張彪

摘 要：隨著時代的發(fā)展，隨著科技的進步，機械產(chǎn)品的數(shù)字化越來越普及，二機械產(chǎn)品的設(shè)計優(yōu)勢制造業(yè)的靈魂。傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品設(shè)計在現(xiàn)代數(shù)字化的大潮流下逐漸被現(xiàn)代先進的設(shè)計方法所取代。進過多年的更迭發(fā)展，機械設(shè)計慢慢包含了最潮流的技術(shù)，也有了又稱為了成為了現(xiàn)代機械設(shè)計的前提。我們很有必要對機械設(shè)計進行研究，我國可以生產(chǎn)的機械有很多種，但是在產(chǎn)品的跨度，深度還有真給產(chǎn)業(yè)鏈的科學(xué)程度上還是不如西方發(fā)達國家，為什么呢，說到底還是在機械產(chǎn)品的設(shè)計上有著差距，現(xiàn)如今數(shù)字化浪潮下我們可以將數(shù)字化融入機械設(shè)計行業(yè)，額昂機械設(shè)計煥發(fā)新生，接下來筆者將對機械設(shè)計數(shù)字化關(guān)鍵技術(shù)的研究與應(yīng)用進行論述。

關(guān)鍵詞：機械產(chǎn)品設(shè)計；研究；應(yīng)用；數(shù)字化

一、現(xiàn)代制造企業(yè)遇到的挑戰(zhàn)及解決方法

隨著經(jīng)濟全球化與科技發(fā)展，產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度越來越快，產(chǎn)品的生命周期變短了，設(shè)計、生產(chǎn)，銷售的整個周期變短越來越快，整個的環(huán)境成為了開放式環(huán)境，網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展讓人們有了更多的選擇，并且用戶越來越追求個性化，小眾產(chǎn)品的銷路越來越好，企業(yè)的壓力越來越大。所以前期的機械設(shè)計占據(jù)了越來越重要的地位。現(xiàn)在公認(rèn)的可以提高企業(yè)的設(shè)計效率的方法就是數(shù)字化的設(shè)計。數(shù)字化的設(shè)計是企業(yè)向網(wǎng)絡(luò)化制造發(fā)展的基礎(chǔ)、是企業(yè)整個計算機集成網(wǎng)絡(luò)中的重要組成環(huán)節(jié)，可以讓原來的純粹制造型企業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)橹橇Νh(huán)保型企業(yè)，企業(yè)所競爭的也變成了以創(chuàng)新為主要發(fā)展點。

二、機械產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計的歷史

機械產(chǎn)品的形成過程是：產(chǎn)品的規(guī)劃、概念的設(shè)計、詳細設(shè)計、生產(chǎn)準(zhǔn)備。通過上次的整個流程可以發(fā)展到這次，再繼而發(fā)展到下次，產(chǎn)品的周期越來越短，生產(chǎn)的效率也在一次次磨合中越來越高。設(shè)計的技術(shù)從手繪設(shè)計發(fā)展到CAD制圖，到現(xiàn)在的虛擬現(xiàn)實，這一步步的跨越不只是技術(shù)上的改變，也是設(shè)計思想上從局部到整體，從粗略到細微之處，從設(shè)計效果到整體環(huán)境效果的改變，產(chǎn)品的設(shè)計是貫穿整個設(shè)計生產(chǎn)流程的。

三、機械產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計的技術(shù)

（一）二維CAD技術(shù)的發(fā)展

在手繪設(shè)計漸漸退出設(shè)計主流舞臺的時候，走進設(shè)計的技術(shù)是二維的CAD技術(shù)，CAD技術(shù)代替了傳統(tǒng)的手繪，大大節(jié)省了人工，并且人們可以直觀的看到產(chǎn)品的各種參數(shù)。

（二）三維CAD技術(shù)中的曲面造型技術(shù)用來設(shè)計

基礎(chǔ)的二維CAD只能表達機械的尺寸，大小，看不到整體的設(shè)計效果，機械零件之間的關(guān)系也不好表達出來。所以三維的CAD技術(shù)也發(fā)展了起來。其中的曲面造型技術(shù)是以表面模型為特點的造型系統(tǒng)CAT，數(shù)字化的輔助設(shè)計技術(shù)從一開始的二維CAD技術(shù)，也就是最基礎(chǔ)的三視圖器械，曲面造型技術(shù)的出現(xiàn)讓3D建模成為了現(xiàn)實，曲面造型技術(shù)讓人們第一次可以用數(shù)字化的技術(shù)看到產(chǎn)品設(shè)計的整體形象，計算機從此可以360度的讓人們看到零件的信息。

（三）實體造型技術(shù)與三維CAD技術(shù)這項數(shù)字化技術(shù)對設(shè)計的幫助

曲面造型技術(shù)中人們可以看到物體的形狀，角度，但是卻無法看到機械的其他重要特性，比如零件的質(zhì)量，復(fù)雜器械的重心等等，而實體造型技術(shù)的出現(xiàn)就可以準(zhǔn)確的表現(xiàn)零件的各種屬性，設(shè)計圖中有了更加完備的屬性，機械的設(shè)計通過數(shù)字化也取得了更大的發(fā)展。

