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） 　　(2)

　　基于质量功能展开的(QFD)设计：这种方法以用户的要求为出发点，从产品所要求实现的功能的角度，建立起表征产品质量的多个质量屋(HOQ)，然后对产品进行设计规划与优化，使产品质量具有较高的档次。这种方法对复杂机械来说，实施起来相当困难。

　　三次设计法：此方法是由日本的Tagnchi于20世纪60年代提出的，即包括系统设计、参数设计和容差设计，现在己发展为具有智能性质的三次设计法。提出这种方法的出发点是更加全面地考虑提高产品的质量，降低制造成本和缩短制造周期。

　　动态设计：不论是国内还是国外，动态设计都还处在初级阶段，许多高层次动态设计问题正在研究过程中。正因为如此，目前大型高速旋转机械屡屡发生毁机事故，由于这些事故多数是在强非线性、强耦合、非稳态的条件下发生的，因此，近来国内外科技工作者对这些机械的动态设计十分重视。动态设计己经从一般的动态设计向更高层次的方向发展，即向非稳态(慢变、参变、时滞等)、非线性、强耦合、高维、多参数的研究方向发展。这就要求设计者用更新和更高深的理论、方法与技术进行设计，这必然会给更高层次的动态设计带来较大的难度。

　　智能设计：它有两种不同的含义，一是用智能方法进行设计，二是对设计的对象实现智能化。这是国内外产品设计的主导方向，也是现代机械设备所应该体现的基本内容。对于智能设计，国内外都十分重视，因为产品的智能化会在较大程度上提高产品的性能和质量，提高产品在国际市场上的竞争力。文中所指的智能设计是对产品的性能参数及其工作过程进行智能控制与优化，使产品具有优良的工作性能，进而给产品带来经济效益和社会效益，甚至是重大的经济效益和社会效益>这是任何一种产品设计所不可缺少的，也是机器设计中首要考虑的问题。

　　可视化设计：可视化设计或局部范围内的虚拟设计，它对检查产品结构上合理性、可制造性或可装配性等具有重要意义。通过可视化检查可以了解产品在设计中存在的缺陷，并及早地进行修改，避免设计工作过程中时常出现的重新设计与返工，从而可以加快设计进度，缩短生产周期。此外，设计过程中对机器的工况或工作过程进行仿真也是可视化设计中的一项重要内容，对机器的工作参数和工作过程进行动态模拟或仿真，在某种程度上可以代替试验，减少试验的次数和时间，但新产品试制后的试验工作也是不可缺少的，通过试验，对机器合理的工况或不合理的工况进行反馈，从而肯定或否定原有的设计，或对原有的设计进行改进，使产品向更高的层次上发展。

　　前面列举的几种设计方法，可以从不同角度来达到产品综合设计质量的要求。

　　2.产品设计在保证产品质量过程中的重要作用

　　2.1产品广义综合质量的基本内容

　　产品广义综合质量或总体质量应该包括哪些呢？从广义的角度来看，最主要的有以下13点，可以称它为13性：①系统可靠性。②人机安全性。③环境无害性。④工作耐久性。⑤造型艺术性。⑥运行稳定性。⑦工效实用性。⑧指标优越性。⑨操作宜人性。⑩制造工艺性。?结构和零部件的规范性。?生产周期性。?产品经济性(包括设计经济性、使用经济性和制造经济性)等。

　　前面所提出的这些质量要求都十分重要，归纳起来大体可分为三个主要方面：①结构性能：安全、可靠、耐用、外形美观。②工作性能：有实际的工效、工作稳定、指标优越。③制造性能：较好的工艺性、较短的生产周期、较低的制造成本等。

　　如果在新产品开发中，充分考虑用户的需求，使产品具有良好的质量(切(这里所指的质量是狭义的，主要是指产品的结构性能(如工作可靠性)和工作性能(如技术性能等)、合适的价格(C)和较短的交货时间或生产周期(T)(可把两者作为制造性能来考虑)、优良的工作环境(E)及良好的售后服务(S)等)，满足上述三种性能的产品是优良的产品，它在市场中应该具有较强的竞争力，这是所有设计工作者所追求的目标。

