浅谈机械产品设计

浅谈机械产品设计

卢觉斌

广东汇泰龙科技有限公司528244

摘要：在经济全球化的环境下，机械制造业的竞争实质上就是产品设计的竞争，如何快速地进行机械产品的开发是提高制造业市场竞争能力的一个关键问题，进行机械产品设计理论、方法和应用技术的研究是十分重要的一项基础性工作。本文主要分析了机械产品设计的重要性及基本原则，并给出了机械产品设计的方向，希望对我国机械制造业设计提供一些参考。

关键词：机械；产品设计；方法

前言：随着科技水平的飞速发展，机械制造企业产品同质化的现象非常严重，随着市场竞争加剧，机械制造产品要想占有更多的市场份额，必须对其功能与用途不断改进与完善，以独特的优势在市场中胜出竞争对象的产品，从而取得经济社会效益最大化。这也就要求从事机械设计的工作者们，要花心思，下苦功夫，将工作重心放在对机械的产品设计上，利用现代机械设计理念，坚持设计的基本原则，与企业一道去赢得市场的竞争，这也是当下机械设计工作者的一项重要而迫切的工作任务。

1机械产品设计的重要性和关键步骤

面对二十一世纪产品竞争日益加剧的挑战，世界各国普遍重视提高产品的设计水平，以增强产品竞争力。产品设计的根本目的就是要创新产品，满足市场需求和占领更大市场。产品设计本身是创造性的劳动，设计的本质是创新。因此，重视创新设计是增加机械产品竞争力的根本途径。

对于机械产品设计过程的不同理解，从本质上说是由于对设计的内涵有不同的认识和对设计的理论有不同的理解。

设计过程的模型国内外已有很多的论述，归纳起来主要有三种：一是Pahl和Beitz认为：机械设计分为明确任务、概念设计、技术设计和施工设计等四个阶段。二是Koller认为：机械设计分为产品规划、功能设计、定性设计和定量设计等四个阶段。三是邹慧君教授提出：机械设计分为产品规划、方案设计、详细设计和改进设计等四个阶段。总之，产品设计过程中十分重视的步骤是功能设计、定性设计。

2设计的原则

2.1基本原则

功能原则。机械产品的功能是否达到标准，是否满足要求，是否处于领先。

需求原则。产品是否满足市场需求，是否过剩或者浪费。

系统原则。机械产品的设计要和周围的环境相匹配，满足系统性。

安全原则。产品必须具有安全性，在设计中避免工业环境中的各种危险来源（电源、辐射、有害材料等）和危险操作，并采取一定的保护技术。

经济原则。在满足机械产品的功能前提下，一定要保证产品的低成本，周期短，投入市场迅速。

工艺性原则。产品设计加工具有合理的结构工艺性，根据其成本、产量、加工条件等因素确定合理的工艺结构，从而便于加工和装配。

简洁性原则。原理、结构、外观造型、甚至使用方式都应当使用方便，便于操作，人机关系应该简化。尽量避免由于人和机械装置的不适应而产生误操作，造成事故。

2.2工艺性原则

机械产品的工艺质量至关重要，在加工时，要采用合理的加工工艺，比如要加工一根圆柱形棒料，选用先车削再磨削的加工工艺就比选用先铸造再磨削的加工工艺效果要好。

在装配时，要给予足够重视，改变过去只重视零部件加工现象。产品的设计必须考虑到装配，以提高装配效率和经济性。与零部件加工不同的是，产品的装配工艺主要取决于产品的设计关系，因此必须要在设计阶段重点考虑。就装配效率而言，产品设计应考虑尽可能将产品分解成为若干独立的装配单元，以便于平行装配，同时应考虑装配和拆卸的方便性，足够的装配操作空间，并尽量减少或避免装配时的切削加工。就装配质量而言，产品设计应使得产品具有正确的装配和合适的调整补偿环节，以保证能方便地达到装配精度，同时应考虑各种联接的工艺性和密封的可靠性及装配时的应力集中。就装配经济性而言，产品设计应使产品的装配能运用高效的装配设备、工具和辅具，以减少单件产品所需的装配工作时间，降低装配成本。

2.3经济性原则

机械产品投入市场，是为了获取商业价值，不考虑经济性的产品，在市场上是一定没有竞争力的。机械产品一定要充分结合产品结构、所用材料、工艺方法，考虑到降低成本，事实上，这是我国机械设计最大的问题所在，我国的机械产品一般只在模具制造上考虑经济性，而在军工等特殊行业，并不考虑经济性，这对于机械设计的本身来说，并不是一件好事。

