現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法的分類現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法是隨著當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用而在設(shè)計(jì)領(lǐng)域發(fā)展起來的一門新興的多元交叉學(xué)科?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法有:并行設(shè)計(jì)、虛擬設(shè)計(jì)、綠色設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、智能優(yōu)化設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、模塊化?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法是隨著當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用而在設(shè)計(jì)領(lǐng)域發(fā)展起來的一門新興的多元交叉學(xué)科。以滿足市場(chǎng)產(chǎn)品的質(zhì)量、性能、時(shí)間、成本、價(jià)格綜合效益最優(yōu)為目的,以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)為主體,以知識(shí)為依托,以多種科學(xué)方法及技術(shù)為手段,研究、改進(jìn)、創(chuàng)造產(chǎn)品和工藝等活動(dòng)過程所用到的技術(shù)和知識(shí)群體的總稱?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法有:并行設(shè)計(jì)、虛擬設(shè)計(jì)、綠色設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、智能優(yōu)化設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、模塊化設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)、人機(jī)學(xué)設(shè)計(jì)、摩擦學(xué)設(shè)計(jì)、反求設(shè)計(jì)、疲勞設(shè)計(jì)一、并行設(shè)計(jì)并行設(shè)計(jì)是一種對(duì)產(chǎn)品及其相關(guān)過程(包括設(shè)計(jì)制造過程和相關(guān)的支持過程)進(jìn)行并行和集成設(shè)計(jì)的系統(tǒng)化工作模式。強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品開發(fā)人員一開始就考慮產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)到消亡的整個(gè)生命周期里的所有相關(guān)因素的影響，把一切可能產(chǎn)生的錯(cuò)誤、矛盾和沖突盡可能及早地發(fā)現(xiàn)和解決，以縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低產(chǎn)品成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量。并行設(shè)計(jì)作為現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論及方法的范疇，目前已形成的并行設(shè)計(jì)方法基本上可以分為兩大類:(l)基于人員協(xié)同和集成的并行化。就是把組成與產(chǎn)品方面有關(guān)的，針對(duì)給定設(shè)計(jì)任務(wù)的專門的、綜合性的設(shè)計(jì)團(tuán)體(企業(yè))協(xié)同起來。豐田的產(chǎn)品開發(fā)過程有四個(gè)主要內(nèi)容：一個(gè)產(chǎn)生主要設(shè)計(jì)的概念論文的規(guī)劃階段,同步設(shè)計(jì)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段,一個(gè)具有設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的詳細(xì)設(shè)計(jì)階段一個(gè)精益生產(chǎn)的樣機(jī)模具階段。廣泛地協(xié)調(diào)，不僅僅在設(shè)計(jì)而且還有生產(chǎn)以及銷售,協(xié)調(diào)從概念到市場(chǎng)完整的項(xiàng)目,概念創(chuàng)造以及概念支持者,規(guī)格、成本目標(biāo)、設(shè)計(jì)以及主要部件選擇，確信產(chǎn)品概念精確地被轉(zhuǎn)換為車型的技術(shù)細(xì)節(jié),直接地、經(jīng)常地與設(shè)計(jì)師以及工程師交流,建立與顧客直接接觸（產(chǎn)品經(jīng)理辦公室實(shí)施它自己的市場(chǎng)調(diào)查，除了通過市場(chǎng)營(yíng)銷進(jìn)行的定期市場(chǎng)調(diào)查）。