隨著新世紀(jì)全球工業(yè)格局的新變化和中國工業(yè)技術(shù)水平的快速發(fā)展，創(chuàng)新設(shè)計(jì)越來越引起院校和企業(yè)的重視。起重機(jī)市場近年來也異常的活躍起來，這無疑給起重機(jī)的設(shè)計(jì)帶來了更高層次的發(fā)展要求，起重機(jī)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)已經(jīng)成為各企業(yè)提升競爭能力的最主要手段和途徑。
隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)控制技術(shù)飛速發(fā)展，使得起重機(jī)的設(shè)計(jì)在綜合考慮控制系統(tǒng)安全可靠性、操作的舒適性、機(jī)構(gòu)及結(jié)構(gòu)廣義優(yōu)化等方面有了更高層次的要求，因此起重機(jī)的設(shè)計(jì)必須從原來的常規(guī)設(shè)計(jì)模式中跳出來，用新觀點(diǎn)、新原理、新方法、新技術(shù)、新工藝來設(shè)計(jì)適應(yīng)新形勢的新產(chǎn)品，創(chuàng)新設(shè)計(jì)的課題已實(shí)實(shí)在在地?cái)[在了起重機(jī)設(shè)計(jì)師們的面前。
起重機(jī)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的理論、方法與工具是基于現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法，應(yīng)用微電子、信息、管理等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，以提高產(chǎn)品質(zhì)量、用戶滿意的價格和造型、提高產(chǎn)品的功能、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期為目的而進(jìn)行的相應(yīng)工作。起重機(jī)創(chuàng)新理論、方法與技術(shù)研究的宗旨是從起重機(jī)作為特種設(shè)備所要求的安全性和可靠性的工作目標(biāo)出發(fā)，在特定技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性約束條件下，創(chuàng)造性地完成起重機(jī)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，使其在滿足用戶交貨期和性能要求的前提下做到技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)性最佳搭配。
根據(jù)現(xiàn)實(shí)和發(fā)展，設(shè)計(jì)手段越來越體現(xiàn)出精確化、自動化、虛擬化與快捷的特點(diǎn)�，F(xiàn)代的起重機(jī)產(chǎn)品正朝著機(jī)電一體化、集成化、模塊化、個性化方向發(fā)展。自動檢測、自動數(shù)據(jù)處理（運(yùn)算、判斷、存儲、記憶）、自動顯示、自動控制、故障診斷和自動保護(hù)及維護(hù)等功能得到了大量的應(yīng)用。因此起重機(jī)產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)以降低設(shè)計(jì)成本，提高設(shè)計(jì)速度，縮短設(shè)計(jì)周期為目的，包括降低成本設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、快速設(shè)計(jì)、并行設(shè)計(jì)、仿真與虛擬設(shè)計(jì)、智能設(shè)計(jì)、廣義優(yōu)化設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)。
同時高度綜合也是現(xiàn)代起重機(jī)設(shè)計(jì)的顯著趨勢。具有先進(jìn)技術(shù)和良好經(jīng)濟(jì)效益的起重機(jī)設(shè)計(jì)可以說是機(jī)、電設(shè)計(jì)師、制造工程師、管理營銷人員以及工人、財(cái)會人員、專利律師等通力合作、集體智慧的結(jié)晶。
以下幾點(diǎn)是起重機(jī)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的發(fā)展方向：
（1）具有零部件集成化、機(jī)構(gòu)簡潔化、結(jié)構(gòu)全面優(yōu)化的整機(jī)設(shè)計(jì)；
（2）滿足個性用戶的特殊要求的個性化設(shè)計(jì)；
�。�3）滿足市場多樣性和低成本要求的具有新技術(shù)特征的起重機(jī)新系列產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì)；
�。�4）具有自分析、自調(diào)整、自糾錯的智能化操作的全自動、半自動操作形式的高度機(jī)電一體化的起重機(jī)設(shè)計(jì)；
�。�5）采用新的傳感技術(shù)具有高精度稱量和定位系統(tǒng)的起重機(jī)設(shè)計(jì)；
�。�6）高速起重機(jī)的設(shè)計(jì)及相應(yīng)防搖擺、準(zhǔn)確對位技術(shù)的應(yīng)用；
（7）采用參數(shù)化專家系統(tǒng)的快速反應(yīng)設(shè)計(jì)；
（8）基于成本即時反應(yīng)的經(jīng)濟(jì)性DFC（DesignForCost）設(shè)計(jì)；
�。�9）極短交貨期要求采用并行設(shè)計(jì)及并行工程技術(shù)的設(shè)計(jì)；
（10）基于產(chǎn)品全壽命周期的方便維護(hù)維修的設(shè)計(jì)及免維護(hù)設(shè)計(jì)；
（11）大型單臺復(fù)雜產(chǎn)品的虛擬設(shè)計(jì)及動態(tài)仿真的實(shí)現(xiàn)；
