引論：我們?yōu)槟砹?3篇礦山機械設計論文范文，供您借鑒以豐富您的創(chuàng)作。它們是您寫作時的寶貴資源，期望它們能夠激發(fā)您的創(chuàng)作靈感，讓您的文章更具深度。
篇1
1.3有限元法礦山作業(yè)時環(huán)境較為復雜，機械作業(yè)時受力情況也無法進行準確的計算和分析，在結(jié)構(gòu)和載荷上都具有復雜性。在傳統(tǒng)設計中通常都是通過幾個截面來進行簡化計算，這不僅無論確保計算結(jié)果的準確性，而且僅僅通過對幾個截面的設計校核，無法對每個部件的應力分布情況進行準確的確定。所以在現(xiàn)代設計方法，往往利用有限元法，通過計算機來對每個部件的應力情況及薄弱點進行分析，這樣能夠更好的對設計產(chǎn)品進行改進，確保設計出來的產(chǎn)品質(zhì)量能夠更好的滿足礦山開采的要求。
1.4優(yōu)化設計目前數(shù)學專業(yè)也隨著時代前進而向前發(fā)展，比如最優(yōu)化設計數(shù)學模型。礦山機械設計中的優(yōu)化設計就是將設計中遇到的問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學模型，然后應用數(shù)學優(yōu)化技術和計算機計算技術，從可行域中找出最優(yōu)解。在設計過程中，設計問題越復雜，越能體現(xiàn)出優(yōu)化設計對產(chǎn)品設計的優(yōu)勢，它大大減輕了設計工作者的負擔。優(yōu)化設計技術在推進計算機輔助設計、改進產(chǎn)品質(zhì)量和提高產(chǎn)品設計水平等方面都具有重要作用。
1.5綠色設計隨著當今世界對環(huán)境保護的重視，大家也開始呼喚設計界的綠色環(huán)保。綠色設計，不僅是指在設計過程中整個機械設備要經(jīng)濟環(huán)保，做到可回收、可維護、可拆卸、可重復利用等，而且在機械施工過程中，要做到減少噪聲污染，提高工作效率，最大限度地節(jié)約能源。在滿足使用性能和安全性能的同時，設計的產(chǎn)品也要具有良好的環(huán)境屬性，這是現(xiàn)代設計中必要的一個環(huán)節(jié)。
1.6人機工程設計技術礦山機械運行的環(huán)境比較惡劣，操作機器人員需要集中精神進行細心操作，一個簡單的失誤有可能造成安全事故。所以在設計中有了人機工程設計技術，它的目標就在考慮施工環(huán)境的前提下，怎么樣將機械產(chǎn)品最合乎人的操作習慣，盡量滿足人的舒適度，減少人的勞動強度，保證生產(chǎn)安全。比如合理的檔位高度和位置設計可以減少操作人員的強度以及避免操作失誤，保證操作人員的安全。
2礦山機械設計過程中應注意的幾個方面
首先，要強調(diào)以人為本的設計理念。以人為本是現(xiàn)代機械設計理念中很重要的一個方面。以人為本涉及到很多方面，例如噪音的消除、機械形態(tài)的柔和型、操作控制系統(tǒng)的安全性和操作起來的簡便性和舒適度。消除噪音是一個非常重要的方面，工作人員在一個充滿噪聲的環(huán)境里，不可能保持一個良好的工作狀態(tài)。操作工人極易出現(xiàn)錯誤操作而導致事故發(fā)生。因此在機械設計過程中，必須找到最合適的工作頻率，降低噪聲對工作人員的影響。除此之外，我國機械設計自動化程度比較低，很多都需要人工操作，因此有一個方便舒適的的操作系統(tǒng)很重要。其次，現(xiàn)代機械設計方法集先進性、智能性、系統(tǒng)性、動態(tài)性和綜合性等特點于一身。礦山機械的設計人員一定要清楚的掌握幾個數(shù)據(jù)，例如人體的一些生理指標，各個部位的尺寸等，還要了解礦山的一些基本知識等情況，設計出來的工作界面要簡潔大方，讓工作人員很好的操作，又能保持一種良好的情緒和工作狀態(tài)。
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礦山機械設備安全管理工作在安全標準、設備質(zhì)量、設備管理人員素質(zhì)、設備維修中、輕保養(yǎng)等方面存在問題。
2.1礦山機械設備的安全標準不完善、執(zhí)行不到位
目前，礦山機械設備種類豐富，達數(shù)百種之多。但是現(xiàn)行的安全標準僅包含了一部分礦山機械設備，離礦山機械產(chǎn)品的安全要求還差一大截，可見礦山機修設備的安全標準不完善。此外，部分設備管理人員因受經(jīng)濟利益的誘惑，只重視企業(yè)生產(chǎn)量的提高，把安全標準拋在腦后，對機械設備安全標準執(zhí)行不到位，從而導致安全質(zhì)量標準下浮，為礦山作業(yè)埋下了事故隱患。
2.2礦山機械設備質(zhì)量良莠不齊
