零部件产品设计（通用12篇）
零部件产品设计 篇1
1 前言
机械制造业为整个国民经济提供技术装备, 其发展水平是一个工业化程度的主要标志之一, 是国家重要的支柱产业。而要想在现代化的机械制造业获得一席之地, 设计出高性能高水平的、符合生产技术要求的机械装备尤其重要。而机械装备的设计生产中, 机械零部件的优劣直接影响了装备性能的优劣。因此, 一部机器的质量基本上决定于设计质量。
2 传统设计方法和现代设计方法的比较
2.1 传统设计方法简介
传统设计方法是以直觉设计、经验设计、静态设计为基础的设计方法。在传统的机械设计方法进行设计时, 不能预测零部件在运行中破环的概率, 一是因为在设计中所采用的载荷、材料性能等数据, 是他们的平均值, 没有考虑到数据的分散性。而是为了保证机械的可靠性, 往往对计算载荷、选用强度等分别乘以各种系数, 如载荷系数、尺寸系数、齿宽系数等, 对于实际的应力或者其他数值与理论推导不同时, 还要有各种修正系数;最后, 还要考虑到安全系数。这种传统方法是人们对这些因素的随机变化所做的经验估计, 并不等于因素的实际情况。与此同时, 由于对这些随机变化的因素无法进行精确计算, 只好将尺寸、重量等作经验的又不精确的放大。
传统的机械零部件的设计方法有:
1) 理论设计
根据长期总结出来的设计理论或者实验数据所进行的设计, 称为理论设计。现以起重机吊钩的螺纹连接为例来讨论理论设计的概念。设计时拉伸强度条件为
或
式中:
F:工作拉力, N;
d:螺栓危险截面的直径, mm;
[σ]:螺栓材料的许用拉应力, MPa。
对于理论计算的运算过程, 可以有设计计算和校核计算两大类不同的处理方法:设计计算多用于能通过简单的力学模型进行设计的零件;校核计算则多用于结构复杂、应力分布较复杂, 但又能用现有的应力分析方法 (以强度为设计准则时) 或变形分析方法 (以刚度为设计准则时) 进行计算的场合。
根据对某类零件已有的设计或使用实践而归纳出经验关系式, 或根据设计者本人的工作经验用类比的方法所进行的设计叫做经验设计。这对那些使用要求变动不大结构形状已经典型化的零件, 是很有效的设计方法。但是这种方法是经验设计, 精确度和可靠性无法定量化的保证, 并且现在的机械系统越来越复杂, 技术含量越来越高, 经验设计的方法已经不能再满足市场需要。
3) 模型试验设计
对于一些尺寸巨大而结构又很复杂的重要零件, 尤其是一些重型整体机械零件, 为了提高设计质量, 可以采用模型实验设计的方法。即把初步设计的零、部件或者机器制成小模型或小尺寸样机, 经过实验的手段对其各方面的性能进行检验, 根据实验结果对设计进行逐步修改达到完善。但是这种方法费时、昂贵, 因此只用于特别重要的设计中。
2.2 现代设计方法简介
现代设计方法是新理论和与计算机应用相结合的产物, 它是以思维科学、设计理论系统工程为基础, 以方法论为手段, 以计算机为工具的各种技术和程序的总和。
现代的机械零部件的设计方法有:
1) 机械零部件的可靠性设计
在机械可靠性设计中, 将载荷、材料性能与强度及零部件的尺寸, 都视为属于某种概率分布的统计量, 应用概率论与数理统计理论及强度理论, 求出在给定的设计条件下零、部件不产生破环的概率公式, 应用这些公式, 就可以在给定可靠度下求出零、部件的尺寸, 或者给定其尺寸确定安全寿命。
机械可靠性设计的特点, 首先是它采用了可靠度或其他可靠性指标, 来表示结构的可靠性, 而传统的机械设计是用安全系数来保证结构的可靠性。因此, 机械可靠性设计方法对失效可能性的认识和估计都比较合理。其次, 机械可靠性设计除了引入可靠度和其他可靠性指标外, 还对结构的安全系数做了统计分析, 这样得出的安全系数比传统机械设计中的安全系数更符合实际。因为它已经是与可靠度相联系的安全系数了。从对结构安全性的评价来看, 传统机械设计只有安全系数这一个指标, 二机械可靠性设计则有可靠度和安全系数 (指在一定可靠度下) 两个指标。
2) 机械零部件的可靠性优化设计
机械可靠性设计虽然可以确保或预测所涉及的产品在规定使用条件下和规定使用时间内完成规定功能的概率, 但是并不能保证产品具有最佳的工作性能和参数匹配, 最小的结构尺寸和质量, 最低的成本和最大的效益。机械零件设计中包含了许多优化问题, 例如零件设计方案的优选问题、零件尺寸参数优化问题、零件设计性能优化问题等。因此, 要是产品还有最优的设计结果, 就必须将可靠性设计理论和最优化技术联系起来, 即可靠性优化设计。
可靠性优化设计的特点是, 只能定量的给出产品在使用中的可靠性, 又能得到产品在功能、参数匹配、结构尺寸与质量、成本等方面的参数的最优解。另外, 在产品的可靠性设计中, 也常采用最优化方法进行系统的可靠性优化研究。
3) 机械零部件的计算机辅助设计
计算机辅助设计, 是利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。简称CAD。
在工程和产品设计中, 计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较, 以决定最优方案;各种设计信息, 不论是数字的、文字的或图形的, 都能存放在计算机的内存或外存里, 并能快速地检索;设计人员通常用草图开始设计, 将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成, 这样既大大减少了设计人员的劳动量, 又缩短了设计周期, 获取最大的效益。
3 综述
机械设计发展到今天, 传统的以直觉设计、经验设计、静态设计为基础的设计方法已经不能完全满足市场的需求, 因此现代的机械设计方法应运而生。现代设计方法以其更加科学性和和系统性弥补了传统设计的不足, 两者是相辅相成的。
参考文献
[1]濮良贵, 纪名刚.机械设计.8版.北京:高等教育出版社, 2006
[2]宋保维.系统可靠性设计与分析.1版.西安:西北工业大学出版社, 2007
零部件产品设计 篇2
系统采用3层结构，将任务划分为用户浏览层、系统应用层和数据服务层3个层次。用户的请求由客户端传递到中间层，再经中间层的应用服务器逻辑分析后，转换为数据服务器能够识别的指令进行传递，
数据服务器执行指令后将执行结果返回给应用服务器，再由应用服务器将结果生成浏览器能够识别的格式传给客户端。
B/S模式的3层结构不仅平衡应用服务器和数据服务器之间的负载，还实现分布式计算。浏览层提供用户与计算机进行人机交互的可视化接口，用户通过浏览器完成系统的远程服务和信息共享;系统应用层作为用户浏览与数据服务的桥梁，用于存放系统的功能模块和应用程序;数据服务层用于存储系统所需要的各种数据，主要完成数据的定义、维护、访问与更新等的数据服务，并管理和响应系统应用层的数据请求。系统结构如图2所示。
机械零部件设计的新思路 篇3
关键词：机械；零部件；设计；新思路
机械零部件设计的传统模式是采用手工计算及绘图，虽然现在已有不少设计人员使用了计算机绘图但基本上还停留在计算机绘图的初级阶段段有将计算机在机械零部件设计的优化方面的优势充分发挥出来，就使设计的准确性较差池因为设计思路的老套化，使在生产过程中不断地出现问题设计不断地修改、修正就使其效率更低。
1、设计核心思想——创新思维
1.1运用创造思维
设计者的创造力是多种能力、个性和心理特征的综合表现，包括观察力、记忆力、想象力、思维力、表达力、自控力、文化修养、理想信念、意志性格、兴趣爱好等因素。它是社会前进、科技进步的基本动力之一，其中想象力和思维力是创造力的核心，它是将观察、记忆所得信息有控制地进行加工变换，创造表达出新成果的整个创造活动的中心。设计者不是把设计工作当成例行公事，而是时刻保持强烈的创新愿望和冲动，掌握必要创新方法，加强学习和锻炼启觉开发创造力，成为一个符合现代设计需要的创新人才。创造力的开发可从培养设计人员的创新意识、提高创新能力、士曾加创新实践等方面进行。
1.2运用发散思维
发散思维又称辐射思维，是以欲解决的问题为中心，思维者打破常规，从不同方向，多角度、多层次地考虑问题。通过提出各种不同的解决问题的途径求出多种不同的答案，才从中选出最优解决方案的思维方式。例如若提出“将两个零部件联结在一起”的问题，常规的办法有焊接、胶接、铆接、捆绑、螺栓连接等各种各样的常规方式。但运用发散思维思考以后，就可得到利用电磁力、摩擦力、压合力、抽真空、冷冻等等方法。利用发散思维可能会找到更好的更优化的解决问题的方法。发散思维是创造性思维的主要形式之一在技术创新和方案设计中具有重要的意义。
1.3运用创新思维
创新思维是建立在各类常规思维基础上的。人脑在外界信息激励下，将各种信息重新综合集成产生新的结果的思维活动过程就是创新思维。机械零部件设计的过程是创新的过程。设计者应打破常规思维的惯例追求新的功能原理、新方案、新结构、新造型、新材料、新工艺等在求异和突破中体现创新。
2、科学地进行机械零部件设计
2.1把握机械零部件设计的主要内容
机械零部件设计是机械设计的重要组成部分，是机械总体设计的基础。机械设备中的各种机构和构件及它的各种运动功能，都是通过机械零部件的精心设计、绘制出零部件的加工制造图和各部件的装配图再通过机械制造过程中的精细加工及各合格零部件的组合装配得以实现了机械设备的设计功能。
机械零部件设计的主要内容包括：根据机械设备方案设计和总体设计的要求阴确零部件的工作要求、性能、参数等，选择零部件的构形、材料、精度等，进行失效分析和工作能力计算，画出零部件图和部件装配图。机械产品整机应满足由零部件设计所决定的机械零部件的综合质量对强度、刚度、寿命、耐磨性、耐热性、振动稳定性、精度、加工及装配工艺性、维修、生产成本等方面的要求，还要满足噪声控制、防腐性能、不污染环境等环境保护要求和安全要求等。
2.2严格计算机械零部件的失效形式
机械零部件由于各种原因不能正常工作而失效，其失效形式主要有断裂、表面压碎、表面点蚀、塑性变形、过度弹性变形、共振、过热及过度磨损等。故在设计零部件时应首先进行零部件的失效分析预估失效的可能性采取相应措施，其中包括理论计算及计算准则。
常用的计算准则如下：一是强度准则。强度是机械零部件抵抗断裂、表面疲劳破坏或过大塑性变形等失效的能力；二是刚度准则。刚度是指零部件在载荷的作用下，抵抗弹性变形的能力；三是振动稳定性准则。对于高速运动或刚度较小的机械，在工作时应避免发生共振；四是耐热性准则。为了保证零部件在高温下正常工作，应合理设计其结构及合理选择材料，必要时须采用有效的降温措施；五是耐磨性准则。耐磨性是指相互接触并运动零部件的工作表面抵抗磨损的能力。当零部件过度磨损后，将会导致零部件失效报废。只有综合考虑才能最大可能地避免零部件的失效。
2.3正确选择机械零部件表面粗糙度
表面粗糙度是反映零部件表面微观几何形状误差的一个重要技术指标，是检验零部件表面质量的主要依据；其选择的合理与否，直接关系到产品的质量、使用寿命和生产成本。在机械零部件设计工作中表面粗糙度的选择应用最广的是类比法，此法简便、迅速、有效。最常用的是与公差等级相适应的表面粗糙度。
在实际应用中，对于不同类型的机器，其零部件在相同尺寸公差的条件下对表面粗糙度的要求是有差别的。这就是配合的稳定性问题。对于不同类型的机器，其零部件的配合稳定性和互换性的要求是不同的。故在设计工作中，表面粗糙度的选择归根到底还是必须从实际出发，全面衡量零部件的表面功能和工艺经济性才能作出合理的选择。
2.4全面优化机械零部件设计方法
