现代机械产品设计在新产品开发中的重要作用--兼论面向产品总体质量的＂动态优化、智能化和可视化＂三化综合设计法（上） 　　

　　摘要：机械设备正在向高效化、精密化、智能化、集成化、数字化方向发展，对机械设备的设计质量提出了愈来愈高的要求，现代机械产品设计在新产品开发中起着头等重要的作用。讨论了产品广义质量所包含的内容，阐明了产品的设计对产品综合广义质量(包括结构性能、工作性能与制造性能)的重要影响。提出了一种基于动态优化设计、智能化设计与可视化设计(局部虚拟设计)的三化综合设计法，介绍了该法的主要内容和特点，所提出的这种方法可以在较大程度上满足用户对产品综合广义质量的要求。该法己在某些新产品开发中加以应用，取得了良好的效果。

　　关键词：产品设计产品综合广义质量动态优化设计智能化设计可视化设计三化综合设计法

　　0.前言

　　机械设备在国内外市场中竞争力的强弱，在很大程度上取决于产品的质量(这里所指的是广义质量，即包括Q、C、T、E、S等用户对产品的各种要求)，而产品的质量又在很大程度上取决于产品的设计，产品的设计质量可赋予某种产品"先天性优劣"这种至关重要的本质特性。因此对绝大多数产品来说，产品的设计在保证产品质量的过程中起着头等重要的作用。

　　长期以来，科技工作者试图通过各种设计方法来满足用户对产品广义质量的要求，尽最大努力来提高所研制产品的质量。到目前为止，已提出了数十种设计方法，诸如概念设计、可靠性设计、动态设计、优化设计、智能设计、虚拟设计和绿色设计等，这些设计方法可以从不同角度来满足用户对产品广义综合质量的要求。但是在产品设计中全面采用所有这些设计方法是不现实的，只能选择对产品广义质量有重要影响的少数几种方法进行产品设计，而对其他设计方法所能实现的对产品质量的要求，只能在设计过程中进行适当的考虑，对产品质量影响不大的设计方法甚至不予考虑。据此，提出一种基于"动态优化设计、智能化设计和可视化设计"的三化综合设计法，试图应用这种综合设计法对产品进行设计，以便在较大程度上使产品获得良好的广义综合质量，进而满足用户对产品的各种要求。

　　要搞好产品设计，首先必须了解并尽可能在设计中反映当代机械科学技术发展的水平与趋向，以及国内外科技工作者提出的或在企业部门中获得应用的各种先进和有效的设计方法。为此，首先讨论现代机械发展的趋向，列举目前沿用的诸多设计方法，并对它们进行了分类；还扼要叙述最常用的几种设计方法的主要内容。

　　为了搞好设计，还应该全面了解产品广义综合质量的内涵及如何通过各种设计方法来实现用户对产品广义综合质量的要求。为此，对产品的广义综合质量进行了较详细的分析，将它划分为结构上的质量(即结构性能)、使用过程中的质量(即工作性能)和制造过程中的质量(即工艺性能)，提出的这三种性能基本上可以概括目前广泛采用的Q(质量，狭义的)、C(价格或成本)、T(生产周期)、E(环境)、S(售后或售前服务)等产品总体质量或广义综合质量的基本内容。

　　为了搞好设计，应该了解现代机械产品设计方法与产品广义综合质量的相互关系，以及产品设计在新产品开发中的重要作用。合理地和有效地应用这些设计方法可以使产品获得优良的结构性能、优越的工作性能及良好的工艺性能，使所设计的产品具有良好的广义综合质量；产品设计在新产品开发、老产品改造及机械装备基地建设中均会发挥其重要的作用。

　　1.现代机械的发展方向及现代设计理论与方法的种类

　　l.1现代机械的发展趋向与产品设计方法

　　机械设备正在向大型化(或微型化)、高速化、

　　高效化、精密化、集成化、综合(指功能)化、模块化、自动化、智能化、数字化、网络化和绿色化方向(即大(或微)、高(1)、高(2)、精、集、综、模、自、智、数、网和绿等十二字方向)发展(图1)，因此，对产品质量的要求也愈来愈高。高质量的产品是通过精心设计、精密的制造加工、严格的管理生产出来的，但最先的工作或核心的工作是设计，它对产品质量与档次起着"先天性"的本质影响。为了设计出高质量的机械产品，几十年来，科学技术工作者提出了各种各样的设计方法，下面从不同角度对这些方法进行了分类。

　　1.2几种主要设计方法

　　在科学技术工作者提出的各种各样的设计方法中，较有代表性的方法有：全生命周期优化设计、虚拟设计M、并行设计面向产品质量的功能化设计QFD广、智能设计、创新设计和动态设计等。这些设计方法一般只能考虑产品综合质量的某一个方面，或少数几个方面。

　　全生命周期优化设计：对产品的工作寿命的考虑，在理论上看来是比较全面、比较合理的，但实施起来比较困难。一是目标函数和约束条件太多，二是所需的原始数据很难准确的获取，因此难以获得十分精确的结果。此外，这种方法对机器的工作性能的好坏，如技术性能和使用性能等，未能得到明确的反映。

　　虚拟设计：美国已将虚拟设计与制造应用于777飞机的设计与制造过程中，这种方法对于某些产品来说，是具有重要意义的，是可以采用的。对于设备的工况予以现实模拟，使用户可以直接从外观上，或从它的功能上较全面了解所需设备的情况。但是对于一些特别复杂的机械设备，深层次的情况很难进行模拟。此外，虚拟技术如果没有充足的试验资料或良好的实践基础，这些虚拟技术也会?是不完全符合实际的。

　　创新设计：在即将到来的知识经济时代，创新在设计中显得十分重要，特别在概念设计过程中是不可缺少的。在创新设计中提倡的是设计的创造性，这是一种设计思想和设计观念。对哪些具体内容进行创新，这是不明确的，所有方面都要创新，也是不可能的，只能在一些主要方面进行创新。所以它的内涵不很明确，也不很具体，要依靠设计者本人具体地加以掌握。

　　网络设计和并行设计：利用这些方法可以加快产品的设计速度，加速各设计部门间的联系，缩短设计制造周期。它并不明确包含设计的那些具体内容。这些方法对保证与提高产品设计质量和缩短设计周期具有重要的意义。