5　設計方法創新：電腦應用與模塊設計

　　現代設計方法在工程機械上的應用近20年來獲得了突飛猛進的發展，并開發成功了大量新機種。這些機種包括路面施工與養護機械、地下施工機械、環境保護機械、高空作業機械及土壤改良機械等。

　　現代設計方法與傳統設計方法最大的不同是普及應用了電子計算機。以往一種新機型需要多次反復試制、試驗和修改才能定型，一般需要幾年的時間。在計算機上，新產品設計可采用三維數字化建模，利用專業CAD軟件進行基礎零部件優化選擇與分析計算，直到生成工程圖和進行三維虛擬裝配及模擬試驗。

　　現代設計方法包括的面很廣，如相似設計、模塊化設計、動態分析、優化設計及人機工程與工業造型的應用等，體現在機器形體上最明顯的是模塊化設計。

　　模塊化設計包括了以往所說的部件化、通用化及設計過程中的軟件模塊化。部件化是將機器的每一個部件都設計成結構完善的獨立單元，簡化相鄰部件之間的連接，以便于安裝與調整，便于存放與運輸，便于維修與保養，而且也便于社會化生產。通用化是選用相應的部件單元做不同的連接拼裝可以組成不同技術性能的機器，這樣可以增加部件的生產批量，從而降低整機的制造成本。設計軟件的模塊化大大加快了新產品的設計開發進度。

　　對一般的行走式工程機械，其發動機、液壓件、傳動件、回轉機構及電腦控制板等都是相對獨立設計或選用。機器的工作裝置可以設計成典型結構，機器的傳動系統、液壓系統、電氣系統等可以分解成不同的設計單元，例如傳動系統分解成變速器、聯軸器、離合器、制動器、驅動橋、行走裝置等，液壓系統分解成閉式傳動、開式傳動、多路閥系統等。對于典型工作機構及系統單元也可以按整機的技術性能做不同的組合，或者按機器規格的大小作相似設計。

　　對于固定式安裝的大型工程機組，如石料破碎與篩分聯合設備，各種混合料攪拌設備及盾構設備等，其機械結構復雜，遷移運輸困難，涉及的知識領域廣泛，模塊化設計就更顯必要。

6　制造過程創新：虛擬制造與并行工程

　　現代化的信息技術與全球經濟一體化，為機器制造業的虛擬化制造創立了條件。在工程機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研究和設備組裝，公司不再制造零部件，而把難題推給零部件供應商去做。產品主機制造商與零部件供應商及科研開發機構相互協作，發揮各方的主創精神，共同研制和生產適銷對路的產品，大家共生共榮。現在沒有那一家工程機械制造商能單獨依靠自身力量完成一種主機產品的全部生產過程，而是各方分工合作，這就像一個“虛擬化”的大企業。虛擬企業是一個沒有圍墻、超越空間、依靠網絡聯系和統一指揮的臨時合作經濟實體。

　　虛擬化制造要以模塊化設計為基礎，并且是一種設計與制造過程中的并行工程。主機制造商在開發的初期做好市場論證和總體結構方案，將各個配套件分解給供應商，由其根據總體方案的要求自行設計與生產制造。在整個開發過程中，要由主機制造商進行協調，協調的內容包括技術要求、成本控制、相互銜接及生產進度等，這樣可以大大加快新產品的開發進度，對市場需求做出更靈敏的響應。

　　并行工程的目標是通過新產品開發各階段的工作同時并行，以加速開發過程。產品開發過程包括4個階段：①設計—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—制造與試驗樣機的功能性模型；④生產—批量試制并驗證工藝裝備。在并行工程中，這些工作要有機地安排成齊頭并進，從而大大縮短了新產品的開發進程。

　　采用虛擬制造與并行工程的必要條件是計算機的普及應用。在計算機上利用CAD/CAE軟件網絡，不僅可以根據設計者的構思自動生成工程圖形和實體模型，而且可以進行結構件強度分析和機構運動學分析，以及整機和零部件的參數優化和動態性能仿真試驗等。設計的工程圖形（零部件）通過數據庫直接傳輸給工藝部門，就可以編制工藝路線和設計工裝刀具，也可以通過CAM直接生成數控加工程序軟件，很快就可在數控機床或加工中心上試制出樣品。

　　普及應用虛擬制造與并行工程的企業，一種系列工程機械產品的開發周期可以縮短到了3個月以內，大大加強了其市場競爭實力。