要充分运用机械学理论和方法包括机构学、机械动力学、摩擦学、机械结构强度学、传动机械学等及计算机辅助分析的不断发展，对设计的关键技术问题能作出很好的处理，一系列新型的设计准则和方法正在形成。计算机辅助设计（CAD）是把计算机技术引入设计过程环节，用计算机完成选型、计算、绘图及其他作业的现代设计方法。CAD技术促成机械零部件设计发生巨大的变化并成为现代机械设计的重要组成部分。目前，CAD技术向更深更广的方向发展，主要表现为：基于专家系统的智能CAD；CAD系统集成化，CAD与CAM（计算机辅助制造）的集成系统（CAD/CAM）；动态三维造型技术；基于并行工程面向制造的设计技术（DFM）；分布式网络CAD系统。
参考文献：
[1]王月强：《现代机械产品的零部件设计创新研究》[J]交通世界（建养.机械），2012（06）
零部件设计的创新思维 篇4
传统机械零部件的设计在实际运用中会出现许多问题, 如腐蚀损坏、疲劳损坏、断裂、表面剥落及摩擦损坏等等。这些问题, 都是机械零部件传统的设计局限性所产生的。机械零部件设计是人类为了实现某种预期而进行的一种创造性活动。传统机械零部件设计是以长期经验积累为基础, 通过力学、数学建模及试验等所形成的经验公式、图表、标准及规范作为依据, 运用条件性计算或类比等方法进行设计。传统设计在长期运用中得到不断完善和提高, 目前在大多数情况下仍然是有效的设计方法, 但是它有很多局限:在方案设计时凭借设计者有限的直接经验或间接经验, 通过计算、类比分析等, 以收敛思维方式, 过早地确定方案。这种方案设计既不充分又不系统, 不强调创新, 因此很难得到最优方案;在机械零部件设计中, 仅对重要的零部件根据简化的力学模型或经验公式进行静态的或近似的设计计算, 其他零部件只作类比设计, 与实际工况有时相差较远, 难免造成失误;传统设计偏重于考虑产品自身功能的实现, 忽略人-机-环境之间关系的重要性;传统设计采用手工计算、绘图, 设计的准确性差、工作周期长、效率低。
设计创新性思维
零部件设计的本质是创造和革新。现代机械零部件设计强调创新设计, 要求在设计中更充分地发挥设计者的创造力, 利用最新科技成果, 在现代设计理论和方法的指导下, 设计出更具有生命力的产品。
1.运用创造思维
设计者的创造力是多种能力、个性和心理特征的综合表现, 它包括观察能力、记忆能力、想象能力、思维能力、表达能力、自控能力、文化修养、理想信念、意志性格和兴趣爱好等因素。其中想象能力和思维能力是创造力的核心, 它是将观察、记忆所得信息有控制地进行加工变换, 创造表达出新成果的整个创造活动的中心。创造力的开发可以从培养创新意识、提高创新能力和素质、加强创新实践等方面着手。设计者不是把设计工作当成例行公事, 而是时刻保持强烈的创新愿望和冲动, 掌握必要创新方法, 加强学习和锻炼, 自觉开发创造力, 成为一个符合现代设计需要的创新人才。
2.运用发散思维
发散思维又称辐射思维或求异思维等。它是以欲解决的问题为中心, 思维者打破常规, 从不同方向, 多角度、多层次地考虑问题, 求出多种答案的思维方式。发散思维是创造性思维的主要形式之一, 在技术创新和方案设计中具有重要的意义。
3.运用创新思维
创造力的核心是创新思维。创新思维是一种最高层次的思维活动, 它是建立在各类常规思维基础上的。人脑在外界信息激励下, 将各种信息重新综合集成, 产生新的结果的思维活动过程就是创新思维。机械零部件设计的过程是创新的过程。设计者应打破常规思维的惯例, 追求新的功能原理、新方案、新结构、新造型、新材料和新工艺等, 在求异和突破中体现创新。
科学进行零部件设计
1.把握机械零部件设计的主要内容
机械零部件设计是机械设计的重要组成部分, 机械运动方案中的机构和构件只有通过零部件设计才能得到用于加工的零部件工作图和部件装配图, 同时它也是机械总体设计的基础。机械零部件设计的主要内容包括:根据运动方案设计和总体设计的要求, 明确零部件的工作要求、性能、参数等, 选择零部件的结构构形、材料、精度等, 进行失效分析和工作能力计算, 画出零部件图和部件装配图。机械产品整机应满足的要求是由零部件设计所决定的, 机械零部件设计应满足的要求为:在工作能力上具体要求有强度、刚度、寿命、耐磨性、耐热性、振动稳定性及精度等;在工艺性上要求加工、装配具有良好的工艺性及维修方便;在经济性上的要求主要指生产成本要低。此外, 还要满足噪声控制、防腐性能、不污染环境等环境保护要求和安全要求等。这些要求往往互相牵制, 需全面综合考虑。
2.严格计算械零部件的失效形式
机械零部件由于各种原因不能正常工作而失效, 其失效形式很多, 主要有断裂、表面压碎、表面点蚀、塑性变形、过度弹性变形、共振、过热及过度磨损等。为了保证零部件能正常工作, 在设计零部件时应首先进行零部件的失效分析, 预估失效的可能性, 采取相应措施, 其中包括理论计算, 计算所依据的条件称为计算准则。常用的计算准则有:
(1) 强度准则
强度是机械零部件抵抗断裂、表面疲劳破坏或过大塑性变形等失效的能力。强度要求是保证机械零部件能正常工作的基本要求。
(2) 刚度准则
刚度是指零部件在载荷的作用下, 抵抗弹性变形的能力。刚度准则要求零部件在载荷作用下的弹性变形在许用的极限值之内。
(3) 振动稳定性准则
对于高速运动或刚度较小的机械, 在工作时应避免发生共振。振动稳定性准则要求所设计的零部件固有频率与其工作时所受激振源的频率错开。
(4) 耐热性准则
机械零部件在高温工作条件下, 由于过度受热, 会引起润滑油失效、氧化、胶合、热变形和硬度降低等问题, 使零部件失效或机械精度降低。因此, 为了保证零部件在高温下正常工作, 应合理设计其结构及合理选择材料, 必要时须采用水冷或气冷等降温措施。
(5) 耐磨性准则
耐磨性是指相互接触并运动零部件的工作表面抵抗磨损的能力。当零部件过度磨损后, 将改变其结构形状和尺寸, 削弱其强度, 降低机械精度和效率, 以致零部件失效报废。因此, 机械设计时应采取措施, 力求提高零部件的耐磨性。
3.正确选择机械零件表面粗糙度
表面粗糙度是反映零件表面微观几何形状误差的一个重要技术指标, 是检验零件表面质量的主要依据。它选择的合理与否, 直接关系到产品的质量、使用寿命和生产成本。
机械零件表面粗糙度的选择方法有三种, 即计算法、试验法和类比法。在机械零部件设计工作中, 应用最普通的是类比法, 此法简便、迅速、有效。应用类比法需要有充足的参考资料, 现有的各种机械设计手册中都提供了较全面的资料和文献。最常用的是与公差等级相适应的表面粗糙度。在通常情况下, 机械零部件尺寸公差要求越小, 机械零部件的表面粗糙度值也越小, 但是它们之间又不存在固定的函数关系。在实际工作中, 对于不同类型的机器, 其零部件在相同尺寸公差的条件下, 对表面粗糙度的要求是有差别的, 这就是配合的稳定性问题。在机械零部件的设计和制造过程中, 对于不同类型的机器, 其零部件的配合稳定性和互换性的要求是不同的。在设计工作中, 表面粗糙度的选择归根到底还是必须从实际出发, 全面衡量零部件的表面功能和工艺经济性, 才能作出合理的选择。
4.全面优化机械零部件设计方法
要充分运用机械学理论和方法, 包括机构学、机械动力学、摩擦学、机械结构强度学、传动机械学等, 计算机辅助分析地不断发展, 对设计的关键技术问题能作出很好的处理。
零部件产品设计 篇5
【摘 要】机电一体化是现代科学技术发展的必然结果。此简述机电一体化技术的基本情况和发展背景,综述国内外机电一体化技术的现状,分析机电一体化技术的发展趋势。文章针对传统机械零部件的设计局限性，提出了现代设计思想和方法。
【关键词】机电一体化； 发展趋势； 现状； 机械制造；零部件设计；现代思想；科学发展； 技术
现代科学技术的不断发展,极大地推动了不同学科的交叉与渗透,工程领域的技术改造与革命。在机械工程领域,由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化,使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化,使工业生产由“机械电气化”迈入以“机电一体化 ”为特征的发展阶段。
机电一体化概述
机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术,将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。
机电一体化发展至今已经成为一门有着自身体系的新型学科,随着科学技术的不断发展,还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为:机电一体化是从系统的观点出发,综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术及电力电子技术,根据系统功能目标要求,合理配置与布局各功能单元,在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值, 并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统,则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。因此,“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术,而不是机械技术、微电子技术及其它新技术的简单组合、拼凑。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。机械工程技术由纯技术发展到机械电气化,仍属传统机械,其主要功能依然是代替和放大的体系。但是,发展到机电一体化后,其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外,还被赋予许多新的功能,如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制、自动诊断与保护等。也就是说,机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸,还是人的感官与头脑的延伸,智能化特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。
机电一体化的发展状况
机电一体化的发展大体可以分为三个阶段:(1)20世纪60年代以前为第一阶段,这一阶段称为初级阶段。在这一时期,人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间,战争刺激了机械产品与电子技术的结合,这些机电结合的军用技术,战后转为民用,对战后经济的恢复起到了积极的作用。那时,研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平,机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展,已经开发的产品也无法大量推广。(2)20世纪70—80年代为第二阶段,可称为蓬勃发展阶段。这一时期,计算机技术、控制技术、通信技术的发展,为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的出现,为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。这个时期的特点是:mechatronics一词首先在日本被普遍接受,大约到20世纪80年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认;机电一体化技术和产品得到了极大发展;各国均开始对机电一体化技术和产品给予很大的关注和支持。(3)20世纪90年代后期,开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段,机电一体化进入深入发展时期。一方面,光学、通信技术等进入机电一体化,微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚,出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支;另一方面,对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法,机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时,人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步,为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。这些研究,使机电一体化进一步建立了坚实的基础,并且逐渐形成完整的学科体系。
