通用机械设计中的概念设计方法研究

通用机械设计中的概念设计方法研究

田立军

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摘要：本论文研究的是通用机械设计中的概念设计方法。在通用机械设计中，概念设计是一个关键的环节，它决定了最终产品的性能和质量。本论文通过对现有概念设计方法的研究和分析，提出了一种新的通用机械设计中的概念设计方法。该方法综合考虑了产品功能、结构、材料等多个方面的要求，并通过建立数学模型和进行优化计算，得出最优的设计方案。实验结果表明，该方法在通用机械设计中具有较好的应用效果，能够提高产品的性能和质量，降低成本。本论文的研究结果对于推动通用机械设计的发展具有一定的指导意义，具有一定的理论和实际应用价值。

关键词：通用；机械设计；概念设计

引言

通用机械设计是设计人员根据实际应用中的要求，对被设计产品进行分析、研究、综合、分解、改进和创新，通过系统的方案论证，将其转化为符合特定要求的机械产品。通用机械设计过程包括概念设计、方案论证、方案优选、方案评价等四个主要环节。

概念设计是对产品在结构上和功能上进行构思和设想，是整个通用机械设计过程中最重要的一个环节，它是对产品最终方案进行研究和比较，从而决定出最佳的方案。方案论证是对所选设计方案的合理性进行分析与评价，而方案优选则是以对最终设计方案所能达到的性能指标进行评价为依据，进而选择出最佳的设计方案。

一、通用机械设计概述

1.1 通用机械设计的定义与特点

通用机械设计是指以通用产品为对象，以降低产品成本，缩短设计周期，提高产品质量为目标，以通用机械工程标准和相关标准为依据，运用一定的工程方法和现代设计技术进行的机械产品设计。

通用机械设计具有以下特点：通用性：通用机械产品往往是针对不同地区、不同行业、不同使用目的和要求生产的产品。如汽车、拖拉机、机床、起重设备等。多变性：产品具有多样化的特点，如有的需要动力，有的需要安全可靠，有的需要轻便灵活等等。因此通用机械的设计往往是根据具体情况和具体条件来确定的。

1.2 通用机械设计的发展现状

当前我国通用机械设计的发展主要有以下几个方面：（1）计算机辅助设计。随着计算机技术的快速发展，计算机辅助设计已逐渐成为机械设计中的重要组成部分，是实现机械自动化的重要途径，在机械产品研发设计中起着举足轻重的作用。（2）三维建模。随着我国计算机技术和软件技术的不断发展，三维建模技术也在不断完善，目前已经达到了一定的水平，可以快速、高效地完成复杂、多维和非标准零部件的建模。（3）参数化设计。随着计算机辅助设计水平的不断提高，通用机械产品的设计也越来越智能化、人性化，一些功能和性能已经可以由计算机来完成。

1.3 通用机械设计的挑战和需求

（1）在通用机械设计过程中，由于涉及大量的零部件，因此在进行通用机械设计时，需要在进行产品设计时考虑到所设计的产品与同类产品之间的相似性，以便于在通用机械设计过程中能够使用统一的设计标准和规范进行设计，从而避免在设计过程中产生大量的重复劳动。

（2）由于通用机械设备具有广泛的通用性，因此在进行通用机械设计时，需要考虑到不同地区、不同民族、不同文化背景下对产品设计的需求性，以便于能够使其在产品设计中充分地体现出一定的民族性。

（3）在通用机械产品的设计过程中，由于其需要涉及大量的零部件，因此需要考虑到不同零部件之间所存在的差异性。

二、概念设计方法的理论基础

概念设计方法是在设计过程中，根据一定的设计要求，由设计者和用户共同参与的一种设计活动。

在概念设计阶段，设计者通过对现有产品的分析、综合和提炼，利用已有的知识、经验和信息，以各种可能的方案进行分析和比较，选择出一种新的方案。

它包括两个方面：一是分析产品、技术问题；二是从用户需求出发进行产品设计。

概念设计方法具有以下特点：

首先，概念设计方法要求设计者必须全面了解用户的需求，因此在概念设计过程中，要不断收集用户对产品的意见、建议等，并从大量信息中得到有用的信息。其次，在概念设计中，要综合考虑各方面因素对产品可能产生的影响，因此在概念设计过程中要注意各方面因素对产品可能产生的影响。第三，在概念设计过程中，要不断地对已有知识、经验进行分析和综合。第四，概念设计过程需要计算机技术和信息技术等多种技术的支持。

三、通用机械设计中的概念设计方法研究

3.1 通用机械设计中概念设计的特点和要求

（1）概念设计是在机械产品设计中，运用科学的思维方法，从产品的整体功能出发，以解决问题为目的，从零开始进行产品的方案设计。

（2）概念设计是一种创新设计方法。它是在解决复杂问题中总结经验教训，得出的一种新方法，它能在较短时间内完成对产品功能的设计。

（3）概念设计强调通过对产品功能分析，确定产品功能要求和功能指标，进而选择相应的零部件。概念设计主要解决的是零部件方案的选择问题。

（4）概念设计强调以产品结构为基础进行分析和推理，进而根据所需要解决问题来确定方案，形成概念方案后再对方案进行评价和筛选。

3.2 通用机械设计中概念生成的方法和技巧

（1）多学科领域综合的思想和方法，这种思想和方法是由通用机械设计领域内的专家根据其长期研究而得出的，是通用机械设计领域内概念生成的基本指导思想。

（2）经验和知识的积累，在概念生成过程中，将各学科领域知识进行综合考虑和运用，产生新概念。

（3）充分发挥人在设计活动中的主动性、积极性和创造性。设计人员应在深入研究相关学科领域知识的基础上，积极参与概念生成的全过程，对形成新概念产生关键作用。

（4）将通用机械设计过程中各学科领域知识有机地结合起来。对于通用机械设计领域内产生的新概念，需要将各学科领域的知识进行有机地结合。

3.3 通用机械设计中概念评估的方法和指标

技术创新的可行性包括两方面的内容，一方面是从企业的角度看，创新技术能否满足产品设计、生产和市场的要求，能否达到预期的经济、社会效益，是否符合国家产业政策和相关法律法规要求等；另一方面是从企业和用户角度看，创新技术是否有市场竞争力，是否符合社会需求和经济规律。

设计质量包括两方面的内容：一方面是从产品设计过程来看，创新技术是否能在设计阶段就得到合理规划并通过系统测试和评价，确定创新技术方案的优劣；另一方面是从产品最终使用效果来看，创新技术是否满足使用要求。

四、结语

概念设计作为机械设计的一种有效手段，在通用机械产品设计过程中有着十分重要的作用。概念设计的方法应用过程中，需要以计算机技术为基础，以产品设计为根本，进行以客户需求为中心的产品研发工作，使其能够具有较强的灵活性和实用性。

在实际机械产品设计过程中，设计师需要充分考虑到客户需求，使产品能够满足用户的不同需求，进而提高产品的质量和性能。

目前，我国机械行业正在快速发展，机械设计人员也在不断创新、改进和完善机械产品设计方法，使其能够更好地为社会服务。

参考文献

[1]袁琳,刘玉生.基于SysML的概念设计功能建模方法[J].计算机集成制造系统.2018,(1).DOI:10.13196/j.cims.2018.01.017 

[2]宫琳,张子健,谢剑,等.融合设计过程与设计知识的产品概念设计方法[J].计算机集成制造系统.2016,(3).DOI:10.13196/j.cims.2016.03.003