由于地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的差異，礦山機械設備的質(zhì)量良莠不齊，存在著不同程度的安全隱患。例如，在偏遠鄉(xiāng)鎮(zhèn)中還依然使用著年代久遠的老礦，這些老礦由于使用時間過長，再加上當?shù)刭Y金、技術、管理水平不到位，礦井采礦條件簡陋、采礦方法老式，存在一定的安全隱患。一些新礦、大型礦的機械設備主要也還是國產(chǎn)，只有部分在使用國外引進的機械設備和開采技術。
2.3設備管理人員素質(zhì)參差不齊
礦山生產(chǎn)由于其工作環(huán)境惡劣、工作條件艱苦、工作性質(zhì)危險、工作任務繁重，很難引進高素質(zhì)機械專業(yè)人才。因此，許多企業(yè)招聘的設備管理人員的文化專業(yè)水平普遍較低，素質(zhì)參差不齊，安全意識淡薄。有些操作人員甚至沒有接受正規(guī)培訓就上崗作業(yè)，這樣的結(jié)果就導致違規(guī)操作，造成機械設備安全事故。據(jù)有關統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，礦山機械傷亡事故80%以上是由于工作人員的操作不當造成。
2.4機械設備重維修、輕保養(yǎng)
由于設備管理人員的素質(zhì)不高，責任心不強，因此對機械設備的維修保養(yǎng)工作重視不夠，存在重維修、輕保養(yǎng)的現(xiàn)象。在日常的設備的檢查、保養(yǎng)中，一些操作人員馬馬虎虎、敷衍了事，不嚴格按照相關規(guī)定保養(yǎng)設備，致使機械設備帶病工作，最終小隱患變成大故障，這樣既導致了設備修理成本的增加，又造成了設備使用壽命的降低。
3完善礦山機械設備安全管理的路徑
3.1完善礦山機械安全標準，加大執(zhí)行力度
首先，我國礦山機械行業(yè)的標準化工作者應參照國際機械安全標準，再結(jié)合我國礦山機械設備的基本情況，積極完善安全標準，使新安全標準能覆蓋絕大多數(shù)礦山機械產(chǎn)品，滿足礦山機械產(chǎn)品的安全要求。其次，相關部門應加強監(jiān)督執(zhí)法力度，使礦山企業(yè)在生產(chǎn)作業(yè)上嚴格執(zhí)行安全規(guī)定標準。
3.2整改礦山機械設備，提高機械設備的質(zhì)量
加大對貧困地區(qū)的資金扶持力度，淘汰那些存在安全隱患的老礦，建造一批安全性高、采礦條件適宜、設備先進的新礦、大型礦。同時引進國外先進機械設備和科學的采礦技術，提高整個礦山機械的運行效率。
3.2提高機械設備管理人員的綜合素質(zhì)
在礦山機械設備安全管理過程中，設備管理人員綜合素質(zhì)的高低決定著安全管理質(zhì)量好壞。礦山企業(yè)應該根據(jù)不同水平的操作人員制定不同的內(nèi)容，定期對機械設備操作人員進行專業(yè)技術技能和安全意識的培訓，使操作人員的安全責任意識內(nèi)化于心，外化于行，以減少礦山作業(yè)中的不規(guī)范行為，有效減少事故發(fā)生的概率，為礦山企業(yè)有序生產(chǎn)和經(jīng)濟效率提供有效保障。
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礦山機械，如破碎站、斗輪挖掘機、堆取料機等，工作于礦山環(huán)境，設備巨大，自重可達千噸以上。這類設備連續(xù)開采，一旦因故障停機，將會造成巨大的經(jīng)濟損失。
這類礦山重型機械大多采用大型履帶行走裝置、多履帶行走裝置，實現(xiàn)設備的移動。履帶行走裝置的工作可靠性嚴重影響著礦山的工作效率，間接影響著礦山經(jīng)濟效益。因此，在設計階段必須保證大型履帶行走裝置的強度。履帶架為大型履帶行走裝置的核心零件，其強度決定著整個履帶行走裝置，以至于整個礦山機械的工作可靠性，因此，必須在設計階段保證履帶架的強度。
關于履帶架的強度計算方法，公開發(fā)表的論文較多，這些論文大多針對小型履帶架進行研究，而大型履帶行走裝置具有其自身獨特工作工況，因此，有必要針對大型履帶行走裝置的核心零件――履帶架進行研究，從而為履帶架設計提供保證。本文應用ANSYS軟件針對大型履帶架建立了多工況有限元模型，研究其在不同工況下的應力分布特點。
1 建模
1.1 幾何模型
本文所研究的承重1200 t大型履帶行走裝置履帶架及門架三維模型如圖1所示，應用三維建模軟件solidworks建模。
1.2 有限元模型
由于履帶架主要由板件焊接而成，應用板殼單元分析，計算效率和結(jié)果準確度均能保證。因此，將模型導入專業(yè)網(wǎng)格劃分軟件hypermesh中，抽取中面并進行網(wǎng)格劃分。將網(wǎng)格模型但邊界條件施加及提交計算，導入ansys軟件后的網(wǎng)格模型如圖2所示。該模型采用整體結(jié)構(gòu)劃分網(wǎng)格而成，單元類型shell63，線彈性材料彈性模量E=2.3e5（米制單位）、密度7.8e-3kg/mm3，共50萬個單元。針對該模型進行個網(wǎng)格尺寸研究，最終確定50萬個單元能保證工程上計算精度要求。
