机械设计概述篇1
关键词：远程机械设计计算模式
一、机械设计发展概述
传统设计方法是经验、类比式的设计方法。主要采用封闭的收敛设计思维，进行经验类比设计。在计算方面只进行静态分析，并将载荷、应力进行集中处理，对于计算数据的误差采用增加安全系数的做法。传统设计方法以手工设计为主，使用简单的工具，进行人工计算画图。另外，传统设计是一种串行设计，即一个零件从设计到生产是一个阶段的工作完成之后才进行下一个阶段的工作。如：首先进行初期的规划设计，接着进入总体方案设计，然后由结构设计人员设计出零件的结构，之后完成工艺文件的编制，最后将图纸及工艺规程交给生产工人，加工出零件的原型。如需改进的话再返回零件的改进信息。这样，一种产品从设计到正式投产往往要花很多时间，因此开发周期长，并且串行设计过程中，各个环节之间缺乏信息沟通，常导致设计人员之间的合作不协调。
自二战结束以来，世界各发达国家逐渐重视设计理论和设计方法的研究，先后产生了许多新概念、新思想、新理论和新技术。从设计方法来看，国内外先后提出了并行设计、虚拟设计、协同设计，相似性设计、智能设计等新概念；从设计准则来看，出现了优化设计、可靠性设计、有限元等概念，从设计的手段来看，出现了计算机辅助设计，不仅普及了二维设计cad软件，而且功能全面的三维造型软件也进入了实用阶段。
近年来，计算机网络技术、web技术和数据库技术的出现和飞速发展，给现代机械设计注入了新的生机和活力，机械设计逐渐向数字化、网络化方向发展。基于web的远程设计正是在这种条件下产生的。它的出现，使得各制造企业可以充分利用internet和web的国际互联性和资源共享性，组建企业间的动态联盟或虚拟设计小组，通过组合分散在各个地域企业的技术优势，发挥各个企业的局部特长，同时不同专业的技术人员可以不受地域的限制，在一个统一且易于访问的平台下进行异地的合作与设计，实现信息的交流和共享，进而快速开发出所需产品，提高产品设计的一次成功率。
作为现代设计的一个重要组成部分，远程机械设计是一个综合了多学科、多技术的研究领域，涉及到机械工程及计算机技术等诸多知识领域。从机械设计的角度来说，主要研究设计过程的建模、设计优化理论等。从计算机技术方面来说，应研究如何对现有的设计资源进行组织和，使得这些资源能方便异地的设计人员进行查询和调用。这些资源包括各种专业化的计算、分析程序，供设计使用的数据库和知识库等，所以要研究网络环境下设计资源的获取与调用，设计过程中设计人员之间信息的交流和反馈等，为远程设计中分布式资源的获取和调用提供基础和借鉴。
二、国内外远程机械设计发展
2.1远程设计的概念和意义
远程设计即让设计人员通过客户端浏览器输入设计参数，服务器自动进行计算和选择，并根据确定的参数返回产品的规格或设计图形。远程设计技术是现代计算机技术、网络技术和机械设计技术在工程设计上的应用，它缩短了产品的设计周期和节省了设计成本，真正意义上地释放了工程技术人员。与传统的机械设计相比，远程设计具有以下优点：
1、缩短产品的开发周期。
2、避免重复开发。目前企业或个人进行的机械产品设计，大部分是自己根据需要来开发设计软件，而不考虑是否有同类软件在市场中存在或者将自己的研究成果在允许的情况下租赁或免费为他人使用等。这就形成了重复开发，浪费了大量的人力和物力。
3、降低了企业资金和人员的投入。特别是近年来三层b/s网络计算模式的出现，极大地降低了客户端软硬件的配置要求。远程设计可以为用户建立一个统一的设计平台，所有的设计都在高性能的服务器上运行，客户端只需完成设计任务的输入以及设计中某些参数的选择和结果显示即可。
4、由于远程设计一般都有提供给用户进行交流和讨论的平台，这就不仅加强了各领域专家之间信息的共享和交换，而且大大提高了一次产品设计的成功率。
2.2远程设计的国内外研究现状
2.2.1在国外，有关远程协同设计的研究和应用起步较早，主要有：
（1）早在上世纪80年代中期，麻省理工学院学者就从事了这方面的研究，并首次提出t计算机支持的协同工作的概念。
（2）20世纪90年代中期，美国伯克利加州大学的集成制造实验室在美国国家科学基金、美国国防先进制造计划福特汽车公司的资助下开展了一个名为cybercut的研究项目，建立了世界上第一个基于www的设计和制造系统。
（3）英国建立的edinburghengineeringvirtuallibrary网站，提供工程设计、制造需要的各种信息，在英国建立了基于web的虚拟制造中心，为企业设计、分析、制造等提供服务，提高了企业特别是中小企业的市场竞争能力。
（4）美国microsoft公司和unigraphicssolutions公司联合研究面向产品全生命周期的基于知识的协同设计支持网络环境“designknowledgenetwork"，减少了实际时间，降低了设计成本，在快速获取全球设计知识的基础上，进行产品创新设计。
（5）英国liverpool等大学研究并应用人工智能和internet提供滚动轴承的网络化设计服务。
2.2.2在国内，有关这方面的研究主要集中在高等院校和科研院所，其中主要有：
（1）以西安交通大学润滑理论与轴承研究所为主、国内多家企业和研究机构共同参与建立了国内第一个支持产品协同设计的网站-现代产品设计与研究开发网络（），旨在推进现代设计，主要提供设计知识的获取，参加的单位还有清华大学、华中理工大学、机械科学研究院、上海交通大学、重庆大学等国内许多著名的高校和科研院所。
（2）清华大学精密仪器及机械系摩擦学国家重点实验室开发出了基于web的异地合作设计系统cdesign，该系统采用了client/serveer构架，客户与服务器之间通过vaw来完成。
（3）上海先进制造工程技术研究中心和上海飞机制造公司开发了一个基于intemet/web的异地设计与制造系统，利用其进行跨企业、跨地域的协同产品设计与制造。
另外，国内也有一些相关的网站，如：中国机械网（.cn）、材料与制造综合信息服务平台等，它们提供机械设计技术数据、制造工艺技术数据等，并把机械设计技术、制造工艺技术、远程设计技术、产品数据库、计算机辅助设计都实现了网络化。在其中的机械设计技术模块中，用户只须选取自己要使用的设计模块，输入适当的参数就可自动设计出自己所需的零部件；在远程分析模块中，实现了常用机构的参数化仿真与分析。
可是远程设计由于刚刚起步，像其它新兴技术一样还不够完善。随着cad技术、计算机网络技术、数据库技术及人工智能技术的不断发展，远程设计的内容必将越来越丰富，功能越来越强大，所提供的服务也将越来越完善。
三、远程设计系统的技术研究
系统的总体结构模式的确定是系统在初步设计阶段要完成的一项重要任务。系统的总体结构模式是系统的基础，只有确定了系统的结构模式之后才能进行下一步的设计和开发。而应用软件的架构是建立在计算模式基础之上的，因此，有必要先对网络计算模式进行分析。
在计算机网络技术的发展过程中，先后出现了以大型机为中心的计算模式、以服务器为中心的计算模式、客户机/服务器(client/server)计算模式，以及随着web技术的成熟而发展起来的浏览器/服务器(browse/server)计算模式。
（1）通过对两种计算模式的研究和分析，b/s模式较us模式，具有以下优点:
1、界面风格统一、可移植
us模式的客户端往往采用不同的开发工具开发，因此界面不统一，一般来说也互不兼容，难以移植到其它的平台上运行，而b/s模式的客户端使用统一的web浏览器，根本就不存在移植性的问题，而且使用非常简单。
2、跨平台性
b/s模式的系统较us模式的系统有更好的跨平台性，客户端可位于任意的软、硬件平台，因此跨平台的问题得到解决。
3、易于管理和维护。
c/s模式的系统针对不同的客户端需要开发不同的应用程序，完成的工作量较大。一旦系统要进行修改或升级，则要修改所有客户端上的应用程序，工作重复，管理和维护成本较高。反观b/s模式，由于应用软件集中在服务器端的开发和管理，因此应用系统进行升级时，只需更新服务器端的软件即可，无需客户端的参与，因此大大减少了系统维护与升级的成本与工作量。
（2）远程设计系统的支撑技术
基于web的远程设计是一项涉及多学科多功能的综合活动，其中包括现代机械设计技术、web技术、数据库技术等。
1、机械科学技术
机械科学的理论与知识是进行远程设计的前提。没有这些理论知识作根基，远程设计无从谈起。
2、计算机网络技术
远程设计是以计算机网络为基础的，计算机网络是远程设计系统的运行平台。所有的设计过程中的信息都要通过网络来传递，网络基础的好坏直接影响到远程设计系统的质量，是实现远程设计的关键技术之一。
3、标准化技术
远程设计的过程中离不开信息的交流，交流的前提就要有一个统一的交流规则，即标准化工作。
4、数据库、知识库技术
基于web的远程设计过程中需要用到数据库中的许多信息，如设计过程中用到的参数、图表数据等。这些信息的存储和管理均要数据库作为支持。数据库技术是远程设计系统的核心技术。同时，知识库可以实现知识复杂问题的求解评价和建议，可有效地进行智能推理来进行优化设计。
5、计算机编程技术
计算机编程为远程设计系统提供一系列的应用服务和平台建设。主要是程序设计语言和存取数据库，如vb.net、c#等编程语言和关系数据库的标准语言—结构化查询语言sql等。
6、多媒体技术和图形浏览技术
多媒体技术和图形浏览技术为在线交流、图形浏览提供辅助工具。
参考文献：
机械设计概述篇2
1.1突出概念的重要性
课程授课开始时，在讲解绪论之前首先对课程题目进行重点讲解。开始时，首先设置一个问题“机械原理主要学习哪些内容?或者说是机械原理是一门什么样的课程?”在学生回答问题前，我会和学生说你们只要理解了“机械原理”这四个字，那么这门课要讲什么内容你们就会非常清楚，在以后的学习过程中也就会有的放矢。开始的时候大多数同学都不能给出一个较好或者是接近的答案。随后，笔者将“机械原理”分解成“机械”和“原理”，给出类似的问题，“机械是什么?原理是什么?”这个时候大多数同学都能给出较贴切的答案。通过进一步的引导，学生对机械原理的含义和机械原理所要学习的内容就有了大概的理解。此时，会再次向学生强调，所有新的概念都是有学生前修的概念所组成，只要对前修的概念掌握了，新的概念学习就迎刃而解了。比如说，要想理解“机械原理”，首先必须明白什么是机械，什么是原理。
