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1472.2机械产品及设计问题的一般论述这节将按照传统的表述方式进行，读者可以利用上一节的观点进行理解。另一方面可以通过比较，来认识和理解上一节的阐述。实际上本节的论述是出于对机械产品自身特点和要求而指出的思考要点。不会太多的涉及思维创新问题，而主要的是对产品设计的制约因素与冲突消解问题论述的。也就是说，这种阐述是面向问题的，非面向思维方式及其表达，使设计工作的内容、目的、方法等的表述。机械产品设计就是要使机械产品的功能满足用户或相应的工程工艺的要求，也就是设计要达到的目标，这个目标可以用文字、参数等方式表述。设计工作是一个过程，该过程由若干个子过程构成，每一个过程都由人（或计算机）的行为(思想、方法、技术、工具等)完成。也可以将机械产品设计及其过程视为一个系统，人（或计算机）的行为是对该系统的控制，该系统接收信息、在必要的控制下加工处理、输出信息。为了在机械产品设计及其过程中应用计算机及其技术，或者说为了将机械产品设计及其过程转换为人与计算机共同交互的过程，应该研究人的行为、计算机的行为、人与计算机的交互方式与分工。另一方面，用计算机进行机械产品设计及其过程的处理，必须对机械产品设计及其过程的各方面内容考虑周全。这些内容在特定的产品设计中不可能全部应用，但作为设计者不能不涉及到它们。本章就是对机械产品设计及其过程的各方面内容简要回顾，一方面是归纳机械产品设计及其过程的内容，以便条理化，另一方面是找到规律性的东西，以便建立全面、简洁有效的软件系统。1.机械产品设计的地位机械工业向国民经济各个部门提供各种技术装备，而机械设计是机械产品生产的第一道工序，至关重要大。机械设计应遵循以下原则:满足需要原则、经济合理原则、可靠性原则、最优化原则、标准化原则、安全性原则、人机工程学原则、环境保护原则。机械设计的任务主要是研究如何发展新产品和改革老产品。这些产品都将以产品功能的形式，用若干个参数提出设计目标，通过一系列的人的控制与干涉过程达到确定的目标。实际情况、理想状态、理论抽象等，使得设计实践与经验占有重要的地位。2.机械产品设计的基础机械产品设计通常需要扎实的机械设计与制造的理论知识和丰富的实践经验，同时还需要对机械制造所用工具(热加工、冷加工、各种机床等)及其加工方法的理论和实践。重要的是需要设计者长期积累的经验。就是对于有经验的设计者而言，经常需要创造性地应用经验方法、经验系数等。这种设计方法，通常称之为常规设计或传统设计。3.机械产品设计的任务2为市场调研所确定的机械产品提供设计（如：家用电器、小汽车等非工程车辆），为工程工艺需要的设备提供产品设计。工程是指生产、制造等部门用比较大而复杂的设备来进行的工作。如：机械、土木、冶金、化学、采矿、水利、路桥工程等。工艺是指将原材料或半成品加工成产品的工作、方法技术等。工程工艺将以工艺流程的形式表达。工艺流程是指从原料到制成品各项工序安排的程序，即：生产过程中各段加工的先后顺序。（如：机械制造工艺学中所描述的那样）基于工程工艺的产品设计是指机械设计的时，把满足工艺要求作为首要目标，这样设计出来的机械产品已经提前具有了融入生产，与工艺流程相结合的能力，减少了机械产品和工艺流程之间的矛盾，使得生产更加的连贯和便捷。4.工程工艺与机械产品的关系对成套设备来说，就是基于工业体系—原材料开采、加工、机械、冶金、建筑、交通、通讯，或说重工业、轻工业、现代农业、金融、服务等成为一个有机系统的设备服务问题。生产过程中，各段加工需要设备，该设备的功能便是机械设计的目标，产品设计整个过程便是要最大限度的满足其目标。