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（下） 　　(2)

　　3.3高层次的三化综合设计法应具有的特点

　　通过以动态优化设计为核心的三化综合设计，可以使产品获得良好的结构性能(安全、可靠、耐用等)，即在设计中全面考虑机械设备工作的可靠性、安全性及工作寿命等，这对产品综合质量的提高具有十分重要的意义。

　　通过以控制系统智能设计为核心的三化综合设计，对机械产品的参数和工作过程进行最优或次优控制，可以使机械设备获得良好的工作性能(有实际的工效、工作稳定、指标优越等)，即考虑机械设备具有较优良的技术性能和使用性能，这当然是产品设计中首先应该考虑的问题。

　　通过以可视化设计及仿真为核心(即有限范围的虚拟设计)的三化综合设计，可使机器有良好的制造性能(较好的工艺性、较短的生产周期、较低的制造成本等)。对产品的装配及工作过程实现可视化，可以检验产品制造与加工的工艺性，进而可以避免在设计中未能全面考虑工作过程中的问题和设计中存在的缺陷，使这些问题与缺陷能及早地发现和解决，因而可从某种程度上，缩短产品生产周期，提高产品的制造过程中的经济性，同时对提高产品的工作性能也有重要意义。

　　因此，这三种方法的综合，可以使产品的综合质量，即结构性能、工作性能和制造性能得到较全面的保证。不论在新产品的设计中，还是在老产品的改造中，采用这种三化综合设计法是十分必要的，而且是有效的，这对提高产品设计的综合质量具有重要的意义。

　　这里提出的三化综合设计法，不应该停留在以往一般动态优化设计、一般的智能优化设计及一般可视化设计的水平上，而是应该建立在现代科学技术高度发展的基础上的动态优化设计、智能优化设计、动态可视化设计，即高层次的三化综合设计法。高层次的三化综合设计法具有以下特点。

　　(1)非稳态特性。包括慢变、突变、参变和滞后特性，即应考虑系统或工作过程中的非稳定工况下的动态特性，严格地说，几乎所有的机械设备都处在非稳态情况下运行(包括启动和停机)。

　　(2)非线性特性。应考虑系统与工作过程中的非线性因素，不论是机械系统，或是控制系统，几乎都具有非线性的性质。在目前多数的设计中，常常忽略那些非线性因素，而使计算结果具有较大的误差，甚至会得出错误的结果。

　　(3)高维与强耦合特性。多数机器设备的实际工作系统是高维和强耦合的，因此，应该真实地反映机器实际工作的情况，即应该考虑系统的耦合性和高维的特性。

　　(4)多参数或多变量的特性。应考虑机器实际工作过程中的具有多参数和多变量等复杂的实际情况。

　　非线性动力学理论与方法、智能控制理论与技术和计算机技术的迅速发展，为上述问题的解决提供了有效的方法和实现的可能性。

　　目前我国不少产品的设计，还是以结构的静态设计(或考虑一些较为简单的动态问题)、线性系统的设计、非强耦合系统的设计为主，还没有进入较高层次的动态设计。因此，无论是对新产品开发或是老产品改造，应该在较高层次上进行三化综合设计，这样，能够在较高层次上和较大范围内实现对产品综合质量的要求。

　　所提出的三化综合设计法对于那些复杂的机械，特别是对于一些高速、大型、结构或系统复杂的机械，尤为重要。

　　4.三化综合设计法的理论意义及对我国制造业发展所起的作用

　　4.1研究三化综合设计法的理论意义

　　(1)综合设计法可以在较大范围内考虑产品设

　　计总体质量，这是国内外科学技术工作者长期以来，试图实现的目标，即找出一种或几种较全面、较完整的设计方法，解决产品设计总体质量问题。这里提出的三化综合设计法，可以在某种程度上实现上述要求与目标。这对于大型、高速、复杂的机械设备来说，尤为重要。

　　(2)综合设计法，在设计理论与方法上不是停留在一般水平上的动态优化、智能化和可视化基础上，在理论、方法和技术上有较大的突破，使目前设计理论上深层次和高难度的几个问题能得到基本的解决和具体的实现，将提出一种基于非稳态(慢变、参变、时滞等)、强耦合、多参数的非线性动力学理论的动态优化设计、控制系统设计、可视化设计的理论与方法，这在理论上具有重要的意义。