1.2强调思考在概念学习中的重要性
专业课程的学习和通俗读物的阅读不一样，字面意思有时候不能充分说明这个概念的表示，需要对概念进一步的理解，这就需要学生学会思考，并且要知道怎么样思考。比如说，机械原理课程中运动副的概念。“有两个构件直接接触而组成的可动的连接称为运动副。”那么，什么是运动副?有两个构件就可以有运动副吗?答案肯定是否定的。这就需要对运动副这个概念进行进一步的思考，或者说对其进行分解。从运动副概念的表述来看，可以对这句话进行如下分解:首先是有两个构件;再次，这两个构件的关系是直接接触(间接接触可以吗?肯定不行);还要满足一个要求就是这两个构件经过直接接触连接以后还要必须能动，如果不能动的话，那它们就组成了第三个新的构件，就不能称为运动副了。通过上面的思考过程来看，判断是否存在运动副，只要看是否同时满足如下三个条件:①有两个构件;②直接接触;③有相对运动。如果这三个条件同时满足，那么就存在运动副。这个例子看起来简单，但是学生如果对三个条件中的任何一个不能理解的话，就有可能对运动副的概念形成错判。从形式来看，这三个条件与运动副形成了一个二级金字塔的样式。所以说，学生在思考的过程中要掌握思考的方法，那就是，从塔尖塔底一步步的对概念进行分解，并且要理清哪些是同层概念，以及这些概念与其上下层概念直接的联系。
1.3概念表述尽量公式化
机械原理是机械设计的基础和机构原理设计遵循的依据，在概念讲授的过程中如果能够以图形的形式展示概念，那么对后续机械设计将有很大的帮助。再者，机械原理是一门承前启后的课程，对基础课画法几何、理论、材料力学和数学等知识要求比较高，自身内容的连贯性也特别强。所以说，在概念讲解的时候能够结合公式和图形的方式对相关概念进行表述，将会加深学生对概念的理解，有助于学生对概念的掌握。下面以公式化表述概念为例。在教材中速度瞬心的概念，“互做平面相对运动的两构件上瞬时速度相等的重合点，即为此两构件的速度瞬心。”在这个概念的理解上如果单纯就字面意思来看比较抽象，并且在实际的授课过程中发现同学理解起来特别困难，这个时候可以利用对表述公式化有助于对此概念的理解。首先，重合点代表的意义可以用公式表示为V1=V2，这里V1、V2分别代表构件1和构件2在重合点的速度;然后，以ω1和ω2分别表示构件1和构件2绕重合点的旋转速度，并记ω1≠ω2，或者是二者相等但反向。通过如此的公式化表述后，学生对瞬心的理解相对来说就容易一些，最后可以达到从繁入简。换句话说，用通俗的语言来表示瞬心的话就是“速度瞬心是一个点，这个点出两个构件的速度相等，并且这两个构件绕着这个点做相对转动。”
1.4对概念的强化方法
在课堂上通过讲课的过程中学生能够逐步的体会到概念的重要性，并且有意识的学会了对一些概念进行相应的思考，但是在作业和实践等环节往往还存在一些问题，通过了解发现，学生可能在课堂上理解了，或者是思考过了，但是没有较系统的对相应的概念去总结。所以在后续的教学课程中，除了随堂的习题作业以外，建议学生对当天所学的概念进行总结并以作业的形式进行考核。主要的做法是这样的。一个概念为一个序号，直接把教材上针对此概念的叙述一字不差的抄写下来，下面要做的就是此项工作的重点，另起一行写本人对这个概念的认识。比如说(1)压力角:作用在从动件上的驱动力F与该力作用点绝对速度Vc之间所夹的锐角。个人认识:压力角是一个角，对于角度来说是有一个顶点和两条边，那么就压力角来说，驱动力F的作用点就是压力角的顶点，驱动力F的作用线和从动件绝对速度Vc所在的直线就是压力角的两条边。如果能够理解到这种程度，不管是作平面连杆机构、凸轮机构还是齿轮机构的压力角都是很容易的事情。通过对学生对概念的总结情况来看，书写比较认真，并且能够做到很好理解的同学，习题的正确性非常高，期末的考试回答的也特别好，相反就比较差。
2注重现代教学手段与传统教学的结合
2.1现代教学手段的优缺点
目前的教学基本上采用多媒体教学，这种现代的教学手段对教学质量的促进和教学效率的提升确实起到了较大的作用，但是就机械类课程教学来说，全程采用多媒体教学有其一定的缺点，并且影响到最终的教学质量。
2.2采取传统教学方法的必要性
通过与学生的多次沟通交流，大多数学生反映的情况是，利用多媒体教学在动画演示、视频播放方面可以很好的展示所讲授机械的结构和运动、作业情况，但是针对一些原理性的讲述，比如说是在机械原理课程中，就凸轮轮廓曲线的设计过程、机构运动简图的绘制等，如果是通过多媒体进行展示，学生的普遍反映是效果比老师在黑板上手工演示要差得多。所以说，在机械类课程，特别是涉及一些应用性的内容时要注重现代教学手段与传统教学方法的相结合，这样可以很好的兼顾到学生对知识的掌握和理解，取得较好的教学效果。
3强调实践能力培养的重要性
3.1机械类课程的特点
从画法几何开始，机械类所开设的课程都基本要求学生要具有较强的生活观察能力、动手能力和理论与实践相结合的融会贯通的能力。再一个，机械类课程的理论性特别强，数学、力学、运动学和动力学等要求比较高。
3.2实践能力培养的方法
鼓励学生多注重观察周围的事物，特别是与机械相关的物件，养成一种爱观察、勤思考的习惯，这是决定学生能否实现实践能力培养的一个保证。再就是学院的实验室在教学期间全程向学生开放，鼓励学生多进实验室，对机械模型进行多观察、多思考，对教学实验用具多拆卸和组装，培养自己的动手和操作能力。并提醒学生在实践的过程中注重理论联系实际，结合课程理论内容的学习进度，有计划的进行相关实践的实施。
4注重团队精神的培养
4.1培养学生善于思想交流的习惯
机械设计没有最好，只有最合适，所以设计的过程中有仁者见仁，智者见智的韵味，只要能够满足设计的功能要求，可以说基本上就是合适的。在概念理解方面鼓励同学间互相交流，并就同一个概念的理解给出自己不同的认识，使大家得到在不同的角度对同一个概念的理解，这样可以优化自己的设计理念，实现最优设计。交流的过程本身是一个分享的过程，任何一个设计一般来说不是单个人能够完成的，需要几个人或者是很大的一个团队才能实现，作为一名设计人员不仅要具有较强的专业素养，更需要有良好的交流沟通能力。
4.2培养学生的整体意识
学生的整体意识培养主要包括两方面的内容，一是，学生对所设计的机械要有一个整体的概念，这是从专业的层面对学生的基本要求。再一个就是，学生在协同设计的过程中要注重团队的整体，不能顾己不顾彼，不考虑自身与团队成员间的设计部分的衔接问题，最后可能会出现衔接不上或者是相互干涉。
5结语
机械设计概述篇3
关键词：机械产品；方案设计方法；发展趋势
引 言
科学技术的飞速发展，产品功能要求的日益增多，复杂性增加，寿命期缩短，更新换代速度加快。然而，产品的设计，尤其是机械产品方案的设计手段，则显得力不从心，跟不上时代发展的需要。目前，计算机辅助产品的设计绘图、设计计算、加工制造、生产规划已得到了比较广泛和深入的研究，并初见成效，而产品开发初期方案的计算机辅助设计却远远不能满足设计的需要。为此，作者在阅读了大量文献的基础上，概括总结了国内外设计学者进行方案设计时采用的方法，并讨论了各种方法之间的有机联系和机械产品方案设计计算机实现的发展趋势。
根据目前国内外设计学者进行机械产品方案设计所用方法的主要特征，可以将方案的现代设计方法概括为下述四大类型。
1、系统化设计方法
系统化设计方法的主要特点是：将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。
系统化设计思想于70年代由德国学者pahl和beitz教授提出，他们以系统理论为基础，制订了设计的一般模式，倡导设计工作应具备条理性。德国工程师协会在这一设计思想的基础上，制订出标准vdi2221“技术系统和产品的开发设计方法。
制定的机械产品方案设计进程模式，基本上沿用了德国标准vdi2221的设计方式。除此之外，我国许多设计学者在进行产品方案设计时还借鉴和引用了其他发达国家的系统化设计思想，其中具有代表性的是：
(1)将用户需求作为产品功能特征构思、结构设计和零件设计、工艺规划、作业控制等的基础，从产品开发的宏观过程出发，利用质量功能布置方法，系统地将用户需求信息合理而有效地转换为产品开发各阶段的技术目标和作业控制规程的方法。
(2)将产品看作有机体层次上的生命系统，并借助于生命系统理论，把产品的设计过程划分成功能需求层次、实现功能要求的概念层次和产品的具体设计层次。同时采用了生命系统图符抽象地表达产品的功能要求，形成产品功能系统结构。
(3)将机械设计中系统科学的应用归纳为两个基本问题：一是把要设计的产品作为一个系统处理，最佳地确定其组成部分(单元)及其相互关系；二是将产品设计过程看成一个系统，根据设计目标，正确、合理地确定设计中各个方面的工作和各个不同的设计阶段。
由于每个设计者研究问题的角度以及考虑问题的侧重点不同，进行方案设计时采用的具体研究方法亦存在差异。下面介绍一些具有代表性的系统化设计方法。
1.1 设计元素法
用五个设计元素(功能、效应、效应载体、形状元素和表面参数)描述“产品解”，认为一个产品的五个设计元素值确定之后，产品的所有特征和特征值即已确定。我国亦有设计学者采用了类似方法描述产品的原理解。
1.2 图形建模法
研制的“设计分析和引导系统”kaleit，用层次清楚的图形描述出产品的功能结构及其相关的抽象信息，实现了系统结构、功能关系的图形化建模，以及功能层之间的联接。
将设计划分成辅助方法和信息交换两个方面，利用nijssen信息分析方法可以采用图形符号、具有内容丰富的语义模型结构、可以描述集成条件、可以划分约束类型、可以实现关系间的任意结合等特点，将设计方法解与信息技术进行集成，实现了设计过程中不同抽象层间信息关系的图形化建模。
文献［11］将语义设计网作为设计工具，在其开发的活性语义设计网ask中，采用结点和线条组成的网络描述设计，结点表示元件化的单元(如设计任务、功能、构件或加工设备等)，线条用以调整和定义结点间不同的语义关系，由此为设计过程中的所有活动和结果预先建立模型，使早期设计要求的定义到每一个结构的具体描述均可由关系间的定义表达，实现了计算机辅助设计过程由抽象到具体的飞跃。
1.3 “构思”—“设计”法