下面简单介绍若干个工程工艺：矿山工艺：剥离、钻孔、装药、装载、运输、破碎、分级、研磨、分级、选别、脱水、干燥等冶金工艺：入仓、配料、造粒、烧结、配料、冶炼、铸坯等轧钢工艺：钢坯、加热、轧制等机制工艺：热加工（木模、铝模、型砂、成型、钢铁溶液、浇铸、清砂等）、冷加工（车、铣、刨、磨、钻、镗、剪、冲等），装配等路面工艺：剥离、开挖、运输、路基配料、混合、回填、摊铺、平整、压实、检验、路面配料、运输、摊铺、压实、检验、养护等建筑工艺：剥离、开挖、运输、建筑基础配料、混合、回填、压实、检验、桩基配料、运输、打桩、钢筋结构成型、混凝土作业、检验、建筑结构成型、墙面装饰、上下水暖、照明、消防等从工艺的角度讲，设备为专用机械，必须最大限度的满足工艺性能要求。从机械产品设计及其过程的角度讲，可以将设备的功能要求按照原材料或半成品的特性（物理的、几何的、化学的、生物的、数学的，如：土壤、岩石、矿物、植物、块状、粉状、固体、流体等），按照功能的机械特征（运动学、力学、几何学等），行为特征（如：分—挖、钻、锯、冲、削、磨等，和—填、队、压、装等）确定机械产品的设计问题。产品设计可以根据原材料或半成品的特性及其加工处理要求、工艺特征获得机械产品的设计目标、设计参数等。根据机械产品设计的规律及其机械的基本定义（减轻劳动强度、提高劳动生产率），对工艺3提出更改意见与建议。如：钢冶工艺的连铸连轧，矿业工艺的联合采掘机，热加工工艺的挤压砂型流水线等体现了多段工艺的合成。计算机控制下的全自动工艺流程和全自动联合机械设备给机械产品设计带来新的创新空间。从专用性与通用性问题看。对工艺来讲，由于处理目标的工艺要求，设备功能参数通常具有专用性特点。对机械产品来讲，由于设备功能的相似，通常具有通用性特点，这使得工艺设计师通常采用选型的方法来解决，并不得不调整工艺参数。人们常说的通用设备主要集中在已经定型且广泛使用的机械产品中（如：汽车等），这些机械产品具有更多的共同特征和功能参数。专用性与通用性实质上是相对的，机械生产者希望通用性，这种希望需要通过创新设计达到，另一方面是用户需求迫使设计者放弃。成套问题。为工艺服务的设备一般来说是成套的，从原料到制成品各项工序安排的程序中，各阶段相应的由设定工艺参数的机械设备来完成，大工业尤其如此。这一方面传统的高等教育的机械专业尤其欠缺。欠缺通盘系统的思维模式，欠缺设备成套及其关联的设计思想和技术方法（主要依赖进口的连铸连轧、面粉、牛奶、饮料等的生产线等就是实例）。设备功能描述问题。设备功能描述取决于用户的需求，而用户主要是从工艺参数提取的，机械设计师要将用户参数转换为机械产品设计使用的参数表达方式。设备功能应包括主功能与辅功能，并按照机械产品的一般划分，归为工作机构、传动系统、动力源、控制与辅助等几部分。自动化与协调问题。随着微电子技术、计算机技术、信息技术的渗透，机械产品的功能进一步组合、设备的成套能力快速加强，对于越来越复杂的单机，对于更加庞大的成套系统，集中管理、分层控制、运行监测等都和机械产品设计过程密切相连。必须协调机械、液压、强电、微电、光电、硬件控制与软件控制等的一系列综合问题。机械产品处理对象的一般化描述。机械产品的处理对象可以按照物力、化学、生物等特性进行分类。土壤、岩石、矿物、金属、非金属、植物、动物、粉体、块体、固体、流体等。由处理对象的特性及其处理方式进行机械产品设计、功能选择、方案确定与创新。产品设计流程。由工艺流程获得参数，由机械功能获得产品参数，有主机方案获得辅助设备的方案。由总功能进一步分解为各个子功能，由子功能获得机械原理及其零件的组合。通常可用动力学、受力链、几何构造等获得产品设计流程。由于原料、半成品处理特性的需要，工艺顺序通常是首先确定的。但是，确定工艺顺序时，工艺师的思维必定受到当时机械设备的现实状况的影响。况且，大多数工艺师的机械设计知识是不丰富的，机械师的工艺知识是欠缺的，工艺师与机械设计师应该探讨协调，达到优化结果。通过对被加工原材料和产品的性能要求的研究，提出相应的工艺流程，再根据对工程工艺的研究，提出完成工艺要求的机械设备参数，从而为机械产品设计提出设计目标和任务指标。机械与工艺总是紧密联系的，工艺流程的功能需要机械完成。但机械设计师也可以根据机械产品设计的特点，给工艺4师提出工艺流程的修改意见，以便达到工艺与完成工艺的机械设备的完美结合，获得最佳的最终产品。