基於起重機設計流程的設計軟件化

1引言
在zai機ji械xie產chan品pin設she計ji中zhong應ying用yong計ji算suan機ji技ji術shu已yi獲huo得de普pu及ji。對dui於yu大da多duo數shu企qi業ye來lai說shuo
，甩shuai圖tu板ban工gong作zuo，即ji是shi二er維wei繪hui圖tu軟ruan件jian應ying用yong。這zhe種zhong應ying用yong要yao求qiu設she計ji者zhe先xian將jiang經jing過guo思si考kao得de到dao的de產chan品pin，通tong過guo手shou工gong方fang式shi用yong工gong程cheng草cao圖tu表biao達da，或huo在zai大da腦nao中zhong轉zhuan換huan成cheng工gong程cheng圖tu格ge式shi

，通tong過guo計ji算suan機ji鍵jian盤pan等deng方fang式shi輸shu入ru計ji算suan機ji，用yong顯xian示shi器qi輸shu出chu得de以yi與yu大da腦nao交jiao換huan信xin息xi，用yong於yu後hou續xu修xiu改gai、交流、存儲、繼承、重用等。
隨(sui)著(zhe)軟(ruan)件(jian)產(chan)品(pin)水(shui)平(ping)的(de)提(ti)升(sheng)，機(ji)械(xie)設(she)計(ji)進(jin)入(ru)了(le)三(san)維(wei)軟(ruan)件(jian)的(de)應(ying)用(yong)。而(er)目(mu)前(qian)的(de)三(san)維(wei)機(ji)械(xie)設(she)計(ji)軟(ruan)件(jian)
，在(zai)設(she)計(ji)方(fang)麵(mian)的(de)核(he)心(xin)均(jun)是(shi)基(ji)於(yu)特(te)征(zheng)的(de)，在(zai)圖(tu)形(xing)處(chu)理(li)的(de)數(shu)學(xue)基(ji)礎(chu)方(fang)麵(mian)是(shi)基(ji)於(yu)集(ji)合(he)論(lun)
、矩(ju)陣(zhen)論(lun)。在(zai)設(she)計(ji)流(liu)程(cheng)上(shang)為(wei)自(zi)下(xia)而(er)上(shang)，從(cong)零(ling)件(jian)的(de)設(she)計(ji)開(kai)始(shi)，經(jing)過(guo)裝(zhuang)配(pei)成(cheng)為(wei)整(zheng)個(ge)產(chan)品(pin)，最(zui)後(hou)進(jin)行(xing)整(zheng)機(ji)性(xing)能(neng)評(ping)價(jia)和(he)仿(fang)真(zhen)。這(zhe)些(xie)都(dou)要(yao)求(qiu)設(she)計(ji)者(zhe)先(xian)將(jiang)產(chan)品(pin)的(de)總(zong)體(ti)方(fang)案(an)通(tong)過(guo)大(da)腦(nao)思(si)考(kao)，並(bing)用(yong)手(shou)工(gong)方(fang)式(shi)表(biao)達(da)出(chu)來(lai)，經(jing)過(guo)分(fen)解(jie)獲(huo)得(de)組(zu)成(cheng)零(ling)件(jian)，通(tong)過(guo)計(ji)算(suan)機(ji)鍵(jian)盤(pan)等(deng)方(fang)式(shi)輸(shu)入(ru)計(ji)算(suan)機(ji)，由(you)顯(xian)示(shi)器(qi)交(jiao)互(hu)的(de)和(he)設(she)計(ji)者(zhe)進(jin)行(xing)信(xin)息(xi)交(jiao)換(huan)
、修改、交流、存儲、繼承、重用等。按照傳統習慣和機械產品的設計過程，這些軟件還不能滿足產品的全程設計，尤其是係列化設計的要求。
隨(sui)著(zhe)製(zhi)造(zao)業(ye)水(shui)平(ping)的(de)提(ti)升(sheng)，尤(you)其(qi)是(shi)建(jian)設(she)創(chuang)新(xin)型(xing)國(guo)家(jia)，需(xu)要(yao)大(da)量(liang)接(jie)受(shou)過(guo)高(gao)等(deng)教(jiao)育(yu)的(de)設(she)計(ji)者(zhe)具(ju)有(you)自(zi)主(zhu)創(chuang)新(xin)和(he)原(yuan)始(shi)創(chuang)新(xin)的(de)能(neng)力(li)。而(er)產(chan)品(pin)的(de)創(chuang)新(xin)關(guan)鍵(jian)在(zai)於(yu)概(gai)念(nian)或(huo)方(fang)案(an)設(she)計(ji)時(shi)期(qi)。如(ru)何(he)本(ben)著(zhe)市(shi)場(chang)決(jue)定(ding)技(ji)術(shu)的(de)原(yuan)則(ze)，讓(rang)計(ji)算(suan)機(ji)在(zai)機(ji)械(xie)設(she)計(ji)中(zhong)發(fa)揮(hui)更(geng)大(da)的(de)作(zuo)用(yong)
，如(ru)何(he)利(li)用(yong)計(ji)算(suan)機(ji)進(jin)行(xing)產(chan)品(pin)創(chuang)新(xin)設(she)計(ji)和(he)係(xi)列(lie)化(hua)設(she)計(ji)，而(er)不(bu)僅(jin)是(shi)甩(shuai)圖(tu)板(ban)，意(yi)義(yi)重(zhong)大(da)。