将产品的方案设计分成“构思”和“设计”两个阶段。“构思”阶段的任务是寻求、选择和组合满足设计任务要求的原理解。“设计”阶段的工作则是具体实现构思阶段的原理解。
将方案的“构思”具体描述为：根据合适的功能结构，寻求满足设计任务要求的原理解。即功能结构中的分功能由“结构元素”实现，并将“结构元素”间的物理联接定义为“功能载体”，“功能载体”和“结构元素”间的相互作用又形成了功能示意图(机械运动简图)。方案的“设计”是根据功能示意图，先定性地描述所有的“功能载体”和“结构元素”，再定量地描述所有“结构元素”和联接件(“功能载体”)的形状及位置，得到结构示意图。roper，h.利用图论理论，借助于由他定义的“总设计单元(ge)”、“结构元素(ke)”、“功能结构元素(fke)”、“联接结构元素(vke)”、“结构零件(kt)”、“结构元素零件(ket)”等概念，以及描述结构元素尺寸、位置和传动参数间相互关系的若干种简图，把设计专家凭直觉设计的方法做了形式化的描述，形成了有效地应用现有知识的方法，并将其应用于“构思”和“设计”阶段。
从设计方法学的观点出发，将明确了设计任务后的设计工作分为三步：1)获取功能和功能结构(简称为“功能”)；2)寻找效应(简称为“效应”)；3)寻找结构(简称为“构形规则”)。并用下述四种策略描述机械产品构思阶段的工作流程：策略1：分别考虑“功能”、“效应”和“构形规则”。因此，可以在各个工作步骤中分别创建变型方案，由此产生广泛的原理解谱。策略2：“效应”与“构形规则”(包括设计者创建的规则)关联，单独考虑功能(通常与设计任务相关)。此时，辨别典型的构形规则及其所属效应需要有丰富的经验，产生的方案谱远远少于策略1的方案谱。策略3：“功能”、“效应”、“构形规则”三者密切相关。适用于功能、效应和构形规则间没有选择余地、具有特殊要求的领域，如超小型机械、特大型机械、价值高的功能零件，以及有特殊功能要求的零部件等等。策略4：针对设计要求进行结构化求解。该策略从已有的零件出发，通过零件间不同的排序和连接，获得预期功能。
1.4 矩阵设计法
在方案设计过程中采用“要求—功能”逻辑树(“与或”树)描述要求、功能之间的相互关系，得到满足要求的功能设计解集，形成不同的设计方案。再根据“要求—功能”逻辑树建立“要求—功能”关联矩阵，以描述满足要求所需功能之间的复杂关系，表示出要求与功能间一一对应的关系。
kotaetal将矩阵作为机械系统方案设计的基础，把机械系统的设计空间分解为功能子空间，每个子空间只表示方案设计的一个模块，在抽象阶段的高层，每个设计模块用运动转换矩阵和一个可进行操作的约束矢量表示；在抽象阶段的低层，每个设计模块被表示为参数矩阵和一个运动方程。
1.5 键合图法
将组成系统元件的功能分成产生能量、消耗能量、转变能量形式、传递能量等各种类型，并借用键合图表达元件的功能解，希望将基于功能的模型与键合图结合，实现功能结构的自动生成和功能结构与键合图之间的自动转换，寻求由键合图产生多个设计方案的方法。
2、结构模块化设计方法
从规划产品的角度提出：定义设计任务时以功能化的产品结构为基础，引用已有的产品解(如通用零件部件等)描述设计任务，即分解任务时就考虑每个分任务是否存在对应的产品解，这样，能够在产品规划阶段就消除设计任务中可能存在的矛盾，早期预测生产能力、费用，以及开发设计过程中计划的可调整性，由此提高设计效率和设计的可靠性，同时也降低新产品的成本。feldmann将描述设计任务的功能化产品结构分为四层，(1)产品(2)功能组成(3)主要功能组件(4)功能元件。并采用面向应用的结构化特征目录，对功能元件进行更为具体的定性和定量描述。同时研制出适合于产品开发早期和设计初期使用的工具软件strat。
认为专用机械中多数功能可以采用已有的产品解，而具有新型解的专用功能只是少数，因此，在专用机械设计中采用功能化的产品结构，对于评价专用机械的设计、制造风险十分有利。
提倡在产品功能分析的基础上，将产品分解成具有某种功能的一个或几个模块化的基本结构，通过选择和组合这些模块化基本结构组建成不同的产品。这些基本结构可以是零件、部件，甚至是一个系统。理想的模块化基本结构应该具有标准化的接口(联接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、层次化、灵便化、经济化，具有互换性、相容性和相关性。我国结合软件构件技术和cad技术，将变形设计与组合设计相结合，根据分级模块化原理，将加工中心机床由大到小分为产品级、部件级、组件级和元件级，并利用专家知识和cad技术将它们组合成不同品种、不同规格的功能模块，再由这些功能模块组合成不同的加工中心总体方案。
以设计为目录作为选择变异机械结构的工具，提出将设计的解元素进行完整的、结构化的编排，形成解集设计目录。并在解集设计目录中列出评论每一个解的附加信息，非常有利于设计工程师选择解元素。
根据机械零部件的联接特征，将其归纳成四种类型：1)元件间直接定位，并具有自调整性的部件；2)结构上具有共性的组合件；3)具有嵌套式结构及嵌套式元件的联接；4)具有模块化结构和模块化元件的联接。并采用准符号表示典型元件和元件间的连接规则，由此实现元件间联接的算法化和概念的可视化。
在进行机械系统的方案设计中，用“功能建立”模块对功能进行分解，并规定功能分解的最佳“粒化”程度是功能与机构型式的一一对应。“结构建立”模块则作为功能解的选择对象以便于实现映射算法。
3、基于产品特征知识的设计方法
基于产品特征知识设计方法的主要特点是：用计算机能够识别的语言描述产品的特征及其设计领域专家的知识和经验，建立相应的知识库及推理机，再利用已存储的领域知识和建立的推理机制实现计算机辅助产品的方案设计。
机械系统的方案设计主要是依据产品所具有的特征，以及设计领域专家的知识和经验进行推量和决策，完成机构的型、数综合。欲实现这一阶段的计算机辅助设计，必须研究知识的自动获取、表达、集成、协调、管理和使用。为此，国内外设计学者针对机械系统方案设计知识的自动化处理做了大量的研究工作，采用的方法可归纳为下述几种。
3.1 编码法
根据“运动转换”功能(简称功能元)将机构进行分类，并利用代码描述功能元和机构类别，由此建立起“机构系统方案设计专家系统”知识库。在此基础上，将二元逻辑推理与模糊综合评判原理相结合，建立了该“专家系统”的推理机制，并用于四工位专用机床的方案设计中。
利用生物进化理论，通过自然选择和有性繁殖使生物体得以演化的原理，在机构方案设计中，运用网络图论方法将机构的结构表达为拓扑图，再通过编码技术，把机构的结构和性能转化为个体染色体的二进制数串，并根据设计要求编制适应值，运用生物进化理论控制繁殖机制，通过选择、交叉、突然变异等手段，淘汰适应值低的不适应个体，以极快的进化过程得到适应性最优的个体，即最符合设计要求的机构方案。
3.2 知识的混合型表达法
针对复杂机械系统的方案设计，采用混合型的知识表达方式描述设计中的各类知识尤为适合，这一点已得到我国许多设计学者的共识。
在研制复杂产品方案设计智能决策支持系统dmdss中，将规则、框架、过程和神经网络等知识表示方法有机地结合在一起，以适应设计中不同类型知识的描述。将多种单一的知识表达方法(规则、框架和过程)，按面向对象的编程原则，用框架的槽表示对象的属性，用规则表示对象的动态特征，用过程表示知识的处理，组成一种混合型的知识表达型式，并成功地研制出“面向对象的数控龙门铣床变速箱方案设计智能系统gbcdis”和“变速箱结构设计专家系统gbsdes”。
3.3 利用基于知识的开发工具
在联轴器的cad系统中，利用基于知识的开发工具nexpert-object，借助于面向对象的方法，创建了面向对象的设计方法数据库，为设计者进行联轴器的方案设计和结构设计提供了广泛且可靠的设计方法谱。则利用nexpert描述直线导轨设计中需要基于知识进行设计的内容，由此寻求出基于知识的解，并开发出直线导轨设计专家系统。
3.4 设计目录法
构造了“功能模块”、“功能元解”和“机构组”三级递进式设计目录，并将这三级递进式设计目录作为机械传动原理方案智能设计系统的知识库和开发设计的辅助工具。
3.5 基于实例的方法
在研制设计型专家系统的知识库中，采用基本谓词描述设计要求、设计条件和选取的方案，用框架结构描述“工程实例”和各种“概念实体”，通过基于实例的推理技术产生候选解来配匹产品的设计要求。
4、智能化设计方法
智能化设计方法的主要特点是：根据设计方法学理论，借助于三维图形软件、智能化设计软件和虚拟现实技术，以及多媒体、超媒体工具进行产品的开发设计、表达产品的构思、描述产品的结构。
在利用数学系统理论的同时，考虑了系统工程理论、产品设计技术和系统开发方法学vdi2221，研制出适合于产品设计初期使用的多媒体开发系统软件muse。
在进行自动取款机设计时，把产品的整个开发过程概括为“产品规划”、“开发”和“生产规划”三个阶段，并且充分利用了现有的cad尖端技术——虚拟现实技术。1)产品规划—构思产品。其任务是确定产品的外部特性，如色彩、形状、表面质量、人机工程等等，并将最初的设想用cad立体模型表示出，建立能够体现整个产品外形的简单模型，该模型可以在虚拟环境中建立，借助于数据帽和三维鼠标，用户还可在一定程度上参与到这一环境中，并且能够迅速地生成不同的造型和色彩。立体模型是检测外部形状效果的依据，也是几何图形显示设计变量的依据，同时还是开发过程中各类分析的基础。2)开发—设计产品。该阶段主要根据“系统合成”原理，在立体模型上配置和集成解元素，解元素根据设计目标的不同有不同的含义：可以是基本元素，如螺栓、轴或轮毂联接等；也可以是复合元素，如机、电、电子部件、控制技术或软件组成的传动系统；还可以是要求、特性、形状等等。将实现功能的关键性解元素配置到立体模型上之后，即可对产品的配置(设计模型中解元素间的关系)进行分析，产品配置分析是综合“产品规划”和“开发”结果的重要手段。3)生产规划—加工和装配产品。在这一阶段中，主要论述了装配过程中cad技术的应用，提出用计算机图像显示解元素在相应位置的装配过程，即通过虚拟装配模型揭示造形和装配间的关系，由此发现难点和问题，并找出解决问题的方法，并认为将cad技术综合应用于产品开发的三个阶段，可以使设计过程的综合与分析在“产品规划”、“开发”和“生产规划”中连续地交替进行。因此，可以较早地发现各个阶段中存在的问题，使产品在开发进程中不断地细化和完善。