2 工況及邊界條件
大型履帶行走裝置工況主要有直行工況、轉(zhuǎn)向工況、空載爬坡工況，本文針對這些典型工況，應用履帶架網(wǎng)格模型，施加不同的邊界條件，模擬實際工作過程，研究履帶架應力分布特點。
2.1 直行工況
直行工況履帶架所受載荷及約束施加如圖3所示，上部載荷通過節(jié)點力直接分布施加于履帶架與上部結(jié)構(gòu)連接處。通過梁單元模擬承重輪，承重輪處施加豎直方向位移約束，驅(qū)動輪處施加前后方向的位移約束，并在導向輪處施加行進阻力，以及將承重輪內(nèi)摩擦阻力施加于相應位置節(jié)點處。
2.2 轉(zhuǎn)向工況
轉(zhuǎn)向工況約束載荷如圖4所示，施加履帶與地面之間的摩擦阻力矩，約束一側(cè)的驅(qū)動輪處行進方向自由度及承重輪處豎直方向自由度。
2.3 空載爬坡工況
空載爬坡工況邊界條件如圖5所示，及將直行工況中物料質(zhì)量去除（空載），并將整體迫性調(diào)整一爬坡角度。約束條件同直行工況。
3 結(jié)語
計算結(jié)果如圖6所示，本文對各工況最大應力進行統(tǒng)計，如表1。
從表中可以看出：不同工況最大應力出現(xiàn)的位置也不同，其中應力最大值出現(xiàn)在轉(zhuǎn)向工況下，因此在設計時，針對轉(zhuǎn)向工況的強度計算要注意。
參考文獻
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一、前言
礦山冶金機械包括采掘機械、選礦機械、起重運輸機械、篩分機等冶煉機械設備，具體有鑿巖機、推土機、裝載機、挖掘機、破碎機、工程起重機、冶煉設備、通風排水等輔助設備，廣泛用于礦產(chǎn)品的開采與加工、公民建設、國防建設、救援等多領域，通常也稱為工程機械。我國的工程機械行業(yè)徹底打破大型和超大型工程機械產(chǎn)品依賴進口的局面，成為中國裝備制造業(yè)中核心能力最強的代表，產(chǎn)品研發(fā)不斷向高端、大型化、智能化方向挺進。生產(chǎn)的工程機械占據(jù)亞洲的半壁江山[1]。對于行業(yè)而言，整機與配件技術一直處于畸形發(fā)展的狀態(tài)，在國際工程機械的舞臺上，擁有世界響當當?shù)墓こ虣C械整機企業(yè)，而零配件乃至核心技術在國外也很少能夠找到值得驕傲的看點[2]。當前，我國礦山冶金機械行業(yè)存在的問題包括下列層面。
1.礦山機械行業(yè)企業(yè)綜合實力不強，大多數(shù)企業(yè)在科研、新產(chǎn)品開發(fā)、技術改造和企業(yè)管理等方面的精力和資金投入不足，人才匱乏。
2.國內(nèi)礦山冶金機械產(chǎn)品品種，尤其是國家建設急需的關鍵設備不能滿足要求，產(chǎn)品技術含量低，產(chǎn)品附加值不高，質(zhì)量不穩(wěn)定，全員勞動生產(chǎn)率低。
3.傳統(tǒng)礦山冶金機械質(zhì)量差，效率低，耗能高，污染大。研制和改進礦山冶金機械設備急需礦山冶金機械專業(yè)人才。
二、人才培養(yǎng)現(xiàn)狀分析
我國高等學校采用學年制和學分制兩種教學管理制度。學分制要求按照培養(yǎng)目標和教學計劃中各門課程及教學環(huán)節(jié)的學時量，確定每門課程的學分，設置必修課和選修課，規(guī)定各類課程的比例，以及準予學生畢業(yè)的最低總學分。以學分代替學年，以彈性的教學計劃和學制代替剛性的教學計劃和學制，有較大的時間彈性和選課彈性。以選課代替排課，允許學生根據(jù)自己的能力與興趣安排個人的修學計劃。由于資源短缺和人才培養(yǎng)的特殊規(guī)律要求，不可能存在完全學年制或完全學分制，在資源配置上，學分制與學年制兩種配置方式可能并存。從學年制到學分制的變化也不只是簡單的取代方式，而是在兩種資源配置方式之間尋找某個最佳的結(jié)合點，從而獲取最大的質(zhì)量效益。目前我國多數(shù)高校在規(guī)定的四至六年的學籍時間內(nèi)，允許學生有一定的選學課程自由，只要學完教學計劃規(guī)定的必修課，完成必要的實踐性教學活動，并選學選修修滿教學計劃規(guī)定的畢業(yè)總學分，且思想品德經(jīng)鑒定符合要求即可畢業(yè)。學生可以根據(jù)興趣、愛好選擇課程，自主制定學習計劃，能夠真正地實現(xiàn)“選我所愛，愛我所選”，有利于因材施教，有效地開發(fā)潛能。目前本科畢業(yè)總學分為160～190，除思想政治課、基礎課、專業(yè)基礎課、實踐課必須開出外，一些專業(yè)課只能作為選修課開出。但有些學生對選修課并不重視，導致教學效果不佳。
三、培養(yǎng)模式的思考和研究
1.我國高校很多專業(yè)設置雷同，采用統(tǒng)編教材，學計劃。結(jié)合辦學特點和機械工程及自動化專業(yè)的優(yōu)勢，建立分方向的培養(yǎng)模式，讓學生自愿選擇。