2產品設計計算機化中的問題
當前機械產品設計的自動化
、軟(ruan)件(jian)化(hua)是(shi)機(ji)械(xie)行(xing)業(ye)技(ji)術(shu)升(sheng)級(ji)換(huan)代(dai)，滿(man)足(zu)產(chan)品(pin)的(de)市(shi)場(chang)需(xu)求(qiu)和(he)適(shi)應(ying)個(ge)性(xing)化(hua)產(chan)品(pin)特(te)點(dian)的(de)必(bi)由(you)之(zhi)路(lu)。但(dan)相(xiang)當(dang)多(duo)的(de)設(she)計(ji)者(zhe)和(he)中(zhong)小(xiao)型(xing)機(ji)械(xie)企(qi)業(ye)在(zai)將(jiang)產(chan)品(pin)設(she)計(ji)過(guo)程(cheng)與(yu)計(ji)算(suan)機(ji)技(ji)術(shu)結(jie)合(he)中(zhong)
，存(cun)在(zai)一(yi)定(ding)困(kun)惑(huo)：如何充分利用計算機及其已經商品化的軟件，並在產品設計中進行創新，將思維結果轉換為計算機表達的形式，使得產品構造、動力性能、力學性能、設計經驗等可以順暢的通過計算機技術植入設計過程。為此，可以先考察現有的計算機應用狀況。考察從軟件的應用與開發這2個方麵著手。其中關鍵是軟件開發，捷徑是軟件的2次開發。國內外的機械產品設計過程中涉及到的軟件有如下特點。
(1)具有通用性和專用功能的大型軟件，如AUTOCAD，CAXA等可用於機械產品的工程圖繪製；ANSYS等可用於產品或零部件的力學性能分析
；Solidworks、Pre／E等可用於機械產品的三維設計，功能強大
，價格昂貴，而已有功能卻不能充分發揮作用，所需功能卻遠遠不能具備是其明顯特征。
(2)軟件業在追逐大而全、大投入
、大風險

、大回報的軟件。使得軟件開發成為一項需要大量知識、技術、人力
、物力、財力、時間等投入的工程項目。花大量時間和精力研究高深的軟件研發技術和知識成為學術潮流
，而忽視或脫離實際應用對知識
、技術
、方法的具體需求，即市場決定技術原則。
(3)大型的、專有化程度高的機械企業(主要是飛機、汽車
、船舶等)使用了功能齊全、自動化程度高的設計軟件，這是巨額投資得來的。對於中小型企業則不可企及。
(4)軟ruan件jian開kai發fa是shi由you專zhuan業ye化hua的de軟ruan件jian開kai發fa公gong司si進jin行xing的de，其qi人ren員yuan組zu成cheng以yi計ji算suan機ji專zhuan業ye人ren才cai為wei主zhu。專zhuan業ye化hua的de機ji械xie產chan品pin設she計ji軟ruan件jian，因yin種zhong種zhong原yuan因yin難nan以yi麵mian世shi。以yi機ji械xie工gong程cheng人ren員yuan為wei主zhu的de軟ruan件jian開kai發fa存cun在zai知zhi識shi缺que陷xian，中zhong小xiao企qi業ye存cun在zai人ren員yuan與yu資zi金jin困kun難nan等deng。