我国利用虚拟现实技术进行设计还处于刚刚起步阶段。利用面向对象的技术，重点研究了按时序合成的机构组合方案设计专家系统，并借助于具有高性能图形和交换处理能力的opengl技术，在三维环境中从各个角度对专家系统设计出的方案进行观察，如运动中机构间的衔接状况是否产生冲突等等。
将构造标准模块、产品整体构造及其制造工艺和使用说明的拟订(见图1)称之为快速成型技术。建议在产品开发过程中将快速成型技术、多媒体技术以及虚拟表达与神经网络(应用于各个阶段求解过程需要的场合)结合应用。指出随着计算机软、硬件的不断完善，应尽可能地将多媒体图形处理技术应用于产品开发中，例如三维图形(立体模型)代替装配、拆卸和设计联接件时所需的立体结构想象力等等。
利用智能型cad系统sigraph-design作为开发平台，将产品的开发过程分为概念设计、装配设计和零件设计，并以变量设计技术为基础，建立了胶印机凸轮连杆机构的概念模型。从文献介绍的研究工作看，其概念模型是在确定了机构型、数综合的基础上，借助于软件sigraph-design提供的变量设计功能，使原理图随着机构的结构参数变化而变化，并将概念模型的参数传递给下一级的装配模型、零件设计。
5、各类设计方法评述及发展趋势
综上所述，系统化设计方法将设计任务由抽象到具体(由设计的任务要求到实现该任务的方案或结构)进行层次划分，拟定出每一层欲实现的目标和方法，由浅入深、由抽象至具体地将各层有机地联系在一起，使整个设计过程系统化，使设计有规律可循，有方法可依，易于设计过程的计算机辅助实现。
结构模块化设计方法视具有某种功能的实现为一个结构模块，通过结构模块的组合，实现产品的方案设计。对于特定种类的机械产品，由于其组成部分的功能较为明确且相对稳定，结构模块的划分比较容易，因此，采用结构模块化方法进行方案设计较为合适。由于实体与功能之间并非是一一对应的关系，一个实体通常可以实现若干种功能，一个功能往往又可通过若干种实体予以实现。因此，若将结构模块化设计方法用于一般意义的产品方案设计，结构模块的划分和选用都比较困难，而且要求设计人员具有相当丰富的设计经验和广博的多学科领域知识。
机械产品的方案设计通常无法采用纯数学演算的方法进行，也难以用数学模型进行完整的描述，而需根据产品特征进行形式化的描述，借助于设计专家的知识和经验进行推理和决策。因此，欲实现计算机辅助产品的方案设计，必须解决计算机存储和运用产品设计知识和专家设计决策等有关方面的问题，由此形成基于产品特征知识的设计方法。
目前，智能化设计方法主要是利用三维图形软件和虚拟现实技术进行设计，直观性较好，开发初期用户可以在一定程度上直接参与到设计中，但系统性较差，且零部件的结构、形状、尺寸、位置的合理确定，要求软件具有较高的智能化程度，或者有丰富经验的设计者参与。
值得一提的是：上述各种方法并不是完全孤立的，各类方法之间都存在一定程度上的联系，如结构模块化设计方法中，划分结构模块时就蕴含有系统化思想，建立产品特征及设计方法知识库和推理机时，通常也需运用系统化和结构模块化方法，此外，基于产品特征知识的设计同时又是方案智能化设计的基础之一。在机械产品方案设计中，视能够实现特定功能的通用零件、部件或常用机构为结构模块，并将其应用到系统化设计有关层次的具体设计中，即将结构模块化方法融于系统化设计方法中，不仅可以保证设计的规范化，而且可以简化设计过程，提高设计效率和质量，降低设计成本。
机械设计概述篇4
关键词关键词：制造资源；模型；概念；本体；网络本体语言
DoiDoi：10.11907/rjdk.162017
中图分类号：tp301
文献标识码：a：1672-7800（2016）008-0004-02
0引言
当今信息化浪潮中，以计算机技术、自动化技术和互联网技术为代表的信息技术在制造行业应用广泛。制造技术与网络技术、智能技术不断融合，制造模式呈现智能化、网络化和协作化趋势。制造业全球化使得制造企业更迫切希望加强合作，共享制造资源。不同企业采用的制造资源描述方法不完全相同，使得制造资源数据呈现出分布性、异构性、多样性、复杂性等。在企业之间共享资源的需求下，传统的制造资源模型已经不能满足如此复杂多样的数据形式，需要建立一个统一的制造资源模型。本体具有很强的表达能力，能有效描述制造资源的概念以及概念间的关系，使用本体来描述统一制造资源可以帮助达到制造资源共享。本文主要研究制造资源本体建模方法。
1制造资源分类
制造资源可以分为狭义制造资源和广义制造资源，狭义制造资源主要指加工一个零件所需要的物质元素，是面向制造系统底层的制造资源；广义制造资源是指完成产品整个生命周期的所有生产活动的物理信息及技术要素物的总和，包括设计、制造、维护等相关活动过程中涉及的所有软硬件元素[1]。制造资源的分类是构建模型的基础，须按照统一的标准和形式进行描述，将有共同属性的资源划分为同一类别。传统制造业将制造资源简单分为人力资源和生成设备两类，在当今科技日新月异快速发展的时代，人们对制造资源的认识和理解要复杂和深刻得多。本文按照制造资源的属性和应用方式，将制造资源分为8类[2]（见图1），具体如下：①设备资源：产品生产环节中各种制造、加工和运输设备；②人力资源：生产活动中各类人员，如管理人员、操作工人和设计人员等；③软件资源：企业管理和产品设计生产过程中各类软件，如办公软件、pRo/e等；④服务资源：产品生命周期里各种相关服务，如物流服务、培训服务等；⑤知识资源：产品生命周期中涉及到的各种研究机构、专利和市场信息等；⑥计算资源：生产活动中使用的计算机等相关硬件资源；⑦物料资源：产品生命周期使用到的原材料、能源等等；⑧除上述类别外的其它资源。
2制造资源建模方法
有研究使用状态图来描述制造资源，方法描述能力有限，没有被推广使用。面向对象的建模方法使用较多，该方法将客观世界中的事物抽象为对象，使用对象的属性来描述对象，属性的取值范围定义作为值域，用类的操作描述对象的功能[3]。基于本体的建模方法和面向对象的方法有一定相似之处，但本体更便于描述某领域中的概念和概念之间的关系，并且能够处理制造资源中具有逻辑关系的概念，所以本文采用基于本体的建模方法。
3本体建模
3.1本体的定义
本体（ontology）指事物本身，原来是哲学上的概念。目前被广泛认同的定义是“本体是共享概念模型的明确的形式化说明”[1]。包括以下几层含义：①共享：本体不是面向整体，其是共同认可的概念，是公认的知识的集合；②明确：本体中明确定义了使用的概念和概念的约束；③概念化：本体中的概念模型是客观世界抽象出来的，其与具体环境没有关系；④形式化：本体是计算机方便处理的。
本体可以定义为一个五元组o=（C，R，p，a，i），其中o代表本体，C（Concept或Class）表示概念或类别，R（Relations）表示关系，p（property）表示属性，a（axiom）表示公理，i（instances）表示实例[2]。
3.2本体描述语言owL
网络本体语言（webontologyLanguage，owL）是由w3C提出的一种本体描述语言，owL基于XmL/RDF等标准，并且与其它多种本体兼容，具有很强的语义表达和推理能力。另外，owL可以利用流行的本体描述工具protégé来描述制造资源本体，使用非常方便。owL定义了3种表达能力不同的子语言：owLFull、owLDL和owLLite，其中owLFull的表达和推理能力最强，owLDL适中，owLLite最弱。owLDL中的DL指的是描述逻辑（DescriptionLogic），其知识库是基于知识表示的一阶谓词逻辑的可判定子集。而DL与owL之间有着对应关系，如DL中用于描述概念关系的公理集tbox和描述个体实例的断言公理集abox分别对应着owL中的公理和事实，DL中的概念和角色分别对应owL中的类和属性[3]。owLDL已经能够完成制造资源本体需要的语义表达和推理服务，因此owLDL已经成为制造资源表达的首选语言。不作特殊说明情况下，以下提到的owL语言均是指owLDL语言。
3.3本体建模步骤
本体建立主要包括以下几个步骤：①明确资源本体要覆盖领域的范围；②收集资源本体领域范围内的知识（定义、术语、属性及关系），并对制造资源概念划分类别与层次，形成资源本体框架，使用本体建模语言对本体形式化描述[1]；③初步评价构建本体模型的一致性、完备性和清晰性；④检验和完善本体模型[4]。
4owL实例描述
4.1机械零件分类
本文以机械零件资源为例构建一个基于owL的资源本体，如图2所示。第一层次：按照机械零件的功能、用途分为模具行业零件、能源机械零件和机械标准件等；第二层次：按照机械标准件的属性和功能分为传动件、紧固件、轴承和法兰等；第三层次：将轴承功能及工作原理分为滚动轴承和滑动轴承；第四层次：将滚动轴承的结构特性分为推力球轴承、深沟球轴承和向心轴承等。如此划分层次清晰，结构完整，便于下一步概念本体模型的构建。
4.2制造资源概念本体模型构建
制造资源属性是描述其概念本体的重要信息，根据资源的属性特征抽象出描述制造资源的概念信息。图3是双列深沟滚动轴承的属性信息图，可将其属性进行分类，以更清晰描述概念。图4描述了双列深沟滚动轴承的属性和部分概念间的关系。
4.3基于owL的表示实例
以“双列深沟球轴承”为例，基于owL描述制造资源的方法。
（1）定义双列深沟球轴承类
上面代码用subClassof表示继承关系[5]，这里描述“双列滚动轴承”是“深沟球轴承”的子类，二者有继承关系，图形上看是一种层次结构。
（2）定义数据属性。
以上代码用Dtatypeproperty表示了“生产厂商”是“双列深沟球轴承”的一个属性，其数据类型为string。
5结语
本文按照制造资源的属性和应用方式，将制造资源分为8类，简要分析了制造资源的几种建模方式，指出基于本体的建模方式的优势。介绍了网络本体语言owL，并以机械零件中的双列深沟球轴承为例，使用owL构建本体模型。建立的本体模型能有效描述制造资源，为优化企业内部资源结构以及企业间共享制造资源奠定了良好的基础。
参考文献参考文献：
[1]魏军英，钟佩思，郭春芬，等.基于owL的制造资源本体建模[J].山东科技大学学报：自然科学版，2011，30（1）：58-61.
