张彪

摘 要：随着时代的发展，随着科技的进步，机械产品的数字化越来越普及，二机械产品的设计优势制造业的灵魂。传统的机械产品设计在现代数字化的大潮流下逐渐被现代先进的设计方法所取代。进过多年的更迭发展，机械设计慢慢包含了最潮流的技术，也有了又称为了成为了现代机械设计的前提。我们很有必要对机械设计进行研究，我国可以生产的机械有很多种，但是在产品的跨度，深度还有真给产业链的科学程度上还是不如西方发达国家，为什么呢，说到底还是在机械产品的设计上有着差距，现如今数字化浪潮下我们可以将数字化融入机械设计行业，额昂机械设计焕发新生，接下来笔者将对机械设计数字化关键技术的研究与应用进行论述。

关键词：机械产品设计；研究；应用；数字化

一、现代制造企业遇到的挑战及解决方法

随着经济全球化与科技发展，产品的更新换代速度越来越快，产品的生命周期变短了，设计、生产，销售的整个周期变短越来越快，整个的环境成为了开放式环境，网络的发展让人们有了更多的选择，并且用户越来越追求个性化，小众产品的销路越来越好，企业的压力越来越大。所以前期的机械设计占据了越来越重要的地位。现在公认的可以提高企业的设计效率的方法就是数字化的设计。数字化的设计是企业向网络化制造发展的基础、是企业整个计算机集成网络中的重要组成环节，可以让原来的纯粹制造型企业转变为智力环保型企业，企业所竞争的也变成了以创新为主要发展点。

二、机械产品数字化设计的历史

机械产品的形成过程是：产品的规划、概念的设计、详细设计、生产准备。通过上次的整个流程可以发展到这次，再继而发展到下次，产品的周期越来越短，生产的效率也在一次次磨合中越来越高。设计的技术从手绘设计发展到CAD制图，到现在的虚拟现实，这一步步的跨越不只是技术上的改变，也是设计思想上从局部到整体，从粗略到细微之处，从设计效果到整體环境效果的改变，产品的设计是贯穿整个设计生产流程的。

三、机械产品数字化设计的技术

（一）二维CAD技术的发展

在手绘设计渐渐退出设计主流舞台的时候，走进设计的技术是二维的CAD技术，CAD技术代替了传统的手绘，大大节省了人工，并且人们可以直观的看到产品的各种参数。

（二）三维CAD技术中的曲面造型技术用来设计

基础的二维CAD只能表达机械的尺寸，大小，看不到整体的设计效果，机械零件之间的关系也不好表达出来。所以三维的CAD技术也发展了起来。其中的曲面造型技术是以表面模型为特点的造型系统CAT，数字化的辅助设计技术从一开始的二维CAD技术，也就是最基础的三视图器械，曲面造型技术的出现让3D建模成为了现实，曲面造型技术让人们第一次可以用数字化的技术看到产品设计的整体形象，计算机从此可以360度的让人们看到零件的信息。

（三）实体造型技术与三维CAD技术这项数字化技术对设计的帮助

曲面造型技术中人们可以看到物体的形状，角度，但是却无法看到机械的其他重要特性，比如零件的质量，复杂器械的重心等等，而实体造型技术的出现就可以准确的表现零件的各种属性，设计图中有了更加完备的属性，机械的设计通过数字化也取得了更大的发展。

（四）参数化技术与CAD技术带来的器械设计的数字化进程的加快

参数化技术带来的CAD技术的改变是很大的，它创造了一个从特征出发，所有的数据都互相关联，全尺约束，还可以进行尺寸驱动设计修改，这项技术可以进行尺寸驱动零件设计修改，参数化技术可以为企业带来很大的方便，其中最方便的就在通用型零件的设计和部件的设计上。这也是数字化进入设计行业带来的福利。

（五）变量化技术和三维CAD的发展带来的数字化设计

复合建模技术就是包含了线框模型，曲面模型和实体模型，不能很好的运用参数化模型，这就引起了很大的不便，所以在参数化模型的基础上发展出来了变量化模型，其带动了CAD技术的集成发展。变量化模型有着从特征出发，全尺寸约束，所有的数据都互相关联，尺寸驱动设计修改的强大应用便利。这项数字化技术在机械设计中占有重要的地位。

（六）数字化技术中的数字原型和虚拟现实

虚拟原型：使用一系列的计算机图像或者二维三维的CAD图像来表示，并且表现形式用数字模型，用联动的图案或者静图用数字化的技术放在计算机中。在设计完成以后就可以用三维的CAD图像来向人们展示所设计出的机械样式，无论是尺寸还是质量，运行状态，运行效果，还可以输入数据来对设计出的机械进行测试，分析。这大大减少了后期可能出现的问题，为设计人员减少了工作量，为企业提高了效率，这就是一个整机的动态演示，虚拟的机械，虚拟的运行过程，虚拟的事故状态。对设计开发的周期来说大大减少，对于做设计产品可能产生的故障提前改进或者采取措施，对于产品的性能潜力进行充分挖掘，对于产品的质量优良巨大的提升，对于设计的产品进入市场也有了充分的预案。虚拟技术的研究范围主要在机械系统运动学和动力学进行检测分析，与虚拟设计相关的虚拟样机可以研究的还有CAD的几何建模，FEA的结构分析、建模来进行驱动分析、还有具体的模型分析、机械控制系统的设计、各种方面的最优化。这项数字化技术的实现还要依靠其他的技术，要结合其他的大型分析软件，通过数据接口来完成他们之间的合作。

四、器械设计数字化技术的发展趋势

先进科技的制造技术发展方向就是高精尖，虚拟性强，智能化，简便化，数字化的设计也是要靠拢这个方向，其中有很多的技术就在进一步完善中。

（1）单独的单项技术更加完善，更加智能化。现在的曲面建模技术，实体建模技术，大型的组件设计技术都在慢慢完善。

（2）CAD的各种技术将慢慢向封装，接口和集成技术发展。

（3）数字化设计技术与虚拟制造技术的融合。随着数字化技术的发展，虚拟的不只是设计，还有虚拟的生产，虚拟的成品，虚拟的企业，还有虚拟的使用，虚拟的运行。这就是一个完整的周期，在虚拟技术上把握好了进行实际的流程就会减少很多麻烦。

（4）数字化设计的大网络协同合作。信息化技术的发达可以使得不同的人们合作进行一项机械的数字化设计，这将会把整个流程更加缩短，加强企业的效率。

我国是世界的制造大国，而数字化的设计过程将会是我国进入智造大国中，促进企业的规模化，大大降低企业的成本，提高企业的效率。这在经济全球化中竞争日益激烈，个性化的消费越来越多，追求生产产品的效率化的今天有着非同凡响的影响，我们必须加强企业的数字化设计技术的手段。

参考文献：

[1]闻邦樁，周知承，韩清凯，等.现代机械产品设计在新产品开发中的重要作用一一兼论面向产品总体质量的“动态优化、智能化和可视化”： 三化综合设计法.机械工程学报，2003，39（10）：43-52.

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