劉 敏

（重慶科技學(xué)院,400050）

試析精梳機(jī)主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)方案的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

劉 敏

（重慶科技學(xué)院,400050）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，在市場(chǎng)條件下，競(jìng)爭(zhēng)變得越來(lái)越激烈，各個(gè)行業(yè)，各個(gè)企業(yè)面臨著巨大機(jī)遇與挑戰(zhàn)。在企業(yè)發(fā)展的壓力下，不斷縮產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高產(chǎn)品的科技含量和創(chuàng)新性成為企業(yè)發(fā)展的必要選擇。精梳機(jī)主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)是最具挑戰(zhàn)意義的，其設(shè)計(jì)目的就是發(fā)明新機(jī)械并優(yōu)化已有機(jī)械，不斷滿足用戶的需求，在產(chǎn)品創(chuàng)新中占有重要位置，要想實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新，必須設(shè)計(jì)出能夠吸引人眼球的原理方案。本文就精梳機(jī)主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的研究意義、計(jì)算機(jī)輔助機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)等加以分析。

精梳機(jī)；主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)方案；計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

如今，大部分機(jī)械產(chǎn)品都是由機(jī)構(gòu)組成的，也就是機(jī)械產(chǎn)品的“骨骼”，那么機(jī)構(gòu)產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)直接影響著機(jī)械產(chǎn)品的創(chuàng)新含量。產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案就是為了設(shè)計(jì)出新的機(jī)械產(chǎn)品，滿足用戶的要求，這個(gè)階段是之后制造和使用的關(guān)鍵階段。利用計(jì)算機(jī)來(lái)輔助創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案是機(jī)構(gòu)學(xué)者們樂于采用的工具，它對(duì)于設(shè)計(jì)方案的自動(dòng)生成起著很大作用。

1 精梳機(jī)主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的研究意義

伴隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與競(jìng)爭(zhēng)的激烈，企業(yè)要想繼續(xù)發(fā)展就要不斷創(chuàng)新增強(qiáng)自己的實(shí)力，創(chuàng)新性和高效行成為工業(yè)設(shè)計(jì)的重要發(fā)展方向。為了達(dá)到精梳機(jī)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)化，就要根據(jù)精梳機(jī)的特點(diǎn)建立運(yùn)動(dòng)方案的輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)。機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新中最有挑戰(zhàn)意義的便是機(jī)構(gòu)方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)，要求設(shè)計(jì)人員根據(jù)用戶使用出現(xiàn)的實(shí)際問題，找到最佳解決方案，并不是局部彌補(bǔ)，而是重大結(jié)構(gòu)性調(diào)整。這對(duì)于之后的機(jī)械設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)都有著先導(dǎo)作用，直接導(dǎo)致機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的好壞、產(chǎn)品性能的高低以及經(jīng)濟(jì)效益的漲落。例如，根據(jù)科學(xué)統(tǒng)計(jì)，主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)在機(jī)械產(chǎn)品的綜合使用性能中占有70%的決定權(quán)，也就是說(shuō)，在機(jī)械產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)階段就已經(jīng)影響著產(chǎn)品的使用性能了，如果，一個(gè)機(jī)械產(chǎn)品在概念設(shè)計(jì)階段的總體性能高，那么在機(jī)械產(chǎn)品具體加工制作過(guò)程中只是使機(jī)械廠品有型化而已。在創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案階段需要做的是：依據(jù)實(shí)際需要，構(gòu)思產(chǎn)品的功能，結(jié)合科學(xué)技術(shù)設(shè)計(jì)產(chǎn)品運(yùn)作原理和設(shè)計(jì)功能實(shí)現(xiàn)的載體。

2 計(jì)算機(jī)輔助機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

2.1 機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)

2.1.1 機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)基本內(nèi)容

在通常情況下，機(jī)械系統(tǒng)是由四部分組成的，分別是原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)。創(chuàng)新方案設(shè)計(jì)是思路在機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域的重新開辟，是一種創(chuàng)造性行為，在功能分析的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新思路、不斷探索、篩選設(shè)計(jì)，得到理想的原理方案。精梳機(jī)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的方案設(shè)計(jì)首先要確定工作原理，再進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)，通過(guò)機(jī)械產(chǎn)品的工藝運(yùn)動(dòng)過(guò)程適當(dāng)?shù)倪x用執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并按著合理的組合方式構(gòu)成機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，以此來(lái)完善機(jī)械產(chǎn)品的功能。精梳機(jī)機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的流程為：確定設(shè)計(jì)宗旨，建立功能結(jié)構(gòu)、分解工作原理、構(gòu)思機(jī)械工作過(guò)程、機(jī)構(gòu)選型、組合各個(gè)機(jī)構(gòu)、方案評(píng)價(jià)一系列環(huán)節(jié)完成精梳機(jī)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)的過(guò)程。

