工程机械的发展与其现代设计方法
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摘要：从国内工程机械企业频频推出的新产品不难看出，中国工程机械正朝着节能化、智能化、定制化方向发展。无论从工程机械的数量、质量，还是形式，均对现代设计方法提出了挑战。
关键词：工程机械;发展;现代设计方法
中图分类号：X701
文献标识码：A
引言
面对激烈的竞争，如何在竞争中求生存才是寻求经济发展的重要突破口，而在机械工程设计中运用好创新思维可以很好的实现经济发展的质的飞跃。尽管我国的机械工程设计已经取得了不小的成就，但是仍然会存在各种问题阻碍其继续发展，这就需要顺应时代发展的趋势融入创新思维理念，使得我国的机械工程设计更好地为经济发展添砖加瓦。
1工程机械的发展
工程机械多应用在交通运输工程建设、能源领域工程建设、原材料领域工程建设、农林基础设施建设、水利工程建设、城市工程建设、环境保护工程建设、大型工业运输车辆、电梯、国防工程建设用军用工程装备等领域。工程机械按产品类型可分为挖掘机械、铲土运输机械、起重机械、工业车辆、压实机械、混凝土机械、掘进机械、路面机械与养护机械、桩工机械、市政与环卫机械、混凝土制品机械、高空作业机械、装修机械、钢筋与预应力机械、凿岩机械、气动工具、军用工程机械、电梯与扶梯、工程机械配套件、其他专用工程机械 20大类，109 组，450 种基型，1090 个系列，上万个型号的产品设备，我国已成为工程机械产品类别、产品品种最齐全的国家之一。
近年来，工程机械产品发展很快，成绩显著。1999 年 -2012 年，全行业有 1400 余家企业，其中主机厂 710 家，11 个企业进入世界工程机械企业 50 强，30 多家企业上市 A 股和 H 股;销售总额已超过美国、德国、日本，位居世界第一位，产值从 1999 年的 389 亿人民币发展到 2010 年的 4367 亿人民币，2012 年总产值近 5000 亿人民币;进出口贸易总额由 2001 年的 22.19 亿美元上升到 2010 年的 187.4 亿美元，增长 8.23 倍，其中进口贸易总额由 2001 年的 15.5 亿美元上升至 2010年的 84 亿美元，增长 5.42 倍，出口总额由 2001 年的 6.8 亿美元增加到2010年的103亿美元，增加了15倍。尽管，近几年总产值有所下降，但出口额仍然大幅度上升，2015 年达到近 200 亿美元，我国工程机械出口至 200 多个国家和地区，成为世界上工程机械生产大国。
由于工程机械行业的快速发展，一方面使我国工程机械自给率由2010 年的 82.7% 提升到 2015 年的 92.6%，另一方面也使我国工程机械的现存保有量大幅度增加，加上过去的发展，使能也大幅增加。又限于工程机械行业的发展过多依赖于实物产品产量的增长，而产品的技术档次的提高，技术含量的增强，特别是技术含量对产品经济价值提高的贡献率不大，致高端产品的产能不足，中端产品仅能满足要求，低端产品的产能过剩。在我国制造业加速改革之际，自主研发和生产中高端的工程机械产品是我們未来发展的重点，而用现代设计方法设计出高寿命、易操作、强可靠性的产品，是实现自主研发的首要任务。
2工程机械现代化设计要点
2.1在机械产品运动方案设计中的运用
机械产品的运动是实现其整体功能的基础，因此其设计方案是重中之重。创新思维在设计中的运用就是需要设计人员根据客户需求，对机械产品进行构思，充分了解各机械结构的动作方式，保证各部件的单独动作和部件之间的联动，同时还需要考虑工艺、效率、性能、成本等多方面要素。因此为了保障机械产品的完美运行，需要设计人员将创新思维融入设计过程中，考虑多方面要素进行运动方案设计设计，实现资源最优化配置。例如，在设计自动包装机械手爪产品时，合理设置各气缸之间的动作方式，避免机械碰撞导致机械停运。