把工艺分析与机械产品设计结合在一起，使机械产品基于工艺又反作用于工艺，可使工艺更科学。传统的机械设计与工艺设计之间常常是相互独立的，机械设计人员在设计时不了解工艺流程，从而也不知道工艺的详尽要求与需要，也就产生了设计的盲目性。由于机械领域品种繁多，其使用的条件及环境，工艺流程也会不同。设计者只有在设计前预先了解工程工艺流程，才能使产品更符合实际需求。这对没有设计经验者来说是困难的。另一方面，工艺师对机械产品设计的知识也是很欠缺的，这也阻碍了双方的相互交流，因而达不到最优设计。对此方面应给与足够注意。传统工程工艺是由专业的工艺师根据工程对象的性质、工程目标以及工程要求等编写的生产加工的方法、过程及所需设备。例如区分是土方工程工艺，还是采矿工程工艺，其本质属性是土方与矿石的物理性质不同，因此目标也不同，自然工艺编写各有特点。工艺师用自身的工程专业知识编写的工艺自然很符合工程的性质，并对一些极为专业的问题能很好解决。然后机械工程师与采购人员根据工艺师编写的要求在市场上选择机械设备来完成工程目标。所选择设计的设备基本上能达到工程要求。在传统的生产设计中机械是不能进行柔性制造的，为降低制造成本，如推土机、铲运机、搅拌机、挖掘机、摊铺机等，都是几种固定的样式。在设计者的心目中推土机就是在拖拉机前面加上一块铁板即推土板，虽然推土机在土建类施工中运用广泛，但是其适用范围小，只能用于推平、运距在80m范围内的推土、开挖浅基坑、回填、助铲和牵引等，由于推土板的原因，造成推土机生产效率低，能量因为现在的智能制造系统，能损失严重等不利因素。以工程工艺为基础，通过对工程工艺的研究，总结出工艺的共性，并将其进行参数化，再利用这些参数来设计机械。因为机械与工艺总是紧密联系的，机械在工艺流程中，工艺流程的功能需要机械完成。目的是通过对工艺分析得到基本要素，从而找到新的设计方法，把工艺与机械产品结合在一起，使产品基于工艺又反作用于工艺，可使工艺更科学。传统的机械设计方法与工程工艺之间常常是相互独立的，机械设计人员在设计时不去了解工程工艺流程，从而也不知道工程工艺的要求与需要，也就产生了设计的盲目性。由于机械领域品种繁多，其使用的条件及环境，工艺流程也会不同。设计者只有在设计前预先了解工程工艺流程，才能使产品更符合实际需求。这对没有设计经验者来说是很困难的。传统的设计常常使设计者的思维局限于已有工艺流程对机械的要求，很难有原理性的创新，在实际中机械设计师和工艺师常脱离，因而达不到最优设计，此论文从解决这矛盾出发，查找大量的工程工艺并对工艺进行分析，归纳出基本要素。机制工艺与机械产品的关系机制工艺是制造的序列问题，随着科学的不断向前发展，出现了许多现代化的加工技术：数控机床、加工中心、柔性制造系统，从而使得机械设计有了更大的自由性。随着加工技术的进步，设计和计算方法也会随之变更，从设计到加工都由计算机系统完成。制造制约、成本制约、工期制约等都在考虑之列。设计师精通制造工艺，对于产品的成功率不言而喻。但这样的过程依然是传统的，没有把工艺与机械设计用计算机系统联系起来，缺少实质性的创新。5如果能把工程工艺与机械设计有机的结合在一起，则工艺与机械设计都可具有创新性。6.机械设计师的角色与作用对于机械设计工程师来讲，通常是接受任务后，应用已掌握的机械设计方法，无论是传统的还是创新的，都将从一个具体的机械或机构出发，构思一个方案，依据理论和个人经验，遵照国家相关标准进行构思与设计计算，其中经验的含量特别高。机械设计工程师要将所设计的产品方案变成设计说明书、相关的工程图纸、加工数据等。设计人员不仅要了解机械设计专业知识，还要有丰富的设计经验，这样就给设计人员带来了很大的局限性。显然不符合市场的要求。在这样的背景下，就应从工程工艺的背景、各种机械产品的背景出发找到各种机械的共性，从而总结出一种适用于各个专业的具有共性的概念性设计方法，将设计人员从复杂的经验设计计算的限制中解脱出来，提高设计效率，降低成本，提高产品设计的