3產品設計及軟件開發的特點
3．1機械產品、設計過程及表達
機ji械xie產chan品pin和he軟ruan件jian產chan品pin都dou是shi人ren造zao物wu。作zuo為wei人ren造zao物wu的de機ji械xie產chan品pin的de形xing成cheng過guo程cheng是shi人ren的de大da腦nao思si維wei的de連lian續xu變bian化hua過guo程cheng

，是shi對dui人ren造zao物wu需xu求qiu的de認ren知zhi過guo程cheng
，是shi抽chou象xiang概gai念nian的de具ju體ti化hua過guo程cheng，是shi人ren對dui設she計ji資zi源yuan的de運yun用yong過guo程cheng。而er思si維wei的de連lian續xu性xing受shou製zhi於yu大da腦nao的de短duan時shi記ji憶yi特te性xing，這zhe樣yang
，分fen段duan和he腦nao外wai記ji載zai的de輔fu助zhu方fang式shi成cheng為wei必bi然ran，而er這zhe種zhong記ji載zai受shou製zhi於yu人ren的de認ren知zhi方fang式shi及ji其qi專zhuan業ye訓xun練lian。其qi次ci，思si維wei的de層ceng次ci性xing通tong過guo短duan時shi記ji憶yi而er能neng抓zhua住zhu本ben質zhi，人ren們men解jie決jue問wen題ti會hui將jiang其qi逐zhu級ji分fen解jie，從cong抽chou象xiang到dao具ju體ti
，從cong大da概gai念nian到dao小xiao概gai念nian(內涵、外延)，同層次概念按等級在相應的層次予以考慮和解決等。基於大腦思維與產品概念表達的層次性，傳統的設計過程是從市場需求
、概念設計、方案設計
、技術設計到施工設計。這些設計活動
，通常都會有形象思維與邏輯思維相伴

，有概念、參數、圖形、圖像相隨。可以用語言、文字
、圖形與圖像、各ge種zhong符fu號hao等deng來lai表biao達da。由you於yu設she計ji過guo程cheng中zhong的de各ge個ge階jie段duan要yao利li用yong不bu同tong學xue科ke的de知zhi識shi，設she計ji不bu同tong的de階jie段duan則ze要yao使shi用yong恰qia當dang的de表biao達da形xing式shi構gou成cheng相xiang應ying的de機ji械xie產chan品pin模mo型xing。由you各ge個ge不bu同tong階jie段duan組zu成cheng設she計ji過guo程cheng模mo型xing
，以yi利li於yu人ren的de思si考kao和he相xiang互hu溝gou通tong。人ren的de思si維wei取qu決jue於yu對dui問wen題ti的de認ren知zhi
、對需求的理解
，包括機械產品的工作原理、基本構造、係統的動態特性、加工製造、形態與美學

、環境與應用等。思維的結果是創造一個更符合當前或未來的需求的新東西。就機械產品創新設計而言，要將概念具體化為功能
、性能、構造、機構、加工製造要求等具體參數。
人們在思考問題時
，由於短時記憶的特點，通常會關注最有價值、信息量最大
、最熟悉
、已(yi)經(jing)證(zheng)明(ming)是(shi)成(cheng)功(gong)的(de)東(dong)西(xi)。就(jiu)是(shi)通(tong)常(chang)說(shuo)的(de)
，為(wei)了(le)能(neng)使(shi)問(wen)題(ti)的(de)解(jie)決(jue)抓(zhua)住(zhu)本(ben)質(zhi)，分(fen)級(ji)建(jian)立(li)模(mo)型(xing)是(shi)必(bi)要(yao)的(de)。首(shou)先(xian)應(ying)該(gai)建(jian)立(li)機(ji)械(xie)產(chan)品(pin)從(cong)雛(chu)形(xing)到(dao)實(shi)體(ti)的(de)全(quan)局(ju)模(mo)型(xing)，也(ye)就(jiu)是(shi)機(ji)械(xie)產(chan)品(pin)設(she)計(ji)過(guo)程(cheng)模(mo)型(xing)或(huo)說(shuo)設(she)計(ji)規(gui)劃(hua)