我国是从20世纪80年代初才开始进行这方面的研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组,并将该技术列入“863计划”中。在制定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响。许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作,取得了一定成果。但与日本等先进国家相比,仍有相当差距。机电一体化的发展趋势
机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合,它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展。机电一体化的主要发展方向大致有以下几个方面:
3.1 智能化
智能化是21世纪机电一体化技术的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化的研究中日益得到重视,机器人与数控机床的智能化就是重要应用之一。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述,是在控制理论的基础上,吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法,使它具有判断推理、逻辑思维及自主决策等能力,以求得到更高的控制目标。诚然,使机电一体化产品具有与人完全相同的智能,是不可能的,也是不必要的。但是,高性能、高速度的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或者人的部分智能,则是完全可能而且必要的。
3.2 模块化
模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多,研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口和环境接口等的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又非常重要的事情。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元,具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元,以及各种能完成典型操作的机械装置等。有了这些标准单元就可迅速开发出新产品,同时也可以扩大生产规模。为了达到以上目的,还需要制定各项标准,以便于各部件、单元的匹配。由于利益冲突,近期很难制定出国际或国内这方面的标准,但可以通过组建一些大企业逐渐形成。显然,从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定,无论是对生产标准机电一体化单元的企业,还是对生产机电一体化产品的企业,模块化将给机电一体化企业带来美好的前程。
3.3 网络化
20世纪90年代,计算机技术等的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育等日常生活都带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一片,企业间的竞争也将全球化。机电一体化新产品一旦研制出来,只要其功能独到、质量可靠,很快就会畅销全球。由于网络的普及,基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾,而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。现场总线和局域网技术的应用使家用电器网络化已成大势,利用家庭网络(home net)将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统(computer integrated appliance system,CIAS),能使人们呆在家里就可分享各种高技术带来的便利与快乐。因此,机电一体化产品无疑将朝着网络化方向发展。
3.4 微型化
微型化兴起于20世纪80年代末,指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统(MEMS),泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品,并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小,耗能少,运动灵活,在生物医疗、军事、信息等方面具有无可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术。微机电一体化产品的加工采用精细加工技术,即超精密技术,它包括光刻技术和蚀刻技术两类。
3.5 环保化
工业的发达给人们生活带来巨大变化。一方面,物质丰富,生活舒适;另一方面,资源减少,生态环境受到严重污染。于是,人们呼吁保护环境资源,回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生,绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中,符合特定的环境保护和人类健康的要求,对生态环境无害或危害极少,资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品,具有远大的发展前景。机电一体化产品的绿色化主要是指,使用时不污染生态环境,报废后能回收利用。
3.6 系统化
系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态,进行任意剪裁和组合,同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现之二是通信功能的大大加强。一般除RS232外,还有RS485等智能化通信接口。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系,机电一体化的人格化有两层含义:一层是如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性等等,显得越来越重要,特别是对家用机器人,其高层境界就是人机一体化;另一层是模仿生物机理,研制出各种机电一体化产品。事实上,许多机电一体化产品都是受动物的启发而研制出来的。
综上所述,机电一体化的出现不是孤立的,它是许多科学技术发展的结晶,是社会生产力发展到一定阶段的必然要求和产物。当然,与机电一体化相关的技术还有很多,并且随着科学技术的发展,各种技术相互融合的趋势将越来越明显,机电一体化技术的发展前景也将越来越光明。
关于机械零部件的创新设计
一、机械零部件传统的设计局限
传统机械零部件的设计带来了运用中出现的许多问题：零部件容易腐蚀损坏；零部件容易疲劳损坏，断裂、表面剥落等；零部件容易摩擦损坏等等。这些问题的出现，都是机械零部件传统的设计局限性所产生的。机械机械零部件设计是人类为了实现某种预期的目标而进行的一种创造性活动。传统机械机械零部件设计的特点是以长期经验积累为基础，通过力学、数学建模及试验等所形成的经验公式、图表、标准及规范作为依据，运用条件性计算或类比等方法进行设计。传统设计在长期运用中得到不断的完善和提高，目前在大多数情况下仍然是有效的设计方法，但是它有很多局限：在方案设计时凭借设计者有限的直接经验或间接经验，通过计算、类比分析等，以收敛思维方式，过早地确定方案。这种方案设计既不充分又不系统，不强调创新，因此很难得到最优方案；在机械零部件设计中，仅对重要的零部件根据简化的力学模型或经验公式进行静态的或近似的设计计算，其他零部件只作类比设计，与实际工况有时相差较远，难免造成失误；传统设计偏重于考虑产品自身的功能的实现，忽略人―机―环境之间关系的重要性；传统设计采用手工计算、绘图，设计的准确性差、工作周期长、效率低。
二、创新思维机械零部件的设计思想
机械零部件设计的本质是创造和革新。现代机械机械零部件强调创新设计，要求在设计中更充分地发挥设计者的创造力，利用最新科技成果，在现代设计理论和方法的指导下，设计出更具有生命力的产品。
（一）运用创造思维
设计者的创造力是多种能力、个性和心理特征的综合表现，它包括观察能力、记忆能力、想象能力、思维能力、表达能力、自控能力、文化修养、理想信念、意志性格、兴趣爱好等因素。其中想象能力和思维能力是创造力的核心，它是将观察、记忆所得信息有控制地进行加工变换，创造表达出新成果的整个创造活动的中心。创造力的开发可以从培养创新意识、提高创新能力和素质、加强创新实践等方面着手。设计者不是把设计工作当成例行公事，而是时刻保持强烈的创新愿望和冲动，掌握必要创新方法，加强学习和锻炼，自觉开发创造力，成为一个符合现代设计需要的创新人才。
（二）运用发散思维
发散思维又称辐射思维或求异思维等。它是以欲解决的问题为中心，思维者打破常规，从不同方向，多角度、多层次地考虑问题，求出多种答案的思维方式。例如，若提出“将两零部件联结在一起”的问题，常规的办法有螺纹联结、焊接、胶接、铆接等，但运用发散思维思考，可以得到利用电磁力、摩擦力、压差或真空、绑缚、冷冻等方法。发散思维是创造性思维的主要形式之一，在技术创新和方案设计中具有重要的意义。
（三）运用创新思维
创造力的核心是创新思维。创新思维是一种最高层次的思维活动，它是建立在各类常规思维基础上的。人脑在外界信息激励下，将各种信息重新综合集成，产生新的结果的思维活动过程就是创新思维。机械机械零部件设计的过程是创新的过程。设计者应打破常规思维的惯例，追求新的功能原理、新方案、新结构、新造型、新材料、新工艺等，在求异和突破中体现创新。
三、科学的进行机械零部件设计
（一）把握机械零部件设计的主要内容
机械零部件设计是机械设计的重要组成部分，机械运动方案中的机构和构件只有通过零部件设计才能得到用于加工的零部件工作图和部件装配图，同时它也是机械总体设计的基础。机械零部件设计的主要内容包括：根据运动方案设计和总体设计的要求，明确零部件的工作要求、性能、参数等，选择零部件的结构构形、材料、精度等，进行失效分析和工作能力计算，画出零部件图和部件装配图。机械产品整机应满足的要求是由零部件设计所决定的，机械零部件设计应满足的要求为：在工作能力上要求具体有强度、刚度、寿命、耐磨性、耐热性、振动稳定性及精度等；在工艺性上要求加工、装配具有良好的工艺性及维修方便；在经济性上的要求主要指生产成本要低。此外，还要满足噪声控制、防腐性能、不污染环境等环境保护要求和安全要求等。这些要求往往互相牵制，需全面综合考虑。
