基于机械对称性的环保机械产品创新设计

基于机械对称性的环保机械产品创新设计

肖现科,郭子涵,高鹏

河南安彩高科股份有限公司 河南省安阳市 455000

摘要：随着国民经济的不断增长、科学技术的不断创新，环保机械设备设计发展得到了质的飞跃。环保机械作为现代环保产业建设工作内容的重要组成部分，是传统机械设备行业优化产业结构调整的核心发展领域。机械对称性表现为机械系统内部存在的广泛对称性质，其功能对称性、原理对称性和结构对称性之间作用紧密，蕴含着大量对称性知识。本文首先分析我国环保机械设备具有的优势，然后探讨环保机械设计原则，最后分析基于机械对称性知识的环保机械产品的创新设计，验证机械对称性在机械产品创新设计方面的实用性与有效性。

关键词：机械对称性；环保机械；设计

引言

作为推动我国经济发展的支柱性行业，机械制造行业在加快社会建设进程方面发挥的作用不容忽视，一方面，机械制造行业为各行业生产生活提供了相应的仪器设备；另一方面，机械制造行业的进步也有助于我国工业体系的完善。整体而言，现阶段我国机械行业所应用的自动化技术已经体现出一定的成熟性，且其随着机械行业的发展也在持续完善、更新。在新的时代背景下，相关主体要结合时代发展形势，探索机械制造行业新的发展方向。

1我国环保机械设备具有的优势

当前，国内生产的环保机械设备优势较多，虽然进口设备更为先进，质量更有保障，但是其采购、使用成本较高，不符合我国的国情；而国产设备优势较多，采购成本低廉，交货时间较短，售后服务也十分方便，符合国内企业的实际应用需求，具有很高的性价比。所以，运用国产环保机械设备对我国环保行业成本的降低更为有利。

2环保机械设计原则

2.1关注原材料性能

在机械设计与制造阶段，原材料直接关系到机械设备环保性，因此，有关主体要在设计制造阶段，关注原材料性能，强化材料筛选力度，确保其契合节能环保设计要求。第一，应关注材料耐久性，通过选择耐久性更优的材料，提高材料综合利用率，发挥材料性能优势，延长设备使用周期。第二，尽可能选择轻量化的材料，降低设备自重。

2.2契合节能减排理念

目前，社会公众愈发关注机械设计制造与其自动化发展的节能性和环保性。且相关调查显示，在我国社会总耗能中，机械能耗占据了较高的比例，故需关注机械设备节能设计工作。相关主体在选择机械设备期间，要选择负载合理的、性能优良的设备，降低设备耗能，同时，在进行机械设备设计制造工作时，也要对其运行工序加以优化和调整，提升设备满载率。在机械设备运行管理阶段，要安排专业技术人员，计算设备运行耗能，在发现设备存在异常情况时，及时处理设备问题。

2.3考虑机械设备功能要求

机械设计制造与其自动化发展对社会各行业生产效率和质量的提升大有裨益，对于机械设备生产、管理而言，更是有着深远的影响。为最大程度发挥自动化技术应用于机械设计制造领域的价值，设计人员在设计机械设备时，要综合考虑机械设备功能要求和安全管理核心，完善优化设备功能，保障机械设备应用的灵活性。

2.4积极应用先进技术

各项先进技术的应用，可为机械设计制造与其自动化发展提供不竭的动力，相关主体可结合实际需要，针对性生产机械产品，提升机械设计制造智能化水准。

3基于机械对称性的环保机械产品创新设计

3.1机械对称性知识及其应用

3.1.1机械设计域的应用

在机械设计域的对称性知识，表达了各种各类机械产品或零部件在机械原理方面、机械功能方面、机械结构方面存在的大量对称性实例，总结、提升为机械设计域的对称性设计知识，从而将设计知识运用于未来的新产品设计与开发，为协同设计、快速设计提供支持。

3.1.2机械制造域的应用

在机械制造域的对称性知识，包含了制造系统中的物质（装备、材料、工艺等）、信息、能量、质量方面存在的大量对称性实例，重点总结、提升为机械制造域的对称性工艺知识，从而开发基于对称性工艺知识的智能化、网络化的CAPP及CAFD系统，为CAx集成技术与工艺自动化提供新的思路与工具。

3.1.3机械设备故障诊断域的应用

在机械设备运行与维护维修域的对称性知识，聚焦了机械设备在售后运行过程中的维护保养、状态监测、故障诊断方面的原理、方法、流程、管理等存在的大量对称性实例，总结、提升为机械设备运行与维护维修的对称性知识，从而研发基于机械设备运行与维护维修域对称性知识的智能化机械设备运行、维护保养及故障诊断系统，为机械设备的可靠运行、故障预测性诊断、CIMS应用等智能制造重要要素提供支持。

3.1.4机械设备销售域的应用

机械设备销售域的对称性知识，囊括了在机械设备营销策略、营销网络、营销文化、营销物流等存在的大量对称性实例，总结、提升为机械产品的营销域对称性知识，完善企业PDM、ERP、MRPⅡ的应用，为企业实时调整产品营销战略提供市场依据。

3.2创新设计思想

保护环境是社会经济发展必要的前提。在环境保护中，各种环保机械产品的研发与应用就显得特别重要。创新、高效、可靠地求解新的环保产品设计问题是相关企业推出新产品、占领市场制高点的基础。设计人员在计算机辅助设计CAD系统、计算机辅助工程CAE系统等的协助下，从事创新设计、变形设计等变得更加容易。但是，CAD、CAE等系统只是一种辅助工具，本身不具备创新驱动力。而基于机械对称性实例与机械对称性知识的产品设计，可以让设计人员从新的设计问题的功能需求出发，自动获得求解满足新的设计问题的原理解集，进而获取在原理解集下的机械结构集。通过对原理解集和结构解集的继承（遗传操作）和优化修改（变异操作），创新、高效、可靠地获得新的设计问题的解集。

3.3创新设计关键技术

（1）机械对称性实例库技术。基于机械功能对称性、原理对称性、结构对称性的关联与相互作用原则，着重收集、整理在环保产品设计域的对称性实例，利用数据库原理，建立机械对称性实例库。机械对称性实例库拟采用数据表进行表达，每个具体实例以机械结构的三维模型的ID号为唯一表示，用每个实例的三维模型所包含的广义特征作为连接机械结构——功能效用——作用原理的桥梁，构建起连接函数。（2）机械对称性知识库技术。从机械对称性实例中提取机械对称性功能知识、原理知识、结构知识，建立该三种知识之间的内在联系，开发功能——原理——结构知识表达模型。在知识表达模型的基础上，实现机械对称性实例向机械对称性知识的提取与转化，从而建立机械对称性知识库。（3）求解新环保机械产品设计问题的搜索技术。建立机械对称性实例库与对称性知识库的目的，是为了基于机械对称性知识求解新的设计问题（包含为实现某机械功能的原理及其组合、新的机械结构及新的制造工艺等），即基于机械对称性的机械创新设计。其关键是将新的创新设计问题与对称性知识相匹配，得出一个或多个机械对称性实例方案，在对称性作用强度评价模型基础上获得新的设计问题解集。

结束语

本文通过以对称性作为新的载体，构建工艺对称知识库，这样可以帮助计算机辅助工艺设计提供一个新的思路。与此同时，提出了工艺对称性，对于对称性的理论的拓展也是一大帮助，从而将对称性扩展到了施工设计领域，对于功能、原理、工艺、结构之间的对称性结合和传递也是一个有利的帮助，对于产品的生命周期在对称性方面的研究也是一个突破。

参考文献：

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