，以(yi)便(bian)弄(nong)清(qing)楚(chu)機(ji)械(xie)產(chan)品(pin)實(shi)體(ti)如(ru)何(he)在(zai)腦(nao)內(nei)產(chan)生(sheng)，如(ru)何(he)從(cong)抽(chou)象(xiang)到(dao)具(ju)體(ti)
，這(zhe)就(jiu)是(shi)設(she)計(ji)流(liu)程(cheng)。

3．2機械產品設計的特點
(1)藝(yi)術(shu)性(xing)機(ji)械(xie)產(chan)品(pin)設(she)計(ji)的(de)過(guo)程(cheng)是(shi)一(yi)個(ge)形(xing)象(xiang)思(si)維(wei)與(yu)抽(chou)象(xiang)思(si)維(wei)共(gong)同(tong)創(chuang)造(zao)的(de)過(guo)程(cheng)。同(tong)樣(yang)的(de)產(chan)品(pin)，不(bu)同(tong)的(de)人(ren)會(hui)有(you)不(bu)同(tong)的(de)設(she)計(ji)過(guo)程(cheng)，會(hui)獲(huo)得(de)不(bu)同(tong)的(de)設(she)計(ji)結(jie)果(guo)。這(zhe)是(shi)不(bu)同(tong)的(de)人(ren)因(yin)不(bu)同(tong)的(de)經(jing)曆(li)和(he)知(zhi)識(shi)積(ji)累(lei)對(dui)需(xu)求(qiu)的(de)不(bu)同(tong)理(li)解(jie)造(zao)成(cheng)的(de)。而(er)在(zai)大(da)腦(nao)中(zhong)抽(chou)象(xiang)概(gai)念(nian)是(shi)由(you)形(xing)象(xiang)思(si)維(wei)，也(ye)就(jiu)是(shi)由(you)圖(tu)像(xiang)、及其包含特征的圖形簡化形式來表達的。
(2)工藝性大量的機械產品都是為特定的工藝過程及其各階段的功能要求而設計的
，這使得特定的
、優良的機械產品必須具有滿足給定工藝要求的功能



，它決定了產品設計的個性特征。另一方麵還涉及機製工藝問題。
(3)個性與優化隨著需求的個性化張揚，機械產品更趨於含有特殊元素、異yi化hua特te征zheng的de個ge性xing化hua設she計ji和he生sheng產chan。市shi場chang使shi得de個ge性xing化hua與yu人ren性xing化hua的de產chan品pin必bi須xu經jing過guo優you化hua而er獲huo得de高gao性xing價jia比bi的de產chan品pin。優you化hua是shi建jian立li在zai計ji算suan機ji技ji術shu基ji礎chu上shang的de。
(4)適(shi)應(ying)與(yu)更(geng)新(xin)大(da)量(liang)的(de)中(zhong)小(xiao)型(xing)機(ji)械(xie)企(qi)業(ye)設(she)計(ji)更(geng)新(xin)能(neng)力(li)差(cha)
，很(hen)難(nan)適(shi)應(ying)時(shi)刻(ke)變(bian)化(hua)的(de)市(shi)場(chang)需(xu)求(qiu)。這(zhe)些(xie)特(te)點(dian)與(yu)當(dang)今(jin)流(liu)行(xing)的(de)計(ji)算(suan)機(ji)輔(fu)助(zhu)設(she)計(ji)軟(ruan)件(jian)的(de)特(te)點(dian)之(zhi)間(jian)存(cun)在(zai)著(zhe)很(hen)大(da)的(de)鴻(hong)溝(gou)。使(shi)得(de)大(da)量(liang)的(de)中(zhong)小(xiao)型(xing)企(qi)業(ye)對(dui)計(ji)算(suan)機(ji)輔(fu)助(zhu)設(she)計(ji)的(de)應(ying)用(yong)難(nan)以(yi)深(shen)入(ru)進(jin)行(xing)。同(tong)時(shi)由(you)於(yu)產(chan)品(pin)的(de)更(geng)新(xin)能(neng)力(li)差(cha)，市(shi)場(chang)競(jing)爭(zheng)力(li)降(jiang)低(di)
，造(zao)成(cheng)計(ji)算(suan)機(ji)應(ying)用(yong)人(ren)員(yuan)匱(kui)乏(fa)
，加(jia)劇(ju)了(le)企(qi)業(ye)的(de)生(sheng)存(cun)困(kun)難(nan)程(cheng)度(du)。
3．3機械產品設計軟件化的特點
(1)軟ruan件jian設she計ji的de藝yi術shu性xing軟ruan件jian開kai發fa實shi質zhi上shang是shi軟ruan件jian產chan品pin的de設she計ji過guo程cheng，也ye是shi一yi個ge創chuang造zao性xing的de過guo程cheng。同tong樣yang的de軟ruan件jian產chan品pin
，不bu同tong的de人ren會hui有you不bu同tong的de設she計ji過guo程cheng，獲huo得de不bu同tong的de解jie決jue方fang案an。
(2)專業化機械產品都是為特定的工藝過程而設計的，產品設計過程軟件化必然具有專有功能

