工程機(jī)械設(shè)計(jì)方案精選(九篇)
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第1篇：工程機(jī)械設(shè)計(jì)方案范文
關(guān)鍵詞：價(jià)值工程；機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)；方案評(píng)價(jià)
中圖分類號(hào)：TB472文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
引言
機(jī)械設(shè)計(jì)的理論在人們長(zhǎng)期的理論研究與工程實(shí)踐中已經(jīng)變得很成熟。特別是在滿足機(jī)械運(yùn)動(dòng)特性要求和動(dòng)力特性要求下設(shè)計(jì)理論已經(jīng)很完善。從事機(jī)械設(shè)計(jì)的工程師通常對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)及工程設(shè)計(jì)實(shí)踐有較高的水平，他們會(huì)利用先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，如優(yōu)化設(shè)計(jì)、CAD、有限元方法等，大大提高了機(jī)械設(shè)計(jì)的效率，所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的質(zhì)量是良好的。
一、價(jià)值工程
價(jià)值工程，它是通過各相關(guān)領(lǐng)域的共同協(xié)作，以及對(duì)所針對(duì)研究對(duì)象的功能與成本費(fèi)用進(jìn)行全面系統(tǒng)地分析，不斷地進(jìn)行創(chuàng)新，目的旨在提高研究對(duì)象的價(jià)值的一種思想方法或者管理技術(shù)。
在價(jià)值工程中，價(jià)值 V ( Value)、功能 F ( Function)以及成本 C ( Cost )三者的概念分別是：
（一）功能（F）概念
產(chǎn)品的功能是指產(chǎn)品或者產(chǎn)品的作用能夠滿足人們某種需求的一種屬性，它包括質(zhì)和量的兩個(gè)方面進(jìn)行考量，其中質(zhì)的考量主要是從功能的項(xiàng)目或內(nèi)容的角度進(jìn)行，而量的考量主要是從每種功能所能夠滿足人需求達(dá)到的程度來(lái)進(jìn)行的。
（二）成本（C）概念
在價(jià)值工程中，它所研究的成本具體是指產(chǎn)品的全壽命周期的費(fèi)用。至于全壽命周期則是指我們用戶從購(gòu)買產(chǎn)品的這一時(shí)刻開始，直到產(chǎn)品的壽命結(jié)束那一階段的全部時(shí)間。而全壽命周期費(fèi)用則是指在這一周期內(nèi)，所有為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能而所花費(fèi)的全部費(fèi)用。其中，產(chǎn)品的全壽命周期是指產(chǎn)品從最初的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品銷售、產(chǎn)品使用、產(chǎn)品維修到產(chǎn)品報(bào)廢的整個(gè)生命周期。
（三）價(jià)值（V）概念
至于價(jià)值工程中的價(jià)值概念，它是描述產(chǎn)品功能的實(shí)現(xiàn)程度與產(chǎn)品全壽命周期費(fèi)用之間比例關(guān)系的量值，是功能與成本的直接綜合反映。通常，按價(jià)值工程分析，認(rèn)為如果是按照用戶的需求，能夠以最低的全壽命周期費(fèi)用實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的必要功能，則認(rèn)為產(chǎn)品的價(jià)值最大。
二、機(jī)械設(shè)計(jì)與產(chǎn)品價(jià)值
（一）產(chǎn)品設(shè)計(jì)決定產(chǎn)品價(jià)值
產(chǎn)品設(shè)計(jì)決定產(chǎn)品價(jià)值。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)階段，設(shè)計(jì)師便要了解用戶的需求、確定產(chǎn)品的功能、設(shè)計(jì)產(chǎn)品的形態(tài)、選擇產(chǎn)品的材質(zhì)，所以產(chǎn)品的價(jià)值在這個(gè)階段便已經(jīng)確定，好的產(chǎn)品設(shè)計(jì)不但能更好地滿足用戶的需求，也能帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益。
（二）價(jià)值分析促進(jìn)產(chǎn)品改進(jìn)
價(jià)值分析不是單純的降低成本，而是找到產(chǎn)品功能與成本的平衡點(diǎn)，為企業(yè)尋求更長(zhǎng)遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)利益，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)得到重視。隨首人們自我意識(shí)的增強(qiáng)和消費(fèi)觀念的日趨成熟，“華而不實(shí)”、"不好看”的產(chǎn)品漸漸被人們所拋棄，取而代之的是形式與技術(shù)完美結(jié)合的產(chǎn)品。所謂“形式”是指情感、人機(jī)、美學(xué)等感覺因素的合理結(jié)合并賦予產(chǎn)品的物質(zhì)呈現(xiàn)形式;而“技術(shù)”而是指技術(shù)與工藝賦予產(chǎn)品應(yīng)有的功能，兩者之間的相互統(tǒng)一才是消費(fèi)者理想中的產(chǎn)品狀態(tài)。當(dāng)一件產(chǎn)品的形態(tài)與技術(shù)出現(xiàn)不平衡時(shí)，則要通過價(jià)值分析對(duì)其進(jìn)行再設(shè)計(jì)以保證兩者之前的平衡。
三、機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)原理
（一）總體布局設(shè)計(jì)
機(jī)械產(chǎn)品的總體布局要求布局設(shè)計(jì)需要有全局的觀點(diǎn)，不僅要從機(jī)械產(chǎn)品本身的的調(diào)度出發(fā)，還要考慮到整個(gè)產(chǎn)品的人-機(jī)關(guān)系、環(huán)境條件等各項(xiàng)因素在內(nèi)的綜合影響。同時(shí)，還需要按照簡(jiǎn)單、合理、經(jīng)濟(jì)等幾項(xiàng)原則，具體地來(lái)確定產(chǎn)品中各零部件之間的空間位置關(guān)系，包括相對(duì)位置關(guān)系和相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系。此外，總體布局設(shè)計(jì)還應(yīng)努力達(dá)到以下幾個(gè)目標(biāo)：功能表達(dá)的合理性、結(jié)構(gòu)的緊湊性、比例的協(xié)調(diào)性、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等一系列要求。
（二）人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
機(jī)械產(chǎn)品在生產(chǎn)運(yùn)行過程中，還是需要人的操作和控制，即使是高度自動(dòng)化的設(shè)備在某些時(shí)候也是離不開操作人員的操控。因此，研究人機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)必不可少的一項(xiàng)任務(wù)。 人機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)以及結(jié)構(gòu)需要與人的生理以及心理的習(xí)慣相適應(yīng)，兩者關(guān)系協(xié)調(diào)得好，則認(rèn)為產(chǎn)品是人性化設(shè)計(jì)的。而且，人機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的主要目的是為了使得操作更加順暢、有效以及簡(jiǎn)單，盡可能減少操作人員操作的復(fù)雜性；同時(shí)，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)還須要盡可能地減少操作人員在視覺、記憶和邏輯思維等方面的難度，降低操作的錯(cuò)誤機(jī)率，使得操作人員能夠在較短的時(shí)間內(nèi)，達(dá)到對(duì)產(chǎn)品設(shè)備進(jìn)行熟練的操作的技能水平。與此同時(shí)，在設(shè)計(jì)中也需要考慮人體作業(yè)空間的設(shè)計(jì)等等。
（三）機(jī)械環(huán)境系統(tǒng)設(shè)計(jì)
由于我們的機(jī)械產(chǎn)品始終是處在外界的環(huán)境中的，所以外界環(huán)境的好壞對(duì)機(jī)械產(chǎn)品工作時(shí)候的性能、運(yùn)行的穩(wěn)定性等一些指標(biāo)還會(huì)有一定的影響。當(dāng)然，產(chǎn)品設(shè)備的運(yùn)行也可能會(huì)對(duì)周圍的環(huán)境產(chǎn)生一定的影響，因此，機(jī)械產(chǎn)品與所處的外界環(huán)境之間是相互影響的。所以，在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們還需要考慮機(jī)械產(chǎn)品運(yùn)作時(shí)候可能對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的污染，做到盡可能保護(hù)環(huán)境。
四、基于價(jià)值工程的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)的研究
（一）選擇對(duì)象
本文討論的是南方水田作業(yè)的全喂入履帶式聯(lián)合收割機(jī)，它是能同時(shí)完成收割、輸送、脫粒、清選、裝袋等聯(lián)合作業(yè)的機(jī)械。收割機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，組成零部件繁多，機(jī)器主要由履帶行走底盤、割臺(tái)、中間輸送裝置、脫粒清選裝置、動(dòng)力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及操縱系統(tǒng)等組成，見圖 1
圖 1 全喂入履帶式聯(lián)合收割機(jī)示意圖
（二）情報(bào)收集
1.用戶調(diào)查 通過現(xiàn)場(chǎng)訪問一些老用戶和潛在的用戶，選擇用戶比較關(guān)注的方面或潛在的需求進(jìn)行摸底調(diào)查：如期望的功能和理想價(jià)格等。
2.同行廠家調(diào)查 同類企業(yè)的產(chǎn)品覆蓋范圍、成本、利潤(rùn)情況，市場(chǎng)占有率、產(chǎn)品特色等。
3.外部情況 了解國(guó)家相關(guān)政策，產(chǎn)品推薦發(fā)展方向，配套技術(shù)的發(fā)展情況等；國(guó)外收割機(jī)技術(shù)的發(fā)展方向等。
（三）產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)
第一種方案：產(chǎn)品底盤由機(jī)械變速改為液壓無(wú)級(jí)變速，液壓伺服轉(zhuǎn)向，前進(jìn)和后退只需拉動(dòng)主變速桿無(wú)需換擋，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速行走，減輕操作者的工作強(qiáng)度，同時(shí)作業(yè)效率提高 10%左右，由于采用無(wú)級(jí)變速整機(jī)成本增加約 6000 元。沒有解決對(duì)作物品種的適應(yīng)性問題。
第二種方案：采用液壓無(wú)級(jí)變速帶來(lái)的效率和成本提高基本同第一種方案。采用雙橫置脫粒滾筒，一定程度上能提高機(jī)器對(duì)作物品種的適應(yīng)性，但由于結(jié)構(gòu)原因也不能徹底解決，同時(shí)由于流程變化機(jī)器需要的功率增大，發(fā)動(dòng)機(jī)需要重新選型，綜合整機(jī)成本需要增加 8000 元左右，受機(jī)構(gòu)寬度和重心影響，該機(jī)型以后擴(kuò)展的潛力不大。
第三種方案：采用液壓無(wú)級(jí)變速帶來(lái)的效率和成本提高基本同第一種方案。采用縱置脫粒滾筒，大大提高機(jī)器對(duì)作物品種的適應(yīng)性，由于流程結(jié)構(gòu)變化，綜合整機(jī)成本也是需要增加 8000 元左右。該機(jī)型最大的優(yōu)勢(shì)是結(jié)構(gòu)合理，滾筒沿振動(dòng)篩長(zhǎng)度方向布置，在該機(jī)型的基礎(chǔ)上擴(kuò)展的空間很大。
通過產(chǎn)品價(jià)值指數(shù)的分析可以看出，第三種方案的價(jià)值指數(shù)最高，綜合其它各個(gè)方面綜合評(píng)價(jià)，結(jié)合自身的設(shè)計(jì)、制造水平，經(jīng)過可行性論證，2011 年公司決定以第三種方案為基礎(chǔ)開發(fā)縱置脫粒裝置的收割機(jī)。
結(jié)束語(yǔ)
價(jià)值工程的成功應(yīng)用，使我們認(rèn)識(shí)到價(jià)值工程是一種確保功能、提高價(jià)值降低成本的行之有效的科學(xué)方法。爭(zhēng)的嚴(yán)峻，各個(gè)生產(chǎn)部門都對(duì)機(jī)械產(chǎn)品和技術(shù)裝備提出了日益增長(zhǎng)的需求。這些都要求現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)與價(jià)值工程的密切結(jié)合，真正做到人無(wú)我有，人有我多，人多我優(yōu)，人優(yōu)我廉，人廉我周，人周我新。設(shè)計(jì)出大量切合生產(chǎn)實(shí)際、品種齊全、高質(zhì)量、高性能、多功能的現(xiàn)代化產(chǎn)品，以滿足我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)際市場(chǎng)的需要。
參考文獻(xiàn)：
第2篇：工程機(jī)械設(shè)計(jì)方案范文
【關(guān)鍵詞】 虛擬樣機(jī) 地質(zhì)工程機(jī)械 機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析
地質(zhì)工程機(jī)械作為工程機(jī)械設(shè)備在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中國(guó)起到重要作用，其應(yīng)用范圍較為廣闊，特別是在工程地質(zhì)勘察、能源開發(fā)、地質(zhì)災(zāi)害防治等領(lǐng)域應(yīng)用更為廣泛。雖然我國(guó)地質(zhì)工程機(jī)械設(shè)備的研發(fā)取得了一定成績(jī)，但是其設(shè)計(jì)和制造所需要的時(shí)間較長(zhǎng)、投資的成本較大，隨著產(chǎn)品老化加劇，其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力逐漸降低。為了提高地質(zhì)工程機(jī)械制造企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，需要引用全新的產(chǎn)品開發(fā)方法。作為一種全新的產(chǎn)品開發(fā)方法，虛擬樣機(jī)技術(shù)是一種基于產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)仿真模型的數(shù)字化設(shè)計(jì)方法，在地質(zhì)工程機(jī)械的應(yīng)用使地質(zhì)工程機(jī)械的研發(fā)過程從物質(zhì)流和資金流轉(zhuǎn)向?yàn)閿?shù)據(jù)流和信息流，體現(xiàn)出數(shù)字化設(shè)計(jì)制造新理念[1]。
1 虛擬樣機(jī)技術(shù)簡(jiǎn)介
虛擬樣機(jī)技術(shù)（VPT，virtual prototyping technology）就是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)建立起機(jī)械系統(tǒng)的數(shù)字化模型，由于該數(shù)字化模型能中的圖形能反映系統(tǒng)在真實(shí)條件下的各種特性，因此，可以通過對(duì)數(shù)字化模型圖形的修改來(lái)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的建立。虛擬樣機(jī)技術(shù)集合了多個(gè)學(xué)科的相關(guān)知識(shí)，與多體系運(yùn)行學(xué)和動(dòng)力學(xué)建模理論和技術(shù)實(shí)現(xiàn)之間有密切聯(lián)系，是一種集建模技術(shù)、仿真技術(shù)、交互式用戶界面技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等眾多技術(shù)于一身的綜合應(yīng)用技術(shù)。虛擬建模技術(shù)作為一項(xiàng)技術(shù)是計(jì)算技術(shù)在工程領(lǐng)域的應(yīng)用，但它又不僅僅是一項(xiàng)技術(shù)更是一種嶄新的設(shè)計(jì)理念[2]。從傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)流程中，我們看到產(chǎn)品是由最初產(chǎn)品概念出發(fā)，進(jìn)而進(jìn)入產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，之后建造物理樣機(jī)，再進(jìn)行試驗(yàn)，之后反饋設(shè)計(jì)，如此循環(huán)，最終形成最終產(chǎn)品。這一流程中，每循環(huán)一次都要進(jìn)行一次樣機(jī)制造，這就使產(chǎn)品的開發(fā)周期大大延長(zhǎng)，與此同時(shí)，產(chǎn)品的開發(fā)成本也隨之增加，再加上，由于傳統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)流程中往往將重心放在產(chǎn)品的局部?jī)?yōu)化上，而對(duì)產(chǎn)品的整體性能考慮不周，導(dǎo)致最終形成的產(chǎn)品出現(xiàn)諸多設(shè)計(jì)上的問題，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量。虛擬樣機(jī)技術(shù)一改傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)流程，將傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)流程通過數(shù)字化的方式來(lái)進(jìn)行，從而不必進(jìn)行物理樣機(jī)的建造，不僅使產(chǎn)品的開發(fā)周期大大縮短，而且也節(jié)約了大量的產(chǎn)品開發(fā)成本。此外，通過設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化，使產(chǎn)品整體性能得到大幅度提升。
2 地質(zhì)工程機(jī)械實(shí)施虛擬樣機(jī)技術(shù)方法