2.1.2 動(dòng)作行為載體的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

動(dòng)作行為載體，即表現(xiàn)為某種物理裝置，在機(jī)構(gòu)學(xué)中指的是各種機(jī)構(gòu)，在機(jī)構(gòu)中具體來(lái)完成某個(gè)動(dòng)作的構(gòu)件，一般稱之為執(zhí)行構(gòu)件。目前，機(jī)構(gòu)包括機(jī)、電、液、氣、磁等，這些都屬于實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的廣義機(jī)構(gòu)，是在現(xiàn)代條件下傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)的擴(kuò)展。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功能主要為：實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)形式變換的機(jī)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)其他功能的機(jī)構(gòu)。在運(yùn)動(dòng)方案中機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)法有：機(jī)構(gòu)變異法，為了優(yōu)化所選擇機(jī)構(gòu)的性能或者結(jié)構(gòu)，便可以通過(guò)機(jī)構(gòu)變異，也就是改變機(jī)構(gòu)中某種結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸、變換機(jī)架、更換原動(dòng)件、增加機(jī)構(gòu)等方法來(lái)構(gòu)成新的構(gòu)件，得到構(gòu)件新的特性；機(jī)構(gòu)組合法，將一些零散的機(jī)構(gòu)組合起來(lái)，來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械生產(chǎn)中某些要求，達(dá)到機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新組合，主要方式有：串聯(lián)式、并聯(lián)式、疊合式、復(fù)合式等；機(jī)構(gòu)演繹法，亦稱之為再生運(yùn)動(dòng)鏈法。其運(yùn)作步驟首先為找到已有設(shè)計(jì)方案，整理出機(jī)構(gòu)的拓?fù)錁?gòu)造特性，其次是在所有機(jī)構(gòu)中選擇一個(gè)已經(jīng)存在的設(shè)計(jì)作為最初機(jī)構(gòu)，改造成含有連桿和轉(zhuǎn)動(dòng)副的運(yùn)動(dòng)鏈，最后，在數(shù)目綜合理論的指導(dǎo)下，得出需要構(gòu)件以及運(yùn)動(dòng)副數(shù)目的運(yùn)動(dòng)鏈圖譜。

2.2 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)方案的自動(dòng)生成

2.2.1 計(jì)算機(jī)輔助方案設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的探索，上海交通大學(xué)的鄒慧君教授提出了“功能-行為-動(dòng)作-結(jié)構(gòu)”模型。計(jì)算機(jī)輔助方案設(shè)計(jì)的過(guò)程模型還存在許多問題沒有解決，利用計(jì)算機(jī)的特性以及人類的大腦進(jìn)行設(shè)計(jì)是模型計(jì)算機(jī)化的最好辦法。例如，以精梳機(jī)的運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)為例，通過(guò)三個(gè)階段來(lái)試析計(jì)算機(jī)輔助方案設(shè)計(jì)的過(guò)程。

首先，第一步需要設(shè)計(jì)操作人員和計(jì)算機(jī)共同完成，即為精梳機(jī)總共能的確定，第二步進(jìn)行功能分析以及綜合來(lái)確定精梳機(jī)的工藝動(dòng)作過(guò)程，進(jìn)行分解、整合，確定工藝動(dòng)作的原理和相對(duì)應(yīng)的執(zhí)行動(dòng)作。第二步依賴于人，需要設(shè)計(jì)操作人員找到實(shí)現(xiàn)總功能的創(chuàng)新原理，那么計(jì)算機(jī)輔助就是為了提供大范圍的設(shè)計(jì)實(shí)例刺激設(shè)計(jì)人員，幫助設(shè)計(jì)人員產(chǎn)生靈感。

其次，這個(gè)時(shí)期最主要的工作就是根據(jù)執(zhí)行規(guī)則來(lái)確定機(jī)構(gòu)解的時(shí)期。在匹配規(guī)則下，讓多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與執(zhí)行動(dòng)作相對(duì)應(yīng)。利用機(jī)構(gòu)庫(kù)中存儲(chǔ)的機(jī)構(gòu)特征信息以及運(yùn)動(dòng)特性描述，當(dāng)設(shè)計(jì)操作員設(shè)計(jì)好輸入、輸出、約束關(guān)系、運(yùn)動(dòng)特性后計(jì)算機(jī)就會(huì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)查找，將匹配條件找到符合條件的機(jī)構(gòu)。計(jì)算機(jī)在篩選完機(jī)構(gòu)條件后，以圖形以及文字、文件的形式將設(shè)計(jì)方案呈現(xiàn)在設(shè)計(jì)操作人員面前，由計(jì)算機(jī)獨(dú)立完成。

最后，這個(gè)階段的工作是方案組合與評(píng)價(jià)。多個(gè)機(jī)構(gòu)方案經(jīng)過(guò)排列組合就可以得到多個(gè)方案，確定設(shè)計(jì)方案是否滿足預(yù)期結(jié)果，滿足則保留，不滿足則再次進(jìn)行機(jī)構(gòu)方案匹配。

3 結(jié)束語(yǔ)

我們都知道，生產(chǎn)機(jī)械產(chǎn)品之前進(jìn)行機(jī)械方案設(shè)計(jì)，目的就是提高產(chǎn)品創(chuàng)新，贏得市場(chǎng)，增強(qiáng)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。機(jī)械產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)是拓展機(jī)械產(chǎn)品的市場(chǎng)道路的途徑之一，機(jī)械產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)是機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新的前提條件，同時(shí)也是最富有挑戰(zhàn)意義的環(huán)節(jié)，為了促進(jìn)我國(guó)紡織業(yè)的快速發(fā)展，在傳統(tǒng)紡織方法基礎(chǔ)之上，結(jié)合高新技術(shù)，對(duì)精梳機(jī)進(jìn)行改造，將成為未來(lái)最重要的產(chǎn)業(yè)政策。

[1] 任家智,馬宏慶.立達(dá)精梳機(jī)計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)與優(yōu)化分析[J].棉紡織技術(shù),2008,09:22-25.

[2] 張穎靚,王生澤.精梳機(jī)運(yùn)動(dòng)方案的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)[J].東華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2008,01:101-104.

劉敏，1981年生，機(jī)械工程，講師，碩士研究生

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Liu Min
(Chongqing University Of Science & Technology,400050)

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