　　50多年来，我国制造业有了很大的发展，到现在我国已能自行设计和生产各种机械设备，如冶金设备、发电设备、化工设备和数控设备等诸多的工业装备，有的设备己达到国际先进水平，在国际市场中具有较强的竞争力。但还有许多设备的设计质量和制造质量与国外产品相比，有较大的差距。产生这些差距的主要原因是产品设计水平较低。如果能在下面一些问题上加以考虑，将会在较大程度上提高产品的设计质量。

　　机械设备的结构性能：即设备的工作可靠性、安全性与工作耐久性。

　　机械设备的工作可靠性和安全性是在机器的设计、生产和使用过程中必须考虑的头等重要的问题。目前不少机械设备在运行过程中出现过严重问题。无论是在国内还是在国外，汽轮发电机组常常发生毁机事故，造成巨大的经济损失。这些机械的严重事故通常是由于机器运转过程中的非线性动力学因素所引发的过大的振动而造成的。因此，为了保证这些机械，特别是大型、高速的旋转机械(如汽轮机、大型高速压缩机等)工作的可靠性和安全性，首先应通过合理的设计，特别是采用动态设计理论与方法进行设计，这里所指的动态设计是应用动力学的设计方法，特别是应用非线性动力学的设计方法选择机械设备较优的结构、较优的动力学参数和动力学状态，这样可以在较大范围内考虑机器工作过程中非线性因素的影响，使振动超标等有关动力学问题在机器运转过程中得以消除。

　　机械装备的工作性能：即有实际的工效、工作稳定、指标优越。

　　机械设备的智能化是目前世界各国制造业的主导方向，我国对产品智能化的工作也十分重视。

　　机械装备的技术性能及使用性能是体现现代机械设备质量的最重要内容之一。为了保证机械设备，特别是现代大型机械装备的技术性能及使用性能，以便获得良好的工艺指标和良好的操作性能，需要对机械设备进行智能化设计，即对机械产品的工作参数及其工作过程实现最优控制或次优控制，对现代机械的参数及工作过程实现优化，使机械设备具有良好的工作性能，能获得较高的功效。智能化设计是保证现代机械具有良好技术性能的必要手段。机械装备工作状态的实时监测是实现智能控制与优化的先决条件，是保证机械正常与有效运转的重要措施之一，也是现代机械智能设计的一项基本内容。据有关专家统计，状态监测与诊断设备的投入与产出比为1:10,可见其经济意义之重大。现代机械优良的技术性能和使用性能应该通过智能化的设计工作来获取。

　　现代机械的产品制造性能：即制造加工工艺性、产品生产周期和制造成本等。

　　机械设备的制造过程往往需要较长的时间、较高的成本。产品的制造工艺性与机器结构和零部件的规范性(包括标准化、通用化和系列化等)会直接影响产品的生产周期、产品制造的经济性及产品的总成本。因此，在产品设计过程中，必须仔细考虑产品的制造工艺性和零部件的标准化、通用化及系列化等有关问题。良好的产品设计一定会使所设计的产品具有良好的制造性能。

　　机械设备的设计工作可以充分体现产品的综合质量(我们称它为三性：即结构性能、技术性能和制造性能)，因此可以说，产品设计是产品质量的灵魂。机械产品的先进落后，很大程度上取决于设计质量。一般来说，产品设计的成本在整个机械产品成本中不到30%，但它在很大程度上决定了产品的档次和水平，产品设计对产品质量的贡献率可以达到70%。要使机械产品的质量上水平，首要的任务是保证产品的设计质量。我国要成为现代制造业的基地之一，最重要的任务是要集中力量用现代设计理论与方法来指导新产品的开发，使现代机械产品具有较高的工作可靠性和安全性、较优良的技术性能和使用性能、较短的生产周期、较高的经济性、足够的工作耐久性(工作寿命)等，使我国生产的机械设备具有较高档次与水平，在国内外的市场竞争中将能立于不败之地。