論述的設(shè)計(jì)技術(shù)和方法的工具體系；應(yīng)用層利用工具層提供的快速設(shè)計(jì)工具構(gòu)建面向產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)。
　　1、機(jī)械產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)的技術(shù)構(gòu)成
　　 機(jī)械產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)基本技術(shù)和方法包括模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)，智能化設(shè)計(jì)技術(shù)和各種計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)（CAx）。模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)是實(shí)施快速設(shè)計(jì)，構(gòu)建機(jī)械產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)技術(shù)，包括模塊化產(chǎn)品族規(guī)劃、模塊化產(chǎn)品數(shù)據(jù)建模和管理、模塊化產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)、方案評價(jià)技術(shù)等；智能化設(shè)計(jì)技術(shù)是提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)速度和質(zhì)量的重要手段，主要任務(wù)包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和知識的采集、整理、表達(dá)、建模以及基于知識的推理求解技術(shù)等；各種計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)是快速設(shè)計(jì)的重要工具，包括各種 CAD、CAE、CAM 工具。 企業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品族系列規(guī)劃和客戶化產(chǎn)品設(shè)計(jì)要以產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的模塊化為基礎(chǔ)。 構(gòu)建模塊化的產(chǎn)品族系統(tǒng)將使多數(shù)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)任務(wù)可以利用對現(xiàn)有的產(chǎn)品和模 塊進(jìn)行變型獲得初始設(shè)計(jì)方案，而無需從零開始重新設(shè)計(jì)。在進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)的過程中，引入智能化設(shè)計(jì)的手段和 CAx 工具，可提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的質(zhì)量和效率，保障產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造的成功率。將 CAx 技術(shù)和智能化技術(shù)引入機(jī)械產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)的重點(diǎn)在于智能化設(shè)計(jì)與 CAx 技術(shù)的集成，構(gòu)建 KBE（Knowledge Based Engineering）系統(tǒng)，通過對 產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識和經(jīng)驗(yàn)加以總結(jié)、提煉，提高設(shè)計(jì)進(jìn)程的智能化和自動化程度；利用 CAx 平臺，建立產(chǎn)品數(shù)字化三維實(shí)體模型、進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)動、靜態(tài)性能的分 析和產(chǎn)品裝配、運(yùn)動仿真、可制造性分析，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。
　　
　　2、快速設(shè)計(jì)軟件工具系統(tǒng)的構(gòu)成
　　實(shí)施機(jī)械產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)需要構(gòu)建特定的計(jì)算機(jī)輔助快速設(shè)計(jì)（CARD）系統(tǒng)， 利用計(jì)算機(jī)平臺來完成產(chǎn)品數(shù)字化的設(shè)計(jì)開發(fā)過程。快速設(shè)計(jì)需要各種計(jì)算機(jī)輔助工具的支持，一方面要充分利用現(xiàn)有的、發(fā)展 成熟的方法和工具，同時(shí)還要設(shè)計(jì)開發(fā)面向具體應(yīng)用、解決具體設(shè)計(jì)問題的計(jì)算 機(jī)軟件系統(tǒng)。這些都稱為快速設(shè)計(jì)軟件工具，根據(jù)在快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的應(yīng)用可以 劃分為如圖 2－5 所示的三個(gè)層次：支撐快速設(shè)計(jì)的支撐平臺；實(shí)現(xiàn)特定方法或 特定任務(wù)的快速設(shè)計(jì)使能工具；面向具體產(chǎn)品的專用快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)。快速設(shè)計(jì)的使能工具則是針對快速設(shè)計(jì)技術(shù)中的具體技術(shù)方法開發(fā)的軟件工具，如實(shí)施模塊化設(shè)計(jì)的模塊劃分工具、模塊綜合工具以及應(yīng)用智能化設(shè)計(jì)的 知識建模工具、知識推理工具等。使能工具通過在快速設(shè)計(jì)支撐平臺的基礎(chǔ)上進(jìn) 行二次開發(fā)等手段使 CAD、CAE 工具軟件能夠有效地溶入快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)。專用快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)是針對特定類型產(chǎn)品的專用設(shè)計(jì)工具。通過將快速設(shè)計(jì)使能工具集在統(tǒng)一的平臺下集成，并針對具體產(chǎn)品的特點(diǎn)建立相應(yīng)的設(shè)計(jì)知識庫、 模型庫、圖形庫，可快速地構(gòu)建特定產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)。 快速設(shè)計(jì)軟件工具系統(tǒng)的層次性使之能夠滿足對一定范圍內(nèi)不同種類的產(chǎn)品進(jìn)行快速設(shè)計(jì)的需求?？焖僭O(shè)計(jì)系統(tǒng)使能工具集由模塊化設(shè)計(jì)工具集，智能化設(shè)計(jì)工具集和 CAx 應(yīng)用工具集三類構(gòu)成，從快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)構(gòu)建和應(yīng)用的角度可分為快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)構(gòu)建工具集和產(chǎn)品方案快速設(shè)計(jì)工具集。
　　3、快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)集成平臺
　　快速設(shè)計(jì)集成平臺的作用體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是將快速設(shè)計(jì)使能工具集和各種支撐工具有機(jī)集成在統(tǒng)一的框架內(nèi)，使之能夠?yàn)榫唧w的產(chǎn)品設(shè)計(jì)任務(wù)提供快速設(shè)計(jì)支持；二是提供對并行協(xié)同設(shè)計(jì)模式的支持，使各個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)之間能夠進(jìn)行有效的分工與合作。
　　機(jī)械產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)建模是基于信息理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)建立一定的數(shù)據(jù)模式定義和描述整個(gè)生命周期中產(chǎn)品的數(shù)據(jù)內(nèi)容、活動過程及數(shù)據(jù)聯(lián)系的信息模型。構(gòu)建機(jī)械產(chǎn)品 快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)首先要解決產(chǎn)品建模問題，支持快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)的集成和快速方案設(shè)計(jì)過程。 機(jī)械產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)是以模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)為基礎(chǔ)，面向產(chǎn)品族的設(shè)計(jì)開發(fā)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以模塊作為基本構(gòu)成單元。產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)構(gòu)成模式為產(chǎn)品----模塊----子模塊，具有層次化的特點(diǎn)。其中，產(chǎn)品、模塊與子模塊是一組具有相對關(guān)系的概念，如在加工中心機(jī)床中，刀庫模塊對整個(gè)機(jī)床來說是模塊，但對組成刀庫的 子模塊來說，它本身可視為一個(gè)模塊化產(chǎn)品，擁有自己獨(dú)立的模塊系統(tǒng)。因此， 可以對產(chǎn)品、模塊和子模塊建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型，即模塊數(shù)據(jù)模型。集成化模塊數(shù)據(jù)模型的信息構(gòu)成，主要包括功能信息、性能信息、、結(jié)構(gòu)信息、管理信息和知識信息。
　　 作者單位：咸寧學(xué)院信息工程學(xué)院
　　 （編輯 雨露）
　　
　　參考文獻(xiàn)：
　　[1]汪應(yīng)洛．《新世紀(jì)的生產(chǎn)系統(tǒng)--精簡、靈捷、柔性生產(chǎn)系統(tǒng)》．《中國機(jī)械工程》，1