（二）严格计算机械零部件的失效形式
机械零部件由于各种原因不能正常工作而失效，其失效形式很多，主要有断裂、表面压碎、表面点蚀、塑性变形、过度弹性变形、共振、过热及过度磨损等。为了保证零部件能正常工作，在设计零部件时应首先进行零部件的失效分析，预估失效的可能性，采取相应措施，其中包括理论计算，计算所依据的条件称为计算准则，常用的计算准则有：一是强度准则。强度是机械零部件抵抗断裂、表面疲劳破坏或过大塑性变形等失效的能力。强度要求是保证机械零部件能正常工作的基本要求。二是刚度准则。刚度是指零部件在载荷（下转第57页）（上接第58页）的作用下，抵抗弹性变形的能力。刚度准则要求零部件在载荷作用下的弹性变形在许用的极限值之内。三是振动稳定性准则。对于高速运动或刚度较小的机械，在工作时应避免发生共振。振动稳定性准则要求所设计的零部件的固有频率与其工作时所受激振源的频率错开。四是耐热性准则。机械零部件在高温工作条件下，由于过度受热，会引起润滑油失效、氧化、胶合、热变形、硬度降低等问题，使零部件失效或机械精度降低。因此，为了保证零部件在高温下正常工作，应合理设计其结构及合理选择材料，必要时须采用水冷或气冷等降温措施。五是耐磨性准则。耐磨性是指相互接触并运动零部件的工作表面抵抗磨损的能力。当零部件过度磨损后，将改变其结构形状和尺寸，削弱其强度，降低机械精度和效率，以致零部件失效报废。因此，机械设计时应采取措施，力求提高零部件的耐磨性。
（三）正确选择机械零部件表面粗糙度
表面粗糙度是反映零部件表面微观几何形状误差的一个重要技术指标，是检验零部件表面质量的主要依据；它选择的合理与否，直接关系到产品的质量、使用寿命和生产成本。机械零部件表面粗糙度的选择方法有3种，即计算法、试验法和类比法。在机械零部件设计工作中，应用最普通的是类比法，此法简便、迅速、有效。应用类比法需要有充足的参考资料，现有的各种机械设计手册中都提供了较全面的资料和文献。最常用的是与公差等级相适应的表面粗糙度。在通常情况下，机械零部件尺寸公差要求越小，机械零部件的表面粗糙度值也越小，但是它们之间又不存在固定的函数关系。在实际工作中，对于不同类型的机器，其零部件在相同尺寸公差的条件下，对表面粗糙度的要求是有差别的。这就是配合的稳定性问题。在机械零部件的设计和制造过程中，对于不同类型的机器，其零部件的配合稳定性和互换性的要求是不同的。在设计工作中，表面粗糙度的选择归根到底还是必须从实际出发，全面衡量零部件的表面功能和工艺经济性，才能作出合理的选择。
（四）全面优化机械零部件方法
要充分运用机械学理论和方法，包括机构学、机械动力学、摩擦学、机械结构强度学、传动机械学等及计算机辅助分析的不断发展，对设计的关键技术问题能作出很好的处理，一系列新型的设计准则和方法正在形成。计算机辅助设计（CAD）是把计算机技术引入设计过程，利用计算机完成选型、计算、绘图及其他作业的现代设计方法。CAD技术促成机械零部件设计发生巨大的变化，并成为现代机械设计的重要组成部分。目前，CAD技术向更深更广的方向发展，主要表现为以下基于专家系统的智能CAD；CAD系统集成化，CAD与CAM（计算机辅助制造）的集成系统（CAD/CAM）；动态三维造型技术；基于并行工程，面向制造的设计技术（DFM）；分布式网络CAD系统。
【参考文献】
[1]李建勇.机电一体化技术
.北京:科学出版社,2004.[2]李运华.机电控制
.北京:北京航空航天大学出版社,2003.[3]王启．常用机械零部件可靠性设计
．北京：机械工业出版社
[4]隋明阳．机械设计基础
．北京：机械工业出版社
[5]郭仁生．机械设计基础
．北京：清华大学出版社
[6]许尚贤．机械零部件现代设计方法
零部件产品设计 篇6
关键词：零部件测绘三维设计教学改革
随着三维设计技术的发展，对传统的工程制图教学提出了新的挑战。如何在传统工程制图的零部件测绘教学中增加三维CAD设计技术，是适应当前应用型本科人才培养所必须解决的问题，也是科技和社会发展的需要。
工程制图的机械零部件测绘教学是《工程制图》课程的一个重要环节，也是学生第一次比较全面的、系统的、综合性的理论联系实际的实践性环节。在这个环节中，学生通过绘制机械部件的装配工作图及其零件工作图，加深对所画机械部件内外结构和相关工艺的了解，强化合理运用各种机件表达方法和手段的能力，理解设计基准与工艺基准及其尺寸的合理标注，熟悉表面粗糙度、几何公差与配合、金属材料与热处理、设计与制造中常用标准的运用和查表等。因此，机械零部件测绘对学生空间思维能力、动手作图能力和工程综合素质培养起着十分重要的作用。计算机三维建模的关键步骤是在计算机上进行草图绘制，并对三维建模进行相应的编辑，以呈现仿真现实的装配关系、剖切、断面等三维表达，便于学生了解零件在动态装配过程中的关系变化，这是传统制图测绘不能做到的；同时还可利用三维模型转换成二维工程图，加深对二维装配图表达方法和目的的了解。因此，将三维建模设计技术和制图中的零部件测绘有机地结合到一起，能使整个测绘过程更具灵活性，从而激发学生学习的积极性，提高测绘质量，能够达到在制图教学环节中充实参数化实体造型训练的目的，培养学生三维绘图软件的应用能力，提高学生的工程实践能力和创新设计能力。
1.机械零部件测绘的目的
机械零部件测绘的目的是使学生综合运用制图知识，了解测绘方法与步骤，掌握常用拆装工具的使用方法及拆装步骤，掌握徒手画图的基本要领，掌握查阅有关手册、 标准和资料的能力，从而培养初步的工程测绘能力，为后续的课程设计和毕业设计奠定一定基础。“测绘”就是对现有的机器或零部件实物进行测量，画出零件草图和装配示意图，对所测数据经过计算校核、圆整、 标准化处理等，并标注出所需的尺寸和相关技术要求，最后整理、绘制成零件工作图及装配工作图的过程。机械零部件测绘在设备仿制、改造、维修、技术资料完善等方面具有重要的意义，是工程技术人员必须掌握的基本技能[1]。
根据培养要求，我校部分专业测绘铣刀头装配体。铣刀头装配体是一种用于大件切削的机床附件，如装在龙门铣床上进行铣削加工。铣刀装在铣刀盘上，铣刀盘通过键与轴连接，当动力通过V带传给带轮，经键传到轴，即可带动铣刀盘转动，对零件进行铣削加工。主体件座体，两端由滚动轴承支撑轴，轴承外侧有轴承盖；左边带轮为动力输入端，带轮和轴由键连接，带轮的左侧有垫圈、挡圈、螺栓实现定位和紧固；轴的右边动力输出给铣刀盘，刀盘带动铣刀切削，轴与刀盘由键连接，挡圈、垫圈、螺栓把刀盘与轴紧固住。
学生测绘铣刀头装配体，就是通过对铣刀头装配体测绘指导书的阅读和对实物的观察、分析，了解铣刀头部件的用途、性能、工作原理、装配关系等；在拆卸过程中绘制出铣刀头装配示意图；绘制铣刀头非标零件草图，测量并标注尺寸；确定并标注有关技术要求；确定标准零件的相应规格及其标记；根据草图进行相应零件三维建模，完成虚拟仿真装配，最后绘制装配图和零件图等。
2.基于三维设计的铣刀头装配体测绘实施方案
机械零部件集中测绘是实践性教学环节，是学生对机械制图课程的基本知识和作图方法的综合运用和全面训练，是进一步提高学生绘图技能的有效手段。
基于三维设计的铣刀头装配体测绘是在对国内高校的制图测绘教学改革情况与经验进行分析、总结的基础上，结合学校实际，运用“项目教学法”来构建基于三维设计的铣刀头装配体测绘教学的内容体系，确定测绘草图与三维建模设计的有机结合。把铣刀头装配体测绘作为一项科研项目来做，在测绘之初，就明确测绘的目标、任务，将解决的问题作为测绘的内容，通过技术路线的梳理，让一个相对复杂的问题得以清晰地解决[2]。通过在有限的时间内（一周），学生从草图绘制—三维建模与装配—完成部件装配图和零件工作图，这是一项极具挑战性的工作。由于学生没有学习三维设计软件，如何合理分配草图绘制、三维教学、上机操作等各个教学环节的时间节点和授课内容与技巧，达到即使学生有学习压力，又不失去学习的兴趣和信心，能在规定的时间内能完成教学任务，这是决定实施方案成功的关键。
将计算机三维设计和项目式教学法引入测绘教学中，教师一定要加强项目完成过程的督促和指导。既要突出学生的主体地位，又要掌控整个教学进程，及时有效地解决学生遇到的问题。加强教学过程的管理，将教学内容细化、落实到测绘的每一个具体教学环节，达到预期的教学目标[3]。结合学校已购买的铣刀头测绘箱，通过教师的实际测绘，完成铣刀头装配示意图和零件草图的绘制，使用Inventor 2013完成所有零件的三维建模和虚拟装配，完成三维虚拟装配仿真动画，并完成相应CAD工程图，从而掌握好第一手资料，再采用类比法进行项目的分析与实施，为后面的教学打好基础。根据学校机类机械零部件测绘教学要求和教学学时，结合学生实际，制定铣刀头测绘草图与学习三维软件的有机结合时间节点，确定学时分配、内容安排、进度安排和阶段教学目标等，写出“铣刀头测绘与三维设计指导书”，制定学生实习实训实施计划表。在机类本科部分专业班级中，进行基于三维设计的铣刀头装配体测绘教学改革试点，完成“铣刀头测绘与三维设计”测绘任务，并评估教学效果，完善指导书。
实施的主要内容包括：两天时间完成座体、轴、压盖、铣刀盘、V带轮等非标准零件的草图绘制，根据需要标尺寸线、尺寸界线，测绘尺寸数据，并将测得的尺寸数值标注在相应的草图上，在草图上标注出表面粗糙度、尺寸公差、几何公差，标准结构要查表等；三天时间结合零件草图，边学习Inventor软件边完成零件建模，完成铣刀头三维仿真装配，由相应建模实体完成铣刀头装配工程图和零件工作图的绘制，最后提交所有电子资料和图纸，进行测绘答辩。
3.基于三维设计的铣刀头装配体测绘实施效果
通过在学校机械设计制造与自动化和机械电子工程专业2013与2014年级共4个班进行了“铣刀头测绘与三维设计”测绘教学改革。通过对学生一些具体的、有针对性的问题进行答辩及综合成绩考核，实施教学改革后的教学效果明显优于传统的教学效果。
“铣刀头测绘与三维设计”测绘教学改革，是一种符合现代设计方法的三维设计教学模式，它改变了现行的学生“画零件草图—装配图—零件图”教学模式存在的尺规绘图速度慢、图面质量差、不便修改、不能与CAD技术充分结合，只是单方面地提高图形表达技能等现状。通过改革后的测绘教学，使学生通过一步一步的三维造型设计，既掌握了测绘的要领，也充分地掌握三维建模的方法和过程，加深对测绘对象内外结构形状的了解和制图内容的掌握。引入三维建模过程，就迫使学生了解被测绘零件的每个部分结构，了解装配时零件间的同轴关系、面与面接触关系和一系列的配合关系，让课本的知识运用于实际的建模过程中。学生通过“铣刀头测绘与三维设计”课程教学，学会了思考和解决问题的方法，同时其草图能力、三维建模与二维绘图的能力和技巧都得到较大地提高，并且学习兴趣也得到培养和增强。
4.结束语
基于三维设计的机械零部件测绘教学改革，给传统制图测绘课程注入了新的活力，带来了测绘方法和手段的革新。改革的实施既丰富
了传统测绘教学的内容，提高测绘质量，同时又符合现代设计发展趋势，强化了学生参数化实体造型训练的目的，培养了学生三维绘图软件的应用能力，提高了学生的工程实践能力和工程素质。在时间非常有限的情况下，如何进一步提高教学效果、教学质量，做好量与质的辨证关系，需要继续探索。
参考文献：
[1] 赵汉雨，常粉玲，唐豫桂，叶芳.“机械制图”测绘实习教学改革探讨[J].中国电力教育，2012，（25）：81-82.
[2] 杜力，李琳.基于计算机三维建模的“工程制图”课程测绘实践研究[J].重庆工商大学学报，2009， 26（4）：407-410.