2.礦山機械專業(yè)和冶金機械專業(yè)是原江西冶金學院的傳統(tǒng)專業(yè)，擁有強大的師資和設備資源。加強教學改革，以科研促教學，努力提升辦學層次，突出辦學特色，培養(yǎng)更專業(yè)、更實用的專業(yè)人才是高校的辦學目標。（1）在人才培養(yǎng)上，遵循高等教育教學規(guī)律，重視實踐能力與創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)，實現(xiàn)理論知識、實踐技能、個人能力的協(xié)調(diào)發(fā)展，培養(yǎng)能從事機械設計與制造、機電液一體化設計、礦冶設備維護與管理、科技開發(fā)與應用研究、運用管理且具有三實品質(zhì)與創(chuàng)新精神的高級工程技術人才。（2）培養(yǎng)具備機械設計制造基礎知識與應用能力，融合電子技術、信息技術、計算機技術、現(xiàn)代管理等方面知識的高級技術人才，綜合運用于礦山、冶金、工程機械檢測、使用、管理和機械化施工行業(yè)。（3）緊扣產(chǎn)業(yè)需求，建設多維度的教學平臺，最大可能地擴大受益面，使專業(yè)內(nèi)的每一位學生都能受惠，培養(yǎng)礦冶特色機械專業(yè)人才。（4）以學生素質(zhì)教育和專業(yè)技能培養(yǎng)為目標，引導教師轉(zhuǎn)變教育思想觀念，積極進行教學方法的研究與改革。加強課程/教學實習、社會實踐、畢業(yè)論文/實踐等環(huán)節(jié)，培養(yǎng)高素質(zhì)應用型的機械專業(yè)人才。在課程內(nèi)容設計中，進一步加大發(fā)展中遇到的問題、人才市場需求的變化、專業(yè)崗位的調(diào)研和用人單位的反饋來調(diào)整方案，使課程內(nèi)容能夠較好地反映新知識、新技術、新技能，使培養(yǎng)出的人才能夠滿足社會發(fā)展的需要。
3.專業(yè)特色。礦山冶金機械專業(yè)的方向是以機械為主，以電為輔，機電結(jié)合，以為冶金生產(chǎn)一線培養(yǎng)高素質(zhì)技能型專門人才為主要目標。學校和企業(yè)進行人才培養(yǎng)戰(zhàn)略合作計劃，整合雙方優(yōu)勢資源，建設工程師培訓基地和學院校外實訓基地，共同培養(yǎng)符合企業(yè)需求、市場升級的優(yōu)秀工程機械行業(yè)人才。這不僅可以解決學校專業(yè)教育中教學與實踐脫節(jié)的問題，更通過學校與企業(yè)的合作，強化教學師資力量，增強高校的號召力和影響力，同時也為企業(yè)進一步開發(fā)拓展市場打下堅實的人才基礎。通過事業(yè)發(fā)展培養(yǎng)人才，通過人才培育創(chuàng)造事業(yè)發(fā)展的機會，為培養(yǎng)國際化人才而努力。
四、方案實施
1.經(jīng)過市場分析、調(diào)查和研究，以2011級、2012級、2013級學生為研究對象，增設機械工程專業(yè)礦冶機械方向，根據(jù)課程體系分專業(yè)方向教學。礦冶機械專業(yè)方向是以機械為主，以電為輔，機電結(jié)合，以冶金生產(chǎn)一線的高素質(zhì)技能型專門人才培養(yǎng)為目標，培養(yǎng)可以在冶金設備等機械設備檢測調(diào)試、安裝維護、故障診斷、運行管理、技術革新和設計等方面工作的高級工程技術人才。
2.合理修訂人才培養(yǎng)方案，形成教學計劃，設置專業(yè)課程體系，設立主干學科和主干課程，增加礦山機械、冶金機械、冶煉機械、工程機械等課程和教學實踐環(huán)節(jié)，如圖1。
五、搭建校企合作平臺
培養(yǎng)高素質(zhì)的技術應用型人才，首先要將這種培養(yǎng)方向定位于面向工程實際。機械行業(yè)技術應用型人才是指進行過工程師、技師初步訓練的高等工程技術人才，面向生產(chǎn)一線從事設計、制造、施工、維修、測試等工藝和管理工作。校企合作的推進有利于強化實踐性的教學環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生的綜合職業(yè)能力與崗位競爭能力，推動重點專業(yè)建設及創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式構(gòu)建，有助于培養(yǎng)一批理論聯(lián)系實際的專業(yè)骨干。校企合作要重點做好以下幾個方面的工作。
1.以“校企合作、資源共享、優(yōu)勢互補、共同發(fā)展”為合作理念，以培養(yǎng)工程應用型技術人才為導向構(gòu)建實踐教學平臺，全面提升學生的創(chuàng)新應用能力，增強他們的就業(yè)競爭力。