[2]朱李楠.云制造环境下资源建模及其匹配方法研究[D].杭州：浙江工业大学，2014.
[3]党亚洲.基于本体的机械零件资源库语义检索研究与应用[D].乌鲁木齐：新疆大学，2015.
机械设计概述篇5
【关键词】学习目的《互换性与技术测量》工程案例教学实践
一、课程特点与重要性
俗语说：“万丈高楼平地起。”没有扎实的专业基础，如何能在专业领域高屋建瓴？《互换性与技术测量》课程，从专业技术上来讲，它是与机械、电子、仪器等制造工业发展紧密联系的基础学科，不仅将涉及制造业的标准化领域与计量领域的有关知识等紧密地结合在一起，而且涉及机械设计、机械制造、质量控制、生产组织管理等许多方面，实际上是一门综合性应用技术基础学科，内容涉及机械产品及其零部件的设计、制造、维修、质量控制与生产等多方面标准及其技术知识；从教学计划上来讲，它既具有联系设计类课程与制造工艺类课程的纽带作用，又具有从基础课和其他技术基础课教学过渡到专业课教学的桥梁作用[1]。
《互换性与技术测量》课程最显著的特点是基本概念多、基本术语多、符号代码多、公差标准多、表格多、涉及的知识面广（如机械制图、机械设计基础、机械制造基础等），这些理论知识内容抽象、单调，教学中学生表现出学习兴趣不足、理解不深、概念混淆、标准乱用等问题，导致理论知识掌握不够扎实。同时，这门课程的应用性和实践性很强，而以往的传统教学以理论教学为主，实践环节只安排了孔、轴尺寸的检测、螺纹中径检测、圆锥锥度和角度检测及齿轮单项误差检测等几个验证型实验，实践教学环节比较薄弱，难以提高学生的实践动手能力和分析问题、解决问题的能力[2]。
如何让学生认识到这门课程的实用性与重要性，增强学习兴趣，变被动学习为主动求知？笔者通过教学实践，获得了一些认知。
二、基于目的性的教学过程设计
教学的过程是教师的“教”与学生的“学”的双组合，二者缺一不可。“学高为师，身正为范。”要想增强学生的学习兴趣，必须从第一堂课抓起，因为“好的开端是成功的一半”。第一堂课上得好与坏、成功与否，将直接影响到学生对教师的信任和亲近，进而影响其今后对本门课程的听课兴趣。新学期开始，学生对新课程通常怀有一种好奇心，教师应抓住学生的这种心理，激起学生的学习兴趣[3]。
在第一堂课上，笔者首先介绍了《互换性与技术测量》课程在机械行业中的应用案例，论述了作为公司的技术骨干，如何应用互换性技术制造实用、经济的机械产品；作为公司的领导者，如何应用互换性与测量技术控制产品的成本，实现经济利益的最大化；作为科研工作者或者是公司的新产品开发者，如何应用互换性与测量技术进行研发工作。这样充分调动了将有志于从事机械行业不同部门学生的学习积极性，使其认识到这门课程的实用性与重要性。其次，介绍了这门课程是如何作为从基础课到其他技术基础课的桥梁，论述了该门课程在机械行业技术中的重要性。最后，介绍了这门课程的教学方法，即每节课通过工程实践应用，论述该堂课程所讲述的内容在今后工作中的重要性，使学生深刻地认识到该门课程的应用价值和经济价值，改变学生的传统学习观念，使其由为“学分”而学习转变为为“前途”而学习，变被动学习为主动求知。
三、理论与实际应用相结合的教学实践
笔者在“极限与配合”和“几何工差”等章节的授课过程中，论述了国家俗嫉挠衫醇白槌桑机械行业中汽车制造、轨道车辆和重型机械所使用的标准以及如何推行制定行业标准，如何根据工作需要使用标准等基本技能，使学生熟悉和了解了书中所讲述的标准。然后通过实际案例，论述了机械行业如何根据产品、生产工具和生产条件设计工业产品。
例如，在机器人滚边加工过程中，需根据工业机器人的特性、滚边头的实际性能和钣金件的材料性能，设计翻边的高度、翻边起始位置和翻边工序。笔者借助图片和视频使学生了解了加工工具及加工过程。
在“检测”章节的授课过程中，笔者论述了表面粗糙度和光滑工件的概念与检测方法，介绍了检测技术不仅仅可被用于检测工件的合格与否，对于发展中的企业而言，还可以利用现有的产品，通过“模仿、学习、消化、利用、再创新”的模式设计产品；并通过船厂产品实例介绍了船用结构件的设计以及如何根据国外已有产品的测量尺寸设计自有产品和根据使用性能控制工差带。
教学实践证明：采用ppt、工程文件及视频教学的方式能够充分活跃课堂气氛，调动学生的学习积极性。
【参考文献】
[1]付求涯，邱小童.互换性与技术测量[m].北京：北京航空航天大学出版社，2011.
机械设计概述篇6
关键词：可靠性；机械制造工艺；指标体系；评价
中图分类号：tH16文献标识码：a文章编号：1009-8631（2012）（11-12）-0034-01
1引言
机械制造过程是一个复杂的动态过程，包括加工设备、夹具、刀具、检测设备、加工对象及工艺操作控制人员等。论文将机械制造过程作为研究对象，分析其对产品可靠性的保障能力，因此无论是研究对象还是分析内容都具有其特殊性，不同于普通产品，因而相关的可靠性概念不能简单地采用通常的系统可靠性定义，而需要根据对其规定的功能来加以定义。论文参考可靠性的通用定义，结合机械制造过程的特点，将机械制造的工艺可靠性定义为：机械制造过程在规定的条件下和规定的时间内，保证加工出来的产品具有规定的可靠性水平的能力。这里，机械制造过程就是产品的机械加工阶段，包括了产品的工艺设计与实现。
2机械制造的外部条件
机械制造的外部条件是指机械制造过程在规定的时间内所处的预先规定的全部外部条件，包括人员、设备、材料、工艺、测量、生产环境等条件。人员条件是对与制造过程相关的所有人员的要求，主要包括工艺设计人员、操作员、检验员等应具备的条件。设备条件是指对实现制造任务所需的所有设备的要求，主要包括对完成生产任务所需的生产、工具等所必需达到的要求。材料条件是指对构成产品（工件）实体的主要材料和在制造中起辅助作用而不构成产品实体的辅助材料所需要具备的条件。工艺条件是指完成制造任务所采用的技术方法及相关工艺文件的要求，包括对工艺技术、工艺方案、工艺流程、工艺规程、工艺细则、工艺标准、操作方法和工艺参数等具体的要求。测量条件是指对原材料检测、生产过程控制、产品质量检验、环保监测等过程所需具备条件的要求。生产环境条件是指生产（包括设计、加工、处理、装配、检测、计量、调整、试验等）的空间或厂房的大小、高低、通风、照明、温度、湿度、振动、噪声、洁净度、电磁辐射、静电、动力供应以及现场生产管理等环境条件要求。
3评价机械制造可靠性的基本概念
反应机械制造可靠性的基本概念主要有以下几个：第一，工艺故障发生率。在机械制造过程的工艺故障定义为在规定的条件下，机械制造过程丧失保障产品的可靠性指标这一规定功能的现象。一旦制造过程发生了工艺故障，无论是加工完成后产品的可靠性达不到规定要求的“软故障”还是制造设备自身出现的影响其完成加工任务的“硬故障”，势必影响加工任务的顺利完成，为生产商带来损失。因此，制造过程中应该尽量避免工艺故障的发生。在生产实践中，由于多种因素的影响，工艺故障总是不可避免的，但是对一个工艺可靠性水平令人满意的机械制造过程来讲，工艺故障的发生必然较少，所以这里提出了工艺故障发生率这个指标来评价一个制造过程发生工艺故障的频度。第二，工艺故障平均维修时间。对于复杂系统来讲，高可靠性本身不足以保证系统在需要时是可用的，还需要确保它能够快速地修复，特别是对机械制造过程来讲，只有及时地排除工艺故障，才能尽量减低制造过程工艺故障造成的损失。因此，需要通过工艺故障平均维修时间来衡量制造过程针对工艺故障的修复能力。第三，工艺稳定性。机械制造过程保障产品孔位特征的能力主要表现为产品孔位特征的加工过程是否稳定以及产品是否具有足够的加工精度。工艺稳定性是指在规定的时间内，由机械制造过程加工的产品的孔位特征值保持在一定的范围内，即具备要求的精度和偏差。论文通过机械制造过程的工序能力来衡量工艺稳定性。机械制造过程的工序能力是指工序处于稳定受控状态时，加工出来的产品质量满足技术规范要求的能力，通常通过产品孔位特征值的变异或波动来表示。工序能力取决于机械制造过程的技术能力和管理水平，决定于影响加工过程的因素（人、机、料、法、测、环等），并非决定于孔位特征的公差，但是为了通过机械制造过程的数据来评价其工序能力，需要通过与孔位特征相关的综合工序能力指数来进行评价。第四，工艺自修正性。由于多种因素影响，机械制造中不可避免地会产生加工误差。因此，对产品孔位特征的控制主要是确保加工误差在工艺文件允许的范围内。产品一般都需要按照规定的工艺路线经过多道工序加工完成，在每道工序的加工过程中都可能产生加工误差，而最终决定产品孔位特征的往往是位于工艺路线中靠后的工序，因为在前面工序中产生的加工误差有可能在后续的工序中予以修正。机械制造的工艺可靠性是一个比较抽象的概念，对一个具体的加工过程，需要全面客观地评价其工艺可靠性水平，这就要求在理解机械制造过程功能的基础上，确定评价制造过程保障产品可靠性能力的定量指标。由于产品可靠性的保障涉及多方面因素，因此不可能用单个的指标来评定机械制造的工艺可靠性，只有通过一系列的评定指标才能全面的刻画其完成规定功能的能力，这一系列的评定指标构成了机械制造的工艺可靠性的指标体系。