谈柴油机零部件的设计 篇7
1 柴油机零部件传统的设计
传统的柴油机零部件的设计带来了运用中出现的许多问题:零部件容易腐蚀损坏;零部件容易疲劳损坏, 断裂、表面剥落等;零部件容易摩擦损坏等等。这些问题的出现, 都是柴油机零部件传统的设计局限性所产生的。柴油机零部件设计是人类为了实现预期的目标而进行的一种创造性活动。传统柴油机零部件设计的特点是以长期经验积累为基础, 通过力学、数学建模及试验等所形成的经验公式、图表、标准及规范作为依据, 运用条件性计算或类比等方法进行设计。传统设计在长期运用中得到不断的完善和提高, 目前在大多数情况下仍然是有效的设计方法, 但是它有很多局限:在方案设计时凭借设计者有限的直接经验或间接经验, 通过计算、类比分析等, 以收敛思维方式, 过早地确定方案。这种方案设计既不充分又不系统, 不强调创新, 因此很难得到最优方案;在柴油机零部件设计中, 仅对重要的零部件根据简化的力学模型或经验公式进行静态的或近似的设计计算, 其他零部件只作类比设计, 与实际工况有时相差较远, 难免造成失误;传统设计偏重于考虑产品自身的功能的实现, 忽略人机环境之间关系的重要性。
2 充分发挥设计者潜力, 创新柴油机零部件的设计思想
柴油机零部件设计的本质是创造和革新。现代零部件设计强调创新设计, 要求在设计中更充分地发挥设计者的创造力, 利用最新科技成果, 在现代设计理论和方法的指导下, 设计出更具有生命力的产品。
2.1 运用创造思维
设计者的创造力是多种能力、个性和心理特征的综合表现, 它包括观察能力、记忆能力、想象能力、思维能力、表达能力、自控能力、文化修养、理想信念、意志性格、兴趣爱好等因素。其中想象能力和思维能力是创造力的核心, 它是将观察、记忆所得信息有控制地进行加工变换, 创造表达出新成果的整个创造活动的中心。创造力的开发可以从培养创新意识、提高创新能力和素质、加强创新实践等方面着手。设计者不是把设计工作当成例行公事, 而是时刻保持强烈的创新愿望和冲动, 掌握必要创新方法, 加强学习和锻炼, 自觉开发创造力, 成为一个符合现代设计需要的创新人才。
2.2 运用发散思维
发散思维又称辐射思维或求异思维等。它是以欲解决的问题为中心, 思维者打破常规, 从不同方向, 多角度、多层次地考虑问题, 求出多种答案的思维方式。例如, 若提出"将两零部件联结在一起"的问题, 常规的办法有螺纹联结、焊接、胶接、铆接等, 但运用发散思维思考, 可以得到利用电磁力、摩擦力、压差或真空、绑缚、冷冻等方法。发散思维是创造性思维的主要形式之一, 在技术创新和方案设计中具有重要的意义。
2.3 运用创新思维
创造力的核心是创新思维。创新思维是一种最高层次的思维活动, 它是建立在各类常规思维基础上的。人脑在外界信息激励下, 将各种信息重新综合集成, 产生新的结果的思维活动过程就是创新思维。柴油机零部件设计的过程是创新的过程。设计者应打破常规思维的惯例, 追求新的功能原理、新方案、新结构、新造型、新材料、新工艺等, 在求异和突破中体现创新。
3 全面科学的进行柴油机零部件设计
3.1 柴油机零部件设计的主要内容
柴油机零部件设计是柴油机设计的重要组成部分, 柴油机运动方案中的机构和构件只有通过零部件设计才能得到用于加工的零部件工作图和部件装配图, 同时它也是柴油机总体设计的基础。柴油机零部件设计的主要内容包括:根据运动方案设计和总体设计的要求, 明确柴油机零部件的工作要求、性能、参数等, 选择柴油机零部件的结构构形、材料、精度等, 进行失效分析和工作能力计算, 画出柴油机零部件图和部件装配图。柴油机应满足的要求是由零部件设计所决定的, 柴油机零部件设计应满足的要求为:在工作能力上要求具体有强度、刚度、寿命、耐磨性、耐热性、振动稳定性及精度等;在工艺性上要求加工、装配具有良好的工艺性及维修方便;在经济性上的要求主要指生产成本要低。此外, 还要满足噪声控制、防腐性能、不污染环境等环境保护要求和安全要求等。这些要求往往互相牵制, 需全面综合考虑。
3.2 利用力学、材料及热处理准则计算柴油机零部件的失效形式
柴油机零部件由于各种原因不能正常工作而失效, 其失效形式很多, 主要有断裂、表面压碎、表面点蚀、塑性变形、过度弹性变形、共振、过热及过度磨损等。为了保证零部件能正常工作, 在设计零部件时应首先进行零部件的失效分析, 预估失效的可能性, 采取相应措施, 其中包括理论计算, 计算所依据的条件称为计算准则, 常用的计算准则有:一是强度准则。强度是机械零部件抵抗断裂、表面疲劳破坏或过大塑性变形等失效的能力。强度要求是保证机械零部件能正常工作的基本要求。二是刚度准则。刚度是指零部件在载荷作用下, 抵抗弹性变形的能力。刚度准则要求零部件在载荷作用下的弹性变形在许用的极限值之内。三是运动稳定性准则。对于高速运动或刚度较小的零件, 在工作时应避免发生共振。振动稳定性准则要求所设计的零部件的固有频率与其工作时所受激振源的频率错开。四是耐热性准则。部分柴油机零部件在高温条件下工作, 由于过度受热, 会引起润滑油失效、氧化、胶合、热变形、硬度降低等问题, 使零部件失效或机械精度降低。因此, 为了保证零部件在高温下正常工作, 应合理设计其结构及合理选择材料, 采用水冷、风冷、油冷等降温措施。五是耐磨性准则。耐磨性是指相互接触并运动零部件的工作表面抵抗磨损的能力。当零部件过度磨损后, 将改变其结构形状和尺寸, 削弱其强度, 降低机械精度和效率, 以致零部件失效报废。因此, 在设计时应采取措施, 力求提高零部件的耐磨性。
3.3 正确选择柴油机零部件表面粗糙度
表面粗糙度是反映零部件表面微观几何形状误差的一个重要技术指标, 是检验零部件表面质量的主要依据;它选择的合理与否, 直接关系到产品的质量、使用寿命和生产成本。零部件表面粗糙度的选择方法有3种, 即计算法、试验法和类比法。在零部件设计工作中, 应用最普通的是类比法, 此法简便、迅速、有效。应用类比法需要有充足的参考资料, 现有的各种机械设计手册中都提供了较全面的资料和文献。最常用的是与公差等级相适应的表面粗糙度。在通常情况下, 零部件尺寸公差要求越小, 零部件的表面粗糙度值也越小, 但是它们之间又不存在固定的函数关系。在实际工作中, 对于不同的柴油机类型, 其零部件在相同尺寸公差的条件下, 对表面粗糙度的要求是有差别的。这就是配合的稳定性问题。在零部件的设计和制造过程中, 对于不同类型的柴油机, 其零部件的配合稳定性和互换性的要求是不同的。在设计工作中, 表面粗糙度的选择归根到底还是必须从实际出发, 全面衡量零部件的表面功能和工艺经济性, 才能作出合理的选择。
3.4 利用现代技术优化柴油机零部件的设计方法
要充分运用机械学理论和方法, 包括机构学、机械动力学、摩擦学、机械结构强度学、传动机械学等, 特别是计算机辅助分析的不断发展, 对设计的关键技术问题能作出很好的处理, 一系列新型的设计准则和方法正在形成。计算机辅助设计 (CAD) 是把计算机技术引入设计过程, 利用计算机完成选型、计算、绘图及其他作业的现代设计方法。CAD技术促成零部件设计发生巨大的变化, 并成为现代柴油机设计的重要组成部分。目前, CAD技术向更深更广的方向发展, 主要表现为以下基于专家系统的智能CAD;CAD系统集成化, CAD与CAM (计算机辅助制造) 的集成系统 (CAD/CAM) ;动态三维造型技术;基于并行工程, 面向制造的设计技术 (DFM) ;分布式网络CAD系统。
参考文献
[1]刘颖, 机械设计基础[M].北京:中央广播电视大学出版社, 2006.
[2]吕天玉.公差配合与技术测量[M].大连:大连理工大学出版社, 2008.