　　(3)建立一种较为完整的能用于新产品开发与老产品改造的基于产品总体设计质量的新体系。研究一种新的产品总体质量的设计软件平台。这里所指的综合设计法也可以是另外几种方法组合在一起的设计方法。科技工作者可根据各类产品的特点，提出另外几种设计方法的组合，并将这些方法的内在联系有机地结合在一起，建立起具有各自特色的综合设计方法。

　　4.2实施三化综合设计法对提高产品的性能及行业技术水平的影响

　　(1)通过动态设计，将会使大型旋转机械，如汽轮机、离心压缩机、大型风机等机械设备的动态性能得到改善与提高，克服一些现有设计的缺陷和不足。

　　可靠性设计技术的引入，使设备的工作可靠性、安全性和使用寿命得到提高；改善因产品故障造成的各种损失，进而提高产品在市场中的竞争力。

　　在保证和提高机械产品功能和质量的同时，可减少或消除机械产品在服役期中潜在的各种隐患，进而可实现机械设备经济地、合理地和安全可靠地运行。

　　(2)大型机械装备的工作参数和工作过程的智能控制与优化，首先是完成多变量参数控制系统智能建模，进而建立智能控制的理论与方法，并对工作参数实现最优化。显然这会大幅度提高机械装备的工作性能和使用性能，进而获得更高的经济效益与社会效益，并会提高产品在国内外市场上的竞争能力。对本行业发展所起的促进作用具体体现在以下几个方面。

　　机械设备的信息化和智能化可以显著提高机械设备的技术性能和使用性能，对有些设备直至实现无人操作。目前我国生产的机械设备与国外的相比，主要差距表现在这一方面。采用智能控制方法，可以使我国的机械装备逐步达到国际先进水平。

　　产品工作参数和工作过程的优化可以大幅度提高整机的性能指标和生产率，多目标、多约束系统的智能控制和优化是解决这一问题的最佳途径。

　　机械设备控制系统通常是具有时滞的强非线性系统，有时难于实现自动控制，采用智能控制可以使机械设备具有良好的技术性能，从而获得较高的经济效益与社会效益。

　　智能控制的理论和方法可以用于大型旋转机械的主动和半主动控制，从而提高大型旋转机械的综合设计水平。

　　通过完善装备制造业领域的设备诊断工程，可提高设备连续运行的时间和设备完好率水平，进而提高企业的经济效益。

　　(3)可视化设计及基于网络的设计图纸交流技术将显著提高产品的设计速度与设计水平，将真正有效地加速企业对先进三维CAD/CAE/CAM设计、分析、制造和虚拟装配技术的应用，可显著提高企业设计人员的技术水平和新产品开发的能力。

　　(4)以最优的产品质量(Q)、最低的成本和价格(C)、最短的产品开发时间(T)、良好的环境保护(E)和最佳的服务(S),即"QCTES"思想，去赢得用户和市场。对我国企业来说，新产品开发能力较弱，最主要表现在产品开发周期长、投资大、工作可靠性和安全性较差、技术性能达不到先进水平，其主要原因就是设计技术水平较低。

　　三化综合设计可以实现计算机化，有利于设计人员完成高效、高技术水平的设计。

　　应用综合设计方法对产品进行设计，将会提髙企业自主产品开发能力，提高企业的竞争力。

　　4.3实施三化综合设计法会给我国制造业带来显著的经济效益与社会效益

　　大型机电产品的设计与制造代表一个国家制造业的水平。因此，国内外的制造业都争取从不同角度来提高产品的档次和水平，研制出高质量、低成本的产品，缩短产品开发周期，提高产品在国际市场中的竞争力。

　　我国将成为重要的装备制造的生产基地之一，目前我国的装备制造业，特别是机床制造业正面临着一个自1992年以来最好的发展时期，企业的工业生产总值提高幅度呈两位数增长，市场需求旺盛，新一轮的产品供不应求的良好局面已初步形成。由于市场的急速扩胀，导致新产品的开发速度不断加快。为此，企业，特别是大型骨干机械装备制造企业，应该尽最大努力确保产品的设计质量、设计水平和设计效率，进一步缩短制造周期，提升企业的社会影响力和行业的地位。

　　目前我们已在若干机械设备的设计中采用了三化综合设计法，并已取得初步的效果。

　　总之，采用综合设计法对现代机械进行设计，将会有效地加速企业对先进设计理论与方法的应用，会加速提高企业产品设计的技术水平，并进而提升我国装备制造业设计技术水平和企业在市场中的竞争能力，同时会显著提高企业的经济效益与社会效益。