前端設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)與供應(yīng)商實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的集成多部門協(xié)調(diào)研發(fā)以客戶為中心降低批量規(guī)模(2)基于信息、知識(shí)協(xié)同和集成的并行化。該方法基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)，各零部件的設(shè)計(jì)人員通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對(duì)機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)，并進(jìn)行可制造性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性、可裝配性等內(nèi)容的分析及時(shí)的反饋信息，并按要求修改各零部件的設(shè)計(jì)模型，直至整個(gè)機(jī)電產(chǎn)品完成為止?？梢圆捎妹嫦蛑圃?DFM)和面向裝配(DFA)的設(shè)計(jì)方法，涉及CAX技術(shù)、產(chǎn)品信息集成(PDM)技術(shù)以及與人員協(xié)同集成有關(guān)的信息技術(shù)。當(dāng)然，這兩種機(jī)電產(chǎn)品并行設(shè)計(jì)方法并不是相互獨(dú)立的。在實(shí)際應(yīng)用過程中，它們往往是緊密結(jié)合在一起的。實(shí)例：并行工程應(yīng)用于整車項(xiàng)目開發(fā)案例研究在組織機(jī)構(gòu)上，建立一支跨部門矩陣式的開發(fā)團(tuán)隊(duì)，團(tuán)隊(duì)全體成員共同對(duì)團(tuán)隊(duì)的目的和目標(biāo)負(fù)責(zé)，每一個(gè)成員都能理解其職責(zé)。它確定團(tuán)隊(duì)活動(dòng)的焦點(diǎn)，包括服務(wù)和產(chǎn)品。全體成員相互依賴，在協(xié)同環(huán)境中工作，實(shí)施信息預(yù)發(fā)布、設(shè)計(jì)評(píng)審及反饋，定期組織團(tuán)隊(duì)會(huì)議，進(jìn)行信息交流、討論，進(jìn)行團(tuán)隊(duì)決策，確保團(tuán)隊(duì)計(jì)劃向前推進(jìn)。結(jié)構(gòu)上可將開發(fā)團(tuán)隊(duì)劃分成若干小組（IPT）。并行工程所需的體系結(jié)構(gòu)通常由工程設(shè)計(jì)、質(zhì)量管理、過程管理、軟件環(huán)境和生產(chǎn)制造等5個(gè)系統(tǒng)組成（見圖1）。一般地，汽車整車產(chǎn)品開發(fā)共有4個(gè)大的階段，即策劃階段、設(shè)計(jì)階段、樣品試制階段和小批試制階段。并行工程在實(shí)施過程中對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)度和質(zhì)量控制都可分多級(jí)并行循環(huán)體，對(duì)開發(fā)進(jìn)行協(xié)同、配合、反饋和修改的循環(huán)工作。設(shè)計(jì)部門與技術(shù)支持、工藝、質(zhì)量、制造、銷售、計(jì)算機(jī)仿真和供應(yīng)商等部門形成一個(gè)大的循環(huán)體，各部門內(nèi)部又有各專業(yè)小組之間的小循環(huán)體，根據(jù)需求不同可建立不同的循環(huán)體（見圖2）。1.在整車項(xiàng)目開發(fā)周期管理中的作用圖3所示為整車開發(fā)過程的大計(jì)劃，縱向列出全部工作內(nèi)容，橫向列出整體開發(fā)的時(shí)間，在什么時(shí)間完成什么內(nèi)容，是什么部門完成一目了然。大計(jì)劃通過各部門充分討論，達(dá)成共識(shí)、會(huì)簽，并經(jīng)總經(jīng)理簽字下發(fā)。各部門再根據(jù)大計(jì)劃編制各部門更詳細(xì)的計(jì)劃，然后按計(jì)劃并行實(shí)施。從圖中可以看出，大部分工作下游部門都提前幾個(gè)月介入，這是縮短開發(fā)周期的關(guān)鍵，即所謂的并行，而傳統(tǒng)的開發(fā)流程總是需要上游部門完成后再進(jìn)行下游部門的工作。以模、夾具的開發(fā)為例，運(yùn)用并行工程，其與車身工程設(shè)計(jì)幾乎同時(shí)進(jìn)行，從整個(gè)計(jì)劃第4個(gè)月開始介入，在整個(gè)開發(fā)周期的第22個(gè)月完成。而運(yùn)用串行工程，其在車身工程設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行，從整個(gè)計(jì)劃第15個(gè)月才介入，在整個(gè)開發(fā)周期的第34個(gè)月才完成。運(yùn)用并行工程開發(fā)時(shí)間上節(jié)約近36%，整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)周期可以縮短40%～50%。設(shè)計(jì)部門不斷預(yù)發(fā)布、評(píng)審、輸出，相關(guān)部門評(píng)審、驗(yàn)證意見和建議不斷反饋，然后設(shè)計(jì)不斷更改，通過預(yù)發(fā)布和設(shè)計(jì)評(píng)審、修改若干個(gè)循環(huán)，這樣可以把不必要的失誤和不足消滅在設(shè)計(jì)階段，同時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)。