液压支架主要零部件的设计研究 篇8
(一) 设计要求
主要部件设计的要求如下:四连杆机构进行优化设计是必要的, 它可以使支架梁端距离变化小, 支架受力平衡点最佳, 结构上不仅满足工作空间的要求, 而且能够支撑足够的纵向、横向力及转矩;前梁无论是伸缩式或是挑梁式, 都能及时支护顶板, 前梁由前梁千斤顶控制, 可上、下摆动, 与顶板保持良好的接触, 维护工作面上方顶板, 伸缩梁靠伸缩千斤顶和前梁作相对滑移.用以及时支护新暴露的顶板;顶梁是主要的支撑在承受工作面顶板压力的组件。它可以随时调整与顶板的接触及征服顶板压力, 保证支架的正常空间。顶梁配备侧护板、活动侧装有千斤顶和弹簧, 以防支撑架间泄漏煤矸石和规范支架间距, 如果四连杆机构和顶梁铰接, 要有可靠的铰链做支持。掩护梁, 它用于承受部分煤、矸载荷, 防止其窜入支架中间影响与输送机的工作空间, 保证支架、后输送机正常运行, 根据不同的支架类型, 掩护梁有伸缩插板式和在下端铰接伸缩尾梁式, 它装有侧护板.作用与顶梁侧护板相同, 掩护梁受扭力和横向载荷力大, 这是非常重要的部件, 它作用的基础是支持顶板下的压力和侧向力并将压力传送到底板上, 这一过程需要足够的强度和刚度, 并应满足底板比压力在许可范围内, 确保支架总体稳定性的关键是在支架底部铰接四连杆机构, 在其底部中间镶有变动装置、侧设置滞后输送机千斤顶和推移杆;推移装置, 此机构关系到支架能否正常推移, 由千斤顶和推移杆组成, 推移杆结构有长推杆或是由两部分短推移杆组成;尾梁, 作为四连杆机构和掩护梁铰链的支架后部, 在掩护梁下铰接一个可旋转的扩展板尾梁来贮存煤, 并且保证了煤的高度和维护的工作空间, 使用插板把大块煤压成小块的碎煤。尾梁配备侧护板, 功能和顶梁, 掩护梁的侧护性质一样。液压控制系统及立柱、千斤顶, 液压系统由各液压元件、管路系统组成, 它有立柱、千斤顶组合来完成支架的各种性能要求, 并达到设计技术参数。
(二) 主顶梁设计
顶梁部分设计是设计过程的主要部分, 它与掩护梁相铰接, 立柱支撑着下面, 上面则直接接触工作面顶板, 制成盒体形状, 它的设计结构不仅仅要满足一定的硬度和强度, 还要努力适应梁顶部的平整性、防止局部应力过大造成损伤。顶梁在顶板压力组件中是主要的支撑件, 承载着切顶的功能。一般来说, 之前和之后的断面部分是最危险的部分, 部分安全系数, 它可以多次反复顶煤的支持作用, 以储藏煤。顶梁上配备侧板, 一边是设置侧推千斤顶和弹簧, 避免架与架之间漏煤和废石和规范支持间距。顶梁结构可以使用钢板焊接而成的盒形状。主要有四根主立筋, 为加强构件的刚度, 在上下盖板之间焊有加强肋, 构成封闭式棋盘型。在顶梁上板下焊接钢柱窝, 柱窝有两个孔, 通过销轴把支柱和顶梁联系起来;顶梁前有销孔, 通过销轴和前梁在销孔连接;顶梁后端也存在销孔, 销孔连接方式是与销轴相连接的。顶梁腹部前端还焊有耳座用来安装前梁千斤顶。
(三) 掩护梁设计
掩护梁底部与连杆的前后是连在一起的, 底端与尾梁也是相铰接的, 但也配备了尾梁千斤项连接耳座位置。用于承受部分煤、矸载荷, 防止其窜入后输送机的工作空间, 保证支架、后输送机正常运行。掩护梁的最重要的部分是受扭力和横向载荷力的作用的, 并且作用力是十分强大。掩护梁做成箱体结构, 尾部有伸缩插板式和在下端铰接一伸缩尾梁式, 它装有侧护板.作用与顶梁侧护板相同。侧护板的横向宽度, 要稍大于移架步距, 这样移架时能与不动的邻架间保持封闭。
(四) 底座
底座为整体式刚性底座, 四连杆机构铰接在底座后部, 在两内主筋中间形成的较高的铰点位置, 这主要是为了形成足够的后工作空间, 在不影响人行通道的基础上, 前、后连杆铰接点应尽量前移。在两内主筋间下部布置有推拉装置。有四个球面柱窝与立柱缸底相连, 在底座侧面靠前位置设有拉后输送机千斤顶的可拆装固定耳座。该底座整体性强, 稳定性好, 比压小。
(五) 立柱
立柱的结构可如下图1所示, 分为单作用、活塞式、双伸缩的类型。其主要组成部件是缸体8、活柱6、7、导向套11、12等。下端焊接球形缸底1的缸体8是由无缝隙钢管再制造而成的.可以看出, 钻有孔并焊有管接头的是立柱下腔 (活塞下部空腔) 的液口5。上端装有导向套11、12的缸体, 它为活柱6的上下往复运动提供了方向。为了避免缸体外部的煤尘等脏物随活柱下缩而进入缸内, 在导向套的上端安装防尘圈14成为必要条件, 在导向套上配置蕾形密封圈13和O形圈阻止了液体从立柱上腔 (活塞上部环形空间) 向外泄漏的可能。缸体的立柱上腔的液口9、15是处于钻有螺纹孔并焊有管接头上部的, 它直接与上腔相通。
二、小结
本文简述了液压支架主要零部件的设计, 实际的系统设计还应联系液压传动、机械制图等内容, 特别是控制系统方面进行全面考虑, 尽管文中研究比较片面, 但由于对设计要求和主要零部件分析较为详细, 在实际当中由于当中还是具有一定的参考价值。
参考文献
[1]宁宇.大采高综采煤壁片帮冒顶机理与控制技术[J].煤炭学报.2009 (01)
汽车零部件的包装设计方法应用 篇9
汽车零部件的包装系统分析,适用于汽车企业新车型项目前期的包装一体化、产品包装优化设计,也是一种包装系统一体化设计和在生产实际过程中解决包装问题的一种比较有效的方法。包装系统设计分析过程就是考虑零件从供应商到仓库再到生产线整个物流环节可能会出现的各种对零件质量有影响的问题,并想办法解决保护零件质量、保证成本和人机工程的过程。包装系统设计和分析可以大大减少分散设计中不必要出现的多次包装修改和验证的次数,有利于提高包装设计的效率。
汽车零部件的包装分类
标准包装。根据汽车零部件的基本形状、重量、质量要求,以及搬运设备、车间生产现场、物流操作、仓库状况,经过精心设计的系列包装容器,称为标准箱。标准箱包装是标准包装中的一种,包装设计时优先考虑使用标准箱包装,是一种依据零件特性采用标准尺寸和一些附加防护衬垫材料对零件进行的运输包装。标准包装具有标准化、系列化、成本低的特点。标准包装可分为标准塑料箱周转箱、金属周转箱。
专用包装。某些零件由于外形结构很复杂,不能采用标准包装的,需要采用其他的包装方式,这些包装称为专用包装。专用包装可分为专用金属框、专用料架、瓦楞纸箱、木箱、危险品包装等。
运输包装。可分为外地长途运输包装和短途运输包装。运输包装是整个包装系统中至关重要的一环,零件的保护为首要考虑因素,其次是运输成本,而包装标准化及托盘单元化会使运输成本降低,可使用叉车装卸,减少人工装卸搬运对零件造成的损伤,加快物流系统周转速度,从而达到物流系统精益化的目标。
入库包装。保护零件质量,方便仓管员收货检查、上超市料架和配送至生产线旁的标准包装和专用料架。长途运输包装一般要先到本地物流公司或本地仓库进行中转,更换包装后方能入库;短途运输包装一般可以直接入库。
上线包装。大部分入库的包装都可以直接配送至生产线旁,由于生产线旁空间限制,同工位同种类型多个零件号的零件线旁空间无法满足一物一位的,需要在库房按上线车型排好顺序上线,需要专用的排序料架,排序料架是一种特殊的上线包装。
包装系统分析与设计
包装信息采集分析是系统分析的重要一步。为使分析结果正确,必须掌握以下几个方面的情况:产品信息:包括零件属性、尺寸、重量、零件数模、单台用量等。工艺设施:包括生产线装配工艺、生产能力、生产节拍及夹具、吊具的种类和尺寸等。包装信息:包括包装尺寸、重量、是否单件隔离、是否有内衬、包装容积率、成本控制等。物流规划:包括仓库能否堆垛、配送方式、运输环境、包装容积率、配载率、人机工程等。客户需求:包括防尘、防静电、防划伤、防破损、防潮、防虫、防腐蚀生锈等。
在收集分析上述信息后,就大致可以对包装进行总体规划,具体内容如下:包装设计标准化。根据项目总体规划、物流规划、生产区域、工艺流程建立零件标准包装尺寸系列、特殊包装尺寸系列、与包装零件匹配的搬运设备系列标准、托盘尺寸系列标准等。总体规划需要满足物流规划、工艺布置、生产设备操作等方面对包装提出的特殊设计要求。总体包装概念方案能够满足安全、质量、成本、人机工程等方面的设计原则。包装选用原则:优先选择标准包装,在保证装箱数的情况下优先选择小包装,其次选择专用料架。以缩短制作周期为原则,减少一次性的内包装使用,采用可循环利用的内包装,提高物流和生产装配作业效率,降低供应链成本。总体包装方案的量化指标:如包装件容积率不低于8 5%,包装单元运输配载率不低于70%,装箱破损率不高于5%,包装标准化率不低于90%等。
根据所采集包装零件的信息和总体规划为原则,结合企业自身的包装标准化文件,可以从不同的侧重点设计若干个不同的包装方案。对于项目来说,由于所涉及的包装零件多,包装问题复杂,该阶段在项目初期做得越详细、考虑得越周全,对后期的物流整体规划和现场实施操作阶段越有价值体现。
包装方案的详细设计是在选定方案基础上,对于零部件较大、结构复杂、不规则,并有特殊要求的,需要进行详细的包装材料、结构和需要特殊防护的衬垫设计。包装设计过程中要遵循安全、质量、成本、精益生产、人机工程五大原则。包装箱设计:根据选定方案在包装的结构、材料方面进行详细设计和必要强度设计校核。包装衬垫设计:根据零件的保护特性进行衬垫设计,选择包装材料、结构、定位等设计。
包装方案模型绘制是通过三维绘图软件进行模型绘制,将产品件数模在三维图形中进行匹配模拟,确保包装模型更精确、更细致,以便后续实。
包装方案设计完成后,包装设计部门需内部组织生产、质量、规划、采购等相关部门对包装方案进行评审,评审方法大致有两类:一类为综合成本费用比较;另一类为无形因素比较。包装件单件综合成本费用的比较:包装方案在运输(如是可回收周转箱需计算运输返回费用)、包装箱和衬垫、仓储、维修保养和操作等单件综合成本费用。无形因素比较:常用方法有优缺点比较法。主要有:包装件质量风险、包装器具及衬垫维修及管理方便性、包装件可操作性(人机工程,装取件方便)、安全性、共用性、标准化(包装结构设计、包装箱、包装集装单元、内包装衬垫)等方面进行评审。
对已经过内部评审选定的包装方案,需相关部门进行会签意见,主要参与会签的部门有:质量管理、车间工艺、物流工艺,涉及生产吊具、机械手相关辅具的需生产设备管理部门参与会签。参与包装方案会签部门应站在各自专业角度,对包装方案进行评价提出相关意见,方案设计部门收集参与会签意见给予解释,并对合理的意见纳入包装方案中加以体现。
将设计好的包装数模生成详细的二维图纸,交于包装实物制造单位,制作单位根据包装设计图纸制造出成品模型,并交付于包装设计部门。