3机械产品的设计方向

3.1机械产品的逆向化设计

现代机械产品的设计逐步呈现出一个反向的设计趋势。过去人们追求“大”的产品，而现在微型的机械产品却更受大家的关注，纳米产品的设计与研究更是一个主要的方向；早期产品的造型设计时，主要采用正向设计的方法，从概念设计起步到CAD建模、数控编程、数控加工的过程，现在利用可实现逆向三维造型设计的软件来重新构造实物的三维CAD模型，并进一步用CAD／CAE／CAM系统实现分析、再设计、数控编程、数控加工的过程；从原先的数控机床去除材料加工，到现在的3D打印技术，逆向思维实现了增材制造。这种逆向化设计是一种机械设计领域的创新。逆向设计思维的出现给很多领域带来了新的发展契机，未来机械产品的设计也会向着逆向设计发展。

3.2机械产品的单一功能设计

人们往往希望同一个物品可以实现多个不同功能，这样既节约了空间又达到资源的充分利用，多功能物品成为人们的一种追求。机械产品的设计亦是如此，设计者往往追求产品的多功能化，在同一个产品上组合不同的功能或者在有限的空间添加多个元素，使设计出的产品在旁人感觉上功能“强大”，从而感觉设计的作品比较完美。然而，随着功能组合的增加，产品设计时的机构需要增加，复杂程度也需要增加，即使不增加机构也会改变某些机构的本来特性，这样就会造成产品在某些功能方面的优势降低，反而不如单一功能的产品使用便捷。比如瑞士多功能军刀中集合了平口刀、开罐器、螺丝刀、剪刀、镊子等的功能，虽然实现了多功能化的集合，但是由于组合，很多工具在使用时会受到其他工具的制约，使用起来却不如每一种工具单独用起来实用。所以今后优良机械产品的设计势必是单一功能的实现，而非多功能的组合。

3.3机械产品智能化设计

传统意义上的机械产品虽然满足了实用性、节能、环保等方面的要求，但有着其本身的局限性。随着科学技术的发展，人们对产品的自动化要求越来越高，传统的机械产品已经不能满足人们的需求。如今机械产品的设计更多的是朝着与电气结合的方向发展，机械为主，电气为辅，实现产品的机电一体化设计。二十一世纪，伴随着信息时代的到来，由现代通信与信息技术、计算机网络技术、行业技术、智能控制技术汇集而成的针对某一个方面的应用的智能化发展已经成为一个不可阻挡的趋势，智能化控制，如：单片机控制、PLC控制等在生活中越发常见，智能化设计已经成为一个趋势，今后机械产品的设计将会更加注重智能化控制的设计。

智能化产品在人们生活中越来越多，涉及到生活中的各个方面，人们对智能化产品愈发喜爱与依赖，人们已经逐渐离不开智能化产品。这不得不引发设计者的深思，应该如何控制产品智能化的“程度”。所以，产品智能化设计的程度很重要。

3.4机械产品全寿命周期设计

设计机械产品时不仅要考虑产品的功能和结构，而且要设计产品的全寿命周期，即要设计产品的规划、设计、制造、营销、运行、使用、维修保养，直到回收再处置的全过程。机械产品全寿命周期设计意味着：在设计阶段就要考虑到产品生命历程的所有环节，以求产品全寿命周期设计的综合优化。在机械产品开发的初始阶段，就以并行的方式综合考虑其生命周期中所有后续阶段，包括工艺规划、制造、装配、试验、检验、营销、运输、使用、维修、保养，直至回收处置等环节，降低产品成本，提高产品质量；根据制造方法全面评价和及时改进产品设计，得到综合目标较优的设计方案，并可争取产品设计和制造的一次成功。全寿命周期设计会产生大量的数据和信息，它们都将存储到数据库中，产品数据管理可以保证数据的一致性和共享性。保证最有效地利用和调度企业的各种资源，及早发现错误，缩短产品开发时间，使产品设计得到综合规划和优化。

4结语

机械产品面临着市场的竞争和消费者的选择，机械产品首先要在竞争中立足，才能够大量推广。因此，机械产品的设计阶段就显得尤为重要，这一阶段的设计直接决定了机械产品在市场上的生存和竞争力。相信，在未来实际设计应用不断完善的时候，机械产品的设计将得到进一步发展。

参考文献：

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