4工艺可靠性指标体系的选择标准
为了合理准确的评价机械制造的工艺可靠性，将其评定指标体系的选择标准归纳为以下几点：
4.1完备性：指标体系应能够全面地描述机械制造的工艺可靠性要求的各个方面；
4.2适用性：指标体系应能够与机械制造过程的运行机制相适应，即与制造过程功能失效的各种模式相对应；
4.3可计算性：能在实际机械制造过程中进行定量计算，这样才能定量评价制造过程保障产品可靠性的效果；
4.4可达性：指标应对机械制造过程完成其规定的功能起指导作用，只有制定出制造过程能够达到的功能要求，才能够对制造过程的能力提出合理的定量要求；
4.5可组合性：指标体系应能够适用于大多数制造过程，并根据具体的制造过程选取其中部分指标评价其工艺可靠性水平。
5工艺可靠性指标体系
机械制造的工艺可靠性指标体系的确定应依据工艺可靠性的定义，对定义中规定功能所涉及的各要素进行分解描述，然后再进行综合。在指标体系的确定中要考虑到机械制造过程的多加工设备和多工序的特点，同时注意到指标体系的完整性、适用性、可计算性等要求。由于产品的加工数据主要来自产品的孔位特征测量值，因此对机械制造过程的能力评价主要建立在对产品孔位特征测量值进行分析的基础上。根据前面的分析，在人员、材料、测量、生产环境等条件都能够充分保障的条件下，机械制造的工艺可靠性主要受加工设备和工艺的影响。我们用工艺可靠度、工艺故障发生率、工艺故障平均维修时间、工艺稳定性、工艺自修正性几个概念一起作为评价机械制造工艺可靠性的指标体系。
参考文献：
机械设计概述篇7
【关键词】机械创新，设计，研究
中图分类号：F407文献标识码：a
一、前言
近年来，我国在机械创新设计虽然取得了飞速发展，但依然存在一些问题和不足需要改进，在建设创新型社会的新时期，加强对机械创新设计及其研究，对确保机械创新设计水平的提高有着重要意义。
二、机械创新设计的概述
1．机械创新设计的研究对象
所谓机械创新设计(mechanicalCreativeDesign,mCD)是指充分发挥设计者的创造力,利用人类已有的相关科学技术成果(含理论、方法、技术原理等),进行创新构思,设计出具有新颖性、创造性及实用性的机构或机械产品(装置)的一种实践活动。它包含两个部分:一是改进完善生产或生活中现有机械产品的技术性能、可靠性、经济性、适用性等;二是创造设计出新机器、新产品,以满足新的生产或生活的需要。由于mCD过程凝结了人们的创造性智慧,因而其产品无疑应是科学技术与艺术结晶的产物,具有完满的美学性。
2．mCD与常规设计及发明创造的关系
（一）、mCD与常规设计
机械设计一般可分为方案结构设计、运动设计及动力设计三个阶段,其中,方案结构设计最需要创造性,设计难度也最大。常规设计一般是在给定机械结构或只对某些结构作微小改动的情况下进行的,其主要内容是进行尺度设计及动力设计。工厂生产中的非标准件设计已含有较多的创新设计成分。而相对传统设计而言,mCD特别强调了人在设计过程中,特别是在方案结构设计阶段中的主导性及创造性作用。
（二）、mCD与机械的创造发明
机械的创造发明大多属于机械结构方案的创新设计。创造发明过程及方法的专著已有问世，但大多是作宏观概括的论述,缺少具体的可操作性。mCD要完成的一个核心内容就是要探索机械产品创新发明的机理、模式及方法,要具体描述机械产品创新设计的过程,并将之程
3．机械创新设计技术
机械创新设计技术(mCD)是一门有待开创发展的新的设计技术和方法,它和机械系统设计(SD)、计算机辅助设计(CaD)、优化设计(oD)、可靠性设计(RD)、摩擦学设计(FD)、有限元设计(FeD)等一起构成现代机械设计方法学库,并吸收邻近学科有益的设计思想与方法。人们对后面六种设计理论和方法的研究较为深入且都已有专著问世,但随着认识科学、思维科学、人工智能、专家系统及人脑研究的发展,mCD正在日益受到专家学者的重视。一方面,认识科学、思维科学、人工智能、设计方法学、科学技术哲学等已为mCD提供了一定的理论基础及方法;另一方面,mCD的深入研究及发展有助于揭示人类的思维过程、创造机理等前沿课题,反过来促进上述科学的发展,实现真正的机械专家系统(meS)及智能工程(ie)。因此,mCD是meS、ie等学科深入研究发展进程中必须解决的一个分支,它要求能真正为发明创造新机械和改进现有机械性能提供正确有效的理论和方法。
三、机械创新设计研究的意义
开展mCD研究不仅具有重要的理论学术价值,而且具有较大的经济效益和社会效益。mCD的深入研究将为人们发明创造新机器、新机械提供有效的理论和方法。mCD研究必然要涉及人的思维过程、创造机理及过程等研究内容,因此mCD研究能加速机械专家智能化,实现真正的“专家”系统,在加速机械设计水平向自动化、智能化、最优化、集成化实现过程中可以作出自己的贡献。
创新设计的机械产品,必定在其原理确定阶段经过反复的综合选择,结构上或尺度设计上必定蕴含了较高的创造性,也即必定含有较高的关键技术附加值,因此产品不仅具有优越的使用性能,而且具有较完美的造型性能,这包括科学技术原理与艺术性的完美结合、人机系统的良好协调性以及良好的经济性等。这样无疑提高了产品在同类产品中的竞争力,特别是当专利产品技术形成产业化的时候,可以创造出较高的经济效益及社会效益。在mCD的实践中培养了设计人员的创造性思维,增强了其创新能力,提高了人们进行创新设计的自觉性及技术上的可操作性,使mCD成为一种工具或手段,这样,就促进了新产品(含专利产品)的繁荣与更新,为社会创造了财富。
四、机械创新设计发展方向
1．设计过程的数字化
不仅要完善工程对象中确定性变量的数学描述和数学建模，而且更要研究非确定性变量，包括随机变量、随机过程、模糊变量（人的智能、经验、创造力、语言及政治、经济、人文等社会科学因素）等的数学描述和数学建模。
2．设计过程的自动化和智能化研究
健全、研究、发展各种类型的数据库、方法库和知识库，及自动编程、自学习、自适应等高级商品化软件的研制，如研究设计知识、数据、信息的获取与处理技术、智能CaD人工神经网络专家系统的模型和应用软件等。
3．虚拟设计和仿真虚拟试验及快速成形技术的深入研究
是一种以计算机仿真为基础，集计算机图形学、智能技术、并行工程、人机工程、材料、成形工艺、光电传感技术和多媒体技术为一体的综合学科研究。
4．机械创新设计技术
（一）、智力激励法
人的创造性思维特别是直觉思维在受激况下能得到较好地发挥。一批人集合在一起，针对某个问题进行讨论时，由于各人知识、经验不同，观察问题的角度和分析问题的方法各异，提出的各种主意能互相启发，填补知识空隙，启发诱导出更多创造性思想，通过激励、智慧交流和集智达到创新的目的。
（二）、提问追溯法
提问追溯法是有针对性地、系统地提出问题，在回答问题过程中，便可能产生各种解决问题的设想，使设计所需要的信息更充分，解法更完善。提问追溯法有奥斯本体温法、阿诺尔特提问法、希望点列举法、缺点列举法。
（三）、联想类推法
通过由此及彼的联想和异中求同，同中求异的类比，寻求各种创新解法。利用联想进行发明创新是一种常用而且十分有效的办法。许多发明者都善于联想，许多发明创新也得益于联想的妙用。类比联想由一事物或现象联想到与其有类似特点的其他事物或现象，从而找出创新解法。
（四）、返向探求法
将人们通常思考问题的思路反转过来，从背逆常规的途径探寻新的解法，因此返向探求法亦称逆向思维法。例如声音既是振动，那么振动为什么不能复现原声呢？通过这样的反问，发明了留声机。
（五）、系统分析法
对于技术系统，根据其组成所有影响其性能的全部参量，系统地依次分析搜索，以探索更多和解决问题的途径。
（六）、组合创新法
组合创新法是将现有技术和产品通过功能、原理、结构等方面的组合变化形成新的技术思想和新产品。组合法应用的技术单元一般是已经成熟和比较成熟的技术，不需要从头开始，因而可以最大限度地节约人力、物力和财力。组合创新的类型很多，常用的有性能组合、原理组合、功能组合、结构重组、模块组合等。
5．系统化设计方法
（一）、设计元素法
用五个设计元素(功能、效应、效应载体、形状元素和表面参数)描述“产品解”，认为一个产品的五个设计元素值确定之后，产品的所有特征和特征值即已确定。我国亦有设计学者采（二）、图形建模法
研制的“设计分析和引导系统”KaLeit，用层次清楚的图形描述出产品的功能结构及其相关的抽象信息，实现了系统结构、功能关系的图形化建模，以及功能层之间的联接。
（三）、“构思”—“设计”法
将产品的方案设计分成“构思”和“设计”两个阶段。“构思”阶段的任务是寻求、选择和组合满足设计任务要求的原理解。“设计”阶段的工作则是具体实现构思阶段的原理解。
五、结束语
通过对新时期下，机械创新设计及其研究的分析，进一步明确了机械创新设计的方向，为机械创新设计的优化完善奠定了坚实基础，有助于提高机械创新设计的水平。
参考文献
[1]张春林，《机械创新设计》，北京：机械工业出版社，2010.