在地質(zhì)工程機(jī)械實(shí)施虛擬樣機(jī)技術(shù)，首先通過市場(chǎng)調(diào)查，考察市場(chǎng)需求，根據(jù)市場(chǎng)的需求，將地質(zhì)工程機(jī)械系統(tǒng)的總體參數(shù)和各項(xiàng)性能指標(biāo)得以確定下來(lái)，之后利用專家系統(tǒng)起草地質(zhì)工程機(jī)械的初步設(shè)計(jì)方案。根據(jù)初步的設(shè)計(jì)方案，地質(zhì)工程機(jī)械設(shè)備總體設(shè)計(jì)按照模塊化設(shè)計(jì)思路分為一組相互連接的功能模塊集合。之后對(duì)模塊功能進(jìn)行詳細(xì)地分析，將地質(zhì)工程接卸設(shè)備劃分為多個(gè)功能子系統(tǒng)，如機(jī)械系統(tǒng)、啟動(dòng)控制系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)等。子系統(tǒng)劃分完成以后對(duì)每個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)化，產(chǎn)生概念樣機(jī)。之后將產(chǎn)生的概念樣機(jī)通過相關(guān)的虛擬樣機(jī)平臺(tái)得出地質(zhì)工程機(jī)械的虛擬樣機(jī)。虛擬樣機(jī)形成以后，要從產(chǎn)品開發(fā)需求角度出發(fā)，利用仿真分析平臺(tái)，對(duì)虛擬樣機(jī)功能性進(jìn)行仿真分析，并利用仿真分析平臺(tái)對(duì)地質(zhì)工程機(jī)械設(shè)備虛擬樣機(jī)的行為進(jìn)行模擬分析。產(chǎn)生的分析結(jié)果，用于指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型的修改以及相應(yīng)仿真分析模型的修改。在反復(fù)的建模、仿真分析、模型改進(jìn)的流程中，逐漸實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的開發(fā)需求，形成預(yù)期的虛擬樣機(jī)。
3 虛擬樣機(jī)技術(shù)的應(yīng)用
以地質(zhì)工程機(jī)械設(shè)備中常用的氣動(dòng)潛孔錘為例，介紹虛擬樣機(jī)技術(shù)的應(yīng)用。氣動(dòng)潛孔錘的工作環(huán)境較為特殊，具有復(fù)雜性，且氣動(dòng)潛孔錘的運(yùn)動(dòng)的耦合、非線性表現(xiàn)明顯。從氣動(dòng)潛孔錘的研發(fā)上來(lái)看，目前大多是建立在傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)方法基礎(chǔ)上。無(wú)閥式氣動(dòng)潛孔錘作為氣動(dòng)潛孔錘的一種，在進(jìn)行建模時(shí)，借助機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析軟件（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems）、Pro/Engineer三維造型軟件、ANSYS有限元分析軟件[3]。無(wú)閥式氣動(dòng)潛孔錘虛擬樣機(jī)模型得以建立，并對(duì)形成的虛擬樣機(jī)模型進(jìn)行仿真分析，進(jìn)而將虛擬樣機(jī)在地質(zhì)工程機(jī)械產(chǎn)品制造中的巨大作用體現(xiàn)出來(lái)。機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析軟件具有建模、求解、可視化功能，是虛擬樣機(jī)的重要平臺(tái)，在世界機(jī)械設(shè)計(jì)制造中得到廣泛的應(yīng)用。通過機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析軟件可以生成任意機(jī)械系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)虛擬模型[4]。由于潛孔錘零件復(fù)雜性較強(qiáng)，先利用Pro/Engineer三維造型軟件生成參數(shù)化的零件實(shí)體，后通過機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析軟件與Pro/Engineer三維造型軟件接口將潛孔錘的模型傳遞給機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析軟件，同時(shí)將由ANSYS有限元分析軟件產(chǎn)生機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析軟件的柔性體零件，之后在機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析軟件中完成運(yùn)動(dòng)約束、運(yùn)動(dòng)激勵(lì)的定義，產(chǎn)生參數(shù)化的虛擬樣機(jī)模型。機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析軟件Solver模塊依據(jù)虛擬樣機(jī)模型生成動(dòng)力學(xué)方程，并提供所需要的解算結(jié)果。最后利用后處理模塊觀察運(yùn)動(dòng)與參數(shù)變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
4 結(jié)語(yǔ)
利用機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析軟件、Pro/Engineer三維造型軟件和ANSYS有限元分析軟件成功建立起了氣動(dòng)潛孔錘的虛擬樣機(jī)模型，并對(duì)其動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了分析，充分顯示了虛擬樣機(jī)技術(shù)在地質(zhì)工程機(jī)械產(chǎn)品開發(fā)中的重要作用，相信隨著虛擬樣機(jī)技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越成熟，地質(zhì)工程機(jī)械產(chǎn)品研發(fā)水平將會(huì)得到進(jìn)一步提高。
參考文獻(xiàn)：
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第3篇：工程機(jī)械設(shè)計(jì)方案范文
關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)；自動(dòng)化；系統(tǒng)化；微機(jī)輔助
中圖分類號(hào)：F470.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
引言
在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷提升的今天，機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)更加強(qiáng)調(diào)創(chuàng)造性，在注重整體功能的基礎(chǔ)上用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的質(zhì)量、效率和精度，滿足對(duì)產(chǎn)品的適用性，經(jīng)濟(jì)性、可靠性、美觀性的統(tǒng)一要求。同時(shí)，現(xiàn)代機(jī)械在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，不斷地加強(qiáng)其自動(dòng)化程度，對(duì)推動(dòng)機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的有利保證。
1、現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的內(nèi)涵及特點(diǎn)
1.1 設(shè)計(jì)內(nèi)涵
具體來(lái)講，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)就是將微電子、機(jī)械、控制、信息等技術(shù)在系統(tǒng)工程的基礎(chǔ)上有機(jī)地結(jié)合到一起，借此來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)最優(yōu)化的目標(biāo)。鑒于機(jī)械設(shè)計(jì)是為系統(tǒng)服務(wù)的，故此從系統(tǒng)的角度上看，可將現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)看作是一個(gè)三維系統(tǒng)，這里的三維主要是指邏輯維、時(shí)間維以及方法維。邏輯維具體是指解決相關(guān)問題的邏輯程序或步驟，即分析、綜合、評(píng)價(jià)、決策，這是解決現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)中相關(guān)問題最為合理的四個(gè)步驟；時(shí)間維則是反映時(shí)間順序的設(shè)計(jì)過程，大致可分為四個(gè)階段，即產(chǎn)品規(guī)劃、方案確定、技術(shù)以及加工設(shè)計(jì)；方法維指的是機(jī)械設(shè)計(jì)過程中所采用的各種思維方式和設(shè)計(jì)方法。
1.2 主要特點(diǎn)
(1)計(jì)算機(jī)化：在人類社會(huì)不斷發(fā)展的過程中，計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)極大程度地推動(dòng)了生產(chǎn)力的提高?，F(xiàn)如今隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)水平的進(jìn)步，使其被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，在機(jī)械設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)中都需要借助計(jì)算機(jī)來(lái)完成，如優(yōu)化設(shè)計(jì)、系統(tǒng)仿真等等。(2)系統(tǒng)性：在應(yīng)用現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的各種相關(guān)問題時(shí)，其主要通過系統(tǒng)的觀點(diǎn)將機(jī)械看成是一個(gè)具有特定功能以及各部分相互關(guān)聯(lián)的有機(jī)整體，這充分體現(xiàn)出了現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性。(3)動(dòng)態(tài)性：現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)不僅重視產(chǎn)品在靜態(tài)下的性能，更加重視其在工作環(huán)境下的動(dòng)態(tài)性能，這樣的設(shè)計(jì)能夠進(jìn)一步提高產(chǎn)品的整體性能。(4)創(chuàng)新性：由于現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)主要是以科學(xué)的設(shè)計(jì)理論以及先進(jìn)的設(shè)計(jì)工具為基礎(chǔ)，故此其能夠真正發(fā)揮出設(shè)計(jì)者豐富的想象力和創(chuàng)造性思維，并運(yùn)用各種具有創(chuàng)造性的手段和方法，研發(fā)出更多具有創(chuàng)新性的機(jī)械產(chǎn)品。
2、機(jī)械設(shè)計(jì)中自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用
在不斷提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力時(shí)關(guān)系到整個(gè)企業(yè)與國(guó)家發(fā)展的戰(zhàn)略問題，在制定工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域時(shí)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)作為重點(diǎn)之一。創(chuàng)新設(shè)計(jì)關(guān)系到未來(lái)企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)能力增加就業(yè)機(jī)會(huì)的戰(zhàn)略性問題，在一方面是對(duì)個(gè)性化發(fā)展趨勢(shì)和快速多變的市場(chǎng)要求企業(yè)，能夠準(zhǔn)確地把握市場(chǎng)脈搏，有能力在最短時(shí)間內(nèi)開發(fā)出能夠滿足市場(chǎng)供應(yīng)的產(chǎn)品，從而贏得豐厚的利潤(rùn)。然而，產(chǎn)品開發(fā)的迅速創(chuàng)新能力能決定未來(lái)企業(yè)存亡的關(guān)鍵，然而創(chuàng)新能力和迅速性將是21世紀(jì)工程設(shè)計(jì)的重要發(fā)展前進(jìn)方向。產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)階段即是產(chǎn)品方案原理設(shè)計(jì)階段，是決定產(chǎn)品創(chuàng)新能力的主要環(huán)節(jié)。為了得到具有創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)，必須從不同的方面角度出發(fā)，得到同一個(gè)問題的解析。通過分析比較，選取那些創(chuàng)新性和新穎性突出的設(shè)計(jì)方案。只要與適應(yīng)市場(chǎng)需求，具有競(jìng)爭(zhēng)力的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案。才具有一定價(jià)值，才能成為特定市場(chǎng)供應(yīng)和特定生產(chǎn)條件下最適有創(chuàng)新性的可行的設(shè)計(jì)方案。因此，產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)不單純要求問題的一個(gè)解析，而要在于得到現(xiàn)有物質(zhì)條件下的最實(shí)用創(chuàng)新性、新穎性、最具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力的產(chǎn)品。
概念設(shè)計(jì)產(chǎn)品以及到人慎重的創(chuàng)新能力問題，使思維形象與思維抽象適用的結(jié)果，受與人類專家方面與創(chuàng)新能力的有限性人類專家的創(chuàng)新能力方面隨機(jī)性，但卻保不了在特定的時(shí)間內(nèi)創(chuàng)出具有新穎的創(chuàng)新能力的設(shè)計(jì)方案，然而，要在人類專家在其中最短時(shí)間迅速的交出能是市場(chǎng)滿足需要的產(chǎn)品是艱難的和不真實(shí)的。然而基本與計(jì)算機(jī)自動(dòng)化的產(chǎn)品。創(chuàng)新能力設(shè)計(jì)技術(shù)是現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品迅速創(chuàng)新機(jī)械自動(dòng)化的唯一可行的方法。從意義機(jī)構(gòu)學(xué)角度來(lái)講，任何機(jī)械含機(jī)，電，液，控制等的機(jī)電一體化系統(tǒng)，所以都可以視其為機(jī)、電、液，控制組成的意義上傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與廣義機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)載體兩部分組成。系統(tǒng)機(jī)電一體化的創(chuàng)新方案，在于關(guān)鍵廣義機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新能力，因此，提出了一種給予二維設(shè)計(jì)創(chuàng)新的復(fù)雜機(jī)械，創(chuàng)新設(shè)計(jì)系統(tǒng)與其系統(tǒng)自動(dòng)化方法，重要解決兩個(gè)問題關(guān)鍵的系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)和概念設(shè)計(jì)。
3、機(jī)械系統(tǒng)化設(shè)計(jì)
新時(shí)代機(jī)械設(shè)計(jì)已超過傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)只注重機(jī)械制造產(chǎn)品單純能實(shí)現(xiàn)預(yù)期供應(yīng)功能的需求，然而使機(jī)械設(shè)計(jì)方向自系統(tǒng)化，信息化，智能化發(fā)展方向。觀點(diǎn)從系統(tǒng)出發(fā)，機(jī)械系統(tǒng)化設(shè)計(jì)與其技術(shù)控制使原有得機(jī)械產(chǎn)品的能力功力以及技術(shù)制造得到提高一個(gè)嶄新的水平，甚至使原來(lái)有的機(jī)械產(chǎn)品制造結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)收益和社會(huì)效率是巨大的利潤(rùn)，所以機(jī)構(gòu)產(chǎn)品的機(jī)械系統(tǒng)化設(shè)計(jì)與其技術(shù)控制是機(jī)械系統(tǒng)化工業(yè)發(fā)展的必然形勢(shì)，也是用新科學(xué)技技術(shù)改造舊時(shí)代機(jī)械制造工業(yè)的有力措施使新科學(xué)技術(shù)發(fā)展的速度很迅速。使產(chǎn)品的屬性進(jìn)一步提高，縱而使用周期縮短，更換的效率越來(lái)越高，在產(chǎn)品的制造設(shè)計(jì)中，重要是要在機(jī)械設(shè)計(jì)工藝方面，設(shè)計(jì)者的思路要始而不斷的開始趕上人民社會(huì)不斷發(fā)展的新時(shí)代社會(huì)供應(yīng)需求，計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)要計(jì)算與設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)一步深探究，而且要有一定的結(jié)果，而在制造產(chǎn)品初期開發(fā)的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)輔助然而遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足滿足設(shè)計(jì)的需求，設(shè)計(jì)系統(tǒng)化方法將與任務(wù)設(shè)計(jì)有抽象到具其由設(shè)計(jì)的任務(wù)要求到實(shí)現(xiàn)該任務(wù)的方法與結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分層次，制定出每階段實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)和方法，由淺到深處由抽象到具體地將各階段有機(jī)地聯(lián)系在一起，設(shè)計(jì)過程使整個(gè)系統(tǒng)化，使設(shè)計(jì)有順序可循，有方法可依靠，簡(jiǎn)于設(shè)計(jì)過程的輔助計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法。
4、微機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)
微機(jī)輔助設(shè)計(jì)信息技術(shù)的是一個(gè)重要組成部分，這一款新的方式方法利用了最先進(jìn)的微機(jī)手段，能夠迅速而高效的完成工程設(shè)計(jì)方案，使傳統(tǒng)手動(dòng)工作的低效率低標(biāo)準(zhǔn)率的弊病得到解決。微機(jī)的高運(yùn)作能力相結(jié)合微機(jī)作為人類的能力的延伸，主要包括計(jì)算機(jī)能力強(qiáng)，精確度高，程序系統(tǒng)化，自動(dòng)化強(qiáng)大，這與人的能力動(dòng)性和創(chuàng)造新穎性相互配合，有利于在創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)上降低人的勞動(dòng)力強(qiáng)度和時(shí)間，系統(tǒng)想要正常運(yùn)行必須將硬件與軟件結(jié)合起來(lái)，硬件系統(tǒng)承載著微機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)部分，列屬于輔助技術(shù)，但是必須不可少，然而軟件是核心，它是人們想要得到利用的主要對(duì)象元素。軟件可分為軟件系統(tǒng)，支撐軟件和應(yīng)用軟件系統(tǒng)，軟件對(duì)于計(jì)算機(jī)資源進(jìn)行自動(dòng)控制與管理，在一點(diǎn)它處于整個(gè)軟件的核心內(nèi)層，主要包含有操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)等一系列；支撐軟件是幫助人們高效率迅速開發(fā)軟件工具系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱為軟件開發(fā)工具；應(yīng)用軟件是用利于與計(jì)算機(jī)以及它所提供的各種軟件系統(tǒng)與軟件支撐，自制編制的用于解決各種實(shí)際問題的程序操作。
