智能制造大背景下机械设计优化路径探索

闵福均

（淮安市高级职业技术学校，江苏 淮安 223005）

机械设计是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程[1]。

1 该背景下机械设计优化的重要性

（1）机械设计是机械工程的重要组成部分，机械设计者在进行机械设计时他要考虑到一整个过程其中包括：设计、制造、使用、维护，如果设计者在设计时仅仅只考虑设计这一方面，而不从使用者的角度来考虑，那么他的这个设计将是失败的。但是如果要完全满足用户的使用体验，单纯的依赖设计者和操作者是很难完成的，这就需要结合智能机械的自身特点，从智能机械化的设计路径优化角度去进行分析，通过人工智能完成零误差或者小误差的加工程序，并且该项技术在船舶设计、汽车设计、汽轮机设计等都有大范围的使用，并且取得较好的成果。

通过优化机械设计，可以保障产品的质量，在一些重要设计中，比如汽车、汽轮这一类的设计，它们生产出来，对产品质量的要求是非常严格的，换而言之，如果在对机械的设计中弄错了一个小小的零件都是非常严重的事情，因为汽车作为生活中非常常见的交通工具，一旦出现事故，轻则损坏车主与公共设施，重则危害车主、他人性命，汽轮作为一个非常重要的交通工具，一旦出现质量问题，那么乘坐汽轮的乘客的生命都将受到威胁。机械设计优化的目的就是要在众多的设计方案中选择最优的那个设计方案，并且所选择的这个方案必须是最能保障其使用效果与质量的。

（2）优化设计可以在很大的程度上节约机械生产的成本，通过合理的设计选择最合适的了原材料，并将所有的材料都充分的运用上，不浪费原材料，从而让企业获得最大的经济效益。机械设计通常都是一个漫长的过程，期间需要稳定的经济投入与原材料的供应，这一点另很多相关的主管部分如堪重负。因此在机械设计中要将将成本控制在最低，但是，有的不良厂家为了节约成本而选择价格更低的材料，导致产品生产出来后，其质量难以保证。所以在在设计时节约成本要在保证质量的前提下进行，不然再好的设计都是白费的，产品的质量决定一切。

（3）优化设计提高产品的附带作用。通常在生活中，一个产品都会与别的产品有着附带的作用，比如镜子与梳子，顾客在购买了一款科技感很强的化妆镜以后，她在购买梳子的时候也会倾向于去买相似产品的梳子，这就像搭配一样。

2 智能制造背景下机械设计优化的路径

2.1 保证产品实用性

智能制造不是力求高效，而是将重视产品的实用性，笔者认为产品的质量、安全性都是属于实用性范畴之内，没有安全性的产品和没有质量的产品都是不实用的产品，然而智能制造背景下，就是要完成人力或者节约人力的情况下去高效完成生产过程并且获得实用性，所以这是机械设计优化的第一路径，因为我们要明白智能制造背景下是为了方便生活，方便使用，而不是以哗众取宠为主要目的，所以设计的优化方向应该朝着实用性去靠拢。只有将产品生产的全程都熟记于心后才能设计出更加实用、有质量保障的产品。对产品生产的全程都掌握，并不是的要求每个设计师都要会其中的每一项制作工艺，而是要知道这些产品在制造过程中都有哪些特点，并且设计师在对产品进行设计时一定不能忽略了这些特点，从而避免产品在设计制造的过程中产生一些不必要的浪费，提高产品的实用性。在设计产品时，设计师在遇到自己不熟悉的环节时一定要虚心学习，要知道虽然生产车间的工人不能将产品设计出来，但是在他加工的那个车间所做的工艺，他是最熟悉的，小到每一颗螺丝的位置他都熟记于心，他们做不了产品整体的设计方案，但是在那个细节方案上他们是最有发言权的。一个优秀的产品设计肯定要具有人性化的方面，只有充分的考虑了使用者的需求而做出来的设计才更加的具有实用性。

