寻找起重机设计的创新点

作者：大连重工起重集团有限公司 朱德康

欢迎访问e展厅 展厅 2 起重/升降设备展厅 起重机/行车, 悬臂吊/平衡吊, 电动葫芦/手拉葫芦, 永磁起重器, 电磁铁, ... 随着起重机市场近年来的日益活跃，起重机产品正朝着机电一体化、集成化、模块化和个性化的方向发展，也在综合考虑控制系统的安全可靠性、操作舒适性、结构优化性等方面有了更高的要求，这使得机械设计师们必须从常规的设计模式中跳出来，用新概念、新技术和新工艺来设计适应新形势的新产品，设计者需要考虑的首要问题就是如何降低设计成本、提高设计速度和缩短设计周期。 起重机创新设计是起重机技术水平不断提高和发展的源泉，充分利用现代信息技术成果和现代管理手段，综合现代设计技术将对起重机技术发展起到极大的推动作用。 国内外设计学的发展 英国从20世纪60年代开始，就以国家政策和财力来支持与发展设计创新；德国也提出“设计就是科学”的概念，使其设计学的发展达到了相当规模；而美国成立了“设计委员会”；日本也同样非常重视设计技术的发展，将设计看作是技术、经济、美学和人机工程学的有机整体，并大力推广和采用最新技术。越是经济发达的国家，也越重视设计工作，并促使整个机电产品包括起重机产品的造型设计、安全可靠性、技术经济性等方面发生着翻天覆地的变化。 纵观我国，起重机设计的发展经历了一个曲折的过程。以前主要是以模仿前苏联的产品设计为主，使得产品设计的局限性很大。20世纪60年代之后，国内企业逐步开始从事新产品、新部件的开发设计工作，使得机械设计从简单的仿制逐渐走向实验研究和计算分析阶段。直到20世纪80年代，随着宝钢等一些大型国有企业对国外起重机的引进，与国外进行联合设计、在国内制造设备的形式逐步增多，国内也引入了更多国际上的先进技术与设计方法；同时，将计算机应用技术引入到设计领域，对起重机的设计工作也起到了很大的推动作用。尽管成绩显著，我国起重机设计领域还是存在不少问题。首先，大多数中小企业对设计研发不够重视，资金投入少，一直无法形成开发新产品或更新换代老产品的设计能力，更没有能力进行再创新工作，致使产品长期不变。与之相比，为数不多的国有大型企业则因为重视创新设计而得到快速发展，帮助国内起重机设计能力和水平缩短了与国外的差距。这些企业大量采用先进的计算机设计技术，不仅极大推进了设计学发展的进程，也促进起重机的设计理念向着更高的方向发展。 1. 降低设计成本 近年来，国内外专家对成本估算及降低成本的方法进行了大量的研究。德国学者提出了成本结构和分类，用相对成本概念来实现不同设计方案之间的对比评价，利用设计方法学和控制成本的设计思想研究成本特征与设计特征之间的转化，提出面向用户的目标成本核算法；美国学者则根据已有或生产的产品的回归统计结果建立成本模型；而日本和英国学者也均对制造阶段的成本估算进行了较多的研究。对于国内，许多学者也进行了数年的研究，提出DFC和DTC的成本计算研究模式，完成了全方位分析比较单台和系列起重机设计水平和设计目标成本的综合评价体系，但不足是数据积累量较少，实用范围较小。从上述分析可以看出，对起重机产品降低成本的设计长期以来还停留在局部的分析和计算阶段，尚未将其纳入到贯穿设计全过程的CAD系统中，也未引入产品的全寿命周期概念。因此，建立支持设计全过程、尤其是初始方案和总体结构设计阶段的成本信息模型已成为实现低成本设计的关键和迫切需要解决的难题。 2. 快速设计技术 1992年东京国际会议上正式提出了并行工程技术，在此基础上发展成旨在缩短产品设计周期的快速设计技术（RDT），目前国际上针对快速设计的并行设计技术、快速原型技术、系列化模块化技术和虚拟制造技术等发展均较为迅速，但在起重机行业还没有得到大范围的推广应用。 3. 