劉 敏

（重慶科技學院,400050）

試析精梳機主運動機構(gòu)方案的計算機輔助設計

劉 敏

（重慶科技學院,400050）

隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，在市場條件下，競爭變得越來越激烈，各個行業(yè)，各個企業(yè)面臨著巨大機遇與挑戰(zhàn)。在企業(yè)發(fā)展的壓力下，不斷縮產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高產(chǎn)品的科技含量和創(chuàng)新性成為企業(yè)發(fā)展的必要選擇。精梳機主運動機構(gòu)方案創(chuàng)新設計是最具挑戰(zhàn)意義的，其設計目的就是發(fā)明新機械并優(yōu)化已有機械，不斷滿足用戶的需求，在產(chǎn)品創(chuàng)新中占有重要位置，要想實現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新，必須設計出能夠吸引人眼球的原理方案。本文就精梳機主運動機構(gòu)方案設計的研究意義、計算機輔助機構(gòu)方案設計等加以分析。

精梳機；主運動機構(gòu)方案；計算機輔助設計

如今，大部分機械產(chǎn)品都是由機構(gòu)組成的，也就是機械產(chǎn)品的“骨骼”，那么機構(gòu)產(chǎn)品的創(chuàng)新設計直接影響著機械產(chǎn)品的創(chuàng)新含量。產(chǎn)品的創(chuàng)新設計方案就是為了設計出新的機械產(chǎn)品，滿足用戶的要求，這個階段是之后制造和使用的關鍵階段。利用計算機來輔助創(chuàng)新設計方案是機構(gòu)學者們樂于采用的工具，它對于設計方案的自動生成起著很大作用。

1 精梳機主運動機構(gòu)方案設計的研究意義

伴隨著市場經(jīng)濟發(fā)展與競爭的激烈，企業(yè)要想繼續(xù)發(fā)展就要不斷創(chuàng)新增強自己的實力，創(chuàng)新性和高效行成為工業(yè)設計的重要發(fā)展方向。為了達到精梳機運動方案設計的計算機化，就要根據(jù)精梳機的特點建立運動方案的輔助設計系統(tǒng)。機械設計創(chuàng)新中最有挑戰(zhàn)意義的便是機構(gòu)方案創(chuàng)新設計，要求設計人員根據(jù)用戶使用出現(xiàn)的實際問題，找到最佳解決方案，并不是局部彌補，而是重大結(jié)構(gòu)性調(diào)整。這對于之后的機械設計以及生產(chǎn)都有著先導作用，直接導致機械產(chǎn)品質(zhì)量的好壞、產(chǎn)品性能的高低以及經(jīng)濟效益的漲落。例如，根據(jù)科學統(tǒng)計，主運動機構(gòu)方案設計在機械產(chǎn)品的綜合使用性能中占有70%的決定權(quán)，也就是說，在機械產(chǎn)品的概念設計階段就已經(jīng)影響著產(chǎn)品的使用性能了，如果，一個機械產(chǎn)品在概念設計階段的總體性能高，那么在機械產(chǎn)品具體加工制作過程中只是使機械廠品有型化而已。在創(chuàng)新設計方案階段需要做的是：依據(jù)實際需要，構(gòu)思產(chǎn)品的功能，結(jié)合科學技術(shù)設計產(chǎn)品運作原理和設計功能實現(xiàn)的載體。

2 計算機輔助機構(gòu)方案設計

2.1 機械系統(tǒng)運動方案設計

2.1.1 機械系統(tǒng)運動方案設計基本內(nèi)容

在通常情況下，機械系統(tǒng)是由四部分組成的，分別是原動機、傳動機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)和控制系統(tǒng)。創(chuàng)新方案設計是思路在機械系統(tǒng)運動領域的重新開辟，是一種創(chuàng)造性行為，在功能分析的基礎上，創(chuàng)新思路、不斷探索、篩選設計，得到理想的原理方案。精梳機機械系統(tǒng)運動的方案設計首先要確定工作原理，再進行機械運動方案設計，通過機械產(chǎn)品的工藝運動過程適當?shù)倪x用執(zhí)行機構(gòu)，并按著合理的組合方式構(gòu)成機構(gòu)系統(tǒng)，以此來完善機械產(chǎn)品的功能。精梳機機械運動系統(tǒng)方案設計的流程為：確定設計宗旨，建立功能結(jié)構(gòu)、分解工作原理、構(gòu)思機械工作過程、機構(gòu)選型、組合各個機構(gòu)、方案評價一系列環(huán)節(jié)完成精梳機機械系統(tǒng)運動方案設計的過程。

