摘要：机械设备诞生至今已经有数百年之久，随着各项技术逐渐更新换代，传统的机械设计思路、原理等也同样与时俱进。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。

关键词：有限元分析;工程机械;工业设计

引言

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。

2基于有限元分析的工程机械工业设计创新

2.1增强节能意识，优化机械设备

首先应充分意识到应用节能设计理念，优化改进机械制造加工及自动化应用对机械制造业发展的重要意义，以形成正确的观念，增强节能意识，为后续机械设备的优化设计提供有力支撑。其次在优化设计机械设备时，应加强注意以下几点内容。①在选择时应在其符合使用要求的情况下尽可能选择具有节能特点的设备类型，如排量小、能耗低、噪音小等。②机械设备在使用过程中也应对其运行状况进行实时管控，对机械设备的运行方式、使用时间等合理调整，以切实提高机械设备的使用节能性。③机械设备故障问题是影响机械制造及自动化应用水平的关键因素，且不同类型的故障问题也会对设备本身及周边环境产生不同程度的影响。所以为更好地突出节能设计效果，还应对机械设备的运行稳定性进行关注，以及根据设备的实际情况采取相应的改进措施。如可通过更换液压系统组件材质的方式延长防渗漏系统的使用寿命，以达到降低成本、保护机械设备的目的。另外，还应依据机械设备的类型等条件制定维护保养计划，实时对机械设备的运行状况进行了解，对老旧设备及时更换，保证其运行安全。

2.2优化设计液压防渗漏系统

机械制造及自动化加工应用过程中，液压防渗漏系统也是十分重要的组成结构，但以往该系统在运行期间也会产生较高的能耗，所以也应作为节能设计工作开展的内容之一。首先设计人员需要对液压系统的基础参数、运行功能等方面进行了解，在保证该系统功能可正常使用的情况下，基于节能理念对液压元件进行合理选择，对液压油液的纯净度进行合理把控，这样可进一步减少内部损耗量，对保证设备运行安全、延长设备使用寿命等方面可起到有效作用，同时也能通过降低排放量的方式降低对环境的污染力度。其次针对液压防渗漏方面，还可根据实际系统运行情况适当减少用油量，以降低渗漏问题的发生。

2.3仿真设计

设计是把一种设想通过合理的规划、周密的计划、通过各种感觉形式传达出来的过程。依托于互联网和大数据的计算机仿真平台，可以提供更多的试验模式，一方面能保证工程机械模型的科学性、多样化，另一方面通过仿真实验平台可为机械实验提供高效、稳定、经济的试验模式，促使登陆者可得到更完整的实验数据及工程机械各种参数变化曲线拟合，节约了成本。结合时代的发展特点，依托先进的科技成果，采用智能化控制系统，减少工作人员操作的工作量，这提高了工程机械的信息技术含量。工程机械轻量化不是简单的问题，它涉及到多门学科综合设计优化的问题。但因为目前存在的种种问题，还不能够在一次优化中对它们进行全面综合的考虑。在设计中，通过分解与协调，可作为仿真设计的进一步完善和提高。在实际工作中，我们也建议深入理解和应用三维CAD软件，充分体现微电子和信息集为一体的“机电信一体化技术智能系统”，这对工程机械性能方面的提升有积极作用。

2.4数控车床智能设计平台功能模块设计

数控车床智能设计平台主要包括三部分，分别是零部件参数化建模、实例推理设计以及遗传算法方案生成。其中，将零部件参数化建模与实例推理设计相结合能够构建智能CAD系统。遗传算法模块主要包括设计要求和遗传算法参数。将参数输入设计系统中，使其进行遗传算法运算。设计要求的主要功能是为了满足使用者的基础功能作用而制定的关键性指标参数，在实际运行中会参与方案生成环节。遗传算法的参数包括交叉变异率、观察间隔时间、最大基因数、群体规模以及终结遗传算法运行的遗传代数等。设计要求包括机床实际功率大小、产品加工精确度、具体功能与经济因素的需求以及占地面积等。在设计要求和遗传算法参数设定完毕后需要启动基因算法，从而生成机械产品生产设计方案，将其通过系统界面展现出来。依据遗传算法制订的设计生产方案只是初始的整体系统方案，其中并没有对具体的零部件结构进行详细设计。将数控车床中的机械部分进行选取，利用实例推理寻找过去的成功案例，将其中的重点知识与核心体系重新解构，以此为基础进行新产品制造系统的有效设计。实例推理的运用主要依靠科学合理的搜索算法对数据库中相关的数据信息进行全面搜索。比如转塔刀架结构的设计，是利用实例推理进行相关数据资源搜索，在构建数据库的过程中将结构属性参数和功能属性参数进行分离操作。其中，参数输入界面包括换刀时间、刀位权重、刀位数、中心高度、定位精准度以及二次定位精准度等，权重值可以利用Delphi法以及层次分析方法来明确。功能属性参数与结构属性参数相对应，在系统界面修改结构参数时，系统后台程序就会对修改后相对应的数据源进行调整更新储存。依据使用者的具体需求输入设计要求，权重值可以使用默认权重，通过后台程序将权重参数直接传送至输入框。结构参数输入界面能够将结构参数有效储存到系统数据库中，为系统进行三维建模提供数据基础。

2.5有效诊断设计故障，完善自测系统

但凡是设备，必然会出现一定的故障，虽然智能化机械设备有着现代信息技术的支持，但是故障也是不可避免的。在传统的理念下，一旦出现故障，就要请专门的维修人员进行处理，但是这往往耗费了大量的时间。因此这就要求研发人员在设计智能化机械设备的时候，充分考虑到故障的问题，有效建立起完善的自测系统，这就能够使得机械设备故障的维修变得更加智能化。

结语

当前，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。

参考文献

[1]张磊.工业设计定义、范畴、方法及发展趋势综述[J].机械设计，2013，30（8）：97-101.

[2]易军，曲金勇，肖狄虎.工程机械工业设计及研究[J].包装工程.2019，40（18）：1-11.