2.進一步深化校企合作，通過制定教學計劃和形成人才培養(yǎng)方案來落實企業(yè)的經(jīng)營理念和要求，在訂單培養(yǎng)、科技研發(fā)、互享資源等方面開展更深層次與更廣泛的合作。
3.建立健全校企合作機制，真正推進校企合作關系的科學化、規(guī)范化和合理化。
4.加強教師隊伍的培養(yǎng)和鍛煉，讓教師了解學科發(fā)展前沿，增強教學的針對性。
學院與福建、廣東、浙江、江蘇、安徽等省的礦山冶金企業(yè)進行長期合作，采用學生主動報名、學校和企業(yè)篩選的形式，讓大四學生在企業(yè)相關崗位實習3～6個月，與一線師傅親密接觸，由師傅手把手地教學生實踐知識，強化他們的動手能力，當學生和企業(yè)雙方都滿意時可直接簽訂就業(yè)協(xié)議。通過企業(yè)工程師授課、安排課程實習和畢業(yè)實習等多種有效措施，充分利用學校與企業(yè)等多種不同的教育環(huán)境和教育資源以及在人才培養(yǎng)方面的各自優(yōu)勢，把以課堂傳授知識為主的學校教育與直接獲取實際經(jīng)驗、實踐能力為主的生產(chǎn)、科研實踐有機地結(jié)合于學生的培養(yǎng)過程中，縮小學校和社會對人才培養(yǎng)與需求之間的差距，使人才培養(yǎng)方案、教學內(nèi)容和實踐環(huán)節(jié)更加貼近社會發(fā)展的需求，促進學生實踐能力和整體素質(zhì)的提高，增強他們進入社會的競爭力，達到培養(yǎng)高級應用型人才的目的。
多維實踐平臺的建設和運作，可以增加學生與企業(yè)的溝通了解，拓寬學生的就業(yè)渠道，提高就業(yè)率，幫助企業(yè)培養(yǎng)人才和穩(wěn)定人才隊伍。企業(yè)對學院的辦學理念及力行推進校企合作表示贊賞。
六、總結(jié)
構(gòu)建礦冶特色機械專業(yè)的人才培養(yǎng)模式，有助于提升機械專業(yè)學生的實踐能力和綜合競爭力，有助于全面提升學校的教學質(zhì)量，提高學生的就業(yè)率。
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篇6
Keywords: computer aided design; application; mechanical design
中圖分類號：TH122
1計算機輔助設計的發(fā)展及重要性
機械設計是機械工程的重要組成部分，是機器生產(chǎn)的前提，同時也是決定機械性能的最主要因素，一部機器的質(zhì)量及工作性能的好壞很大程度上取決于設計質(zhì)量，狹義的機械設計僅指技術性的設計過程，廣義的機械設計是指設計者根據(jù)使用要求和現(xiàn)有的條件，對機械的工作原理、結(jié)構(gòu)、剛度和強度、各個零部件的材料和形狀尺寸、以及方法、力和能量的傳遞方式等進行分析、構(gòu)思和計算，并將其形成具體的描述以作為機械制造依據(jù)的工作過程。這不僅是一個創(chuàng)造性的工作，同時也是建立在豐富的成功經(jīng)驗基礎上的工作，只有將兩者結(jié)合起來，才能設計出高質(zhì)量的機器。
機械設計的所有步驟幾乎都需要計算機的幫助。圖形的編輯、修改，大量數(shù)據(jù)的計算和比較，對零部件動力、強度等方面的精確測試，都需要相應的計算機軟件的支持。除了這些繁瑣的工作可由計算機替代外，設計者還可以利用計算機進行虛擬樣機的構(gòu)建，也就是根據(jù)圖紙，在計算機上制造一個模擬樣機，對它的工作性能、受力情況、熱度等各方面進行驗證，根據(jù)出現(xiàn)的狀況修改原設計，從而達到完善的程度。隨著計算機技術的發(fā)展，計算機正在越來越廣泛地應用于機械設計的各個方面以及各種各樣的機械設計中，它在提高機械設計的質(zhì)量和轉(zhuǎn)化為實際制造的效率方面，發(fā)揮著重要作用。計算機輔助設計便是伴隨著計算機技術的發(fā)展而出現(xiàn)，并廣泛應用于多種學科的一種方法。計算機輔助設計又被稱作“CAD”，是由計算機幫助設計人員完成機械設計中的計算、制圖、模擬等工作，并在不斷修改和反復驗證的基礎上，輸出滿意的設計結(jié)果和最后的產(chǎn)品圖紙的一門技術。