（四）參數(shù)化技術(shù)與CAD技術(shù)帶來的器械設(shè)計的數(shù)字化進程的加快

參數(shù)化技術(shù)帶來的CAD技術(shù)的改變是很大的，它創(chuàng)造了一個從特征出發(fā)，所有的數(shù)據(jù)都互相關(guān)聯(lián)，全尺約束，還可以進行尺寸驅(qū)動設(shè)計修改，這項技術(shù)可以進行尺寸驅(qū)動零件設(shè)計修改，參數(shù)化技術(shù)可以為企業(yè)帶來很大的方便，其中最方便的就在通用型零件的設(shè)計和部件的設(shè)計上。這也是數(shù)字化進入設(shè)計行業(yè)帶來的福利。

（五）變量化技術(shù)和三維CAD的發(fā)展帶來的數(shù)字化設(shè)計

復(fù)合建模技術(shù)就是包含了線框模型，曲面模型和實體模型，不能很好的運用參數(shù)化模型，這就引起了很大的不便，所以在參數(shù)化模型的基礎(chǔ)上發(fā)展出來了變量化模型，其帶動了CAD技術(shù)的集成發(fā)展。變量化模型有著從特征出發(fā)，全尺寸約束，所有的數(shù)據(jù)都互相關(guān)聯(lián)，尺寸驅(qū)動設(shè)計修改的強大應(yīng)用便利。這項數(shù)字化技術(shù)在機械設(shè)計中占有重要的地位。

（六）數(shù)字化技術(shù)中的數(shù)字原型和虛擬現(xiàn)實

虛擬原型：使用一系列的計算機圖像或者二維三維的CAD圖像來表示，并且表現(xiàn)形式用數(shù)字模型，用聯(lián)動的圖案或者靜圖用數(shù)字化的技術(shù)放在計算機中。在設(shè)計完成以后就可以用三維的CAD圖像來向人們展示所設(shè)計出的機械樣式，無論是尺寸還是質(zhì)量，運行狀態(tài)，運行效果，還可以輸入數(shù)據(jù)來對設(shè)計出的機械進行測試，分析。這大大減少了后期可能出現(xiàn)的問題，為設(shè)計人員減少了工作量，為企業(yè)提高了效率，這就是一個整機的動態(tài)演示，虛擬的機械，虛擬的運行過程，虛擬的事故狀態(tài)。對設(shè)計開發(fā)的周期來說大大減少，對于做設(shè)計產(chǎn)品可能產(chǎn)生的故障提前改進或者采取措施，對于產(chǎn)品的性能潛力進行充分挖掘，對于產(chǎn)品的質(zhì)量優(yōu)良巨大的提升，對于設(shè)計的產(chǎn)品進入市場也有了充分的預(yù)案。虛擬技術(shù)的研究范圍主要在機械系統(tǒng)運動學(xué)和動力學(xué)進行檢測分析，與虛擬設(shè)計相關(guān)的虛擬樣機可以研究的還有CAD的幾何建模，F(xiàn)EA的結(jié)構(gòu)分析、建模來進行驅(qū)動分析、還有具體的模型分析、機械控制系統(tǒng)的設(shè)計、各種方面的最優(yōu)化。這項數(shù)字化技術(shù)的實現(xiàn)還要依靠其他的技術(shù)，要結(jié)合其他的大型分析軟件，通過數(shù)據(jù)接口來完成他們之間的合作。

四、器械設(shè)計數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展趨勢

先進科技的制造技術(shù)發(fā)展方向就是高精尖，虛擬性強，智能化，簡便化，數(shù)字化的設(shè)計也是要靠攏這個方向，其中有很多的技術(shù)就在進一步完善中。

（1）單獨的單項技術(shù)更加完善，更加智能化?，F(xiàn)在的曲面建模技術(shù)，實體建模技術(shù)，大型的組件設(shè)計技術(shù)都在慢慢完善。

（2）CAD的各種技術(shù)將慢慢向封裝，接口和集成技術(shù)發(fā)展。

（3）數(shù)字化設(shè)計技術(shù)與虛擬制造技術(shù)的融合。隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，虛擬的不只是設(shè)計，還有虛擬的生產(chǎn)，虛擬的成品，虛擬的企業(yè)，還有虛擬的使用，虛擬的運行。這就是一個完整的周期，在虛擬技術(shù)上把握好了進行實際的流程就會減少很多麻煩。

（4）數(shù)字化設(shè)計的大網(wǎng)絡(luò)協(xié)同合作。信息化技術(shù)的發(fā)達可以使得不同的人們合作進行一項機械的數(shù)字化設(shè)計，這將會把整個流程更加縮短，加強企業(yè)的效率。

我國是世界的制造大國，而數(shù)字化的設(shè)計過程將會是我國進入智造大國中，促進企業(yè)的規(guī)?；?，大大降低企業(yè)的成本，提高企業(yè)的效率。這在經(jīng)濟全球化中競爭日益激烈，個性化的消費越來越多，追求生產(chǎn)產(chǎn)品的效率化的今天有著非同凡響的影響，我們必須加強企業(yè)的數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的手段。

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