，使得軟件開發帶有典型的專用特征。
(3)設(she)計(ji)經(jing)驗(yan)與(yu)技(ji)術(shu)保(bao)密(mi)軟(ruan)件(jian)化(hua)需(xu)要(yao)大(da)量(liang)的(de)計(ji)算(suan)機(ji)專(zhuan)業(ye)人(ren)員(yuan)參(can)與(yu)，這(zhe)使(shi)得(de)機(ji)械(xie)產(chan)品(pin)的(de)技(ji)術(shu)保(bao)密(mi)成(cheng)為(wei)難(nan)題(ti)
，使(shi)得(de)機(ji)械(xie)設(she)計(ji)師(shi)的(de)經(jing)驗(yan)與(yu)靈(ling)感(gan)的(de)應(ying)用(yong)成(cheng)為(wei)障(zhang)礙(ai)。
(4)專業計算機知識與技術軟件化對計算機軟硬件方麵的知識與技術的需求使得設計者望而卻步。人力
、財力、時間與精力的投入使得中小型機械企業想要獲得軟件開發更是異想天開。可將機械產品與軟件產品設計的2種藝術結合在一起
，解決人力
、財力、時間與精力的投入問題。按照總體規劃將機械產品設計流程參數化，通過數據庫技術、交互技術等轉化為軟件化的設計過程。
3．4機械產品設計軟件化方法
benwenyijixiechanpindeshejixuqiuweimubiao，yijixiexingyederuanjianxuqiuweizongzhi，yishejizhedezhishiweijichuhechufadian，rongheruanjianshejidezuijibenzhishitixi，shishejizhezaijiaoduandeshijiannei(1年)，經jing過guo必bi要yao的de自zi修xiu或huo培pei訓xun
，獲huo得de自zi主zhu進jin行xing機ji械xie產chan品pin設she計ji的de軟ruan件jian化hua工gong作zuo
，最zui大da限xian度du的de保bao護hu技ji術shu秘mi密mi和he知zhi識shi產chan權quan，發fa揮hui設she計ji者zhe的de經jing驗yan和he創chuang造zao性xing，降jiang低di軟ruan件jian開kai發fa門men檻kan。使shi設she計ji者zhe在zai最zui少shao時shi間jian和he知zhi識shi投tou入ru下xia，獲huo得de機ji械xie產chan品pin設she計ji軟ruan件jian化hua的de能neng力li，使shi中zhong小xiao型xing機ji械xie製zhi造zao企qi業ye獲huo得de機ji械xie產chan品pin創chuang新xin設she計ji的de能neng力li，提ti高gao設she計ji效xiao率lv和he質zhi量liang。
通過多年來對若幹機械產品設計、製造、開發過程的分析總結，對軟件開發方法及其計算機語言的研究總結
，獲得了一些基本的解決方法。
機械產品的設計過程是1個逐步逼近的過程，相當於數學中求解超越方程的過程。這對有著鮮明時序特點和以嚴格的邏輯進程為基礎進行工作的計算機來說，是1個突出的矛盾。解決這個矛盾的方法是可以利用機械產品的設計流程，用流程中的局部逼近
，獲得流程整體的時序與邏輯進程。