机械设计概述篇8
（淮安信息职业技术学院江苏淮安223003）
摘要：针对高职教育压缩理论课时而教学内容并未减少的实际情况，将“工程力学”和“机械设计基础”两门课程的教学内容进行了优化整合。通过采用“并行”和“串联”方式进行授课，及时将“工程力学”课程知识应用到后续“机械设计基础”中，既节约了教学时数，又提高了教学效果。
关键词：工程力学；机械设计基础；课程优化整合；高职教学
中图分类号：G712文献标识码：a文章编号：1672-5727（2014）07-0110-03
“工程力学”是机械类专业的一门专业基础课，研究工程构件最普通、最基本的受力、变形、破坏以及运动规律，为“机械原理”、“机械设计”等技术基础课和一些专业后续课程的学习打下必要的基础。原有“工程力学”课程内容包括理论力学和材料力学两大知识模块，“机械设计基础”课程内容则包括机械原理和机械设计两大知识模块。现在我们将“工程力学”和“机械设计基础”合并为一门“机械设计基础”课程，其中力学部分分配了约20学时，机械设计基础部分分配了约70学时（含6学时的实验）。这不仅考验教师的教学组织能力、授课方式及技巧，还考验学生的接受能力。如何在教学时数大幅减少，而教学目标和教学内容几乎没有变化的情况下，把这门整合后的课程上好，对教育工作者带来了很大挑战。近十几年来，笔者一直从事“工程力学”和“机械设计基础”等课程的教学，熟悉相关知识点之间的衔接，针对学时减少等课程整合后的问题，试着对授课方法作了一些调整，对授课内容顺序进行了优化整合，对相关知识点作并行讲授，收到了理想的教学效果。
两课程的教学内容分析
（一）工程力学
机械类专业的“工程力学”课程教学主要是为后续课程“机械设计基础”服务的，机械设计中用到的设计理论都是源于工程力学中材料力学部分，而材料力学的学习又必须以理论力学为基础，所以理论力学的静力学概念和公理、受力分析、力系及平衡是机械设计的必备知识。材料力学中的材料力学基本概念、杆件变形基本形式、轴向拉伸与压缩、剪切与挤压、扭转变形、弯曲变形及弯扭组合变形这些内容，在机械设计中是必不可少的，所以这些内容也是必要的教学内容。
（二）机械设计基础
“机械设计基础”课程主要是培养学生学会机构原理分析、传动参数计算及典型零件的设计或选用，为学习后续机械制造技术和机械制造工艺等专业课程进行必要的知识储备。机构自由度、平面连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构、带传动、齿轮传动、轮系、螺纹联接和键联轴、轴承等内容都是必须学习的知识点。
两课程知识点的关联性分析
（一）工程力学各知识点之间的关联分析
“工程力学”课程各知识点之间是密切关联的：（1）静力学概念，这部分内容主要是对力学中相关名称的规范性定义或描述，是力学工作的“语言”，它贯穿整个力学教学和学习过程，是后续力学课程各章节的基础知识。（2）静力学公理，揭示了作用在物体上各个力之间的内在规律，是前人总结出来的规律，学习它后可以对物体进行正确的受力分析。（3）受力分析，主要介绍构件的受力分析步骤及方法。受力分析贯穿工程力学的始终。教会学生进行正确受力分析技巧在工程力学教学中显得尤为重要。（4）力系及平衡，这部分知识主要揭示在平衡状态下，作用在物体上各作用力之间存在的内在联系，为建立各个作用力之间的关系提供理论支持，进而可以利用平衡来分析和求解作用在物体上未知的力。它是我们由已知世界探索未知世界的连杆。（5）材料力学基本概念、杆件变形基本形式，是材料力学基础知识，为我们研究材料变形、受力分析提供了方法。（6）轴向拉伸与压缩、剪切与挤压、扭转变形、弯曲变形及弯扭组合变形，揭示了工程中或机械中构件最基本的变形规律、强度校核和尺寸设计方法，是后期机械零件设计的理论依托。由以上分析可见，工程力学各部分知识点之间的关系如图1所示。
（二）机械设计基础各知识点之间的关联分析
“机械设计基础”课程各知识点之间是密切关联的，共同构成一个有机的整体：（1）机构自由度是分析机构和机器运动情况的理论基础。我们设计的机构或机器一定要按照人为设定的轨迹运动，既然这样，大多数运动装置设计时就要先进行自由度计算。若自由度和机构的主动件的数目相同，则该装置就能按照设计的轨迹工作，否则该机构根本就不能动或运动过自由。（2）平面连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构是机器中常见的基本机构，复杂的机构和机器一般是由这些机构组成的。（3）带传动、齿轮传动、轮系是机器中常见的传动系统，设计机械时也要进行传动系统的设计。（4）轴是机器中重要的零件。轴是用来支撑机器中回转零件的，是整台机器的核心。（5）轴承也是机器中重要的零件，它是用来支撑轴的，以保持轴的回转精度。（6）联接是介绍机器中零件之间最常见的联接方法，在机器选用某一型号的此类联接时要进行轴向拉伸、挤压强度或扭转强度计算。
所以，我们在教学过程中，通过设计一整台机器将上述各知识点相互关联起来，其相互关系如图2所示。
（三）两课程各部分知识点的关联性分析
“工程力学”和“机械设计基础”两门课程之间，有许多知识点具有很强的关联性：（1）“机械设计基础”在进行机构自由度分析时，运动副的类型和工程力学中约束类型及性质有关联。（2）平面连杆机构的识图、连杆机构特性分析时压力角和传动角的确定和工程力学中的受力分析有关联。（3）凸轮机构和间歇运动机构特性分析和工程力学中受力分析有关联。（4）带传动、齿轮传动、轮系的设计所依据的是工程力学的受力分析、力系及平衡、强度计算。（5）螺纹联接和键联接和工程力学中的受力分析、轴向拉伸与压缩和剪切与挤压强度计算密切相关。（6）轴设计要进行受力分析、扭转强度设计及弯扭组合强度校核无不与工程力学相关。（7）轴承的失效分析是利用工程力学中的受力分析来进行的。
两课程教学内容的优化整合
基于以上对每门课程各个知识点及两课程之间各知识点关联性的分析，将各部分内容按照图3方式进行教学优化整合。
首先，以静力学概念和公理作为基础，将“工程力学”课程受力分析、力系及平衡两部分知识点与“机械设计基础”中机构自由度、平面连杆机构、凸轮机构及间歇运动机构知识并行到一起。学生先学习受力分析和力学及平衡部分知识，再学习机构自由度、平面连杆机构、凸轮机构和间歇运动机构等知识。
其次，因“机械设计基础”中的联接部分需要进行挤压强度、剪切强度、轴向拉伸与压缩强度计算或考虑弯曲变形和扭转变形部分的知识，所以需要“工程力学”的轴向拉伸、剪切与挤压、扭转变形和弯曲变形等知识作为铺垫。
再次，齿轮传动、轮系及带传动需要以受力分析、强度理论、机构自由度、平面连杆机构等知识为基础，所以应将这部分知识放到后面讲授。
最后，轴及轴承用到力系及平衡、扭转变形、弯曲变形、组合变形等知识，所以将这两部分知识安排到组合变形后面学习比较合理。在讲组合变形强度理论后就讲授轴的知识会收到较好的应用效果。
优化整合教学与传统教学效果比较（以我院机械制造与自动化专业为例）
机械设计基础总教学时数90学时，其中力学部分占20学时，机械设计占70学时。传统讲授顺序是先用20学时将力学内容全部先讲完，然后再花70学时从机械设计原理讲到机械零件设计。传统教学方式，在实施过程中经常会出现以下情况，即讲零件设计时用到的受力分析学生已经感觉很陌生，老师不得不又花时间将前面的知识点再请出复习一下。本来在这种教学方式下，教学时数就相对紧张。再经常花时间去温故知识点，这就让教学时数显得更加吃紧。这种现象导致的结果就是老师不停的赶进度，学生来不及消化就匆匆学习新章节。
如讲光滑接触面约束时，大概10分钟讲授，20分钟举例，讲这部分内容学生很容易理解和接受。但到后续机械设计课程中学习平面连杆机构传力特性时，要用到这部分知识，这距离上次这部分内容学习间隔至少一个月了。学生已经对光滑接触面约束力特点显得很陌生了。那么老师就得先花大概5分钟的时间去复习，然后用20分钟左右去讲压力角和传动角概念，接着再用30分钟时间去举例讲授或练习各种平面连杆机构压力角和传动角的分析。共用时85分钟。
经过优化组合后，光滑接触面约束刚讲完，就讲平面连杆机构的压力角和传动角概念，大概需用时间25分钟，然后就以平面连杆杆机构为例，练习光滑接触面约束力的方向分析、压力角和传动角分析，大概用时35分钟。这种方式共用时60分钟。
通过比较，优化整合教学可节约25分钟的教学时数。不仅如此，通过现学现用，学生做到了对知识点及时消化、吸收和应用。
这种优化整合式教学效果还可以从以下表格数据中得到启发（以2011级制造专业1班和2班为例）。
由上表不难看出，优化整合不仅在教学时间上显得宽裕，而且学生在课程堂上就能将学习内容消化吸收，及时应用，学习效果明显优于传统教学方式。
综上所述，“工程力学”和“机械设计基础”是紧密联系的两门课程，将各部分知识优化整合，不仅能节约教学时数，还能增强教学效果，为后续其他专业课程的教学奠定扎实的基础。
参考文献：
[1]陈思义.高职工程力学课程有效教学方法探讨[J].职业技术教育，2011（20）：44-46.