虚拟设计技术 在机械产品设计的仿真建模中，目前应用最广泛的包括有限元方法（FEM）、有限差分法等；尤其是数字化样机的仿真设计对大型复杂起重机产品的方案评审、机构动作原理审查、结构干涉检查等都具有十分重要的现实意义。此外，在计算机虚拟现实系统（VRS）环境中的虚拟设计（VD）技术方面的研究也开始受到人们的重视。 4. 智能设计技术 各主要工业发达国家正从传统的CAD技术不断向智能CAD（ICAD）和人机智能化设计系统方向发展，电气控制系统自分析、自调整、自纠错的智能化水平不断提高，使得起重机的设计和使用全过程的自动化和智能化得以实现。 5. 广义优化设计 国内的数值优化技术在20世纪70年代初应用于工程设计，目前在离散和随机变量优化、结构优化、智能优化、优化建模和复杂系统优化方法学等领域的研究已取得相当水平的理论和应用成果，但对向前扩展到建立模型、处理模型，向后扩展到优化结果显示的全过程的研究还不够深入和全面，与主要工业发达国家还有一定的差距。 起重机设计创新的目标 为了缩小差距，达到国际先进设计水平，国内机械制造企业必须研究并掌握产品创新设计的理论与方法，并有重点地应用于一批产品的设计中，提高产品综合设计能力和水平，使起重机产品在产品质量、价格、交货期及功能、型式等方面满足用户不断发展的需求，这样才能在激烈的市场竞争中占据较多的份额。 1. 创新的设计技术 开展对起重机传动型式创新、结构构造创新和功能原理创新等方面理论及技术基础研究，着重研究新材料、新工艺、新的传动装置，从而通过对不同设计方案的优选、分解和组合来产生新的设计方案。 2. 降低成本的设计技术 在产品设计过程中采用面向成本的设计技术和并行的成本估算技术是使产品成本降低的关键，其中重点要研究的是成本结构分析技术和价值工程分析技术，且需要构造多种专用的设计知识库和成本数据库来精确地并行估算成本。做到产品成本的即时反应，通过设计方案的调整来实现设计阶段的控制产品成本。其实，创新并不总是等同于用较高的成本去发明新的零部件；利用标准构件，甚至外购件同样也可以组合成新的产品，这也是一种创新。 3. 仿真与虚拟设计技术 交货期极短的市场需求要求开展基于网络的协同（异地）设计技术、并行工程技术研究，以便缩短产品的开发周期。其中，系列化模块化设计技术、人工智能技术、产品专家设计系统技术和虚拟制造技术是快速设计的所要研究的重要内容。 建模及仿真软件也是计算机仿真技术中的重要研究课题，对创新设计的可观化研究，以及将专家系统模糊决策和人工神经网络等技术引入仿真系统的研究有助于形成一个高效、智能的起重机仿真系统。开展虚拟现实（VR）技术的研究，将使起重机的仿真技术具有一个更加真实方便的输入输出系统，可以快捷地做出各种方案评价和决策。 4. 智能设计技术 起重机智能CAD（ICAD）技术和人机智能化设计系统技术的研究，使得面向CIMS的智能设计走向高级阶段。原理方案智能设计，基于实例的推理，知识获取、表达和利用等技术也是智能设计技术所要研究的重要内容。 5. 全过程优化设计 起重机广义优化技术的研究将使得人们能够从模型的建立、处理、一直到优化结果显示等全过程进行优化。 现代设计技术中的一般性优化设计方法及其应用已日趋成熟，普通的连续变量优化设计、混合离散变量优化设计，已发展到随机变量优化设计（可靠性优化设计）、模糊变量优化设计；单目标优化设计已发展到多目标优化设计。仅将优化设计的范围局限于优化方法及其应用程序的编制上，已不能适应当代起重机技术发展的需要，只有全局优化才是现代起重机的优化重点。广义的优化设计应是优化设计的重要发展方向，其内容主要包括工程优化设计问题的自动建模技术、优化设计问题的前处理与后处理、优化设计结果的评价等。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (9/21/2008)