微機(jī)輔助設(shè)計(jì)過程包含建立數(shù)學(xué)模型：設(shè)計(jì)機(jī)械零件基本都有現(xiàn)成的數(shù)學(xué)模型，但對(duì)沒有數(shù)學(xué)模具的則首先要建立正確的數(shù)學(xué)模具；設(shè)計(jì)程序構(gòu)圖：根據(jù)手工計(jì)算工程步驟來(lái)設(shè)計(jì)計(jì)算程序；程序調(diào)試：程序編好后，先仔細(xì)檢查原程序，然后將其輸入微機(jī)進(jìn)行試算，然后程序適用范圍的邊界，轉(zhuǎn)折點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)算，需求與手算結(jié)果完全符合。高級(jí)語(yǔ)言編制程序：根據(jù)程序構(gòu)圖編程。
結(jié)束語(yǔ)
機(jī)械制造行業(yè)是一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力以及技術(shù)水平的體現(xiàn)，在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，和現(xiàn)代化建設(shè)的急切腳步都讓工業(yè)機(jī)械的市場(chǎng)需求大大提高。同時(shí)，也對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化程度的要求也在不斷的提升，因此，加強(qiáng)機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化程度成為當(dāng)前我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)工作中的重要內(nèi)容之一。
參考文獻(xiàn)
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第4篇：工程機(jī)械設(shè)計(jì)方案范文
機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)概念
機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是綜合性和實(shí)用性都很強(qiáng)的理論和技術(shù)，為機(jī)械設(shè)計(jì)提供了一種可靠高效的科學(xué)設(shè)計(jì)方法，使設(shè)計(jì)者由被動(dòng)地分析、校核進(jìn)入主動(dòng)設(shè)計(jì)，能節(jié)約原材料，降低成本，縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)效率和水平，提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力、經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者和科研人員對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論方法及其應(yīng)用研究十分重視，并開展了大量工作，其基本理論和求解手段已逐漸成熟。并且它建立在數(shù)學(xué)規(guī)劃理論和計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，通過有效的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和科學(xué)的評(píng)價(jià)體系來(lái)從眾多的設(shè)計(jì)方案中尋到盡可能完善的或最適宜的設(shè)計(jì)方案。該領(lǐng)域的研究和應(yīng)用進(jìn)展非常迅速，并且取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。那就讓我們關(guān)注機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中那些重要的量。
解決優(yōu)化設(shè)計(jì)問題的一般步驟
解決優(yōu)化設(shè)計(jì)問題的一般步驟如下：
機(jī)械設(shè)計(jì)問題――建立數(shù)學(xué)模型――選擇或設(shè)計(jì)算法――編碼調(diào)試――計(jì)算結(jié)果的分析整理
優(yōu)化設(shè)計(jì)中數(shù)學(xué)模型的建立
a設(shè)計(jì)變量
在最優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中需要調(diào)整和優(yōu)選的參數(shù)，稱為設(shè)計(jì)變量。設(shè)計(jì)變量是最優(yōu)化設(shè)計(jì)要優(yōu)選的量。最優(yōu)化設(shè)計(jì)的任務(wù)，就是確定設(shè)計(jì)變量的最優(yōu)值以得到最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。但是每一次設(shè)計(jì)對(duì)象不同，選取的設(shè)計(jì)變量也不同。它可以是幾何參數(shù)，如零件外形尺寸、截面尺寸、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸等；也可以是某些物理量，如零部件的重量、體積、力與力矩、慣性矩等；還可以是代表工作性能的導(dǎo)出量，如應(yīng)力、變形等。總之，設(shè)計(jì)變量必須是對(duì)該項(xiàng)設(shè)計(jì)性能指標(biāo)優(yōu)劣有影響的參數(shù)。
b約束條件
設(shè)計(jì)空間是一切設(shè)計(jì)方案的集合，只要在設(shè)計(jì)空間確定一個(gè)點(diǎn)，就確定了一個(gè)設(shè)計(jì)方案。但是，實(shí)際上并不是任何一個(gè)設(shè)計(jì)方案都可行，因?yàn)樵O(shè)計(jì)變量的取值范圍有限制或必須滿足一定的條件。在最優(yōu)化設(shè)計(jì)中，這種對(duì)設(shè)計(jì)變量取值時(shí)限制條件，稱為約束條件，而約束條件是設(shè)計(jì)變量間或設(shè)計(jì)變量本身應(yīng)該遵循的限制條件，而優(yōu)化設(shè)計(jì)問題大多數(shù)是約束的優(yōu)化問題。針對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型要素的不同情況，可將優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分類，約束條件的形式有顯約束和隱約束兩種，前者是對(duì)某個(gè)或某組設(shè)計(jì)變量的直接限制，后者則是對(duì)某個(gè)或某組變量的間接限制。等式約束對(duì)設(shè)計(jì)變量的約束嚴(yán)格，起著降低設(shè)計(jì)變量自由度的作用。優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程就是在設(shè)計(jì)變量自由的允許范圍內(nèi)，找出一組優(yōu)化的設(shè)計(jì)變量值，使得目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最優(yōu)值。
c目標(biāo)函數(shù)
在優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，每一個(gè)變量之間都存在著一定的相互關(guān)系著就是用目標(biāo)函數(shù)來(lái)反映。他可以直接用來(lái)評(píng)價(jià)方案的好壞。在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，可以根據(jù)變量的多寡將優(yōu)化設(shè)計(jì)分為單目標(biāo)優(yōu)化問題和多目標(biāo)優(yōu)化問題，而我們最常見的就是多目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化。
一般而言，目標(biāo)函數(shù)越多，設(shè)計(jì)的綜合效果越好，但問題求解復(fù)雜。在實(shí)際的設(shè)計(jì)問題中，常常會(huì)遇到在多目標(biāo)函數(shù)的某些目標(biāo)之間存在矛盾的情況，這就要求設(shè)計(jì)者正確處理各目標(biāo)函數(shù)之間的關(guān)系。對(duì)這類多目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化問題的研究，至今還沒有單目標(biāo)函數(shù)那樣成熟
優(yōu)化設(shè)計(jì)理論方法
優(yōu)化準(zhǔn)則法對(duì)于不同類型的約束、變量、目標(biāo)函數(shù)等需導(dǎo)出不同的優(yōu)化準(zhǔn)則，通用性較
差，且多為近似最優(yōu)解；規(guī)劃法需多次迭代、重復(fù)分析，代價(jià)昂貴，效率較低，往往還要求目標(biāo)函數(shù)和約束條件連續(xù)、可微，這都限制了其在實(shí)際工程優(yōu)化設(shè)計(jì)中推廣應(yīng)用。因此遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、粒子群算法、進(jìn)化算法等智能優(yōu)化法于20世紀(jì)80年代相繼提出，并且不需要目標(biāo)函數(shù)和約束條件的導(dǎo)數(shù)信息，就可獲得最優(yōu)解，為機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了新的思路和方法，并在實(shí)踐中得到成功應(yīng)用。
a遺傳算法
遺傳算法起源于20世紀(jì)60年代對(duì)自然和人工自適應(yīng)系統(tǒng)的研究，最早由美國(guó)密歇根大學(xué)Holland教授提出，是模擬生物化過程、高度并行、隨機(jī)、自適應(yīng)的全局優(yōu)化概率搜索算法。它按照獲得最大效益的原則進(jìn)行隨機(jī)搜索，不需要梯度信息，也不需要函數(shù)的凸性和連續(xù)性，能夠收斂到全局最優(yōu)解，具有很強(qiáng)的通用性、靈活性和全局性；缺點(diǎn)是不能保證下一代比上一代更好，只是在總趨勢(shì)上不斷優(yōu)化，運(yùn)行效率較低，局部尋優(yōu)能力較差。
b神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)大規(guī)模自適應(yīng)的非線性動(dòng)力系統(tǒng)，具有聯(lián)想、概括、類比、并行處理以
及很強(qiáng)的魯棒性，且局部損傷不影響整體結(jié)果。美國(guó)物理學(xué)家Hopfield最早發(fā)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有優(yōu)化能力，并根據(jù)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，將系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)與最優(yōu)化態(tài)相對(duì)應(yīng)，系統(tǒng)能量函數(shù)與優(yōu)化尋優(yōu)過程相對(duì)應(yīng)，與Tank在1986年提出了第一個(gè)求解線性優(yōu)化問題的TH選型優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。該方法利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)大的并行計(jì)算、近似分析和非線性建模能力，提高優(yōu)化計(jì)算的效率，其關(guān)鍵是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造，多用于求解組合優(yōu)化、約束優(yōu)化和復(fù)雜優(yōu)化。近些年，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法有較大發(fā)展，Barker等將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于航空工程結(jié)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
c粒子群算法
Kennedy和Ebehart于1995年提出了模擬鳥群覓食過程的粒子群法，從一個(gè)優(yōu)化解集開始搜索，通用個(gè)體間協(xié)作與競(jìng)爭(zhēng)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜空間中最優(yōu)解的全局搜索。粒子群法與遺傳算法相比，原理簡(jiǎn)答、容易實(shí)現(xiàn)、有記憶性，無(wú)須交叉和變異操作，需調(diào)整的參數(shù)不多，收斂速度快，算法的并行搜索特性不但減小了陷入局部極小的可能性，而且提高了算法性能和效率，是近年被廣為關(guān)注和研究的一種隨機(jī)起始、平行搜索、有記憶的智能優(yōu)化算法。目前，粒子群算法已應(yīng)用于目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化、動(dòng)態(tài)環(huán)境優(yōu)化、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練等諸多領(lǐng)域，但用于機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域研究還很少。
d多目標(biāo)優(yōu)化法
功能、強(qiáng)度和經(jīng)濟(jì)性等的優(yōu)化始終是機(jī)械設(shè)計(jì)的追求目標(biāo)，實(shí)際工程機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)都屬于多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。多目標(biāo)優(yōu)化廣泛的存在性與求解的困難性使其一直富有吸引力和挑戰(zhàn)性，理論方法還不夠完善，主要可分為兩大類：①把多目標(biāo)優(yōu)化轉(zhuǎn)化成一個(gè)或一系列單目標(biāo)優(yōu)化，將其優(yōu)化結(jié)果作為目標(biāo)優(yōu)化的一個(gè)解；②直接求非劣解，然后從中選擇較好的解作為最優(yōu)解。具體有主要目標(biāo)法、統(tǒng)一目標(biāo)法、目標(biāo)分層法和功效系數(shù)法。
優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的評(píng)價(jià)指標(biāo)
根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)中所以解決問題的特點(diǎn)，選擇適當(dāng)?shù)膬?yōu)化方案是非常關(guān)鍵的。因?yàn)榻鉀Q同
一個(gè)問題可能有多種方法，而每一種方法也有可能會(huì)導(dǎo)致不同的結(jié)果，而我們需要的是可以更加體現(xiàn)生產(chǎn)目標(biāo)的最優(yōu)方案。所以我們?cè)谶x擇方案時(shí)一定要考慮一下四個(gè)原則：
a效率提高。所謂效率要高就是所采用的優(yōu)化算法所用的計(jì)算時(shí)間或計(jì)算函數(shù)的次數(shù)要盡可能地少。
b可靠性要高?？煽啃砸呤侵冈谝欢ǖ木纫笙拢谝欢ǖ螖?shù)內(nèi)或一定計(jì)算時(shí)間內(nèi)，求解優(yōu)化問題的成功率要盡可能地高。
c采用成熟的計(jì)算程序。解題過程中要盡可能采用現(xiàn)有的成熟的計(jì)算程序，以使解題簡(jiǎn)便并且不容易出錯(cuò)。
d穩(wěn)定性要高。穩(wěn)定性好是指對(duì)于高度非線性偏心率大的函數(shù)不會(huì)因計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)截?cái)嗾`差迭代過程正常運(yùn)行而中斷計(jì)算過程。
另外選擇適當(dāng)?shù)膬?yōu)化方法時(shí)要進(jìn)行深入的分析優(yōu)化模型的約束條件、約束函數(shù)及目標(biāo)函
數(shù)，根據(jù)復(fù)雜性、準(zhǔn)確性等條件結(jié)合個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選擇。優(yōu)化設(shè)計(jì)的選擇取決于數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)，通常認(rèn)為，對(duì)于目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)均為顯函數(shù)且設(shè)計(jì)變量個(gè)數(shù)不太多的問題，采用懲罰函數(shù)法較好；對(duì)于只含線性約束的非線性規(guī)劃問題，最適應(yīng)采用梯度投影法；對(duì)于求導(dǎo)非常困難的問題應(yīng)選用直接解法，例如復(fù)合形法；對(duì)于高度非線性的函數(shù)，則應(yīng)選用計(jì)算穩(wěn)定性較好的方法，例如BFGS變尺度法和內(nèi)點(diǎn)懲罰函數(shù)相結(jié)合的方法。
結(jié)論
機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)作為傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)上結(jié)合現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法而出現(xiàn)的一種更科學(xué)的
優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，可使機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量達(dá)到更高的水平。近年來(lái)，隨著數(shù)學(xué)規(guī)劃理論的不斷發(fā)展和工作站計(jì)算能力的不斷挖掘，機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和手段都有非常大的突破，且優(yōu)化設(shè)計(jì)思路不斷的開闊?？傊?，每一種優(yōu)化設(shè)計(jì)方法都是針對(duì)某一類問題而產(chǎn)生的，都有各自的特點(diǎn)，都有各自的應(yīng)用領(lǐng)域，機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)就是在給定的載荷和環(huán)境下，在對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的性能、幾何尺寸關(guān)系或其它因素的限制范圍內(nèi)，選取設(shè)計(jì)變量，建立目標(biāo)函數(shù)并使其獲得最優(yōu)值得一種新的設(shè)計(jì)方法，其方法多樣依據(jù)不同情形選擇合理的優(yōu)化方法才能更簡(jiǎn)便高效的達(dá)到目標(biāo)。當(dāng)今的優(yōu)化正逐步的發(fā)展到多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)，充分利用了先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)和科學(xué)的最新成果。所以機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究必須與工程實(shí)踐、數(shù)學(xué)、力學(xué)理論、計(jì)算機(jī)緊密聯(lián)系起來(lái)，才能具有更廣闊的發(fā)展前景。
參考：
[1]白新理.結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[M]. 河南：黃河水利出版社，2008.
