三化综合设计法：动态优化、智能化、可视化的组合应用

前面所提出的这些质量要求都十分重要，归纳起来大体可分为以下三个主要方面：①结构性能：安全、可靠、耐用、外形美观等；②工作性能：有实际的工效、工作稳定、指标优越等；③制造性能：较好的工艺性、较短的生产周期、较低的制造成本等。

近50多年来，我国制造业有了很大的发展，到现在我国已能自行设计和生产各种机械设备，如冶金设备、发电设备、化工设备、数控设备等，有的设备已达到国际先进水平，且在国际市场中具有较强的竞争力。但还有许多设备的设计质量和制造质量与国外同类产品相比有较大的差距。产生这些差距的主要原因是产品设计水平较低。如果能在下面一些问题上加以考虑，将会在较大程度上提高产品的设计质量。机械事故往往能造成巨大的经济损失，且这些机械的严重事故通常是由于机器运转过程中的非线性动力学因素所引发的过大振动而造成的。因此，为了保证这些机械，特别是大型、高速的旋转机械（如汽轮机、大型高速压缩机等）工作的可靠性和安全性，首先应通过合理的设计，特别是采用动态设计理论与方法进行设计。我们这里所指的动态设计是应用动力学的设计方法，特别是应用非线性动力学的设计方法选择机械设备较优的结构、较优的动力学参数和动力学状态，这样可以在较大范围内考虑机器工作过程中非线性因素的影响，使振动超标等有关动力学问题在机器运转过程中得以消除。

针对产品的三大性能：结构性能、使用性能和制造性能，并相应采用动态优化设计、智能化设计和可视化设计的三化设计，即称为三化综合设计法（图12-5）。

图12-5 现代机械产品设计的三大性能

首先谈一下机械设备的结构性能，即设备的工作可靠性、安全性与工作耐久性等。机械设备的工作可靠性和安全性是在机器的设计、生产和使用过程中必须考虑的头等重要的问题。据了解，很多机械设备在运行过程中都出现过严重问题，且无论是在国内还是在国外，如汽轮发电机组常常发生损毁事故。(https://www.xing528.com)

其次谈一下机械装备的使用性能，它是体现现代机械设备质量的最重要内容之一。为了保证机械设备特别是现代大型机械装备的使用性能，以获得良好的工艺指标和操作性能，需要对机械设备进行智能化设计。即对机械产品的工作参数及其工作过程实现最优控制或次优控制，对现代机械的参数及工作过程实现优化，使机械设备具有良好的工作性能，以及能获得较高的工效。智能化设计是保证现代机械具有良好技术性能的必要手段。机械装备工作状态的实时监测是实现智能控制与优化的先决条件，是保证机械正常与有效运转的重要措施之一，也是现代机械智能设计的一项基本内容。据有关专家统计，状态监测与诊断设备的投入与产出比为1∶10，可见其经济意义之重大。而现代机械优良的使用性能又应该通过智能化的设计工作来获取。

最后，谈一下现代机械产品的制造性能，即制造加工工艺性、产品生产周期和制造成本等。机械设备的制造过程往往需要较长的时间、较高的成本。产品的制造工艺性与机器结构和零部件的规范性（包括标准化、通用化和系列化等）会直接影响产品的生产周期、产品制造的经济性及产品的总成本。因此，在产品设计过程中，必须仔细考虑产品的制造工艺性和零部件的标准化、通用化及系列化等有关问题。良好的产品设计一定会使所设计的产品具有良好的制造性能。

目前，我国还有不少产品在国内、外市场中缺乏竞争力、工作可靠性较差，技术性能较差，生产成本较高，多数是由于采用的产品设计的理论、方法和技术较落后及先进设计理论与方法的应用滞后于时代的发展等原因造成的。加入WTO后，我国大中企业的各种产品要参与国际国内竞争，更需要先进的设计理论与方法作指导，如在大型高速旋转机械、航空发动机、工程和矿山机械等方面要保持领先，需要在设计理论与方法上进一步提高。

这类机械的用途及其功能已经完全确定，最重要的就是如何保证它们有良好的性能：结构性能、使用性能和制造性能，即采用动态优化设计、智能化设计和可视化设计，即三化综合设计法进行设计。