4塔式起重機設計流程與軟件實現
機械產品的設計與產品特點、個人設計習慣密切相關，其設計方法與過程因涉及團隊的經曆
、知識儲備
、設計經驗等而異
，其流程也具有多樣性，但基本原則和規律還是有章可循的

，即可以找到一些共性的東西。如按照機械產品的功能、動力學特性、工作原理、xitongtexingdengfenxiqishejiliucheng。anzhaochanpindelixueyuanli，biruqizhongjixie，qigongxingshitishengjigouyougongxing，shejijibenguochengjibenxiangtong，erzhichenggouzaoyuchanpindeyongtuhegongzuohuanjingyouguan。jucikehuodetu1所示基本流程。流程的軟件化實現涉及到如下問題。
(1)模型化將起重機械及設計過程用簡約符號表示。這些符號是物理、力學、機械原理與零件等學科中約定的符號。並由物理模型轉換為數學模型，即用數學學科中的符號(字母和算法符號)表達數學模型。將物理和數學模型用軟件模型中的符號(主要是邏輯關聯符號
，如框圖或流程圖)表達設計過程(見圖2)，最終翻譯為用計算機高級語言描述的指令序列。

圖2起重機械子係統設計流程圖

(2)工具選擇根據現實中設計者的實際情況，以VisualBASIC為開發工具有許多優點。語言易學易用，Visula BASIC可輕易獲得友好的界麵，有部分的麵向對象功能，易於後續擴展和重用，可通過ActiveX Automation技術，在零件的特征數據庫中獲取零件數據，可操縱CAXA或Auto CAD以便由數據庫數據自動完成機械零件各圖元的繪製。
(3)保bao密mi與yu經jing驗yan產chan品pin的de技ji術shu保bao密mi問wen題ti與yu設she計ji者zhe的de設she計ji經jing驗yan是shi機ji械xie產chan品pin軟ruan件jian化hua的de一yi大da障zhang礙ai。在zai以yi設she計ji者zhe為wei主zhu導dao的de軟ruan件jian化hua方fang法fa中zhong，機ji械xie產chan品pin設she計ji軟ruan件jian將jiang設she計ji者zhe的de設she計ji經jing驗yan和he產chan品pin的de技ji術shu保bao密mi設she置zhi在zai運yun行xing的de軟ruan件jian以yi外wai，通tong過guo人ren機ji交jiao互hu方fang式shi，經jing設she計ji界jie麵mian對dui話hua得de以yi完wan成cheng。也ye可ke使shi軟ruan件jian開kai發fa的de組zu成cheng單dan元yuan的de擴kuo充chong。在zai代dai碼ma編bian寫xie階jie段duan由you大da量liang掌zhang握wo設she計ji知zhi識shi較jiao少shao的de計ji算suan機ji專zhuan業ye或huo其qi他ta人ren員yuan來lai處chu理li
，可ke提ti高gao保bao密mi性xing，增zeng強qiang軟ruan件jian開kai發fa效xiao果guo。
(4)計算與構造構造問題主要涉及到幾何造型，這部分工作變化大、創造性多

、形象思維的成分占主導地位
，可在軟件以外進行。對產品性能影響巨大的
、daliangdefansuojisuanhecanshuyouhuazewanquantongguojisuanjiruanjianwancheng
，zhefangmianyouxuduochenggongdeshilijiejian。wulunshijubuyouhuayuzhengjiyouhua，hexinshicanshuhuawenti
，zailiuchengzhongjinxingzhububijinzhuyaoshizhefangmiandegongzuo。takeyichongfenfahuijisuanjidetechang。

5結論
麵對所有的設計者和中小型機械製造企業

，不是簡單的甩圖板和2次開發。通過該方法的研究
，獲得簡便可行、實用高效
、具有極強的可操作性的機械產品設計的軟件開發方法，以提高設計者的設計效率、設計質量，提高設計過程的重用性，降低勞動強度。該方法對那些進行改進、變形
、係列化的產品設計尤為有用。