第5篇：工程機(jī)械設(shè)計(jì)方案范文
關(guān)鍵詞：機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)；虛擬樣機(jī)技術(shù)；ADAMS；教學(xué)研究
作者簡(jiǎn)介：黃小龍（1977-），男，廣西梧州人，北京信息科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師。（北京 100192）
基金項(xiàng)目：本文系北京信息科技大學(xué)2010年度高教研究課題資助項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2010GJZD02）的研究成果。
中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）04-0102-02
《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》明確指出：高等教育須提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，其措施之一就是強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。在工程技術(shù)人才的培養(yǎng)中，實(shí)踐教學(xué)的意義是不言而喻的?！皺C(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”是機(jī)械原理課程教學(xué)的一個(gè)重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。而“機(jī)械原理”課程是高等學(xué)校工科機(jī)械工程類本科生必修的“機(jī)械設(shè)計(jì)系列課程”之一，是一門主干技術(shù)基礎(chǔ)課程，在學(xué)生的知識(shí)、能力和素質(zhì)培養(yǎng)體系中占有十分重要的地位。[1]因此，為了提高機(jī)械類人才培養(yǎng)的質(zhì)量，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，十分有必要對(duì)“機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”這一實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行建設(shè)。
一、教學(xué)現(xiàn)狀分析
“機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”的任務(wù)是使學(xué)生更好地理解和掌握“機(jī)械原理”課程的基本理論和方法，進(jìn)一步提高學(xué)生查閱技術(shù)資料、繪制工程圖和應(yīng)用計(jì)算機(jī)等能力，特別是加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和分析問題、解決問題的能力。課程設(shè)計(jì)實(shí)施基本要求是按照一個(gè)簡(jiǎn)單機(jī)械系統(tǒng)的功能要求，綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，擬定機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方案，并對(duì)其中某些機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。[1]
目前，北京信息科技大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“我?！保┰凇皺C(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”教學(xué)過程中遇到了以下幾個(gè)問題：
1.設(shè)計(jì)題目單一
課程設(shè)計(jì)的選題主要是插床或牛頭刨床導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析與動(dòng)態(tài)靜力分析，這也是很多高校在“機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”中的選題。設(shè)計(jì)方案及參數(shù)往往已給定，課程設(shè)計(jì)過程中學(xué)生只是按照設(shè)計(jì)說(shuō)明書上的設(shè)計(jì)步驟對(duì)擬定好的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析設(shè)計(jì)，沒有機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)和機(jī)構(gòu)的選型設(shè)計(jì)。從知識(shí)層面上說(shuō)，學(xué)生缺乏進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)創(chuàng)新的機(jī)會(huì)和能力鍛煉的機(jī)會(huì)，也導(dǎo)致了學(xué)生處于被動(dòng)的學(xué)習(xí)狀態(tài)。課程設(shè)計(jì)中，讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)和發(fā)揮主觀能動(dòng)性的內(nèi)容少，無(wú)法激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力，不利于創(chuàng)新思維和工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練。
2.設(shè)計(jì)方法陳舊
目前學(xué)生課程設(shè)計(jì)所采用的方法主要是圖解法，少數(shù)學(xué)生還應(yīng)用了解析法。不管是圖解法還是解析法均是傳統(tǒng)“機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”通常采用的設(shè)計(jì)方法。圖解法形象直觀、清晰，便于學(xué)生理解與分析檢查，但作圖復(fù)雜、工作量大、準(zhǔn)確性差、效率低，[2]一張圖只能反映一個(gè)位置的情況，當(dāng)全班或半個(gè)班同學(xué)同做一個(gè)題目，只是機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)有所區(qū)別時(shí)，一部分同學(xué)存在依賴或抄襲他人的情況，這樣導(dǎo)致了這些學(xué)生只是按照設(shè)計(jì)說(shuō)明書走過場(chǎng)的情況。解析法可以獲得精確的計(jì)算結(jié)果，且可以獲取任意點(diǎn)位置的情況，但建立數(shù)學(xué)模型以及編制計(jì)算程序較為煩瑣復(fù)雜，[3]計(jì)算結(jié)果不便于分析，同時(shí)學(xué)生往往不具備獨(dú)立完成編程求解的能力，他們幾乎不得不把全部精力都放在提高計(jì)算機(jī)編程能力上，這樣使“機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”變成了計(jì)算機(jī)語(yǔ)言課的訓(xùn)練，[4]偏離了課程設(shè)計(jì)的目的。而若指導(dǎo)教師將已編好的計(jì)算程序交給學(xué)生，由學(xué)生上機(jī)輸入并調(diào)試程序，進(jìn)行計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果與圖解法所得結(jié)果相比較，它只是起到對(duì)圖解法的結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)的作用，[2]學(xué)生應(yīng)用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題的能力沒有得到有效的鍛煉。若想進(jìn)一步對(duì)機(jī)構(gòu)方案進(jìn)行對(duì)比分析或深入探討，以上兩種方法很難實(shí)現(xiàn)，這在很大程度上影響到課程設(shè)計(jì)的教學(xué)效果，不利于培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力以及創(chuàng)新能力，也不易調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。
3.學(xué)時(shí)相對(duì)較少
《機(jī)械原理課程教學(xué)基本要求（機(jī)械類專業(yè)適用）》中要求“機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”時(shí)間不應(yīng)少于1.5周。[1]我校目前設(shè)置的課程設(shè)計(jì)時(shí)間為1周，并且根據(jù)教學(xué)計(jì)劃“機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”安排在學(xué)期末最后1周，若除去設(shè)計(jì)準(zhǔn)備和答辯的時(shí)間等，實(shí)際工作日不到四天，并且學(xué)生此時(shí)心思往往不在學(xué)校，急于回家，從時(shí)間跨度來(lái)說(shuō)學(xué)生主動(dòng)思考和解決問題的機(jī)會(huì)較少，完全處于被動(dòng)的地位，他們很少有機(jī)會(huì)進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)或方案，與教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)制定的基本要求有一定的距離。學(xué)生課程設(shè)計(jì)的成果僅僅是一份圖紙和書面報(bào)告，體會(huì)不到學(xué)習(xí)的樂趣，更不能提高創(chuàng)新能力。
二、虛擬樣機(jī)技術(shù)
虛擬樣機(jī)技術(shù)是隨著當(dāng)代科學(xué)的飛速發(fā)展在設(shè)計(jì)領(lǐng)域新興的一種計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)，是一種用來(lái)代替真實(shí)的物理樣機(jī)設(shè)計(jì)、基于產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)仿真模型的數(shù)字化設(shè)計(jì)方法。虛擬樣機(jī)技術(shù)涉及機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、協(xié)同仿真技術(shù)、系統(tǒng)建模技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域、多項(xiàng)技術(shù)，其本質(zhì)是以計(jì)算機(jī)支持的仿真技術(shù)和生命周期建模技術(shù)為前提，以多體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和控制理論為核心，借助計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、交互式用戶界面技術(shù)、并行工程技術(shù)、信息技術(shù)、集成技術(shù)等，從外觀、功能和空間關(guān)系上模擬真實(shí)產(chǎn)品，模擬在真實(shí)環(huán)境下系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性并根據(jù)仿真結(jié)構(gòu)優(yōu)化系統(tǒng)，為物理樣機(jī)的設(shè)計(jì)和制造提供參數(shù)依據(jù)。[5]虛擬樣機(jī)技術(shù)改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想。
借助于虛擬樣機(jī)技術(shù)，設(shè)計(jì)工程師可以在計(jì)算機(jī)上建立機(jī)械系統(tǒng)的模型，伴之以三維可視化處理，模擬在現(xiàn)實(shí)環(huán)境下系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性，并根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行不斷改進(jìn)，直到獲得最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。這極大地縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，節(jié)約產(chǎn)品的開發(fā)成本。目前，國(guó)外虛擬樣機(jī)相關(guān)技術(shù)軟件的商業(yè)化過程已經(jīng)完成。其中美國(guó)MSC公司的軟件產(chǎn)品ADAMS就是虛擬樣機(jī)技術(shù)平臺(tái)的杰出代表，該軟件可以對(duì)虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，并且方便快捷地可視化輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線等。隨著虛擬樣機(jī)技術(shù)在機(jī)械工程領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展，ADAMS已成功應(yīng)用于航空航天、汽車工程、鐵路車輛、工業(yè)機(jī)械、工程機(jī)械等領(lǐng)域。
三、將虛擬樣機(jī)技術(shù)引入“機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”教學(xué)
1.必要性
教育部高等學(xué)校機(jī)械基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)2009年制定了“關(guān)于深化機(jī)械原理課程實(shí)踐教學(xué)改革的意見”，其中明確指出目前機(jī)械原理課程實(shí)踐教學(xué)改革應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注的問題之一是商業(yè)軟件（如ADAMS、Pro/E等），在實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)用的相關(guān)問題，比如是否有必要對(duì)學(xué)生提出在軟件應(yīng)用方面的要求等。[6]面對(duì)新形勢(shì)下“機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”教學(xué)出現(xiàn)的問題，有必要探索一種可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高實(shí)踐能力的新教學(xué)方法。
ADAMS軟件具有快捷的、形象的動(dòng)畫展示等功能，采用ADAMS軟件可快速方便地創(chuàng)建完全參數(shù)化的機(jī)構(gòu)模型，快速對(duì)各種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行仿真分析，結(jié)果以曲線圖和動(dòng)畫顯示的方式形象展示，使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)問題的分析變得簡(jiǎn)單、直觀和精確，可彌補(bǔ)學(xué)生實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不足，使學(xué)生有更充足的時(shí)間進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，方便學(xué)生對(duì)各種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)比分析以及參數(shù)優(yōu)化等，有利于激發(fā)學(xué)生的好奇心，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力，以及營(yíng)造支持學(xué)生獨(dú)立思考、自由探索的良好環(huán)境。在近幾年，國(guó)內(nèi)已有多所高校將ADAMS軟件應(yīng)用到“機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”中。[2-4，7-9]
2.實(shí)施過程
將ADAMS軟件引入“機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”教學(xué)中，將會(huì)改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，為了能增強(qiáng)教學(xué)實(shí)踐效果、真正提高課程設(shè)計(jì)質(zhì)量，筆者進(jìn)行了以下的工作：
（1）課堂引導(dǎo)。根據(jù)教學(xué)計(jì)劃，課程設(shè)計(jì)安排在第二學(xué)年，此時(shí)了解ADAMS軟件的學(xué)生相對(duì)較少，基本上沒有學(xué)生使用過，其原因一方面是由于該軟件被引入國(guó)內(nèi)的時(shí)間比較晚，另一方面是由于該軟件的專業(yè)性強(qiáng)。學(xué)習(xí)和掌握ADAMS軟件是關(guān)系到“機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”改革實(shí)踐的關(guān)鍵，因此筆者在“機(jī)械原理”課程理論教學(xué)課堂中有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注該軟件，并在一些教學(xué)案例中演示如何應(yīng)用ADAMS軟件解決問題，使學(xué)生自主學(xué)習(xí)的目標(biāo)得以明確。