20世紀 60 年代初，麻省理工學院的一名研究生發(fā)表了題為《人機對話圖形通信系統(tǒng)》的論文，首次提出了交互技術及計算機和圖形符號的存儲采用分層的思想，為 CAD 技術的確立提供了理論支撐。隨著這一理論的不斷完善，眾多行業(yè)的領軍人物開始認識到計算機輔助技術的重大作用，并投入重金研發(fā)。美國的 IBM公司開發(fā)了以大型機為基礎的CAD 系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有繪圖、數(shù)控編制等功能，之后有關計算機輔助設計的研制與開發(fā)接踵而至，通用汽車公司研制出了用于汽車設計的DAC- 1 系統(tǒng)，洛克希飛機公司研發(fā)的 CADAM系統(tǒng)，適用于不同階段的飛機設計。這時的計算機輔助設計系統(tǒng)都是在大型機或超級小型機的基礎上開發(fā)的，購買這套系統(tǒng)通常需要上百萬美元，因而這一系統(tǒng)只在經(jīng)濟實力比較雄厚、規(guī)模較大的航空、汽車、輪船、石油等行業(yè)應用。在 20 世紀 70 年代初出現(xiàn)了柔性制造系統(tǒng)FMS，“柔性”意為在使用計算機制造產(chǎn)品的過程中，制造系統(tǒng)會根據(jù)所編程序中指令的變換而改變加工過程，這種適應性以及加工的靈活性被稱為“柔性”。我國對 FMS 的定義為：柔性制造系統(tǒng)是由數(shù)控加工設備、物料儲運裝置和計算機控制系統(tǒng)等組成的自動化制造系統(tǒng)，包括多個柔性制造單元，能根據(jù)制造任務或生產(chǎn)環(huán)境的變化迅速調(diào)整，適用于多品種、中小批量的生產(chǎn)。隨著計算機技術、通訊技術等的發(fā)展，CAD 技術也日益走向完善，比如 80 年代出現(xiàn)的由超大規(guī)模集成電路制成的微處理器和存儲器件，使得 CAD 技術在中小企業(yè)逐漸普及，從飛機、汽車到服裝、建筑、出版等行業(yè)都開始采用 CAD 技術。如今，計算機輔助設計技術已在機械制造業(yè)得到廣泛應用，而且現(xiàn)在的 CAD 應用系統(tǒng)可以將機械設計中的繪圖、分析、數(shù)據(jù)處理、仿真、加工修改等一系列環(huán)節(jié)集于一身，大大縮短了設計時間，提高了設計效率和質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本與制造周期。CAD 的常用軟件有很多，但由ParametricTechnology 公司推出的Pro/Engineer 產(chǎn)品，在目前三維造型軟件領域中占有重要地位，引領著CAD 技術的新潮流。
2逆向工程中CAD的應用
逆向工程是一種消化、吸收先進設計的重要手段。技術的自主研發(fā)固然重要，但研發(fā)成本卻是相當高昂的，而且研發(fā)過程還受到科技人員的素質(zhì)、國家財政的投入、現(xiàn)有條件等各方面因素的影響，因而一項新技術的產(chǎn)生通常需要幾年甚至十幾年的時間，這對于技術條件及設備相對落后的發(fā)展中國家而言是不可想象的。因而，充分利用他國的科技成果，在消化、吸收的基礎上再進行創(chuàng)新不失為一種加快科技發(fā)展的重要手段。日本在二戰(zhàn)結(jié)束后的重新崛起，很大程度上是因為他大規(guī)模引進美國、英國等歐洲發(fā)達國家的先進技術，并做了很好地消化吸收，從而轉(zhuǎn)化為本國生產(chǎn)力的一部分。逆向工程就是在只有產(chǎn)品或?qū)嵨锬Ｐ偷臈l件下，在了解產(chǎn)品原設計的基礎上，逆向重構(gòu)產(chǎn)品零部件的 CAD 模型，已達到設計創(chuàng)新的目的。以前的“逆向工程”技術的研究和應用都集中在實物方面，即在拆解原有產(chǎn)品的過程中，重建產(chǎn)品實物模型，以實現(xiàn)新產(chǎn)品的制造。隨著現(xiàn)在機械制造技術的發(fā)展，可以通過坐標測量設備、通用的CAD軟件等方法，把實物樣件轉(zhuǎn)化為 CAD模型，綜合利用 CAM（計算機輔助制造）、CIMS（計算機集成制造系統(tǒng)） 等技術對其進行處理和再設計。Pro/Engi-neer軟件中 SCAN- TOOLS是一個專用的逆向設計模塊，可以通過數(shù)據(jù)點構(gòu)造網(wǎng)格曲線，并對點云進行擬合，以得到光滑、連續(xù)的曲面，再對曲面進行交互修改，從而得到與實物一致的CAD 模型。SCAN- TOOLS與 Pro/SURFACE 配合使用，可以在曲面生成后，通過切割、裁剪、延伸等工作，將曲面轉(zhuǎn)換為實體，再利用Pro/Engineer軟件基于特征的參數(shù)化設計功能，完成模型的二次設計，實現(xiàn) CAD模型的重建。
3 汽車覆蓋件模具設計中的 CAD 應用
汽車覆蓋件模具設計不僅影響到汽車車型，也是汽車個性化和更新?lián)Q代的標志。然而在現(xiàn)實的汽車覆蓋件模具設計中，經(jīng)常發(fā)生設計人員的設計與制造、工藝人員的工作相沖突的情況也就是設計者的設計不能很好地進入生產(chǎn)、制造環(huán)節(jié)，甚至還會進行返工、再設計，這不僅增加了設計成本，拖延了生產(chǎn)時間，還可能造成失去市場競爭力的嚴重后果。為避免這種情況的發(fā)生，應盡量在設計環(huán)節(jié)排除這些問題。
