5　設(shè)計方法創(chuàng)新：電腦應(yīng)用與模塊設(shè)計

　　現(xiàn)代設(shè)計方法在工程機(jī)械上的應(yīng)用近20年來獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，并開發(fā)成功了大量新機(jī)種。這些機(jī)種包括路面施工與養(yǎng)護(hù)機(jī)械、地下施工機(jī)械、環(huán)境保護(hù)機(jī)械、高空作業(yè)機(jī)械及土壤改良機(jī)械等。

　　現(xiàn)代設(shè)計方法與傳統(tǒng)設(shè)計方法最大的不同是普及應(yīng)用了電子計算機(jī)。以往一種新機(jī)型需要多次反復(fù)試制、試驗(yàn)和修改才能定型，一般需要幾年的時間。在計算機(jī)上，新產(chǎn)品設(shè)計可采用三維數(shù)字化建模，利用專業(yè)CAD軟件進(jìn)行基礎(chǔ)零部件優(yōu)化選擇與分析計算，直到生成工程圖和進(jìn)行三維虛擬裝配及模擬試驗(yàn)。

　　現(xiàn)代設(shè)計方法包括的面很廣，如相似設(shè)計、模塊化設(shè)計、動態(tài)分析、優(yōu)化設(shè)計及人機(jī)工程與工業(yè)造型的應(yīng)用等，體現(xiàn)在機(jī)器形體上最明顯的是模塊化設(shè)計。

　　模塊化設(shè)計包括了以往所說的部件化、通用化及設(shè)計過程中的軟件模塊化。部件化是將機(jī)器的每一個部件都設(shè)計成結(jié)構(gòu)完善的獨(dú)立單元，簡化相鄰部件之間的連接，以便于安裝與調(diào)整，便于存放與運(yùn)輸，便于維修與保養(yǎng)，而且也便于社會化生產(chǎn)。通用化是選用相應(yīng)的部件單元做不同的連接拼裝可以組成不同技術(shù)性能的機(jī)器，這樣可以增加部件的生產(chǎn)批量，從而降低整機(jī)的制造成本。設(shè)計軟件的模塊化大大加快了新產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)進(jìn)度。

　　對一般的行走式工程機(jī)械，其發(fā)動機(jī)、液壓件、傳動件、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及電腦控制板等都是相對獨(dú)立設(shè)計或選用。機(jī)器的工作裝置可以設(shè)計成典型結(jié)構(gòu)，機(jī)器的傳動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等可以分解成不同的設(shè)計單元，例如傳動系統(tǒng)分解成變速器、聯(lián)軸器、離合器、制動器、驅(qū)動橋、行走裝置等，液壓系統(tǒng)分解成閉式傳動、開式傳動、多路閥系統(tǒng)等。對于典型工作機(jī)構(gòu)及系統(tǒng)單元也可以按整機(jī)的技術(shù)性能做不同的組合，或者按機(jī)器規(guī)格的大小作相似設(shè)計。

　　對于固定式安裝的大型工程機(jī)組，如石料破碎與篩分聯(lián)合設(shè)備，各種混合料攪拌設(shè)備及盾構(gòu)設(shè)備等，其機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，遷移運(yùn)輸困難，涉及的知識領(lǐng)域廣泛，模塊化設(shè)計就更顯必要。

6　制造過程創(chuàng)新：虛擬制造與并行工程

　　現(xiàn)代化的信息技術(shù)與全球經(jīng)濟(jì)一體化，為機(jī)器制造業(yè)的虛擬化制造創(chuàng)立了條件。在工程機(jī)械的各大跨國公司中，一個明顯的趨勢是制造商集中力量做好開發(fā)研究和設(shè)備組裝，公司不再制造零部件，而把難題推給零部件供應(yīng)商去做。產(chǎn)品主機(jī)制造商與零部件供應(yīng)商及科研開發(fā)機(jī)構(gòu)相互協(xié)作，發(fā)揮各方的主創(chuàng)精神，共同研制和生產(chǎn)適銷對路的產(chǎn)品，大家共生共榮?，F(xiàn)在沒有那一家工程機(jī)械制造商能單獨(dú)依靠自身力量完成一種主機(jī)產(chǎn)品的全部生產(chǎn)過程，而是各方分工合作，這就像一個“虛擬化”的大企業(yè)。虛擬企業(yè)是一個沒有圍墻、超越空間、依靠網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系和統(tǒng)一指揮的臨時合作經(jīng)濟(jì)實(shí)體。

　　虛擬化制造要以模塊化設(shè)計為基礎(chǔ)，并且是一種設(shè)計與制造過程中的并行工程。主機(jī)制造商在開發(fā)的初期做好市場論證和總體結(jié)構(gòu)方案，將各個配套件分解給供應(yīng)商，由其根據(jù)總體方案的要求自行設(shè)計與生產(chǎn)制造。在整個開發(fā)過程中，要由主機(jī)制造商進(jìn)行協(xié)調(diào)，協(xié)調(diào)的內(nèi)容包括技術(shù)要求、成本控制、相互銜接及生產(chǎn)進(jìn)度等，這樣可以大大加快新產(chǎn)品的開發(fā)進(jìn)度，對市場需求做出更靈敏的響應(yīng)。

　　并行工程的目標(biāo)是通過新產(chǎn)品開發(fā)各階段的工作同時并行，以加速開發(fā)過程。產(chǎn)品開發(fā)過程包括4個階段：①設(shè)計—形成總體裝配和零部件圖；②造型—制作非功能性模型；③試制—制造與試驗(yàn)樣機(jī)的功能性模型；④生產(chǎn)—批量試制并驗(yàn)證工藝裝備。在并行工程中，這些工作要有機(jī)地安排成齊頭并進(jìn)，從而大大縮短了新產(chǎn)品的開發(fā)進(jìn)程。

　　采用虛擬制造與并行工程的必要條件是計算機(jī)的普及應(yīng)用。在計算機(jī)上利用CAD/CAE軟件網(wǎng)絡(luò)，不僅可以根據(jù)設(shè)計者的構(gòu)思自動生成工程圖形和實(shí)體模型，而且可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度分析和機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)分析，以及整機(jī)和零部件的參數(shù)優(yōu)化和動態(tài)性能仿真試驗(yàn)等。設(shè)計的工程圖形（零部件）通過數(shù)據(jù)庫直接傳輸給工藝部門，就可以編制工藝路線和設(shè)計工裝刀具，也可以通過CAM直接生成數(shù)控加工程序軟件，很快就可在數(shù)控機(jī)床或加工中心上試制出樣品。

　　普及應(yīng)用虛擬制造與并行工程的企業(yè)，一種系列工程機(jī)械產(chǎn)品的開發(fā)周期可以縮短到了3個月以內(nèi)，大大加強(qiáng)了其市場競爭實(shí)力。