包装样品模型制作完成后,设计部门组织方案参与会签部门人员对包装样品进行现场评价,评价模块主要为:包装标准化:从包装尺寸、衬垫、装卸、运输等方面评价标准化。包装结构设计:从包装结构整体、定位、压紧等方面评价设计合理性。包装材料选择:从零件保护、环保、使用和特殊要求出发,评价包装材料的选择是否恰当。物流操作:从运输环境、搬运、仓储配送等方面评价物流操作方便性。操作安全:从包装操作的安全、取料方便、人机工程等评价操作安全性。
为验证包装设计的安全性和合理性,在项目试生产阶段(VFF—PVS),对包装样品进行路试动态验证,验证项目包括运输产品质量防护可靠性、装缷搬运操作、是否满足生产工艺布局、人机工程等,并针对出现的问题提出具体包装设计改进方案,再次进行动态验证直至满足各方面需求。
包装信息数据库是指包装系统内部与外界相联系的有关情况,目的在于快速查询相关产品包装信息、为后期项目车型提供包装信息参考以及为拓展其它物流项目提供数据依据,包装数据信息数据库一般由包装系统外部信息和包装系统内部信息组成。
一般情况下项目正式批量生产前,都要经过3个阶段:第一阶段为预试生产阶段(V F F);第二阶段为试生产阶段(P V S);第三阶段为正式生产阶段(0S)。
零部件产品设计 篇10
汽车座椅属于汽车的基本装置, 是汽车的重要安全部件, 其主要作用是为乘员提供支撑、确定乘员位置, 提供乘员驾乘舒适性以及保护乘员不受伤害。随着汽车行业竞争日趋激烈, 如何在保证安全等级不降的前提下, 对产品结构优化, 进行成本控制是当前很多主机厂研究的重要课题之一。
座椅的安全性主要取决于骨架强度;座椅骨架是由靠背骨架和坐垫骨架及核心件三部分组成, 并由安装支脚通过螺栓固定在车身横梁上;其中座椅的核心件一般包括角调器总成、高调器总成和滑轨总成等, 这些核心件一般是由专业厂家设计制造, 产品质量一致性和通用性较高。
座椅靠背骨架总成是一般是由钢管框架、左右角调器总成 (角调上下连接板和角调器核心件) 、侧面支撑钢丝以及靠背弹簧等组成, 如图1所示。中高端车型一般采用冲压件框架替代钢管框架结构。当前市场上A0级以下的车型成本压力巨大, 经市场调查62款A0级以下车型低配前座椅骨架, 其中单边角调骨架43款, 约占70%;可见单边角调座椅骨架是A0级以下车型主流配置。
本文以某单边角调式座椅靠背骨架为例, 用有限元方法分析座椅骨架及零部件受力情况, 并与试验结果对比;参照有限元分析与试验结果对比, 对零部件进行设计优化, 以满足设计要求。
1、有限元分析工况与试验方法差异对比
1.1 金属材料耐久性与静强度关系
就钢材而言, 当其承受正、负相等的交变应力时, 其疲劳强度 (材料承受的最大应力值) 随材料可以承受的交变次数的增加而减小, 如图2所示;当可以承受的交变次数达到107次以上时, 疲劳强度就变成了一个固定值, 称其为持久极限。持久极限一般只有静强度的40%~50%, 当应力低于持久极限时, 材料具有无限寿命。
因此可以通过FEA, 模拟静强度试验, 考察骨架应力变化趋势是否与试验结果保持一致。以此为依据, 进而对结构进行优化, 比对优化前后的分析结果, 考量结构优化是否合理有效。
1.2 有限元分析工况与试验方法差异对比
试验方法:将座椅按照设计位置固定在试验台架上, 在座椅靠背顶端中间位置, 沿垂直于假人躯干线方向, 相对于“H”点施加指定的力矩, 并加卸载循环指定次数。试验后座椅骨架无松动、断裂。
有限元分析工况:
1) 加载方式
施加相对静载荷试验力矩两倍载荷于靠背顶端中间位置, 方向垂直于靠背, 如图3。
2) 约束条件
约束4个支脚安装孔所有节点1-6方向自由度。
试验为耐久性试验:有限元分析是进行静强度分析, 其载荷为耐久试验的2倍。可通过静强度分析的骨架应力分布图与试验结果进行趋势性对比。
1.3 有限元分析与试验结果对比
试验中上连接板焊接边缘处撕裂, FEA结果在焊接边缘处产生应力集中;考虑焊接引起的材料脆化和焊接缺口, 加剧材料破坏。FEA结果中应力分布与试验结果趋势吻合。
2、骨架结构优化分析
2.1 骨架结构优化对比
2.2 分析结果对比
从以上分析结果可以看出, 在骨架其他零部件材料和结构不变的情况下, 更改连接板的结构, 选用强度较低的材料, 也可以提高骨架整体性能。但若材料强度选用过低, 也会有失效风险, 在结构强度薄弱处增加加强筋会提高整体结构强度。
合理的结构设计和材料选用, 既可提高骨架整体强度, 也可降低原材料成本。
3、结论
(1) 从试验结果和FEA结果对比来看, 单角调连接板结果应避免mod0中的结构;
(2) 在受力较大部位结构尽可能设计简单, 减少折弯以及结构的突变;
(3) 在结构强度薄弱处应增加翻边和加强筋, 提高局部结构强度;
(4) 设计时应尽可能避免焊接质量对骨架性能的影响, 若无法规避, 则焊接时需注意, 钢管与单角调连接板焊接时不可在连接板边缘处焊接, 焊接引起的材料脆化和焊接缺口会加剧材料破坏;
(5) 合理的结构设计和材料选用, 既可提高骨架整体强度, 也可降低原材料成本。
摘要：文章以一种单边角调式座椅靠背骨架结构为例, 分析零部件材料和结构设计对座椅骨架总成的结构强度的影响。应用有限元方法、理论分析以及与试验验证方法对单边角调式座椅靠背骨架结构设计优化, 并满足强度要求, 可为单角调式座椅靠背骨架结构设计及优化方向提供参考。
关键词：座椅靠背骨架,有限元分析,设计优化
参考文献
[1]孙井晶, 周炳海.汽车座椅骨架结构的改善[J].机械制造, 2009 (11) .
[2]付斌.材料性能[N].材料科学与工程学院, 2011.
零部件产品设计 篇11
关键词：汽轮机；条形码信息采集；生命周期管理
以大型汽轮机、燃气轮机等为代表的装备制造是我国制造业的高端领域，其发展水平决定其产业链的整体竞争力。特别是燃气轮机作为我国“十三五”规划的重大项目，对我国装备制造业的发展和制造业竞争力的提高具有重要的意义。
近几年来，随着S企业产品门类和产量的逐步提高，S企业对产品的精细化管理的要求也越来越高。特别是核电汽轮机和燃气轮机的零部件，质量要求高，在原材料购买、在制品生产、总装、销售环节都需全程跟踪。目前，S企业对于产品的质量管理主要是通过电脑文件和纸质文件的方式进行，无法对已有的信息进行有效的整合。所以，S企业质量信息系统的设计以整合中小零部件整个供应链的质量追溯为目标，以条码技术和信息化手段为载体，提升S企业的质量管理水平。
该系统主要是应用知识工程和全生命周期的原理，通过采集和记录外协零部件的供应商、批次、检验人员等，实现对检验信息的管控。通过设计合理的编码方案，记录外协零部件的操作人员、时间、进入的库位以及出库后的流向，实现对问题零件的跟踪与追溯。该系统可以通过对质量数据的统计与分析，达到提高效率、改善管理等目标。
1 需求分析
1.1 业务流程分析
根据汽轮机零部件的生产流程，本系统在供应商安排零部件的生产时增加条形码的打印功能，方便检验人员检验时对工作票上的条形码进行直接扫描，提高信息录入的准确性。检验员依据新的系统，用平板设备在离线或在线的环境下进行信息录入、上载，保证检验信息的及时性、准确性。仓库的库管员在信息系统里为每个托盘生成条形码并打印，并将已入库零件和托盘进行绑定，方便零件检索与出库。具体的业务流转状态如图1所示。
1.2 条形码技术
条码技术最早产生在二十年代，诞生于Westinghouse的实验室里。那时候对电子技术应用方面的每一个設想都使人感到非常新奇。他的想法是在信封上做条码标记，条码中的信息是收信人的地址，就像今天的邮政编码。为此Kermode发明了最早的条码标识，设计方案非常的简单，即一个“条”表示数字“1”，二个“条”表示数字“2”，以次类推。然后，他又发明了由基本的元件组成的条码识读设备：一个扫描器（能够发射光并接收反射光）；一个测定反射信号条和空的方法，即边缘定位线圈；使用测定结果的方法，即译码器。
Code39是条形码的一种。由于编制简单、能够对任意长度的数据进行编码、支持设备广泛等特性而被广泛采用。本系统采用Code39码，该条码能够对任意长度的数据进行编码，支持设备广泛。目前几乎所有的条形码阅读设备都能阅读Code39码，打印机也是同样情况。
2系统总体设计与实现
2.1 逻辑架构
本文以支持汽轮机、燃气轮机装备制造业创新发展为背景，针对重大装备配套外协件的质量管理问题，提出了基于条码技术的供应链质量跟踪/追溯模型，如图2所示，通过对零部件进行唯一编码，跟踪其在外协加工中的加工进度并获取过程加工质量反馈，当装备出现质量事故或者零部件缺陷时，通过反向追溯可以找到谁检验、谁生产，并可筛查出存在潜在质量问题的零部件。
系统主要通过从供应商到客户的正向生产跟踪，以及客户、企业到供应商的逆向质量追溯，形成一个质量信息管理的循环。通过集成供应商和S企业的质量管理，在一定程度上解决了各单元之间工序连接性差、信息不共享、产品质量信息的追踪与追溯能力不强等问题。系统基于条形码对数据的采集功能，减少了人工失误，保证了质量信息采集的准确性和高效性，通过系统对各单元模块之间的无缝连接以及质量信息的实时统计和反馈功能，增强了对供应商质量和零部件生产的监控能力，提高了企业的质量管理水平。
从系统架构上来看，S企业的质量信息系统一共有五个层级，包括业务单元层、数据采集层、数据库层、服务器层以及用户层，系统的总体架构如图3所示。
①业务单元层。
业务单元层是整个系统的最底层，是支持整个系统能否顺利运行的使能单位。业务单元层之间通过条形码和零件标识串联起来，是整个系统的跟踪、追溯路径。业务单元层包括供应商的条形码和标识管理、检验站的检验信息录入管理、仓库的出入库和条形码管理以及装配和客户的信息反馈管理。在业务单元层，仓管员需应用手持式的工业手机进行出入库操作，检验员需用工业平板电脑进行数据扫描与录入操作。
②数据采集层。
根据业务单元层布置的数据读写设备形成了车间的整个质量追溯与仓库管理系统。在网络中，数据采集设备通过各个节点的数据采集发送至服务器，然后服务器对采集到的信息进行处理，形成数据库层的数据来源。
③数据库层。
数据层为整个系统提供底层数据支持，是实现整个质量信息系统很关键的一环。
④服务器层。
服务器层是整个系统的核心，帮助系统实现其基本功能。服务器通过接受来自浏览器等操作系统的用户请求，然后与数据库层进行交互并对所需信息进行处理，并将处理结果反馈给用户。
⑤用户层。
用户通过计算机、查询机或手机进行操作，浏览器将用户的请求发送至服务器从而实现人机交互的功能。
2.2 网络结构
本系统需要运行在无线网络环境中，通过搭建无线网络环境实现系统的设计功能。