汽車覆蓋件模具的設計過程一般包括：根據(jù)市場需求進行模具概念設計；對模具的結(jié)構(gòu)、熱度、工藝問題等進行分析并畫出圖紙；根據(jù)圖紙進行 CAD模具結(jié)構(gòu)造型設計；將 CAD 造型鑄造為實物，如有矛盾或不當之處，再返回 CAD 設計。CAD 造型設計是整個設計的關鍵環(huán)節(jié)，此處出現(xiàn)問題將會影響后期的汽車生產(chǎn)，因而必須要做好 CAD 的造型設計。比如對某款汽車的車門做一些設計上的更新，首先需要獲得車門零件的幾何模型，然后運用三坐標測量機對零件的結(jié)構(gòu)進行分析，再使用特定的測量方法采集數(shù)據(jù)，運用相關測量設備對數(shù)據(jù)進行處理，最后再利用 Pro/Engineer 軟件進行模型重建，通過Pro/Engineer 的模具設計及數(shù)控加工功能，迅速完成汽車車門的模具設計及零件的 NC加工。
4 結(jié)語
算機輔助設計技術在確保機械設計的精度、處理機械設計中的大量數(shù)據(jù)、繪制復雜圖形等方面發(fā)揮著重要作用，但這些計算機輔助設計的技術大都產(chǎn)自歐美等發(fā)達國家，我國自主研發(fā)的較少，加之對引進他國的技術沒有完全消化，致使我國的機械制造業(yè)水平同國外相比，還存在較大差距，僅以目前的礦山機械設備為例，我國的輸送機特性研究只有理論，還沒有成熟的安全設計方法。因而，應加強計算機輔助設計的自主研發(fā)能力，為我國的機械設計提供必要的技術支撐，從而提高我國的機械裝備水平。
參考文獻：
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篇7
在工業(yè)化時代，大規(guī)模機械電氣設備的使用讓社會生產(chǎn)效率大幅度的增加，但與此同時，機械設備故障也頻繁發(fā)生，延誤生產(chǎn)時機。所謂故障，是指機械系統(tǒng)偏離正常功能，造成設備基本功能不能保證。最初故障診斷是依賴人員的個人經(jīng)驗及簡單檢測儀器，隨著電工電子、傳感器、信號分析、計算機等技術的發(fā)展，對發(fā)生的故障，除要求設備管理人員具備掌握一定的機械專業(yè)技術、還要有電氣、計算機等專業(yè)知識。這對于依賴于個人知識儲備在故障面前顯得杯水車薪，特別是高技術含量進口機械設備故障如民航發(fā)動機故障，我們有時候卻無能無力而不得不依賴外國專家指導。這樣在計算機網(wǎng)絡的發(fā)展下，基于WEB的遠程故障診斷分析由此而產(chǎn)生。
遠程故障診斷可提高復雜機械電氣設備的維護和診斷，實現(xiàn)對分設備和關鍵部件進行分散集中式監(jiān)視、診斷和管理。不僅提高了設備的管理效率，降低了維護費用，還提高了故障診斷的水平和快速性，也有利于資源共享。
2.監(jiān)控診斷系統(tǒng)
監(jiān)測與診斷主要是根據(jù)快變信號、緩變信號以及開關量信號的變化，運用通頻和分頻振幅值等多種方法來判斷機組是否正常運行。
系統(tǒng)需有多種采集卡，包括振動信號采集卡、轉(zhuǎn)速采集卡、溫度壓力流量采集卡以及報警信號采集卡。還需要有相應的信號變換和調(diào)理電路。各種參量的獲取是通過振動、溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等測量傳感器實時獲取機組工作狀態(tài)信息。然后將各種信號通過信號分析處理方法通過PC總線和計算機顯示出來，實現(xiàn)各種工況的實時顯示。再到更高層次就是利用智能診斷系統(tǒng)對監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行分析和模態(tài)識別，利用邏輯推理和數(shù)值分析方法相結(jié)合的方式，利用專家知識和固有原始數(shù)據(jù)進行分析和比較，得出診斷結(jié)論，以上過程可用下圖結(jié)構(gòu)表示。
圖1 監(jiān)控診斷系統(tǒng)組成框圖
3.遠程故障診斷地應用
遠程故障診斷是一門實用性強的技術，它在工業(yè)、醫(yī)療、石油、航空等各個方面都有廣泛地推廣和使用。
利用INTERNET技術，F(xiàn)ANUC的數(shù)控機床采用了C/S的架構(gòu)設計，這其中包括了服務器和客戶端。運用SQLSERVER 2008可以創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，利用TCP/IP協(xié)議可以建立通訊鏈路，利用柔性制造系統(tǒng)可以對機床故障診斷分類，利用電腦分發(fā)出診斷號、參數(shù)號，進行PMC接口診斷。也有的專家獨辟蹊徑，將遠程故障診斷在數(shù)控裝置的應用劃分成了四個模塊，即信息檢索模塊、智能診斷模塊、網(wǎng)絡會診模塊、遠程檢測模塊。信息檢索模塊主要是利用專家系統(tǒng)人工或者機器進行檢索，智能診斷模塊主要應用對檢測信號進行分析，再利用與此類似的遠程數(shù)控設備監(jiān)控診斷系統(tǒng)是由CNC、現(xiàn)場監(jiān)控工況機，數(shù)據(jù)存儲服務器、WEB服務器及遠程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)中心等組成。楊賢等介紹了一種監(jiān)控軟件，HOMS監(jiān)控軟件是以狀態(tài)監(jiān)測為基礎，最優(yōu)檢修決策為目的的。它的體系架構(gòu)為狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，廠級診斷中心，企業(yè)級決策中心。
