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金属切削带锯床现代设计理论与方法概述

时间:2020-07-30 12:34 点击次数:

机械产品在国内外市场中竞争力的强弱,在很大程度上取决于产品的质量,而产品的质量是通过精心设计、精益生产和严格管理获得的。产品的性能决定了产品的价值和市场中的地位,是机械制造企业核心竞争力的集中体现。

国内外相关学者对机械产品的设计方法进行了长期而系统的研究,提出了许多设计理论和方法。现代机械设计方法有四个方面的特点:

(1)设计理论与方法延伸、思维的变化及设计范畴的扩展;

(2)多种设计技术、理论与方法的交叉和综合;

(3)设计手段的精确化、数字化.自动化、虚拟化、并行化、最优化和智能化;

(4)面向产品寿命周期的可靠性设计及各种设计实验技术的综合应用。

常见的现代设计方法有创新设计、生命周期设计、数字化设计和CAE(计算机辅助工程)分析技术、虚拟设计、优化设计、稳健设计、可靠性设计、并行设计、智能设计、机电-体化设计和计算机辅助设计等。图1是现代设计方法的分类图,其中有限元设计、计算机辅助设计和最优化设计等方法已经比较完善并逐步普及,而另一部分设计方法内容比较新颖,仍处在研究和发展中。
现代设计方法的一级分类

工程分析是产品开发的基本任务之一,而数字化设计和CAE分析技术是CAD/CAM不可缺少的组成部分。准确地说,CAE是指工程设计中的分析计算与分析仿真,具体包括工程数值分析、结构与过程优化设计、强度与寿命评估、运动/动力学仿真。CAE是指用计算机对工程和产品进行性能与安全可靠性分析,模拟工程或产品未来的状态和运行状态,及早地发现设计缺陷,为优化设计提供依据。CAE核心技术为有限元分析技术,核心应用是虛拟样机。

有限元法是一种现代数值方法,它将连续的求解域离散为有限个单元组成的组合体,这样的组合体能用来模拟或逼近求解域。有限元分析技术已经由求解力学问题扩展到流体力学、传热学和电磁学等其他领域,在机械设计中主要用于结构的优化设计和设计结果的校核。

优化设计是从多种方案中选择最佳方案的设计方法。它以数学中的最优化理论为基础,以计算机为手段,根据设计所追求的性能目标,建立目标函数,在满足给定的各种约束条件下,寻求最优的设计方案。

稳健设计也称为鲁棒设计,是关于产品质量和成本的一种工程设计方法。在产品或工艺系统设计中,正确地应用稳健设计的基本理论和方法可以使产品在制造或使用中,或是在规定寿命内当结构或者材料发生老化、变质、工作环境发生微小的变化时,都能保持产品质量的稳定。稳健设计包括产品设计和工艺设计两个方面。通过稳健设计,可以使产品拥有很强的抗干扰能力,产品性能将更加稳定、质量更加可靠。

可靠性设计是指在遵循系统工程规范的基础上,在系统设计过程中,采用一些专门技术消除产品的潜在缺陷和薄弱环节以防止故障发生,满足系统可靠性的要求。它是根据需要和可能,在事先就考虑产品可靠性诸因素基础上的一种设计方法。

虚拟设计是指设计者在虚拟环境中进行设计,主要表现在设计者可以用不同的交互手段在虚拟环境中对参数化的模型进行修改。其本质是以计算机支持的仿真技术为前提,在产品设计阶段,实时地并行地模拟出产品开发全过程及其对产品设计的影响,预测产品性能、产品制造成本、产品的可制造性、产品的可维护性和可拆卸性等,从而提高产品设计的一次成功率。

产品设计过程中引人先进的设计方法是提高设计质量和效率的关键。例如,在带锯床的设计过程中引入可靠性设计方法,提高产品的可靠性,以及研究解决带锯床结构的振动等工作已经迫在眉睫。

 


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