（2）設(shè)置開放實(shí)驗(yàn)。在學(xué)生學(xué)習(xí)“機(jī)械原理”課程過程中，同時(shí)設(shè)置“典型機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真分析與驗(yàn)證”開放實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為應(yīng)用ADAMS軟件建立一些簡(jiǎn)單、典型的連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)以及齒輪機(jī)構(gòu)模型，進(jìn)行仿真分析，得到相關(guān)參數(shù)值，并以曲線圖和動(dòng)畫等方式顯示仿真結(jié)果。開放實(shí)驗(yàn)為選修實(shí)驗(yàn)，由學(xué)生自愿報(bào)名參加。在開放實(shí)驗(yàn)中，指導(dǎo)教師講授并演示ADAMS軟件基本操作以及連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)建模與仿真分析的內(nèi)容和操作步驟，分3次講授，每次3課時(shí)。每次相關(guān)內(nèi)容講授完畢后，由學(xué)生自主完成實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書提供的典型機(jī)構(gòu)，同時(shí)開放機(jī)房，學(xué)生可利用課余時(shí)間學(xué)習(xí)。通過開放實(shí)驗(yàn)的鍛煉，學(xué)生掌握ADAMS軟件的基本操作，并對(duì)此產(chǎn)生濃厚的興趣，同時(shí)為學(xué)生應(yīng)用ADAMS軟件進(jìn)行“機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”打下基礎(chǔ)。
（3）實(shí)際指導(dǎo)。編制一本應(yīng)用ADAMS軟件進(jìn)行“機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”的指導(dǎo)書，明確課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容與要求。在課程設(shè)計(jì)周指導(dǎo)學(xué)生上機(jī)操作，與學(xué)生討論、分析問題，引導(dǎo)學(xué)生與應(yīng)用圖解法的同學(xué)相互討論、檢驗(yàn)結(jié)果，從而體現(xiàn)學(xué)生主體、教師主導(dǎo)的教學(xué)思想。
3.應(yīng)用實(shí)例
筆者連續(xù)兩年在2009級(jí)、2010級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)和車輛工程專業(yè)進(jìn)行了“機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”試點(diǎn)教學(xué)。
2011年，首次將虛擬樣機(jī)技術(shù)引入“機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”教學(xué)，在設(shè)置“典型機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真分析與驗(yàn)證”開放實(shí)驗(yàn)時(shí)，面向2009級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化、車輛工程專業(yè)共8個(gè)班，采取學(xué)生自愿報(bào)名的方式?？紤]到第一次進(jìn)行嘗試，為保證實(shí)驗(yàn)質(zhì)量及效果，開課之前通知學(xué)生每班限額5名，但實(shí)際報(bào)名情況超出預(yù)想，達(dá)到了74人，擇優(yōu)選擇52名同學(xué)。在開放實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生學(xué)習(xí)了ADAMS軟件基本操作以及連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)建模與仿真分析的內(nèi)容和操作步驟，為下一步進(jìn)行機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)打下了良好的基礎(chǔ)。在機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)周，筆者指導(dǎo)其中一個(gè)班，在該班參加過開放實(shí)驗(yàn)的同學(xué)中選擇了部分有意向的同學(xué)進(jìn)行試點(diǎn)，要求這些同學(xué)除了完成圖解法的課程設(shè)計(jì)內(nèi)容之外，還須運(yùn)用ADAMS進(jìn)行機(jī)構(gòu)建模、仿真分析，并驗(yàn)證圖解法的結(jié)果等。試點(diǎn)的結(jié)果是僅有少數(shù)同學(xué)能達(dá)到要求，即利用圖解法進(jìn)行課程設(shè)計(jì)之外，還能運(yùn)用ADAMS軟件，經(jīng)調(diào)查獲知原因是時(shí)間緊、工作量大。試點(diǎn)后同學(xué)對(duì)運(yùn)用ADAMS軟件進(jìn)行課程設(shè)計(jì)產(chǎn)生了興趣，有自主學(xué)習(xí)的積極性。
2012年，結(jié)合2011年經(jīng)歷并為保證教學(xué)效果，僅從2010級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)其中2個(gè)班選擇31名同學(xué)參加開放實(shí)驗(yàn)。由于人數(shù)得到控制，指導(dǎo)教師有更多的時(shí)間與精力輔導(dǎo)學(xué)生，因此學(xué)生對(duì)ADAMS軟件的掌握更為熟練。在機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)周，筆者同樣是指導(dǎo)其中一個(gè)班并選擇了有意向的同學(xué)進(jìn)行試點(diǎn)。根據(jù)2011年經(jīng)驗(yàn)，這次允許學(xué)生不使用圖解法，而是直接運(yùn)用了ADAMS進(jìn)行機(jī)構(gòu)建模、仿真分析，但須對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較分析，并優(yōu)化各個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)。這樣，學(xué)生有更多的時(shí)間相互討論并設(shè)計(jì)各種方案，對(duì)計(jì)算結(jié)果分析得更為透徹，能獨(dú)立思考問題，真正鍛煉分析問題、解決問題的能力，變學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)。
四、結(jié)束語(yǔ)
將虛擬樣機(jī)技術(shù)引入課堂使教學(xué)效果有了明顯的提高，真正體現(xiàn)了學(xué)生主體、教師主導(dǎo)的教學(xué)思想，學(xué)習(xí)的興趣較濃。經(jīng)過課程設(shè)計(jì)鍛煉后，學(xué)生普遍認(rèn)為收獲較大，實(shí)踐能力得到了提高，隨之積極參加、開展各種課外科技活動(dòng)。實(shí)踐中也發(fā)現(xiàn)了一些新的問題，如指導(dǎo)教師工作量大大增加、知識(shí)面不足等，這樣就對(duì)指導(dǎo)教師提出了更為嚴(yán)格的要求。如何解決這些新問題以及如何將試點(diǎn)普及到整個(gè)專業(yè)所有同學(xué)，使更多的同學(xué)受益，需進(jìn)一步研究與探索。
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第6篇：工程機(jī)械設(shè)計(jì)方案范文
關(guān)鍵詞：虛擬制造技術(shù)；現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計(jì)；機(jī)械制造；機(jī)械產(chǎn)品；機(jī)械設(shè)計(jì)
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A中圖分類號(hào)：TH166文章編號(hào)：1009-2374（2016）05-0073-02
作者簡(jiǎn)介：伊紀(jì)斌（1994-），男，山東淄博人，山東理工大學(xué)國(guó)防教育學(xué)院學(xué)生，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)
隨著知識(shí)經(jīng)濟(jì)和工業(yè)制造的快速發(fā)展，現(xiàn)代化的市場(chǎng)要求產(chǎn)品生產(chǎn)廠商要以最快的速度、最優(yōu)的品質(zhì)、最短的研發(fā)時(shí)間、最低的成本消耗和最佳的服務(wù)來(lái)滿足顧客的需求。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)一般是在圖紙結(jié)合產(chǎn)品的特性和設(shè)計(jì)的具體要求進(jìn)行的，在機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中需要提前對(duì)設(shè)計(jì)中的設(shè)備裝配的干擾因素的不確定進(jìn)行考慮，但是產(chǎn)品在裝配中的缺陷只有在產(chǎn)品開發(fā)的后期才能暴露出來(lái)或者在產(chǎn)品的試制階段和裝配中顯現(xiàn)出來(lái)。如果設(shè)計(jì)的零件已經(jīng)開始投入生產(chǎn)了，那么損失就更加嚴(yán)重了。產(chǎn)品的質(zhì)量在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造方式上不能得到很好的保證，并且傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的工藝比較粗糙、開發(fā)的效率低、花費(fèi)時(shí)間比較長(zhǎng)、耗費(fèi)的資金比較大。在變化速度快、持續(xù)性發(fā)展和不可預(yù)測(cè)性市場(chǎng)中難以適應(yīng)。因此，企業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)需要具備高度的柔性和快速的反應(yīng)，與此同時(shí)信息技術(shù)的飛速發(fā)展保證了機(jī)械制造的先進(jìn)性，信息化的使用對(duì)于現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計(jì)十分重要。
1虛擬機(jī)械制造技術(shù)
以往傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的設(shè)備條件比較差，設(shè)計(jì)技術(shù)性不強(qiáng)，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)觀念比較保守，設(shè)計(jì)的手段主要依靠的是粗略的計(jì)算和估算，主要是在較多的簡(jiǎn)化和靜止化假設(shè)中完成機(jī)械工程的設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)具有較大的隨意性，并且設(shè)計(jì)的關(guān)鍵過程還對(duì)設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)習(xí)慣具有很大的依賴性。設(shè)計(jì)的過程很難實(shí)現(xiàn)合理、高效和準(zhǔn)確。但是在現(xiàn)代化虛擬設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)可以很好地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)依賴性強(qiáng)、設(shè)計(jì)過程靜態(tài)性和設(shè)計(jì)理念隨意性向現(xiàn)代化設(shè)計(jì)精確性、以數(shù)據(jù)知識(shí)工程和專家系統(tǒng)為保證的設(shè)計(jì)方式的發(fā)展，虛擬計(jì)算機(jī)技術(shù)需要對(duì)必要的信息進(jìn)行檢索、分析和收集。最終找出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案和數(shù)值運(yùn)算的方式，當(dāng)然也會(huì)對(duì)CAD技術(shù)和人工智能技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等進(jìn)行大量的應(yīng)用。虛擬機(jī)械制造技術(shù)主要是在虛擬環(huán)境下對(duì)計(jì)算機(jī)的模型進(jìn)行虛擬分析的一種計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)。該技術(shù)集成并綜合應(yīng)用了綜合性的機(jī)械制造環(huán)境，主要包括了各種仿真、分析、應(yīng)用等工具以及信息模型和控制工具等。虛擬制造需要經(jīng)歷的主要階段有裝配產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)仿真、回收利用。依靠虛擬制造技術(shù)，機(jī)械設(shè)計(jì)人員不需要將所有的零件設(shè)備生產(chǎn)制造出來(lái)，可以通過對(duì)零件模型的建立，隨后對(duì)零件進(jìn)行虛擬裝配，并對(duì)各零件部位之間的裝配間隙進(jìn)行干涉、對(duì)裝配的狀態(tài)實(shí)現(xiàn)檢查，對(duì)零件設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤及時(shí)發(fā)現(xiàn)，如果零件不符合設(shè)計(jì)要求，可以依靠計(jì)算機(jī)技術(shù)方便及時(shí)更改模型，最后形成新的零部件設(shè)計(jì)圖和裝配圖，達(dá)到設(shè)計(jì)、裝配和制造檢驗(yàn)的協(xié)調(diào)。
2虛擬制造技術(shù)的關(guān)鍵
虛擬制造技術(shù)包含了許多方面，主要有設(shè)計(jì)技術(shù)的提出、產(chǎn)品制造過程的抽取、原模型的建立、集成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、建模仿真等。下面就對(duì)虛擬制造技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的介紹：
2.1虛擬技術(shù)中的建模技術(shù)
虛擬指的是在系統(tǒng)中將現(xiàn)實(shí)制造系統(tǒng)映射到虛擬環(huán)境下，主要涉及了RMS的模型化、形式化、計(jì)算機(jī)化的抽象描述和表示。VMS建模的主要內(nèi)容有生產(chǎn)模型建立、產(chǎn)品模型建立、工藝模型建立的信息化體系結(jié)構(gòu)的建立。生產(chǎn)模型中有靜態(tài)描述和動(dòng)態(tài)描述兩種。靜態(tài)描述主要是關(guān)于對(duì)系統(tǒng)生產(chǎn)能力和生產(chǎn)特性。動(dòng)態(tài)描述是在已經(jīng)被得知的系統(tǒng)狀態(tài)和需求的性質(zhì)上對(duì)產(chǎn)品的整個(gè)過程進(jìn)行全面的預(yù)測(cè)。在制造過程中我們將種種實(shí)體對(duì)象總的稱之為產(chǎn)品模型。在產(chǎn)品的模型建立中需要對(duì)產(chǎn)品的明細(xì)、形狀特征等方面進(jìn)行描述。對(duì)于VMS而言，要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品實(shí)施過程的全部繼承必須具備完整的產(chǎn)品模型。因此在虛擬制造中的產(chǎn)品模型不再是單一和靜止的，它可以運(yùn)用抽象的技術(shù)實(shí)現(xiàn)各種模型面貌的提取。工藝模型主要指的是在制造過程中對(duì)產(chǎn)品的工藝參數(shù)和關(guān)于產(chǎn)品功能的各種因素進(jìn)行聯(lián)系，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品模型和生產(chǎn)模型之間相互作用的反映。
2.2虛擬制造技術(shù)中的仿真技術(shù)