2.2 设计中要创新

在进行机械设计时，一定要创新，不能仅仅的只考虑基本的设计与制造。在社会发展中创新意识越来越被大众所推崇，产品的设计也要紧随大众的步伐、跟上时代发展的潮流，要进行创新型设计。但是创新并不代表就要抛弃以前所有的东西，而是要将以前的设计重新整理整合，将其中一些设计看看是否有组合达到等好的效果，或者将一些有缺陷的设计来进行完善。科技的发展就是在前人的基础上不断地修改与完善中找到更好的方式。任何一个设计师都是从模仿前人的设计开始的，但是想要设计出更好的作品就不能一味地模仿别人，而是要在模仿前人的设计中，找到自己的风格。一个成熟的设计师一定都是有自己独特的设计风格、设计理念，她的每一个设计作品一定是拥有着自己独特的设计灵魂的。要相信每一位天才都不是轻而易举能达到的，她都是用自己百分之九十九的努力与百分之一的天分得来的，所以在设计中一定要利用好自己的天分，更加的努力去提升自己，一个机械设计工程师通常都需要经过十几年的工作经验才能称得上是一位合格的机械设计工程师。因此在进行机械设计时，一定要把握好每一次的学习机会，虚心的向每一位专业人员学习，并且自己在进行设计时，要保证自己在产品设计中的创新意识，培养自己的创新思维。

创新思维在产品设计中是非常重要的，首先，设计就是一个创造的过程，把一个不存在的物品在自己的构思中提现到纸上并逐步地生产出来，这是一个非常具有创造性的过程。而我们作为设计工作者，在不断的提高自己各方面的能力的同时也要培养自身的创造思维，并将这些转化到自己所设计的产品中。具有创新精神的思维方式在设计中非常的终于与难得的，想要自己所设计的产品独树一格，与别人的不同就要具备创新精神，在设计产品的过程中，具有了创新精神，就可以以不同的视角来看待自己的职业与自己所设计的产品，从而突破传统的思维模式与设计方法，开拓自己的设计思路，获得更好的设计方法，设计更多更好的产品。

机械设计创新可以通过多种方式实现，较为常用的是提高机械产品的性能以及优化产品的技术特性，如适应性、可靠性、经济性等指标。此外，也可以设计全新的机械产品来实现创新。随着社会的发展，科技的进步，旧的设计思维和设计方式已不能适应现代设计的需求，机械设计需要具有独创性、实用性、突破性和联动性。独创性，即打破传统的设计模式和设计理念，采用科学合理的全新的方案和组合。实用性，即机械设计的创新应具有针对性，满足市场的需求，具有合理的功能，易于生产，使用方便。突破性，即转变原有的思维方式，不局限于机械设计领域自身，而是扩展到其他领域，并从中获取灵感，为机械设计提出新的原理，开拓新的局面。

2.3 机械设计，要优化材料的把控

智能制造很多时候受到的干扰项要多于传统制造，对于机械材料的把控优化是基础也是核心，不然无法发挥智能制造的最大优势，机械材料的优化选取要遵循三个原则，第一个是最适用原则，符合加工环境原则，第三是可替代原则。

最适用原则是优先考虑的，即对于某些加工件以及成品的实用性的考量，为了发挥其产品的实用性，比如在常规的家电机械产品加工中，对于水处理弯管，内壁等，铜件一般是作为产品的最适用材料，同时对于板料是什么厚度的材料，选取什么材质的都是需要结合产品的最适用原则，因为这样有效的提高产品的使用性能，这个在加工过程中，也可以加工出优质的产品，这个最适用原则并不是是质量最好的产品，比如汽车的发动机舱和前保险防撞梁一般都是吸能较好的低强度钢材，而后防撞梁则是高强度的钢材。符合加工环境是要结合加工工艺流程去考虑的，比如中央空调的外设主机冷却塔，是工厂生产，实地安装，所以一般都是选用304不锈钢，第一是质量相对于高强度的钢板而言较轻，便于运输和现场安装，第二由于设计误差，在实地安装的时候便于现场开槽钻孔，从水循环处理角度，第三是可替代原则，这是从经济效益角度出发，因为很多材质都是可以相互替换的，那么在机械加工中可以通过替换，比如燃气灶头锌合金和铜合金都是可以适用的，但是锌明显轻质，成本低，而且易于塑性。

总而言之，随着社会的发展，人们对生活中的一些产品在性能、环保等等方面的要求也越来越高，因此如何有效的优化产品的机械设计，使产品生产出来以后在质量得到保障的前提下拥有能好的产品性能、更加的环保、为企业带来更大的经济效益就是非常重要的。结合对产品机械设计优化路径的分析与讨论，首先我认为创新是非常重要的一点，只有做到这一点，所设计的产品才能使独一无二的和最适合的，其次保证产品的质量是非常重要的一个前提。