在汽車行業(yè)，常用的維修檢測設備是從電噴車解碼器、手持式故障診斷儀慢慢發(fā)展到行業(yè)中比較流行的離線PC式汽車故障診斷儀。現(xiàn)在又有新的趨勢了，顏伏伍、曹愷等研究了基于智能手機的汽車遠程故障診斷。他們發(fā)現(xiàn)一些手持式診斷設備存在攜帶不方便、缺乏維修指導并且診斷效率低下等情況，利用ARM公司推出的開發(fā)復雜應用程序的RVDS（Realview Development Suite）開發(fā)工具設計實現(xiàn)了讀清故障碼、讀凍結(jié)幀、讀數(shù)據(jù)流等，另外還具有遠程交互能力和方便專家進行遠程輔助診斷等功能。
在石油與礦山機械領域，王峰、路小琪研究了基于物聯(lián)網(wǎng)的礦井提升機感知系統(tǒng)設計。所謂物聯(lián)網(wǎng)就是通過二維碼識別設備、射頻識別裝置、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)和激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。在這種技術環(huán)境下，提升機控制系統(tǒng)通過傳感器、檢測設備以及安裝在系統(tǒng)中的無線傳感器等關于該設備的運行狀態(tài)經(jīng)過以太網(wǎng)傳遞至調(diào)度室。在長輸油氣管道中，實現(xiàn)輸油泵在online狀態(tài)下監(jiān)測最好是使用在線故障診斷軟件，可是幾乎所有的都是通過安裝在設備商的各種監(jiān)測儀表，然后通過網(wǎng)絡上傳到SCADA系統(tǒng)上進行數(shù)據(jù)分析處理、多線程進行管理。可以達到實時監(jiān)控狀態(tài)，準確地找到故障報警。在鉆機的在線檢測中，從萬生、張鵬飛、林智敏、于輝等人在石油機械雜志上研究了利用國際上最先進的remote數(shù)據(jù)與圖像監(jiān)測處理技術，采用移動通信衛(wèi)星實現(xiàn)了遠程數(shù)據(jù)及視頻傳輸?shù)墓δ埽眠@些專有技術實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的網(wǎng)間共享以及信息捕捉等功能。在壓縮機的故障診斷與監(jiān)控上，吳文莉采用了嵌入式CPU和無線通訊GPRS發(fā)送模塊如遠程數(shù)據(jù)傳輸單元DTU組成。在對鐵路設備的診斷系統(tǒng)設計中，李桂林發(fā)表在《自動化與儀器儀表》上論述了采用計算機網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)庫技術和故障診斷技術，一定程度上提高了列車的運行效率和保障了行車安全。
另外，Deb.S，Domagala.C，Gho-shal，Alena.R在《The international society for optical Engineering》利用美國Qualtech的軟件開發(fā)了一種基于上述系統(tǒng)判斷的遠程診斷服務器，建立了遠程檢測空間服務站的模型。我國葉文君等利用基于模型和信號處理的方法對空調(diào)系統(tǒng)的故障診斷和檢測進行了分析和總結(jié)。在機器人焊接方面，由星云焊接公司研制的Nebula型焊機，它可以通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)遠程故障診斷、遠程檢測，還可以將數(shù)字電視技術應用在它上面。
4.結(jié)語
文章簡要介紹了故障診斷系統(tǒng)的組成和基本原理，肯定了基于WEB故障診斷系統(tǒng)的作用，并且介紹了監(jiān)控檢測系統(tǒng)的組成以及遠程故障診斷在各行各業(yè)的應用。基于WEB的故障診斷技術發(fā)展已有多年了，相關技術已經(jīng)日趨成熟，對于遠程故障診斷的前景可能會在對故障位置精確性確定、故障時間準確性預測、檢測故障地點的精密化等方向發(fā)展。
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