仿真指的是通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的抽象化和簡(jiǎn)潔化最終形成的系統(tǒng)模型，并且在仿真的基礎(chǔ)上對(duì)模型進(jìn)行應(yīng)用，最終得到相應(yīng)的系統(tǒng)性性能分析。仿真主要以系統(tǒng)模型為主體的研究方法，它對(duì)實(shí)際的生產(chǎn)系統(tǒng)沒有直接的干擾作用，并且仿真系統(tǒng)可以對(duì)計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力進(jìn)行應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)在短時(shí)間內(nèi)完成在實(shí)際工作中需要很長(zhǎng)時(shí)間的工作，有效縮短了生產(chǎn)決策的時(shí)間，最大化地避免了對(duì)人力、物力和資金的投入以及浪費(fèi)。計(jì)算機(jī)技術(shù)還有很好的仿真修復(fù)功能，最大化地保證了方案的最優(yōu)。仿真技術(shù)過程的主要步驟有系統(tǒng)研究、數(shù)據(jù)收集、系統(tǒng)模型建立、仿真算法的確定、仿真模型的計(jì)算、仿真模型的運(yùn)行、結(jié)果的輸出和分析。仿真在產(chǎn)品的制造過程主要被分為制造的仿真和加工的仿真。在系統(tǒng)產(chǎn)品的開發(fā)中主要涉及的是產(chǎn)品建模、設(shè)計(jì)交互行為仿真等。方便對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的評(píng)價(jià)，及時(shí)進(jìn)行反饋，降低產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤。加工過程的仿真主要有切削、裝配、檢驗(yàn)及焊接、壓力加工和鑄造等。以上兩種仿真過程是相對(duì)獨(dú)立的，兩者不能實(shí)現(xiàn)集成，而VM中應(yīng)建立全面過程的統(tǒng)一仿真。
2.3虛擬制造中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的目的是改善計(jì)算機(jī)的交互方式，提高計(jì)算機(jī)的可操作性，它是在對(duì)計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)和多種顯示以及控制等接口設(shè)備的基礎(chǔ)上，以交互的三維環(huán)境為人提供沉浸體驗(yàn)的技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要由圖形系統(tǒng)和多種接口設(shè)備組成，使人在虛擬環(huán)境中感受到真實(shí)的沉浸感覺，交互性計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中有操作者、機(jī)器和人機(jī)接口。它幫助提升人和計(jì)算機(jī)間的和諧度，同時(shí)也是最有力的仿真工具。在VRS的作用下實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)世界的模擬。在用戶交互輸入以及輸出修改虛擬環(huán)境的條件下，使人達(dá)到身臨其境的沉浸感覺。VM的關(guān)鍵技術(shù)之一就是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。
3機(jī)械虛擬樣機(jī)技術(shù)介紹
虛擬樣機(jī)技術(shù)在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中被稱作機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)，它是20世紀(jì)80年代在計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展中發(fā)展起來(lái)的一種計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)。在計(jì)算機(jī)建立樣機(jī)模型后，對(duì)模型的多種動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行具體的分析，最后對(duì)樣機(jī)方案實(shí)現(xiàn)改進(jìn)。用數(shù)字化模型代替物理性的樣機(jī)。通過虛擬樣機(jī)技術(shù)的作用，簡(jiǎn)化了機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)過程，有效縮短產(chǎn)品開發(fā)的時(shí)間，最大程度降低產(chǎn)品的開發(fā)成本和費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量和系統(tǒng)性能的提升，使設(shè)計(jì)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化和最具創(chuàng)新性。綜合以上優(yōu)勢(shì)，該技術(shù)一經(jīng)出現(xiàn)就受到了眾多工業(yè)發(fā)達(dá)和高等院校及設(shè)計(jì)和生產(chǎn)企業(yè)的重視，許多著名的產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)者都對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了引入并運(yùn)用在自身產(chǎn)品的開發(fā)中，并且取得了極好的經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)效益。在機(jī)械工程設(shè)計(jì)
中應(yīng)用仿真技術(shù)對(duì)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工序等方面的選用以及工藝參數(shù)、加工工藝、裝配工藝等構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)性等均可以實(shí)現(xiàn)建模仿真。
4虛擬制造技術(shù)在機(jī)械工程中發(fā)揮的優(yōu)勢(shì)
4.1強(qiáng)大的通用性和分析處理復(fù)雜問題的能力
虛擬樣機(jī)技術(shù)建立和發(fā)展的基礎(chǔ)是分析力學(xué)和多體運(yùn)動(dòng)力學(xué)，該技術(shù)的關(guān)鍵是對(duì)復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)建模。因此，大多數(shù)的虛擬樣機(jī)技術(shù)軟件主要運(yùn)用的是帶約束乘子的微分代數(shù)混合方程。令每個(gè)構(gòu)件都有六個(gè)自由度是它的核心，還要要求其對(duì)多余的自由度進(jìn)行限制，實(shí)現(xiàn)其具有良好的通用性，達(dá)到適用性強(qiáng)的目的。與此同時(shí)，虛擬樣機(jī)技術(shù)還對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的詳細(xì)環(huán)節(jié)進(jìn)行考慮，具體指彈性、接觸和摩擦等因素。
4.2為機(jī)械系統(tǒng)建模帶來(lái)便利
傳統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)建模中要先建立運(yùn)動(dòng)分析，隨后在運(yùn)動(dòng)分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行動(dòng)力分析，這中間需要許多的圖形分析和公式推導(dǎo)。但是圖形的分析和公式的推導(dǎo)過程往往比較復(fù)雜，并且錯(cuò)誤率高。同樣的建模過程中設(shè)計(jì)人員只需要將機(jī)械的構(gòu)成方式和連接方法以及相應(yīng)的物理參數(shù)實(shí)施輸入，其后的建模和求解只需要計(jì)算來(lái)完成就可以了，極大地幫助設(shè)計(jì)人員承擔(dān)了許多的設(shè)計(jì)難度。
4.3強(qiáng)大的后期處理能力
在傳統(tǒng)的分析方法上通常得出的是大量的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的理解還要依靠豐富的經(jīng)驗(yàn)和理論。但是運(yùn)用虛擬樣機(jī)計(jì)算軟件為復(fù)雜性的數(shù)據(jù)提供了可視化技術(shù)，使得設(shè)計(jì)人員直觀地看到機(jī)械設(shè)計(jì)的性能和運(yùn)動(dòng)效果。
5結(jié)語(yǔ)
虛擬制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代工程機(jī)械工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的設(shè)計(jì)、試制等一系列過程的直觀性。實(shí)現(xiàn)了在產(chǎn)品真正制造出來(lái)前，可以在虛擬的制造環(huán)境中生成產(chǎn)品的原型，更好地替代現(xiàn)實(shí)中的硬件產(chǎn)品，更方便地對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的性能和可生產(chǎn)性進(jìn)行評(píng)估，極大地縮短了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)周期，最大化地節(jié)約了產(chǎn)品開發(fā)的成本，保證產(chǎn)品的開發(fā)和設(shè)計(jì)可以適應(yīng)市場(chǎng)的靈活性的變化。虛擬制造技術(shù)是現(xiàn)實(shí)技術(shù)和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在機(jī)械制造中的綜合應(yīng)用。在現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)的幫助下實(shí)現(xiàn)對(duì)眾多產(chǎn)品的開發(fā)和設(shè)計(jì)，不僅不會(huì)造成實(shí)際物質(zhì)的浪費(fèi)，并且還能更直觀地了解產(chǎn)品生產(chǎn)的具體情況，打開了機(jī)械制造和設(shè)計(jì)的全新局面。
參考文獻(xiàn)
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第7篇：工程機(jī)械設(shè)計(jì)方案范文
(1)能減少大量的人工計(jì)算工作，避免多次試制零部件及機(jī)構(gòu)過程，節(jié)省材料、人力資源。
(2)仿真后能及時(shí)快速修改數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)圖紙，縮短時(shí)間，可重復(fù)仿真實(shí)驗(yàn)修改，做到一次試制成功達(dá)到更高的質(zhì)量要求，搶占市場(chǎng)先機(jī)。
(3)能適應(yīng)當(dāng)前以計(jì)算機(jī)為主要的辦公平臺(tái)需要，開展網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同設(shè)計(jì)制造新模式，快速傳輸、交換數(shù)據(jù)和圖紙，實(shí)現(xiàn)由過去的串行設(shè)計(jì)制造過渡到并行設(shè)計(jì)制造的模式，提高創(chuàng)新機(jī)械設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率。
2虛擬樣機(jī)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀
2．1虛擬樣機(jī)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及常用軟件
仿真軟件如ADAMS(Aut01natjcDynamicAnal-ysisofMechanicalSystem)、DADS、SIMPACK、ANSYS、WorkingModel、SolidWorks、IDEAS、PHOERNIS(Para-bolicHyperbolicOrEllipticNumericalIntegrationCodeSeries)、SIMILINK等，這些軟件的功能各有側(cè)重并均有各自的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用領(lǐng)域。
2．2我國(guó)虛擬樣機(jī)技術(shù)應(yīng)用農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域現(xiàn)狀分析
2．2．1兩種設(shè)計(jì)方式
前后兩種方式比較:前者受試驗(yàn)室外環(huán)境影響，存在用時(shí)長(zhǎng)，材料和人工費(fèi)高，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分離設(shè)計(jì)等缺陷;后者時(shí)間明顯縮短，計(jì)算分析準(zhǔn)確，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)結(jié)合優(yōu)化設(shè)計(jì)，試制物理樣機(jī)次數(shù)少，能保障質(zhì)量?jī)?yōu)，出新產(chǎn)品快，物料、人工成本較低，還可實(shí)現(xiàn)并行多公司同時(shí)設(shè)計(jì)生產(chǎn)后迅速組裝等優(yōu)點(diǎn)，因此新的設(shè)計(jì)開發(fā)過程明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的開發(fā)過程。
2．2．2虛擬樣機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中應(yīng)用現(xiàn)狀特點(diǎn)
(1)農(nóng)機(jī)企業(yè)發(fā)展存在滯后性虛擬樣機(jī)技術(shù)依托計(jì)算機(jī)技術(shù)而存在和發(fā)展，因此我國(guó)的農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)行業(yè)計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用相對(duì)于其他如航空和汽車等設(shè)計(jì)制造業(yè)有一定的滯后性，原因有以下幾點(diǎn):由于行業(yè)的資金實(shí)力不夠，農(nóng)業(yè)機(jī)械類院校發(fā)展重視不夠，學(xué)習(xí)農(nóng)業(yè)機(jī)械專業(yè)的積極性不高，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)機(jī)械專業(yè)院校投入不足、發(fā)展緩慢，因而高技術(shù)農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)人才規(guī)模小，農(nóng)機(jī)企業(yè)的銷售方式單一，銷售量及利潤(rùn)低，技術(shù)人員待遇低，導(dǎo)致企業(yè)壯大困難，缺少足夠的資金投入研發(fā)，引進(jìn)、留住人才困難。農(nóng)機(jī)企業(yè)上市較少，目前有一拖股份，吉峰農(nóng)機(jī)等十余家上市公司，很多農(nóng)機(jī)企業(yè)還是作坊式企業(yè)，科研和先進(jìn)制造技術(shù)運(yùn)用較少。因此制約了虛擬樣機(jī)技術(shù)的應(yīng)用和推廣實(shí)踐。
(2)在農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備中的應(yīng)用，在高校研究機(jī)構(gòu)中逐漸形成團(tuán)隊(duì)化，成果轉(zhuǎn)化步伐加快。如中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，廣西大學(xué)，分別在不同的應(yīng)用方向取得了顯著的效果，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)首次把虛擬樣機(jī)技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械手的研究中，并相繼開展機(jī)械手在水稻拋秧機(jī)和水果采摘機(jī)器人等方面的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了整體設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化;廣西大學(xué)對(duì)甘蔗收獲機(jī)整機(jī)及關(guān)鍵部件的虛擬樣機(jī)模型進(jìn)行了一系列連續(xù)深入的研究后，建立了基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)的甘蔗收獲機(jī)可視化虛擬設(shè)計(jì)平臺(tái)，涉及整個(gè)產(chǎn)品生命周期的描述、控制和管理，基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備正逐漸從對(duì)虛擬樣機(jī)模型的理論研究指導(dǎo)物理樣機(jī)試制階段發(fā)展到產(chǎn)品化生產(chǎn)階段，并取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。另外如山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，華南理工大學(xué)、沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)等學(xué)校的學(xué)者們也致力于研究這項(xiàng)技術(shù)在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造中應(yīng)用與推廣實(shí)踐。