[2]欧阳曙光.工程力学与化工设备机械基础课程整合[J].广州化工，2011（39）：169-170
[3]王燕楠.材料力学中提高综合素质的三点教学措施[J].中国科技创新导刊，2010（16）：71.
[4]杨建波，王维，蒋平．中少学时工程力学教学及教改探索体会[J].教育教学论坛，2010（6）：25-27．
机械设计概述篇9
关键词：机械设计；加工技术；机械产品
随着我国工业化技术与生产力水平的不断提高，机械化装备技术也得到了进一步发展。现阶段，我国机械化的制造质量、制造标准、制造工艺日趋完善，新技术、新标准的涌现，为我国机械化制造行业的发展提供了新的契机。机械设计加工是影响机械制造质量的主要因素，我们要深入研究机械设计加工的常见问题，以推动机械制造业的快速发展。本文从机械设计加工的概念出发，着重阐述了机械设计加工中的常见问题，并有针对性地分析了解决机械设计加工问题的有效对策。
一、机械设计加工概念
机械设计加工是通过机械零部件的设计、加工、组合来实现机械的功能性，其设计原理、运行方式、机械结构都需要满足于机械设备的具体要求，并利用整体方案逐步细化的特点来设计和制作机械零件的整个过程。机械设计加工从设计理念出发，可分为新型设计、变型设计、继承设计，其不同的设计特点为现代机械制造行业提供了极大的便利。
二、机械设计加工中的常见问题
1.零件质量问题机械设计加工中，零部件的质量会直接影响机械的寿命和性能。因此，在设计时要注意零部件的材质、特点、抗磨性、传感性等。同时，设计加工过程中也容易出现塑性变形、切割面粗糙、干裂、不耐腐等现象。2.加工精度控制不良。机械设计加工要有效控制好产品的加工精度。然而，现阶段机械设计加工时仍存在很多难以掌握的精度问题，如磨具选择、刀具的老化、温湿度变化等。这些因素都会影响机械加工的精度，进而也影响产品的质量。3.剂问题。有些机械设计加工时会使用到剂，主要是为了起到和冷凝的作用。当机床在高速运转时，设备和零件会因摩擦产生热量，这就需要使用来降低温度，以保证零件的质量。然而，现阶段很多生产单位都没有正确的使用剂，造成零件成品质量下降。
三、解决机械设计加工问题的有效对策
1.原材料的选择。原材料是机械设计加工质量的重要保障，设计和加工过程依靠对原材料的分析、处理、更换来实现零部件的制造。所以，在原材料的选择上要具有针对性，包括材料的大小、结构、质地、特性和价格等，不同的零部件所选择的原材料也不同，要正确分析和评价原材料。2.优化加工技术。机械设计加工由于材质的不同，加工时间的长短也存在不确定性，这在大规模的零部件生产中会影响产品的市场效益。因此，需要优化设计加工的设计时间、生产过程、加工技术，减少和压缩加工时间，以提高机械产品的生产效率。3.规范切削参数。机械零件生产过程中，切割技术是加工难点，切削的深度和速度会影响产品质量，所以要注重零部件的切削质量。在设计和加工时，要科学设置切削参数，不同材质的零部要选用不同的参数，这样才能够保证机械零部件的质量。4.加工工具的选择。机械设计加工时，加工工具也会影响机械产品的质量。因此，在机械零部件设计和制造过程中，要注重加工工具的选择，根据工具的特点和零部件材质的特点来选用适合的工具进行加工。另外，加工中要考虑不同刀具对不同材质零件硬度的影响，同时还要考虑不同零件的材质在大规模生产中对刀具损耗的影响。
作者:孟庆龙单位:哈尔滨电气股份有限公司
参考文献：
[1]张方东.机械设计与加工中存在的问题研究[J].内燃机与配件,2016(11).
机械设计概述篇10
【关键词】Logistic模型财务预警回归模型
机械制造业作为工业的核心，随着我国经济及工业发展，其上市公司的数量日益增多。截止2014年12月，机械行业上市公司共计556家（含机械、设备、仪表），占整个沪深两市的21.05%。在机械行业取得快速发展的同时，同样存在因财务状况异常而被特别处理或退市风险警示处理的制造业上市公司，而这特别是在2014年。呈现出这一高比例的St或*St股的原因较多，由财务原因而被特别处理的主要原因是机械制造业财务风险管理意识淡薄，缺乏适合行业有效的财务预警体系。为此，对机械制造业及整个机械行业上市公司进行财务预警分析势在必得。通过构建有效的财务预警模型，防范、化解风险隐患，对机械制造业上市公司管理层、债权人、投资者、供货商以及其他利益相关主体而言都具有十分重要的现实意义[1]。
一、Logistic模型综述及相关表达
Logistic函数是在果蝇繁殖的研究工作中发现，并最早应用于人口估计与预测，通常把该函数又称为增长函数（Growthfunction）。由该函数构建的多元逻辑模型Logistic是依据被研究对象（或分析对象）的条件概率从而判断其财务状况和经营风险。模型的建立基础是累计概率函数，其优点是不需要严格的假设条件，突破了自变量服从两组间协方差相等和多元正态分布的局限性等。相对于多元判别分析，该模型更为稳健且具有更广泛的使用范围。为此，本文选择该方法对机械制造业公司进行分析[2]。
在财务预警分析中，通常将概率最佳分割因子设为0.5，当分析对象的值小于0.5时表明其财务状况健康，相反则表明存在财务危机。在上市公司的财务分析中，Logistic模型表述为[3]：
■1.1
式中，Yi表示第i家企业的财务状况，当i=0时为财务危机企业，当i=1时为财务正常企业;Xki为第i家企业的k个财务比率。
将计算得到的Yi值代入下式1.2进行再计算：
■1.2
其pi值便是由该模型得到的对第家企业的财务危机情况预估值。当该值大于0.5时表明存在财务问题。
综合上述两市，并采用对数表达，得到Logistic模型的常用表达：
■1.3
从Logistic回归模型的原理可以看出，其模型不仅能对企业是否会发生财务风险做出很好的判断，同时还对其风险的大小可以进行量化。根据模型的理论背景，在实际应用中需有这样两个假设作为前提：（1）样本数必须为非回归参数;（2）自变量之间不存在共线性。
二、研究对象样本及相关数据选取
本文以证券会行业板块中的机械、设备、仪表类上市公司作为研究对象，其分析数据来自其中新浪网财经股票数据库，该数据库分析数据准确、及时，数据全面、可靠。
该数据库显示，截止2014年12月，机械、设备、仪表类上市公司共计556家，该类中的St和*St共计26家，占该类上市公司中的4.68%。
每个分析对象中，选取资产负债率（分析时用X1表示）、应收账款率（分析时用X2表示）、总资产周转率（分析时用X3表示）、主营业务利润率（分析时用X4表示）、每股经营现金流（分析时用X5表示）作为分析模型在计算过程中的参与分析量。资产负债率是资产负债表所有资产的总和同所有负债的总和相除得到的一个比值，对于其他指标的具体意义，在此不再详述。
三、机械制造业上市公司Logistic回归财务预警模型
（一）预警模型建立
采用统计软件――统计产品与服务解决方案软件SpSS16.0的Logistic回归功能，并选取回归方法为（wald）法，对机械、设备、仪表类上市公司的资产负债比、应收账款周转率、总资产周转率、主营业务利润率、每股经营流数据进行3次回归计算，得到结果如下表1所示：
表1SpSS软件回归求得系数值
表中，B为变量系数;S.e为标准差;wald为wald得分;df为自由度;sig为伴随概率。
由此得到Logistic回归方程为：
■3.1
得到分析对象企业的财务危机情况预估值为：
■3.2
（二）回归模型统计检验
为验证所构建的回归模型，在初值-2LogLikelihood为91.702时，再利用SpSS软件对其进行分析，其输出值为表2所示（限于篇幅，该处只列出第三步回归输出值）：
表2SpSS软件对模型计算的输出值
从计算结果可以看出，-2LogLikelihood值较大，表明本文构建的机械制造业上市公司财务预警模型拟合度较高。
（三）以川润股份为例，进行回归模型实例检验
根据所建立的Logistic回归模型，下面以川润股份（股票代码为002272）为例，进一步实例验证回归模型的统计检验。计算公式中单位为元。
资产负债比为：■=32.4%;应收账款率：■=136.97%;总资产周转率：■=28.5%;主营业务利润率：■=0.705%;每股经营现金流：X5=-0.0956。
将上述计算得到的值代入式3.2中，得到：
■=0.534。
四、结果分析
通过对川润股份（股票代码为002272）为实例进行计算，其结果为稍大于财务危机情况预估的临界值，其财务状况正常。该企业主要以生产制造销售液压设备为主，通过结合当前的机械制造业情况来看，当前制造业确实处在“艰难时刻”，这是由于受到全球经济复苏乏力、国内实体经济低位运行的影响，投资增速逐步放缓这一些因素所致。这一系列因素导致传统机械行业景气度低迷已成为不争的事实。
同时，从该股2014年9月30日公布的财务摘要中也可以看出：每股收益为0.0096元;每股现金含量为-0.0956元。
注：本文计算及结果依赖于企业公布数据的真实性，同时限于本文仅对财务预警模型的理论研究，因此其计算结果对投资人、债权人等所有利益相关方不具有实际参考意义。
五、结论
利用SpSS软件对机械设备仪表类上市公司财务数据进行统计学分析，得出Logistic回归模型参量。从而构建出当前机械设备仪表类上市公司财务预警模型，进一步将该模型中利用软件进行统计验证，其结果表明本文构建的机械制造业上市公司财务预警模型拟合度较高。
以某公司为实例，利用该模型进行分析，其分析结果为该公司超过财务危机情况预估的临界值，该公司财务状况正常，对利用Logistic回归模型的构建方法、实际应用提供了有意义的参考。
参考文献
[1]常立华.对企业财务危机临界点的认识[J].财会月刊，2008（4）.
[2]刘彦文.上市公司财务危机预警模型研究[D].大连理工大学2009.