3 系统功能
本系统分为配置管理类、外协检验类、仓管类与统计报表类四个部分。配置管理类主要功能是配置用户、角色、权限、条码信息、库位、编码、供应商等信息；外协检验类主要功能是管理整个外协链的质量检验信息，包括报验、质检以及供应商质量追溯等功能；仓管类主要功能是管理外协库房的库存、外协品的出入库等；统计报表类主要功能是对系统中的数据进行分析统计，显示实时检验、库存等信息，并对人员、供应商做对比统计。
系统可以依据物料的基本信息，对零部件进行统一编码，并进行条形码打印。在仓库管理过程中，利用手持设备和条形码识别技术，实现外协加工零部件的入库、出库、移库、调拨等功能。信息系统还能通过对零部件全流程的跟踪监控，实现产品的质量追溯功能。
4 系统特点
4.1 质量信息的集成与管理
通过对检验过程中零部件数量、批次、订单信息、检验结果等信息的集成，实现了零部件质量信息化的需要。系统通过对质量信息的采集，已报表的形式实现对供应商、检验员、零部件质量信息的管理功能。
4.2 仓储信息的集成与管理
通过对合格零部件的入库、出库、移库、调拨等操作，实现零部件的仓储管理。设计合适的算法，解决零部件在缺件、借用、调换等情况下的最优路径，保证企业的装配与质量追溯的需要。
4.3 质量信息的追溯管理
根据系统对信息的有效采集，实现零部件的质量追溯管理。质量追溯管理可以有效地减少企业的质量损失，并及时的对同批次零部件进行有效的监控与追溯，为企业质量改进提供有力的帮助。
4.4 零部件全生命周期管理
通过条形码扫描技术，对计划、供应商生产、检验、仓储、总装等业务单元的信息采集，以及质量信息系统的整合，实现了汽轮机零部件生产、检验、入库、出库等过程的跟踪，保障了零部件全面有效的实时监控。通过系统的逆向质量追溯，结合故障分析知识库及专家系统，识别质量事故原因及所属供应商信息，最终实现了全生命周期管理。
5 结束语
依据当今成熟的條形码技术，研究并设计合适的质量信息系统，对汽轮机零部件的整个质量信息流程予以管理，方便了一线检验人员和仓管人员的操作。信息系统在使用条码技术后，工作可以像大型超市那样，方便、快捷、准确，减少了人工可能造成的失误。质量信息系统通过零件信息的采集，可以实现质量信息的管理、存档、检索和统计，可以动态的反映零件的生产加工和质量信息，最终实现汽轮机零部件的全生命周期管理，提高了S企业质量信息的质量管理水平。
参考文献：
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零部件产品设计 篇12
随着汽车工业的大规模的发展以及汽车的生命周期的不断缩短,汽车制造业已经成为了工业领域中最大的资源使用者之一。其结果为汽车废旧零件及模块报废致使资源浪费、环境污染以及生态破坏问题日益严重,废旧汽车资源的再利用问题引起了政府、企业以及社会的高度关注。本文基于经济和环境的可持续发展战略,从汽车零件及模块的回收再利用、资源节约和保护生态环境等方面出发,探讨废弃汽车的逆向闭环物流网络设计,促进废旧汽车逆向流动的有效运行,从而提高企业的经济效益、社会效益和综合竞争力,最终促进企业和社会经济的可持续发展。
闭环供应链是一种不仅包含传统供应链的各环节,而且还要考虑废旧产品的收集、分类、处理、再配送、再制造/再利用、再分销等活动所形成的一个封闭的物品供应链。图1为闭环物流供应链的基本框架。
1 问题描述和模型假设
本文在研究汽车零件闭环逆向物流网络结构的基础上,运用混合整数规划(MILP)方法结合汽车制造/再制造工厂、分销/回收中心、拆解中心、消费区域和填埋点来构建汽车零件闭环物流网络优化模型。
1.1问题描述
本文构建一个由制造/再制造工厂、分销/回收中心、拆解中心、消费区域集成的多级正、逆向物流网络。对报废汽车的零部件经过检测、分类和维修后进行再制造或者废弃处理。分销/回收中心负责新产品的分配运输到各个销售区域以及从消费区域收集报废的汽车,并将其运往拆解中心进行拆卸、检测、分类和维修等流程。不可再利用的部分运往处理填埋场,而可再利用的零部件经过一系列处理后运送至再制造工厂,再制造的汽车通过分销中心进行销售。
报废汽车闭环逆向物流网络结构如图2 所示,包括五个部分:分销/回收中心、拆解中心、制造/再制造工厂、处理填埋点。
1.2 模型的假设
(1) 每一个消费者的需求必须得到满足;
(2) 在相同功能的节点设施之间没有相互的物流运输,例如生产商1 和生产商2 之间没有物流互运;
(3) 各个节点设施的开设数量和处理能力,均有最大限制;
(4) 回收率和填埋率是已知的;
(5) 在回收中心经过检测分类,能够维修的产品经过维修后便可重新投入市场,不能维修的产品依照检测结果,分别拆卸成模块和零件后,全部运往制造/再制造集成工厂,其中不可再制造的一部分则进行拆成零件进行废弃处理,并且维修后的产品和新产品能够同等程度满足市场需求。
2 报废汽车闭环物流网络模型
2.1符号、参数和变量的说明
(1)符号
S:供应商点的集合,Si∈S,i=1,2,…,i;F:生产商点的集合,Fj∈F,j=1,2,…,j;D:分销/回收中心点的集合,Dk∈D,k=1,2,…,k;C:消费者点的集合,Cl∈C,l=1,2,…,l;H:拆解中心点的集合,Hm∈H,m=1,2,…,m;N:模块种类,n=1,2,…,n;P:零部件种类,p=1,2,…,p。
(2) 参数
ai:供应商i的最大产能;bj:生产商j的最大产能;Sck:分销/回收中心k正向和逆向物流总产能;Pdk:分销/回收中心k逆向物流占总产能的百分比(当Pdk=1 时,分销/回收中心即为回收中心,Pdk=0 时,分销/回收中心即为分销中心);Pcl:消费者l的回收率;Plm:拆解中心m的填埋率;dl:消费者l的需求;em:分解中心m的产能;sij:生产商j用供应商i产品的单位成本;tjk:生产商j到拆解中心k的单位运输成本;ukl:分销/回收中心k到消费者l的单位运输成本;vkm:分销/回收中心k到拆解中心m的单位运输成本;wnmj:零件n从拆解中心m到生产商j的单位运输成本;wpmj:模块p从拆解中心m到生产商j的单位运输成本;NCn:生产零件n的单位成本;NCp:生产模块p的单位成本;Rulk:分销/回收中心k从消费者l回收的单位回收成本;fj:建设生产商j的固定成本;gk:建设分销/回收中心k的固定成本;hm:建设拆解中心m的固定成本;φ:填埋每单位废旧产品的成本。
(3) 决策变量说明
xij:生产商Fj使用供应商Si提供的原材料的数量;
yjk:生产商Fj给分销/回收中心Dk的运送量;
zjk:分销/回收中心Dk给消费者Cl的运送量;
okm:分销/回收中心k到拆解中心m的运送量;
Rdmjn:拆解中心m到生产商j的模块n的运送量;
Rdmjp:拆解中心m到生产商j的零件p的运送量;
Rzlk:分销/回收中心k从消费者l得到的回收量;
2.2 模型建立
通过对以上正逆向物流网络的分析,以报废汽车正向物流和逆向物流网络的总成本最小化为目标,构建了如下的混合整数规划模型:
(1) 闭环物流网络总成本最小化的表达式
其中:
EC表示闭环物流网络的运输成本:
FC表示闭环物流网络的固定成本:
MC表示闭环物流网络的制造成本:
(2) 闭环物流网络的总成本
对目标函数中各表达式的具体含义如下:
∑i∑jsijxij———供应商Si供应生产商Fj的xij单位产品的总成本;
∑j∑ktjkyjk———分销/回收中心Dk从生产商Fj的yjk单位产品的总运输成本;
∑k∑luklzkl———分销/回收中心Dk将zkl单位产品送至消费者l的总运输成本;
∑k∑mvkmokm———分销/回收中心Dk将Okm单位废旧产品运至拆解中心Hm的总运输成本;
∑m∑jwmjRdmj———拆解中心Hm将Rdmj单位再利用产品运至生产商Fj的总运输成本;
∑l∑kRulkRzlk———分销/回收中心Dk从消费者Cl处回收Rzlk废旧产品总成本(包括运输和回收费用);
∑m∑j∑nwmjnRdmjn———拆解中心Hm将Rdmj单位模块n运至生产商Fj的总运输成本;
∑m∑j∑pwmjpRdmjp———拆解中心Hm将Rdmj单位零件p运至生产商Fj的总运输成本;
∑m∑j∑nNCnRdmjn——利用Rdmj单位的零件n的再制造所节约的成本;
∑m∑j∑pNCpRdmjp——利用Rdmj单位的模块p的再制造所节约的成本;
∑jfjαj———建设生产商F1,生产商F2,……生产商Fj的固定成本之和;
∑kgkβk———建设分销/回收中心D1,分销/回收中心D2,……分销/回收中心Dk的固定成本之和;
∑mhmδm———建设拆解中心H1,拆解中心H2,……拆解中心Hm的固定成本之和;
φ∑m(plm∑kokm)———填埋总成本。
2.3 约束条件
(1)能力和需求限制
①供应商Si产能约束:
②生产商Fj的产能约束:
③分销/回收中心Dk的运能约束:
④分销/回收中心Dk的逆向物流的运能约束:
⑤废旧产品的回收量限制:
⑥消费需求的限制:
⑦拆解中心Dm产能的限制:
(2) 流量守恒
①所有的供应商对生产商Fj的产品供给量+所有的拆解中心对生产商Fj的回收产品的供给量=生产商Fj对所有的分销/回收中心的供给量
②所有的生产商给分销/回收中心Dk的运送量=分销/回收中心Dk对所有消费者分销量
③分销/回收中心Dk从所有消费者处的回收量=分销/回收中心Dk给所有拆解中心的废旧产品的运输量
④所有分销/回收中心给拆解中心Hm运送废旧产品量=拆解中心Hm给所有生产商的再利用产品的供给量+废旧产品的填埋量
(3) 取值约束
上述优化模型为混合整数线性规划模型,采用LINGO11.0 软件编程求解。本文结合具体算例,较好地解决了汽车再制造逆向物流网络设计问题。
3 算例
(元)
(元)
(元)
(元)
(元)
(元)
(元)
(元)
(元)
(元)
(元)
运用LINGO11.0 对算例进行求解,运算结果显示该模型的目标函数最优值为:
4 结束语
本文研究了汽车再制造逆向物流网络优化设计问题,在考虑到正向和逆向物流网络中的设施集成和运输集成后,以废弃汽车零件和模块的逆向物流网络体系成本最小化为目标建立混合整数线性规划模型,最后通过算例验证了网络设计的有效性。由于汽车再制造逆向物流网络设计涉及众多要素,而且随环境变化而不断变化,该领域还将不断出现新的特征和问题,所以不确定因素的有效引入模型之中是未来研究需要考虑的问题。
参考文献
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