摘要：制造业最开始是从工厂体制的改革过渡中所形成的，它在我国经济迅速发展的背景下不断的扩大。机械设计是制造业的核心基础技术，是制造业持续发展的动力支撑。近年来，因为全球市场经济剧烈竞争的现象和世界上许多人对于消费产品质量的要求逐渐上升，信息技术融合了各种创新技术和方法，包括信息技术，机械设计理论不断的更新、机械设计方法不断的创新，这样才能更好的满足广大消费者对于产品的要求。虽然我国的机械设计理念和方法都有了很大的改善，但是国际上对于机械设计的要求也开始逐渐提高。对于来自国际市场的压力，要想在质量和外观上领先国际市场，必须提高设计水平。

关键词：工程机械;有限元;工业设计;目标导向;创新方法

引言：高端装备制造业作为中国品牌走向世界的一张重要名片，在“中国制造2025规划”的指引和推进下，正经历着日新月异的高速发展。作为“国之重器”的工程机械，早已从过去的借鉴仿制迈向创新引领的新阶段。转型过渡的同时，工程机械产品也面临着品质升级、用户体验与可靠性提升等问题，解决这些问题，成为我们从全球产业生态中的“中低端”走向“高端”的必经之路。由此，我们需要从传统的产品设计流程及方法入手，摆脱传统线性设计思维，进行系统性的多学科融合创新变革。基于我国工程机械产品开发现状，通过运用有限元分析和工业设计融合创新方法，使产品获得更多的可靠性和用户认可度。

1工程机械中的工业设计与有限元分析

1.1工业设计与工程机械。工业设计范畴是客观的、具体的，主要对象是批量生产的工业产品，是从用户与企业双方的角度，解决产品的概念、造型、色彩、结构、功能、人机界面等方面的具体问题，同时在工业设计活动中，要融入对社会、人文、生态等方面的哲学思考。工业设计主要解决的是面向用户的需求问题，无论是电子产品、交通工具还是机械装备，用户需求都是共同的设计目标和导向，就工程机械产品来看，其特殊性在于产品形态具有系统复杂、结构部件多且外露的特点，技术性能与功能用途是工程机械产品区别于消费级产品的本质特征，工业设计需服从于这一核心需求，并作为第一设计原则。工业设计在工程机械的作用主要体现在：（1）提升产品品质，增强用户体验：通过考虑用户需求和痛点、制造工艺和成本等，对其外观造型、材质、色彩等方面进行设计创新，使粗大笨重的机械产品变得巧妙精致、亲切宜人。（2）构筑品牌形象，增加品牌价值：良好的品牌形象，能够统一工程机械企业的不同类别产品，且与其他品牌产品构成鲜明差异性。当前国内工程机械产品，存在不少为了“美观”而进行设计的产品，且一般都是在产品技术和结构定型之后，这就容易造成了一些产品部件的过度设计，或者设计流于表面装饰。纵观世界上一流的品牌如苹果、戴森、沃尔沃等，无不是将工业设计渗透到产品的每一处技术和结构细节当中，最终呈现出科技与艺术的完美融合。

1.2有限元分析与工程机械。有限元分析是利用一些数学近似来模拟真实的物理系统，利用简单的模型、相互关联的元素和固定数量的未知数还原无限未知系统。有限元分析在工程机械产品中的作用主要体现在：（1）设计分析与优化：利用有限元分析技术，一种“虚拟试验”的手段，在工程机械产品中进行结构优化和可靠性分析。方案设计阶段可以减少或替代大部分物理测试，节省材料，从而缩短开发周期，降低开发成本。（2）弥补理论和实验的局限;工程机械产品种类繁多。虽然理论和测试方法比较成熟，但仍然存在一定的局限性。在某些方面，有限元模拟分析必须是唯一的研究方法。利用有限元分析，几乎可以得到任何复杂工程结构的各种力学性能信息。工程机械的介质主要是固体，固体结构有限元分析的力学基础是弹性。通过弹性建立力学方程，采用加权残差法等数值解法求解方程。简单的问题当然可以通过直接数值计算来解决，而实际的工程问题由于其复杂性而存在大量的方程，单靠人力是无法解决的。这个复杂的过程可以通过集成的有限元分析软件来实现。

2基于有限元分析的工业设计创新方法研究分析

2.1培养专业化现代机械设计的创新设计人才。要使现代机械设计创新的理论与方法得到有效运用，首先要有专业的设计人才。在具备专业机械设计理论知识的基础上，综合运用现代机械创新设计的主要方法和主要原理，对相关的方法进行创新和改革。在这个信息化技术不断更新的时代，机械设计的技术也在不断地改变和创新。机械制造是一个未来发展很好的行业。

2.2设计验证。经过多轮的设计优化，对于结构和工业设计而言已经形成成熟的技术方案，产品三维数据得到确认，产品进入试制验证阶段。我们需要根据实际工况，对实物产品进行各项工况试验，这对于产品批量生产前的最后定型至关重要。一方面通过采集试验数据，对前期仿真分析数据进行相互应证，为下一代产品的有限元分析积累经验，另一方面通过试验尽可能暴露产品设计时没有考虑到的问题，并通过设计优化进行及时解决。综上所述，在以结构设计为主线的产品研发过程中，基于有限元分析的工业设计是层层递进、逐渐提炼的过程，其思路方法在于从多个面向目标的解决方案当中寻求最优解，而非有解即可，实现从平面线性到多维系统的设计协作，才是提升设计质量进而决定产品品质和可靠性的关键。

2.3分析现代机械创新设计的主要方法。（一）全面分析。目前市面上所创造出来的机械产品都是高新技术下的产物，它包含了多个方面的科学信息技术，是这些技术的综合应用，所以，对于高新技术产品进行全面分析是非常有必要的，它可能会带新的设计观念，也就是从现有的现代机械设计中获得全新的理念。在机械设计的过程中需要考虑多方面的因素，并将其综合起来进行分析，以此更好地确保设计的完整性。（二）减少分析。在机械设计过程中需要减少冗余部分，因此在减少分析过程中需要对不同因素的权重进行衡量，由此更好地确保机械设计的科学性。举例来说，空调是通过自然界夏天到冬天之间的冷热变化调节能力所联想而发明的，这个联想就是指如何对其进行加热性能和降温性能的操作，因此在设计的过程中要通过内部机械运动的方式去达到温度调控的目的。（三）列举法。在机械设计的过程中将存在多种设计可能性，期间需要列出机械创新研究中所遇到的问题，并针对这些问题及实际情况提出相应的解决方法，在此基础上对原有的产品进行加工改造，使其功能效果得到更好的优化，同时提出对该产品机械设计的新方案。（四）移植法。移植法就是指在原有的机械产品上使用最新的信息技术去制造其他产品和生产新产品。例如，在家用产品和真空吸尘器的制造中移植了通讯技术;通讯和网络发展时使用真空技术来生产手机;而手机又移植入很多功能，比如听音乐、观看视频和娱乐等。

结束语：随着我国工程机械行业的快速发展，越来越多的产品走向世界，站在和卡特彼勒、沃尔沃等世界一流品牌同台竞技的高度，面临着前所未有的机遇和挑战。与此同时，云计算、人工智能等技术为工业设计和有限元分析提供了更广泛的应用平台，基于有限元分析的工业设计创新不仅节省了开发时间和材料成本，而且能够为产品的品质和可靠性提供更加有力的保障，推动我国工程机械行业的高质量发展，用更优秀的产品获得世界的认可。

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