(3)國(guó)內(nèi)的研究者越來(lái)越多，并取得了一定成果。龐思紅等完成了液壓挖掘機(jī)虛擬樣機(jī)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，李寒杰在虛擬樣機(jī)技術(shù)及其在工程機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用中構(gòu)建了研究平臺(tái)，王朝娜等通過比較傳統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)模式和基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的產(chǎn)品開發(fā)模式的不同來(lái)說(shuō)明虛擬樣機(jī)技術(shù)在我國(guó)農(nóng)業(yè)裝備中的應(yīng)用及發(fā)展前景。李勇等將虛擬樣機(jī)技術(shù)應(yīng)用在小型農(nóng)用裝載機(jī)設(shè)計(jì)中的，利用Solid－Works設(shè)計(jì)裝載機(jī)虛擬樣機(jī)的過程，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)制造周期不足兩個(gè)月。馬斌強(qiáng)等闡述了虛擬樣機(jī)技術(shù)的內(nèi)涵和特點(diǎn)，并結(jié)合農(nóng)業(yè)機(jī)械系統(tǒng)的特點(diǎn)，概述了虛擬樣機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域中應(yīng)用的情況。馬少輝，韓勇總結(jié)了虛擬樣機(jī)在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)中應(yīng)用存在四個(gè)方面的制約因素。李杰等展望了農(nóng)業(yè)機(jī)械虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)發(fā)展方向:①多柔體系統(tǒng)的建模與仿真技術(shù);②協(xié)同仿真技術(shù);③多目標(biāo)(學(xué)科)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)。還有馬少輝、王剛、陸林、李霞、李勇、王凱湛、張布、蘇中濱等很多學(xué)者、專家都在為虛擬樣機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)生產(chǎn)中的應(yīng)用做出了貢獻(xiàn)，并取得了一定成果。這些科技工作者的辛勤勞動(dòng)和努力，使虛擬樣機(jī)技術(shù)更加快速的應(yīng)用和普及到農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造的各個(gè)環(huán)節(jié)及各類農(nóng)機(jī)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)中。
3虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)助推作用
任何一項(xiàng)技術(shù)的誕生對(duì)社會(huì)發(fā)展都會(huì)起到一定推動(dòng)作用，虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)航空、汽車等行業(yè)的促進(jìn)作用已經(jīng)凸顯，它在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域中的應(yīng)用已經(jīng)起步，隨著我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程加快，應(yīng)用的科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)不斷增多，領(lǐng)域日益廣泛，正是由于科研機(jī)構(gòu)的應(yīng)用，培養(yǎng)出了大量的相關(guān)技術(shù)人才，企業(yè)的實(shí)踐已不再限于實(shí)驗(yàn)室。我國(guó)近幾年農(nóng)機(jī)企業(yè)和研發(fā)機(jī)構(gòu)發(fā)展也在提速，國(guó)家的農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼政策落實(shí)，勞動(dòng)強(qiáng)度減少，我國(guó)社會(huì)財(cái)富積累增加，使農(nóng)機(jī)的購(gòu)買力增強(qiáng);航空、汽車行業(yè)的發(fā)展帶動(dòng)，給農(nóng)機(jī)企業(yè)的擴(kuò)張?zhí)峁┝藙?dòng)力;企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)加劇，因此運(yùn)用新技術(shù)新工藝的欲望和可行性也在提升，這推動(dòng)了虛擬樣機(jī)技術(shù)在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用和推廣。這種推動(dòng)作用會(huì)促使農(nóng)機(jī)的設(shè)計(jì)制造更快更好的發(fā)展，由我國(guó)現(xiàn)階段的農(nóng)機(jī)制造大國(guó)成為農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)早日變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，真正實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造的現(xiàn)代化。推動(dòng)作用會(huì)使農(nóng)機(jī)的設(shè)計(jì)呈現(xiàn)以下特點(diǎn):①發(fā)展和創(chuàng)新設(shè)計(jì)速度更快;②規(guī)模增大，應(yīng)用程度更深;③由單個(gè)的設(shè)計(jì)變?yōu)槎鄠€(gè)設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行的協(xié)同設(shè)計(jì);④單機(jī)的模擬仿真變?yōu)槎鄼C(jī)的系統(tǒng)仿真;⑤創(chuàng)新設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)必然。
4結(jié)語(yǔ)
第8篇：工程機(jī)械設(shè)計(jì)方案范文
驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)開題報(bào)告1論文選題的目的和意義
隨著時(shí)代的發(fā)展，汽車的作用日益明顯，已成了我們生活比不缺少的工具。汽車發(fā)展程度也成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展程度的重要標(biāo)志。汽車不僅作為一種代步工具，同時(shí)它在運(yùn)輸業(yè)中也有著非常重要的地位，特別是在一些短途運(yùn)輸中。因此載貨汽車的發(fā)展也非常迅速，載貨汽車總的分為重型和輕型兩種。
汽車驅(qū)動(dòng)橋在汽車的各種總成中是涵蓋機(jī)械零件、部件、分總成等的品種最多的總成。例如，驅(qū)動(dòng)橋一般由主減速器、差速器、車輪傳動(dòng)裝置和橋殼組成。
由此可見，汽車驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)涉及的機(jī)械零部件及元件的品種極為廣泛，對(duì)這些零部件、元件及總成的制造也幾乎要設(shè)計(jì)到所有的現(xiàn)代機(jī)械制造工藝。
并且隨著近年來(lái)油價(jià)的上漲，汽車的運(yùn)輸成本也越來(lái)越高，因此在保證汽車的動(dòng)力性的前提下，提高其燃油經(jīng)濟(jì)性也變得非常重要。為了降低油耗，不僅要在發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)節(jié)上節(jié)油，而且也需要從傳動(dòng)系中減少能量的損失。
這就必須在發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出之后，在從發(fā)動(dòng)機(jī)—傳動(dòng)軸—驅(qū)動(dòng)橋這一動(dòng)力輸送環(huán)節(jié)中尋找減少能量在傳遞的過程中的損失。在這一環(huán)節(jié)中，發(fā)動(dòng)機(jī)是動(dòng)力的輸出者，也是整個(gè)機(jī)器的心臟，而驅(qū)動(dòng)橋則是將動(dòng)力轉(zhuǎn)化為能量的最終執(zhí)行者。
因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)相同的情況下，采用性能優(yōu)良且與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配性比較高的驅(qū)動(dòng)橋便成了有效節(jié)油的措施之一。同時(shí)，人們對(duì)于汽車的行駛平順性、操作穩(wěn)定性和平均行駛速度有了更高的要求，這都和汽車驅(qū)動(dòng)橋的選擇有著非常重要的關(guān)系。
綜上所述，通過對(duì)汽車驅(qū)動(dòng)橋的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)，可以更好的學(xué)習(xí)并掌握現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)與機(jī)械設(shè)計(jì)的全面知識(shí)和技能。
2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
（一）國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀
我國(guó)正在大力發(fā)展汽車產(chǎn)業(yè)，采用后輪驅(qū)動(dòng)橋的汽車平衡性和操作性都將會(huì)有很大的提高。后輪驅(qū)動(dòng)的汽車加速時(shí)，牽引力將不會(huì)由前輪發(fā)出，所以在加速轉(zhuǎn)彎時(shí)，司機(jī)就會(huì)感到有更大的橫向握持力，操作性能好。
維修費(fèi)用低也是后輪驅(qū)動(dòng)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，盡管由于構(gòu)造和車型的不同，這種費(fèi)用將會(huì)很大的差別。
如果變速器出了障礙，對(duì)于后輪驅(qū)動(dòng)橋的汽車就不需要進(jìn)行維修，但是對(duì)于前輪驅(qū)動(dòng)的汽車來(lái)說(shuō)也許就有這個(gè)必要了，因?yàn)檫@兩個(gè)部件是坐在一起的。所以后輪驅(qū)動(dòng)必然會(huì)使得乘車更加安舒適，
從而帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
國(guó)產(chǎn)驅(qū)動(dòng)橋在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占據(jù)了絕大部分份額，但仍有一定數(shù)量的車橋依賴進(jìn)口，國(guó)產(chǎn)車橋與國(guó)際先進(jìn)水平仍有一定差距。國(guó)內(nèi)車橋長(zhǎng)的差距主要體現(xiàn)在設(shè)計(jì)和研發(fā)能力上，目前有研發(fā)能力的車橋廠家還不多，一些廠家僅僅停留在組裝階段。實(shí)驗(yàn)設(shè)備也有差距，比如工程車和牽引車在行駛過程中，齒輪嚙合接觸區(qū)的形狀是不同的，國(guó)外先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備能夠模擬這種狀態(tài)，而我國(guó)現(xiàn)在還在摸索中。
在具體工藝細(xì)節(jié)方面，我國(guó)和世界水平的差距還比較大，歸根結(jié)底后橋的功用是承載和驅(qū)動(dòng)。在這兩方面，今年來(lái)出現(xiàn)了一些新的變化。另外，在結(jié)構(gòu)方面，單級(jí)驅(qū)動(dòng)橋的使用比例越來(lái)越高；
技術(shù)方面，輕量化、舒適性的要求將逐步提高。總體而言，現(xiàn)在汽車向節(jié)能、環(huán)保、舒適等方面發(fā)展的趨勢(shì)，要求車橋向輕量化、大扭矩、低噪聲、寬速比、壽命長(zhǎng)和低生產(chǎn)成本。
目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)驅(qū)動(dòng)橋的廠家較多，品種和規(guī)格也較齊全，其性能和質(zhì)量基本上能夠滿足國(guó)產(chǎn)農(nóng)業(yè)機(jī)械和工程機(jī)械的使用需求，呈現(xiàn)了明顯的產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)：由進(jìn)口國(guó)外產(chǎn)品向國(guó)產(chǎn)化發(fā)展，由小作坊向正規(guī)化產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，由低端產(chǎn)品向高端產(chǎn)品發(fā)展，由引進(jìn)國(guó)外技術(shù)向自主研發(fā)發(fā)展。在技術(shù)方面，通過不斷提高自身鑄鍛造技術(shù)及工藝水平來(lái)保證研發(fā)產(chǎn)品制造質(zhì)量；
通過利用先進(jìn)科學(xué)的設(shè)計(jì)輔助手段來(lái)達(dá)到設(shè)計(jì)優(yōu)化的目的；
通過不斷學(xué)習(xí)吸收國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)逐步實(shí)現(xiàn)技術(shù)與國(guó)際接軌的目標(biāo)，從而提高產(chǎn)品的核心競(jìng)爭(zhēng)力；
通過運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)及方法來(lái)提高產(chǎn)品的性能，滿足市場(chǎng)需求，推進(jìn)機(jī)電一體化進(jìn)程。
（二）國(guó)外現(xiàn)狀
在西歐，帶輪邊減速的雙級(jí)主減速器后驅(qū)動(dòng)橋只占整個(gè)產(chǎn)品的40%，且有呈下降趨勢(shì)，在美國(guó)只占10%。其原因是這些地區(qū)的道路較好，采用單級(jí)減速雙曲線螺旋錐齒輪副成本較低，故大部分均采用這種結(jié)構(gòu)。國(guó)外汽車驅(qū)動(dòng)橋已普遍采用限滑差速器《N一Pin牙嵌式或多片摩擦盤式》、濕式行車制動(dòng)器等先進(jìn)技術(shù)。限滑差速器大大減少了輪胎的磨損，而濕式行車制動(dòng)器則提高了主機(jī)的安全性能，簡(jiǎn)化了維修工作。
國(guó)內(nèi)僅一部分車使用N。一Pin牙嵌式差速器。限滑差速器成本較高，因而在多數(shù)國(guó)產(chǎn)驅(qū)動(dòng)橋上一直沒有得到應(yīng)用。
目前向國(guó)內(nèi)提供限滑差速器的制造商主要是美國(guó)TraCtech公司和德國(guó)采埃孚公司。美國(guó)Tractech公司在蘇州的工廠即將建成投產(chǎn)，主要生產(chǎn)牙嵌式、多片摩擦盤式和比例扭矩(三周節(jié))差速器(鎖緊系數(shù)3.5)。國(guó)內(nèi)如徐工、鼎盛天工等主機(jī)制造商等原來(lái)自制一部分牙嵌式差速器，后因質(zhì)量不過關(guān)而放棄。
亞洲、非洲和南美國(guó)家則采用帶輪邊減速的雙級(jí)主減速器的驅(qū)動(dòng)橋，用于非道路和惡劣道路使用的車輛。因此可以得出結(jié)論:一個(gè)國(guó)家的道路愈差，則采用帶輪邊減速雙級(jí)主減速器驅(qū)動(dòng)橋愈多，反之，則愈少。
國(guó)內(nèi)有幾個(gè)制造商生產(chǎn)比例扭矩差速器，但均為單周節(jié)，鎖緊系數(shù)138，較三周節(jié)要小得多。徐州良羽傳動(dòng)機(jī)械有限公司在停車制動(dòng)器(液壓)上也做了一些工作，主要用于重型卡車產(chǎn)品，但國(guó)產(chǎn)此類產(chǎn)品的可靠性還有待提高。
3 本課題的重點(diǎn)和研究方法
（一） 主要技術(shù)分析
載貨汽車驅(qū)動(dòng)橋主要由主減速器部分、差速器部分、半軸部分和橋殼部分等幾大部分組成。通過比較國(guó)內(nèi)外貨車驅(qū)動(dòng)橋的不同之處，使我們能更好地認(rèn)識(shí)我國(guó)載貨汽車驅(qū)動(dòng)橋系統(tǒng)的不足之處，積極吸取國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，更好的應(yīng)用于我國(guó)載貨汽車驅(qū)動(dòng)橋生產(chǎn)中。
（二）主要設(shè)計(jì)內(nèi)容
(1) 驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)方案的選擇與分析；
(2) 主減速器結(jié)構(gòu)參數(shù)的選??；
(3) 差速器結(jié)構(gòu)參數(shù)的選??；
(4) 橋殼參數(shù)的選取與強(qiáng)度的分析。
（三）本文研究的思路和方法
(1) 通過查閱書籍、上網(wǎng)搜索以及文獻(xiàn)檢索等多種有效方法，系統(tǒng)收集驅(qū)動(dòng)橋的研究成果和相關(guān)信息；