2.2实现了机械产品新能源设计需求
在机械工程的发展过程中，必然会导致能源的使用，甚至会造成环境的破坏与污染。传统的机械工程对于能源的使用导致部分的不可再生资源枯竭，而创新思维在其中的应用可以引导设计者能开发出更多清洁型可再生资源来保证机械工程的顺利进行。可以改变原有的传统型的能源的设计思路，转变新的思路为开发应用型能源，这无一不是创新思维在其中发挥的重要作用。我们熟知的汽车所采用的能源便是石油为原材料，但是越来越多的新型电动汽车问世可以说很大程度的解决了石油的使用压力，并且对于环境无任何的污染影响。总而言之，创新思维的使用可以利用新型的可再生资源代替不可再生资源，进而实现社会、人类以及环境的有机统一。
在设计机械产品时，动力源的设计需要融入更多的创新思维。随着新能源的利用更加广泛，设计人员可以在设计动力源时拥有更多的选项，此时，需要设计人员发挥创造性的思维来考虑动力、成本、环保等多方面要素，最终确定最合适的动力源。例如电力驱动的汽车设计，采用创新设计，利用电能最为动力能源，降低了有害气体、颗粒的排放，保护了环境，采用独特的充电技术，大大缩短充电时间，保证电动汽车的使用基础。
2.3 CAD 在协同设计系统下实现定制化设计开发
工程机械产品结构复杂、技术含量高、设计周期长，为满足客户对生产产品的需求，定制化设计具有重要意义。由于其结构的复杂性，客户期望能够实时可视化的定制产品，清晰地表达出个性化需求。通常使用的 CAD 等三维设计能够更加形象直观地展示产品设计，预先演示产品最终的动作以及形态，进而对产品的产出风险进行大幅度降低。但不同设计者间、设计者与装配者间使用不同的 CAD 平台，他们之间无法实现同步更新和消息传递。协同设计系统正可以支持 CAD 环境下的实时协同，不仅可以实时获取设计者间更改的信息，避免由于信息传递滞后给整体设计带来的失败;而且还可以及时获取零部件设计的变更信息给装配过程，进而调整装配，防止之后的设计中出现错误。以 CAD可视化平台分析和拓展客户定制需求，以协同设计系统协调共享设计信息，实现工程机械的定制化设计开发。
2.4综合多种设计方法实现绿色化设计开发
工程机械的绿色化设计可以从低能、节能，以及能量回收等多角度来实现。工程机械的工作装置大多由连杆机构组成，开展机构的运动学和动力学分析、优化设计技术的研究，关注机构的最佳运动轨迹和运动速度，力图设计出具有最佳动力传递方式的工程机械的产品，以此实现工程机械的低能耗。通过有限元分析技术、模型分析技术、载荷谱技术、疲劳强度分析技术，以及材料动静态特性分析，开展结构件及零部件静、动态刚度和强度设计，实现工程机械的有限寿命设计，并结合在产品设计之初就考虑到产品寿后进行再制造技术的主动再制造设计，可以实现工程机械产品的低碳、环保的节能设计。工程机械负载功率波动大、能量损失严重，这个工况特点让能量回收成为可能;而新型能量回收液压系统设计技术日益完善 ， 实现了发动机多余动能和负载势能、动能的回收再利用，为工程机械输出能量的回收再利用创造了技术条件。
结束语
综上所述，创新思维对于机械工程的发展至关重要，只有不断地开拓创新才可以在激烈的竞争中立于不败之地。创新思维的应用不仅可以提高机械工程所研发产品的性能，而且可以更好地满足市场经济发展的不同需求。机械工程在发展的过程中，应该始终秉承着创新思维，与现代的高新技术相结合，推动机械化工程设计始终走在世界发展的前列。
参考文献
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