现代设计方法在工程机械中的应用和发展.doc

现代设计方法在工程机械中的应用和发展 现代设计方法在工程机械中的应用和发展 [摘要] 本文针对现代设计方法及其在工程机械中的应用和发展作了简单介绍。 [关键字] 现代设计方法 汽车优化设计 汽车变速器 1. 前言 随着中国经济与世界经济的全面接轨，以及我综合国力的日益提高和人们的生活水平的逐日改善，人们对产品功能要求的日益增多。各种产品日益呈现出复杂性增加、寿命周期缩短、更新换代速度加快等特点。尤其是我国的工程机械企业现已面临着严峻的挑战。传统的基于二维的产品设计人力物力投资大，设计周期长，设计精度低，已不能满足现代市场对工程机械产品的需求。因此，企业必须使用新的方法 ，以提高产品的设计效率、缩短设计周期、加速产品的更新换代，并增强产品的市场竞争力。 现代设计是在近几十年逐渐发展起来的，包括了设计过程，设计策略以及设计方法等。 2. 现代设计方法的简单介绍及应用 2.1 现代设计方法简单介绍 现代设计方法是随着当代科学技术的飞速发展和计算机技术的广泛应用而在设计领域发展起来的一门新兴的多元交叉学科。以满足市场产品的质量、性能、时间、成本、价格综合效益最优为目的,以计算机辅助设计技术为主体,以知识为依托,以多种科学方法及技术为手段,研究、改进、创造产品和工艺等活动过程所用到的技术和知识群体的总称。 现代设计方法主要有:并行设计、虚拟设计、绿色设计、可靠性设计、智能优化设计、计算机辅助设计、动态设计、模块化设计、计算机仿真设计、人机学设计、摩擦学设计、反求设计、疲劳设计等。 2.2 现代设计方法在工程机械中的应用举例 2.2.1 现代设计方法在汽车设计中的应用 ① 应用系统工程的观点完成汽车设计 现代设计方法以形态学为分类手段，以方法学为思想指导，其具体内容有很多。系统工程是以大系统为研究对象的一门跨学科的边缘科学，它以应用数学和电子计算机等为工具，对系统的构成要素、组织结构、信息交换和反馈控制等功能进行分析、设计、制造和服务。通过各种组织管理技术，使局部与整体之间关系协调配合，以实现系统的最优化。 应用系统工程的观点完成汽车设计，一般可分为3个阶段：（1）信息获取（或称系统分析）；（2）信息处理（或称系统选择）；（3）信息整理（或称系统实施计划）。 汽车设计涉及多种专业学科的各种不同要求，要完成一个成功的设计，必须应用系统工程的观点，全面均衡地、有层次地处理各种不同要求，使设计达到经济和艺术的有机结合。现代汽车工业，已经把一个企业的全部生产过程（包括设计）作为一个整体，因此可以把它看成一个大系统。 在汽车设计中采用CAD的优点在于： （1）能减少设计计算、制图的时间，缩短新产品的设计和研制周期，适应产品更新换代的需要，提高市场竞争能力； （2）采用CAD系统可以分析多种方案，实现多方案择优； （3）能使设计人员从事务性和重复性劳动中解脱出来，有更多的时间进行创造性的劳动。 ② 虚拟技术在汽车设计中的应用 随着市场竞争的全球化和科技的迅速发展，制造业格局发生了巨大的变化，传统的产品设计开发创新少、耗时多、效率低、成本高，已经不能适应动态变化的市场，虚拟产品开发技术将产品的开发过程，在计算机上进行产品设计、分析、加工等过程，可减少因制作物理模型所消耗的人力、物力和时间，同时可提高产品质量，降低成本，保证产品开发的一次成型，增强企业快速适应市场变化的能力。 （1）汽车虚拟设计技术及设计思路虚拟设计是以计算机辅助设计为基础，利用虚拟现实技术发展而来的一种新的设计手段。虚拟制造强调在实际投入原材料于产品实现过程之前，完成产品设计与制造过程的相关分析，以保证制造实施的可行性。 （2）虚拟设计技术在汽车中的应用虚拟设计技术可以在计算机中实现整车及零部件的概念设计、造型设计、总布局设计、结构设计等，同时对其性能如刚度、强度、固有频率、动态响应及使用寿命和噪声等进行模拟分析，以便在设计阶段就发现并尽可能地解决问题，提高设计一次成功率。对汽车整车进行虚拟设计过程，包括零部件的三维建模、虚拟装配和产品的外观造型。 （3）现代设计方法中的CAD／CAE技术来对汽车相关产品的结构进行分析。CAD就是计算机辅助设计，一个完整的CAD系统，应由人机交互接口、科学计算、图形系统和工程数据库等组成。CAE是用计算机辅助求解的一种近似数值分析方法。它可分析计算复杂工程和产品结构强度、刚度等力学性能，也可对结构进行优化设计等。CAD系统的核心思想是结构的离散化。随着计算机的飞速发展，结合有限元法，形成了众多商品化的CAD和CAE软件。 汽车零部件设计中通过CAD软件的三维模型建立后，CATIA修饰零部件各部分结构时，利用消隐、渲染和着色功能，按一定方