(2) 在對(duì)國(guó)內(nèi)外驅(qū)動(dòng)橋的技術(shù)現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)、市場(chǎng)等情況進(jìn)行系統(tǒng)分析研究的基礎(chǔ)上，確定設(shè)計(jì)策略，作為構(gòu)思總體設(shè)計(jì)方案的指導(dǎo)思想；
(3) 選型設(shè)計(jì)：根據(jù)汽車行駛的路況條件和設(shè)計(jì)參數(shù)要求進(jìn)行驅(qū)動(dòng)橋的選型；
(4) 參數(shù)化設(shè)計(jì)：根據(jù)整體設(shè)計(jì)要求，質(zhì)量、軸荷、載重量、動(dòng)力性、制動(dòng)性、平順性要求，確定發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力參數(shù)，確定主減速器、差速器、車輪傳動(dòng)裝置和橋殼的件結(jié)構(gòu)形式和基本參數(shù)；
（5）計(jì)算機(jī)二維圖紙繪制：根據(jù)理論計(jì)算的主要參數(shù)，對(duì)各零件和總成進(jìn)行二維圖紙繪制和裝配。
（四）參考文獻(xiàn)：
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第9篇：工程機(jī)械設(shè)計(jì)方案范文
[關(guān)鍵詞] 煤礦機(jī)械； 電子式變頻控制； 晶閘管
1 引言
目前變頻控制技術(shù)比較普遍的工作機(jī)理是采用特殊制造的離合器使機(jī)械的減速機(jī)構(gòu)和機(jī)械主驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連接，這種特殊制造的離合器是根據(jù)液體粘性傳動(dòng)機(jī)理制造完成的。這種技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用最早可以追溯到上世紀(jì)70年代的西方發(fā)達(dá)國(guó)家。在這種零負(fù)載的工況下啟動(dòng)機(jī)械設(shè)備，其從初始狀態(tài)達(dá)到額定速率只需要很短的時(shí)間，而系統(tǒng)的控制依托于相應(yīng)的液壓裝置，逐步驅(qū)使機(jī)械的靜摩擦片和動(dòng)摩擦片相互趨近，從而達(dá)到傳遞動(dòng)力的目的。
隨著時(shí)代的發(fā)展，變頻控制技術(shù)不光在西方國(guó)家逐步推廣應(yīng)用，在中國(guó)很多學(xué)者機(jī)構(gòu)也開始著手研究這項(xiàng)技術(shù)并取得了不錯(cuò)的成績(jī)。本文通過分析對(duì)比不同啟動(dòng)方式的優(yōu)缺點(diǎn)，闡述工作機(jī)理，從而引出設(shè)計(jì)思想和方法。
2 重要性
隨著現(xiàn)代工業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大和技術(shù)的發(fā)展，煤礦機(jī)械尤其是帶式傳送機(jī)在向大載荷、長(zhǎng)距離、高功率、高帶速、大傾角方向發(fā)展?；谖矬w傳送過程中慣性的原因，其啟動(dòng)、減速及運(yùn)行過程中存在許多急需解決難題，相應(yīng)的技術(shù)先進(jìn)的控制系統(tǒng)也就應(yīng)運(yùn)而生，解決這些難題，優(yōu)化設(shè)備系統(tǒng)，完善控制過程。
與變頻控制相對(duì)應(yīng)的是硬啟動(dòng)方式，其工作原理簡(jiǎn)單來(lái)講就是供電裝置與電機(jī)直接相連，這種啟動(dòng)方式存在很多的缺點(diǎn)，例如在設(shè)備剛開始啟動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生過高的電流，這種沖擊電流會(huì)在電機(jī)軸承上產(chǎn)生很大的扭矩，甚至?xí)^正常扭矩的300%，促使供電裝置過載，從而加大了電機(jī)的機(jī)械磨損和齒輪損耗，對(duì)其造成了很大的沖擊。這種所謂的硬啟動(dòng)方式也是根據(jù)很多煤礦機(jī)械設(shè)備自身的特性所發(fā)展衍生的。而變頻控制方式的工作機(jī)理簡(jiǎn)而言之便是使機(jī)械設(shè)備平穩(wěn)啟動(dòng)以及穩(wěn)定停車，這種可控性的實(shí)現(xiàn)正式由于這種啟動(dòng)方式的原因。和上文硬啟動(dòng)方式的比較，變頻控制方式最大的特點(diǎn)便是變頻控制方式擁有限制電流功能，即通常所說(shuō)的限流，顯而易見，這樣的話便可以很好地避免過高的沖擊電流對(duì)機(jī)械設(shè)備以及供電裝置的沖擊和機(jī)械損耗，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命和周期。在整個(gè)系統(tǒng)中，觸發(fā)系統(tǒng)可以說(shuō)是其最重要的也是最核心的部分，正是因?yàn)檫@一點(diǎn)，才對(duì)觸發(fā)系統(tǒng)提出了很多嚴(yán)格性的要求，例如抗干擾能力，這里的干擾指的是噪聲或者其他的干擾項(xiàng)。此外在可控硅方面也必須具有極高的操縱性和靈敏度。
由此可以看出，開發(fā)與推廣煤礦機(jī)械變頻控制方式技術(shù)具有重要性和必然性。
3 工作機(jī)理
煤礦機(jī)械電子變頻控制裝置可以有效的控制機(jī)械在啟動(dòng)的初期所產(chǎn)生的相關(guān)的負(fù)效應(yīng)，比如明顯的電壓減低以及過大的沖擊電流，根據(jù)載荷的大小智能的調(diào)節(jié)電流的大小，減小電機(jī)軸的不利扭矩，減輕機(jī)械磨損，這一點(diǎn)在前文中進(jìn)行了相關(guān)的闡述，這樣的有點(diǎn)不光是可以延長(zhǎng)機(jī)械設(shè)備的使用周期，而且也可以有效的保護(hù)在實(shí)際生產(chǎn)過程中不可避免與機(jī)械設(shè)備相接觸的操作人員，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，也可以節(jié)約能耗，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，此外電子變頻控制方式也具有硬啟動(dòng)方式無(wú)法比擬的系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，由于其體積小，操作方便，構(gòu)造也很簡(jiǎn)單，因此故障率極低，這也是機(jī)械電子變頻控制方式裝置得到重視的原因之一。
對(duì)于機(jī)械硬啟動(dòng)方式來(lái)講其主回路是通過普通的晶閘管作為開關(guān)，但是變頻控制技術(shù)方面，大功率的晶閘管是作為主回路開關(guān)元件的首選，導(dǎo)通角的智能化系統(tǒng)控制是通過單片機(jī)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的。煤礦機(jī)械電子式變頻控制裝置的具體工作機(jī)理是：①在最開始的啟動(dòng)階段，晶閘管的導(dǎo)通角逐漸升高，電機(jī)兩端的電壓也會(huì)隨之產(chǎn)生變化，由此會(huì)對(duì)晶閘管的輸出電壓產(chǎn)生調(diào)節(jié)功能，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速升高到啟動(dòng)扭矩時(shí)，啟動(dòng)過程便結(jié)束。②機(jī)械電子式軟起動(dòng)裝置還具有一個(gè)關(guān)鍵的功能――限流，當(dāng)晶閘管處于完全導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，電機(jī)便會(huì)處于額定功率下工作，再加上旁路接通起的同時(shí)啟動(dòng)，可以有效地延長(zhǎng)晶閘管的使用周期，此時(shí)電機(jī)進(jìn)入到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。③當(dāng)機(jī)械需要停車時(shí)，第一步是旁路接通起器的斷開，這樣做的直接目的是減小旁路接通器內(nèi)晶閘管的導(dǎo)通角，這樣的話電機(jī)轉(zhuǎn)速歸零，機(jī)械停車，處于關(guān)閉狀態(tài)。啟動(dòng)過程如圖1。
3.1 傳統(tǒng)啟動(dòng)方式的闡述
煤礦領(lǐng)域內(nèi)的常用工程機(jī)械例如帶式輸送機(jī)因?yàn)榭煽啃愿?、運(yùn)行連續(xù)、工作效率高以及適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已成為現(xiàn)代重載荷運(yùn)輸?shù)某Ｓ迷O(shè)備，尤其是在煤礦采礦領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛的重視，但是伴隨著機(jī)械化工業(yè)化程度的不斷提高，各種機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行功率也在不斷攀升，輸送機(jī)當(dāng)然也不例外。在采礦機(jī)械的不斷發(fā)展應(yīng)用的過程中，人們發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的啟動(dòng)方式不能滿足大規(guī)模生產(chǎn)發(fā)展的需要，歸結(jié)于一點(diǎn)就是其無(wú)法避免的諸多缺點(diǎn)。在這種情況下，電子式變頻控制裝置的出現(xiàn)，很好地解決了一系列難題，因其運(yùn)行穩(wěn)定，體積小，故障發(fā)生率低，不光是在煤礦采礦領(lǐng)域內(nèi)，在冶金、碼頭、港口領(lǐng)域內(nèi)也達(dá)到了很好地應(yīng)用。本文列舉若干傳統(tǒng)的啟動(dòng)方式的弊端：①故障率較高，由此引發(fā)了高昂的維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)，并且在啟動(dòng)初期在供電裝置與電機(jī)之間會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的沖擊電流，在電機(jī)軸內(nèi)會(huì)有很高的扭矩，往往會(huì)超過正常扭矩的150%，這種弊端使得其具有很大的局限性，即工作條件比較苛刻，例如無(wú)法滿足井下防爆安全的要求；②啟動(dòng)過程中的沖擊電流會(huì)對(duì)機(jī)械部件產(chǎn)生很大的不利影響，增加機(jī)械磨損，對(duì)供電系統(tǒng)造成沖擊，限制了啟動(dòng)周期和頻率；③在一些已經(jīng)安裝了軟起動(dòng)裝置的相對(duì)比較現(xiàn)代化的煤礦機(jī)械里，在實(shí)際的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，運(yùn)行比較平穩(wěn)，但是電流智能化調(diào)節(jié)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，承受載荷能力也不會(huì)有很大提高。
3.2 電子式變頻控制過程分析研究
電子式變頻控制不僅能夠保證機(jī)械裝置在啟動(dòng)、運(yùn)行以及停車過程中的平穩(wěn)而且能夠有效地減少?zèng)_擊電流的危害，降低機(jī)械磨損，伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，啟動(dòng)過程與計(jì)算機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)交互式操作智能化程度更高。由此不難發(fā)現(xiàn)機(jī)械電子式變頻控制裝置具有很大的發(fā)展?jié)摿εc發(fā)展前景。解決機(jī)械震蕩以及沖擊電流的不利影響的最為有效地途徑便是運(yùn)行前根據(jù)預(yù)定的可控曲線進(jìn)行設(shè)置，分階段慢速有序的啟動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)，這樣一來(lái)便可以解決很多動(dòng)力學(xué)問題?，F(xiàn)在簡(jiǎn)單介紹幾種常用的電子式變頻控制方式：①斜坡恒流：電流升高的速度越快，啟動(dòng)速率越高。這種方式是以一定的速率提高電流，直到預(yù)定的制定電流后，再以恒定的電流運(yùn)行，直到啟動(dòng)階段完成；②斜坡電壓：?jiǎn)?dòng)電壓由低到高逐步攀升，不需要閉環(huán)控制電流的過程。這種啟動(dòng)方式的最大優(yōu)點(diǎn)是機(jī)理簡(jiǎn)單易懂，系統(tǒng)故障率低，但是缺乏對(duì)電流的控制，因此晶閘管會(huì)受到電流的沖擊，使用壽命降低；③階躍式：?jiǎn)?dòng)階段加載啟動(dòng)扭矩，這個(gè)扭矩一般很大，這樣可以有效降低負(fù)載的靜摩擦力，但是這種方式的弊端是會(huì)對(duì)供電裝置產(chǎn)生強(qiáng)干擾；④矩形轉(zhuǎn)矩：這種啟動(dòng)方式相比較上述三種而言，體積較小，故障率低，結(jié)構(gòu)完善緊湊，設(shè)計(jì)更加合理優(yōu)化，安全措施齊全，載荷能力大。
4 煤礦機(jī)械電子式變頻控制裝置的設(shè)計(jì)思想與方法
4.1 硬件設(shè)計(jì)
煤礦機(jī)械電子式變頻控制裝置的硬件設(shè)計(jì)主要集中在電路設(shè)計(jì)上，其中主回路的控制是核心因素，關(guān)鍵是晶閘管的設(shè)計(jì)，連接順序?yàn)楣╇娧b置與電動(dòng)機(jī)，其中晶閘管的導(dǎo)通角設(shè)計(jì)也是重要的一點(diǎn)，前文講到單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用可以有效控制導(dǎo)通角的變化，使輸出電壓逐步升高直至額定電壓。以采礦領(lǐng)域內(nèi)常用的帶式輸送機(jī)為例，通過流程圖的方式簡(jiǎn)明說(shuō)明硬件設(shè)計(jì)過程，如圖2。
4.2 軟件設(shè)計(jì)
在電子式變頻控制裝置中，控制器的質(zhì)量以及工作原理直接決定著控制系統(tǒng)的優(yōu)劣，目前通常的控制器為可編程化的控制器，這種控制器的可靠性較高，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化和平穩(wěn)運(yùn)行，整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)的控制上位機(jī)通常是由電子計(jì)算機(jī)來(lái)?yè)?dān)當(dāng)，由此可見，可編程控制器以及電子計(jì)算機(jī)是關(guān)鍵的兩個(gè)因素，需要進(jìn)行相應(yīng)的程序計(jì)算與設(shè)計(jì)，這種程序設(shè)計(jì)的過程優(yōu)化以及結(jié)果的完備性、可靠性、準(zhǔn)確性直接影響到機(jī)械運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性。
具體而言，可以從以下幾個(gè)方面來(lái)闡述電子式變頻控制裝置的軟件設(shè)計(jì)：①可編程控制器往往采用面向運(yùn)行過程的control language和面向問題的image language，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，過程直觀易懂，它的程序設(shè)計(jì)方案一般是根據(jù)流程圖來(lái)實(shí)現(xiàn)的；②以電子計(jì)算機(jī)為上位機(jī)的計(jì)算機(jī)軟件選取，伴隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)軟件的功能也日趨強(qiáng)大與完善，可靠性不斷提高，這些軟件通常都會(huì)選擇面向?qū)ο笠约翱梢暬脑O(shè)計(jì)方法，同樣，煤礦機(jī)械電子式變頻控制裝置控制系統(tǒng)的控制軟件應(yīng)該具有響應(yīng)速度快、敏感度高和分析點(diǎn)準(zhǔn)確、過程優(yōu)化等特點(diǎn)，操作界面與接口模塊采用不同的程序語(yǔ)言編寫也就成了必然條件。這是軟件設(shè)計(jì)里面比較重要的一步，首先要把握操作主界面的設(shè)計(jì)，要求界面簡(jiǎn)單，直觀，功能齊全。
5 結(jié)束語(yǔ)
從目前的使用狀況和調(diào)查分析來(lái)看，煤礦機(jī)械電子式變頻控制裝置仍然無(wú)法滿足我國(guó)大規(guī)?，F(xiàn)代化建設(shè)的需要，無(wú)法滿足煤礦產(chǎn)值的增長(zhǎng)需要，這不僅僅表現(xiàn)在數(shù)量上的缺乏以及普及度的欠缺，也表現(xiàn)在使用中的裝置系統(tǒng)也存在許多缺陷，例如系統(tǒng)優(yōu)化程度不高，程序化設(shè)計(jì)欠缺，結(jié)構(gòu)緊湊度較低，故障率無(wú)法實(shí)現(xiàn)理論值等，這也需要我們?cè)谏a(chǎn)實(shí)踐的過程中不斷地發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)而分析問題解決問題，不斷完善變頻控制技術(shù)，使之與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，提高生產(chǎn)率，減少風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，更好地為我國(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)服務(wù)。
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