在各系統(tǒng)設(shè)計(jì)輸出評(píng)審的時(shí)候，相關(guān)部門的意見至關(guān)重要。在產(chǎn)品開發(fā)的早期階段解決設(shè)計(jì)問題，所冒的風(fēng)險(xiǎn)和損失最小。各系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和預(yù)發(fā)布評(píng)審都需相關(guān)部門的工程師參加，反饋意見馬上修改。造型設(shè)計(jì)，預(yù)發(fā)布評(píng)審需邀請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)部門的領(lǐng)導(dǎo)、設(shè)計(jì)總師、設(shè)計(jì)工程師、工藝工程師、模具工程師、制造工程師和銷售人員等?？偛贾迷O(shè)計(jì)，需邀請(qǐng)車身、底盤、電器以及內(nèi)外飾各系統(tǒng)工程師、整車安全法規(guī)工程師等參與預(yù)發(fā)布評(píng)審。小批試制階段，小批試制是批產(chǎn)前的關(guān)鍵過程，所有的問題必須在此階段解決，無(wú)論是技術(shù)性的還是生產(chǎn)性的問題，設(shè)計(jì)、工藝、模具、夾具、制造和質(zhì)量工程師必須全程跟蹤，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)修改、驗(yàn)證。公告認(rèn)證、安全氣囊匹配驗(yàn)證和ABS匹配驗(yàn)證等的驗(yàn)證工作大都選用這階段生產(chǎn)的車，因?yàn)闀r(shí)間上可以提前，可并行完成，車況上與量產(chǎn)車非常接近?？傊?，在整車開發(fā)的各個(gè)過程中，相關(guān)的部門都是提前滲入、協(xié)同工作、及時(shí)反饋、及時(shí)修改，使開發(fā)全過程方案更改次數(shù)減少50%以上，質(zhì)量達(dá)到最佳，為質(zhì)量的“零缺陷”打下基礎(chǔ)。二、虛擬設(shè)計(jì)在達(dá)到產(chǎn)品并行的目的以后，為了使產(chǎn)品一次設(shè)計(jì)成功，減少反復(fù)，往往會(huì)采用仿真技術(shù)，而對(duì)機(jī)電產(chǎn)品模型的建立和仿真又屬于是虛擬設(shè)計(jì)的范疇。所謂的虛擬制造(也叫擬實(shí)制造)指的是利用仿真技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)實(shí)制造活動(dòng)中的人、物、信息及制造過程進(jìn)行全面的仿真，發(fā)現(xiàn)制造過程中可能出現(xiàn)的問題，在真實(shí)制造以前，解決這些問題，以縮減產(chǎn)品上市的時(shí)間，降低產(chǎn)品開發(fā)、制造成本，并提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。虛擬設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)在產(chǎn)品加工制造之前，建立產(chǎn)品的功能、結(jié)構(gòu)模型，并能對(duì)其進(jìn)行修改和評(píng)審，以滿足不同客戶的要求。它不僅繼承了傳統(tǒng)CAD設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)也具備了仿真技術(shù)可視化的特點(diǎn)，更能支持協(xié)同工作和并行設(shè)計(jì)，從而縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期并通過各先進(jìn)技術(shù)的利用和補(bǔ)充，使產(chǎn)品保持技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)。汽車車輛虛擬設(shè)計(jì)與制造技術(shù)應(yīng)用實(shí)例(1)車身設(shè)計(jì)階段使用One-Step仿真軟件進(jìn)行快速?zèng)_壓成形性校核，可大大減少設(shè)計(jì)返回帶來巨大損失。(2)模具設(shè)計(jì)階段采用Increment仿真軟件進(jìn)行沖壓仿真分析，可大大減少模具調(diào)試時(shí)間。汽車研發(fā)典型流程中，實(shí)際工作中，經(jīng)常出現(xiàn)某些車輛沖壓件成形困難不得不返回設(shè)計(jì)部門更改設(shè)計(jì)現(xiàn)象，不得不犧牲總體性能來解決局部設(shè)計(jì)問題。解決該問題最好辦法是對(duì)車輛件設(shè)計(jì)后立刻進(jìn)行成形性校核，發(fā)現(xiàn)問題及早解決。由此產(chǎn)生了一步逆成形（One-StepForming）軟件，如瑞士AutoForm.Eng.公司AutoForm/One-Step、加拿大FTI公司Fast3D、法國(guó)SIMTECH公司SIMEX以及我們自主開發(fā)KMAS/One-Step軟件等。一步成形也稱逆成形法（InverseApproach-I.A.）。與傳統(tǒng)增量法由坯料到?jīng)_壓件成形順序相反，它是由制件逆成形方向反推到坯料。它可以模擬一步或多步成形、翻邊等成形過程。一步成形計(jì)算速度非?？欤ㄖ械燃∮?0分鐘），能夠比較準(zhǔn)確預(yù)示制件成形性，為結(jié)構(gòu)和碰撞分析提供真實(shí)信息（厚度、