2.1.2 動作行為載體的創(chuàng)新設計

動作行為載體，即表現(xiàn)為某種物理裝置，在機構(gòu)學中指的是各種機構(gòu)，在機構(gòu)中具體來完成某個動作的構(gòu)件，一般稱之為執(zhí)行構(gòu)件。目前，機構(gòu)包括機、電、液、氣、磁等，這些都屬于實現(xiàn)機械運動的廣義機構(gòu)，是在現(xiàn)代條件下傳統(tǒng)機構(gòu)的擴展。執(zhí)行機構(gòu)的功能主要為：實現(xiàn)運動形式變換的機構(gòu)、實現(xiàn)其他功能的機構(gòu)。在運動方案中機構(gòu)創(chuàng)新設計法有：機構(gòu)變異法，為了優(yōu)化所選擇機構(gòu)的性能或者結(jié)構(gòu)，便可以通過機構(gòu)變異，也就是改變機構(gòu)中某種結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸、變換機架、更換原動件、增加機構(gòu)等方法來構(gòu)成新的構(gòu)件，得到構(gòu)件新的特性；機構(gòu)組合法，將一些零散的機構(gòu)組合起來，來實現(xiàn)機械生產(chǎn)中某些要求，達到機構(gòu)的創(chuàng)新組合，主要方式有：串聯(lián)式、并聯(lián)式、疊合式、復合式等；機構(gòu)演繹法，亦稱之為再生運動鏈法。其運作步驟首先為找到已有設計方案，整理出機構(gòu)的拓撲構(gòu)造特性，其次是在所有機構(gòu)中選擇一個已經(jīng)存在的設計作為最初機構(gòu)，改造成含有連桿和轉(zhuǎn)動副的運動鏈，最后，在數(shù)目綜合理論的指導下，得出需要構(gòu)件以及運動副數(shù)目的運動鏈圖譜。

2.2 運動機構(gòu)方案的自動生成

2.2.1 計算機輔助方案設計

經(jīng)過長期的探索，上海交通大學的鄒慧君教授提出了“功能-行為-動作-結(jié)構(gòu)”模型。計算機輔助方案設計的過程模型還存在許多問題沒有解決，利用計算機的特性以及人類的大腦進行設計是模型計算機化的最好辦法。例如，以精梳機的運動方案設計為例，通過三個階段來試析計算機輔助方案設計的過程。

首先，第一步需要設計操作人員和計算機共同完成，即為精梳機總共能的確定，第二步進行功能分析以及綜合來確定精梳機的工藝動作過程，進行分解、整合，確定工藝動作的原理和相對應的執(zhí)行動作。第二步依賴于人，需要設計操作人員找到實現(xiàn)總功能的創(chuàng)新原理，那么計算機輔助就是為了提供大范圍的設計實例刺激設計人員，幫助設計人員產(chǎn)生靈感。

其次，這個時期最主要的工作就是根據(jù)執(zhí)行規(guī)則來確定機構(gòu)解的時期。在匹配規(guī)則下，讓多個執(zhí)行機構(gòu)與執(zhí)行動作相對應。利用機構(gòu)庫中存儲的機構(gòu)特征信息以及運動特性描述，當設計操作員設計好輸入、輸出、約束關系、運動特性后計算機就會實現(xiàn)自動查找，將匹配條件找到符合條件的機構(gòu)。計算機在篩選完機構(gòu)條件后，以圖形以及文字、文件的形式將設計方案呈現(xiàn)在設計操作人員面前，由計算機獨立完成。

最后，這個階段的工作是方案組合與評價。多個機構(gòu)方案經(jīng)過排列組合就可以得到多個方案，確定設計方案是否滿足預期結(jié)果，滿足則保留，不滿足則再次進行機構(gòu)方案匹配。

3 結(jié)束語

我們都知道，生產(chǎn)機械產(chǎn)品之前進行機械方案設計，目的就是提高產(chǎn)品創(chuàng)新，贏得市場，增強產(chǎn)品的競爭力。機械產(chǎn)品的創(chuàng)新設計是拓展機械產(chǎn)品的市場道路的途徑之一，機械產(chǎn)品的方案設計是機械產(chǎn)品創(chuàng)新的前提條件，同時也是最富有挑戰(zhàn)意義的環(huán)節(jié)，為了促進我國紡織業(yè)的快速發(fā)展，在傳統(tǒng)紡織方法基礎之上，結(jié)合高新技術(shù)，對精梳機進行改造，將成為未來最重要的產(chǎn)業(yè)政策。

[1] 任家智,馬宏慶.立達精梳機計算機輔助工藝設計與優(yōu)化分析[J].棉紡織技術(shù),2008,09:22-25.

[2] 張穎靚,王生澤.精梳機運動方案的計算機輔助設計[J].東華大學學報(自然科學版),2008,01:101-104.

劉敏，1981年生，機械工程，講師，碩士研究生

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Liu Min
(Chongqing University Of Science & Technology,400050)

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