论机械设计思维方法创新和优化设计

1、论机械设计思维方法创新和优化设计    摘 要 在知识经济发展的时代,对机械设计人员而言,应当看到全球制造业面临前所未有的挑战,缩短产品的开发周期、提高产品的质量、降低生产成本、增加产品的核心竞争力,研究创新设计,并已从原来固有的设计模式中走出来,鼓励设计人员用新观点、新原理、新功能来设计出前所未有的产品。在解决机械产品设计问题时,能从众多的设计方案中寻找尽可能完善的或最为适宜的设计方案的先进设计方法。采用优化设计方法能有效提高设计效率和设计质量。本文就是结合机械设计的思维方法创新,来得到计算机优化设计的几点启示。关键词 机械设计 思维方法 技巧 优化设

2、计 创新一.机械设计思维方法的类型和特点所有的机械设计方法都有自身的特点,机械产品设计方法简括为下述3大类型:1系统化设计方法的主要特点:将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统,每个设计要素具有独立性,各个要素间存在有机的联系,并具有层次性,所有的设计要素结合后即可实现设计系统所需完成的任务。我国许多设计学者在进行产品设计时还借鉴和引用了其他发达国家的系统化设计思想,从而形成了自身的设计方法。由于每个设计者研究问题的角度及考虑问题的侧重点不同,进行方设计时采用的具体研究方法亦存在差异。2.智能化设计方法的主要特点:根据设计方法学理论,借助于三维图形软件、智能化设计软件和虚拟现实技术,以及多媒

3、体工具进行产品的开发设计,表达产品的构思、描述产品的结构。3.结构模块化设计方法:从规划产品的角度提出:定义设计任务时以功能化的产品结构为基础,引用已有的产品(标准零件部件等)描述设计任务,即分解任务时就考虑每个分任务是否存在对应的产品,这样,能够在产品规划阶段就消除设计任务中可能存在的矛盾,早期预测生产能力、费用,以及开发设计过程中计划的可调整性,由此提高设计效率和设计的可靠性,同时也降低新产品的成本。二.机械设计思维创新技巧1、智力合成法。这是一种发挥集体智慧的方法。通过集体讨论的形式,发散和激励创新思维。讨论时应相互启发激励,取长补短,引起创新设想的连锁反应,使思维自由奔放,新的设想才能

4、涌现。讨论的目标要明确,事先有准备。其原则有:鼓励自由思考,随心所欲,设想新异;不许批评别人的设想;推迟评价,不过早定论;有的放矢,不泛泛空谈;讨论者一律平等,不提倡少数服从多数;及时归纳,总结、记录各种设想,留作下次再议;最后挑选最合适、最有前途的见解,并审查其可行性。2、仿生类比法。通过对自然界生物机能的分析类比,从事物的千差万别、不同程度的对应和相似之处的类比中得到创新,设计出新机械,这也是最常用的创新设计方法。3、列举创新法。把问题展开列举,帮助思维进行构思的方法。按机构的特性、设计者的意愿、毛病的改进等进行列举,找出改进创新的方案。4、移植技术法。把一个领域内的先进技术移植到另一个领

5、域中,或把一种产品内的先进技术应用到另一种产品中,从而设计出新产品的方法。5.反求设计(也称逆向设计)是设计人员以先进设备的软件(图样、程序、技术文件)、影像(图片、照片等)和实物作为研究对象,应用现代设计理论方法、人机工程学等有关专业知识,进行系统的分析和研究,进而开发出同类的先进产品的过程。产品的设计指导思想决定了产品的设计方案,深入分析并掌握产品的设计指导思想是分析了解整个产品设计的前提。充分了解反求对象的功能有助于对产品原理方案的分析、理解和掌握,且有可能在进行反求设计时得到基于原产品而又高于原产品的原理方案。三.机械的优化设计创新首先,在调查分析的基础上,对传统优化设计方法的总结中发

6、现,该优化方法传通常是在,参照同类产品,通过估算、经验类比或试验等方法来确定产品的初步设计方案,然后对产品的设计参数进行强度、刚度和稳定性等性能分析计算,检查各项性能是否满足设计指标要求。如果不能满足要求,则根据经验或直观判断对设计参数进行修改。整个传统设计的过程是人工试凑和定性分析比较的过程。实践证明,按照传统方法得出的设计方案,可能存在有较大改进和提高的余地。在传统设计中也存在“选优”的思想,设计人员可以在有限的几种合格设计方案中,按照一定的设计指标进行分析评价,选出较好的方案。这里,介绍优化设计创新的两种创新技术1.CAE:在保证产品达到某些性能目标并满足一定约束条件的前提下,通过改变某

7、些允许改变的设计变量,使产品的指标或性能达到最期望的目标,这就是优化方法。优化作为一种数学方法,通常是利用对解析函数求极值的方法来达到寻求最优值的目的。基于数值分析技术的CAE(Computer aided engineering)方法,显然不可能对我们的目标得到一个解析函数,CAE计算所求得的结果只是一个数值。然而,样条插值技术又使CAE中的优化成为可能,多个数值点可以利用插值技术形成一条连续的可用函数表达的曲线或曲面,如此便回到了数学意义上的极值优化技术上来。样条插值方法当然是种近似方法,通常不可能得到目标函数的准确曲面,但利用上次计算的结果再次插值得到一个新的曲面,相邻两次得到的曲面的距

8、离会越来越近,当它们的距离小到一定程度时,可以认为此时的曲面可以代表目标曲面。那么,该曲面的最小值,便可以认为是目标最优,以上就是CAE方法中的优化设计创新过程。2.CAD技术:CAD技术利用计算机强大的计算功能和高效率的图形处理能力,辅助知识型劳动者进行工程和产品的设计与分析,以达到预期的设计目标。首先是零件与装配图的实体生成:CAD的三维建模方法有三种,即线框模型、表面模型和实体模型。在许多具有实体建模功能的CAD软件中,都有一些基本体系。对简单的零件,可通过对其进行结构分析,将其分解成若干基本体,对基本体进行三维实体造型,之后对其进行交、并、差等布尔运算,便可得出零件的三维实体模型。对于

9、有些复杂的零件,往往难以分解成若干基本体,使组合或分解后产生的基本体过多,导致成型困难。所以,仅有基本体系还不能完全满足机器零件三维实体造型的要求。为此,可在二维几何元素构造中先定义零件的截面轮廓,然后在三维实体造型中通过拉伸或旋转得到新的“基本体”,进而通过交、并、差等得到所需零件的三维实体造型。实体装配图的生成。在零件实体构造完成后,利用机器运动分析过程中的资料,在运动的某一位置,按各零件所在的坐标进行“装配”,这一过程可用CAD软件的三维编辑功能实现。其次,要施行零部件设计检查:使用三维CAD系统,可以在装配环境中设计新零件,也可以利用相邻零件的位置及形状来设计新零件,既方便又快捷。还可以保证新零件与相邻零件的精确配合,避免了单独设计零件导致装配的失败。资源查找器中的零件回放还可以把零件造型的全过程通过动画连续的演示出来,使人一目了然。参 考 文 献1罗绍新.机械创新设计M.北京:机械工业出版社,2005:120.2吕仲文.机械创新设计M.北京,机械工业出版社,2005.3童炳枢.现代CAD技术M.北京:清华大学出版社,2000.4钟志华.现代设计方法M.武汉理工大学出版社,2001.    你可能感兴趣的毕业论文    · 基