�。�12）采用廣義優(yōu)化技術(shù)的設(shè)計(jì)；
�。�13）起重機(jī)動力學(xué)（疲勞壽命的分析研究）研究成果的廣泛應(yīng)用。
真正意義上的創(chuàng)新設(shè)計(jì)是上述諸多設(shè)計(jì)方法和技術(shù)的有機(jī)組合及綜合利用。設(shè)計(jì)工作從來都不是孤立存在的，由此產(chǎn)生了相關(guān)的技術(shù)和管理問題：從PDM、CAPP、ERP、PLM到CRM的全過程閉環(huán)反饋信息管理；從設(shè)計(jì)、工藝、制造、安裝、調(diào)試到運(yùn)行的全過程信息化管理；面向企業(yè)異地協(xié)同設(shè)計(jì)與制造的MVPN的研究；基于CPC和MVPN的快速設(shè)計(jì)與制造一體化系統(tǒng)；專利技術(shù)的大量涌現(xiàn)及知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)問題。
2現(xiàn)狀及國內(nèi)外發(fā)展趨勢
二戰(zhàn)以后的幾十年來，各主要發(fā)達(dá)工業(yè)國家先后開始重視對設(shè)計(jì)技術(shù)的研究，起重機(jī)的設(shè)計(jì)技術(shù)水平也得到快速發(fā)展。英國從60年代開始，就以國家政策和財(cái)力來支持發(fā)展與推廣創(chuàng)新設(shè)計(jì)；德國提出“設(shè)計(jì)就是科學(xué)”，使其設(shè)計(jì)學(xué)的發(fā)展已達(dá)到相當(dāng)規(guī)模；美國成立了“設(shè)計(jì)委員會”；日本同樣也非常重視設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，將設(shè)計(jì)看作是技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、美學(xué)和人機(jī)工程學(xué)的一體化整體，并極力推廣和采用新技術(shù)�？傊�(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)達(dá)國家越來越重視設(shè)計(jì)工作并大量引入創(chuàng)新設(shè)計(jì)，使得整個機(jī)電產(chǎn)品也包括起重機(jī)械產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)、安全可靠性、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性等方面發(fā)生著越來越快的變化，設(shè)計(jì)水平也日益提高。
中國起重機(jī)設(shè)計(jì)的發(fā)展經(jīng)歷了一個曲折的過程。以前多是以模仿原蘇聯(lián)的設(shè)計(jì)為主，憑借設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的局限性很大。從60年代起，開始了新產(chǎn)品、新部件的開發(fā)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究工作，從而使設(shè)計(jì)從仿制和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)逐漸走向?qū)嶒?yàn)研究和計(jì)算分析階段。到了80年代，隨著寶鋼等一些超大型企業(yè)對國外起重機(jī)的引進(jìn)及與國外進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計(jì)、國內(nèi)制造等形式的采用，開始在國內(nèi)引入了一些國際上的先進(jìn)技術(shù)與設(shè)計(jì)方法。同時將計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)引入設(shè)計(jì)領(lǐng)域，對起重機(jī)設(shè)計(jì)工作的發(fā)展起了很大的推動作用。
但是，中國起重機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域仍存在不少問題，主要是大多中小企業(yè)對設(shè)計(jì)研究分析不夠，資金投入少，人員培訓(xùn)工作跟不上發(fā)展的需要，一直沒形成開發(fā)新產(chǎn)品或更新老產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和應(yīng)變能力，對引進(jìn)的先進(jìn)技術(shù)和產(chǎn)品，沒有從設(shè)計(jì)的角度進(jìn)行消化，更沒有能力進(jìn)行再創(chuàng)新工作。沒有形成合理的設(shè)計(jì)人員梯隊(duì)，產(chǎn)品仍然是幾十年不變樣，目前仍以照抄照搬為生存方式，沒有自己的知識產(chǎn)權(quán)，只是在應(yīng)付低價拿來的合同。為數(shù)不多的幾個大型企業(yè)則在創(chuàng)新設(shè)計(jì)中快速發(fā)展，使得國內(nèi)起重機(jī)設(shè)計(jì)能力和水平逐步與國外的先進(jìn)設(shè)計(jì)縮短了距離。這些企業(yè)已大量采用新的計(jì)算機(jī)新技術(shù)，二維CAD早已普及，三維設(shè)計(jì)已推廣。電氣設(shè)計(jì)采用ED等先進(jìn)設(shè)計(jì)手段，引入定子調(diào)壓和變頻調(diào)速，PLC參與系統(tǒng)控制，采用了大量高新傳感元器件，實(shí)現(xiàn)了定位準(zhǔn)確，操控方便，其安全可靠性也逐步提高。通過專家系統(tǒng)的應(yīng)用，極大地推進(jìn)了創(chuàng)新設(shè)計(jì)的進(jìn)程，并且利用系統(tǒng)論和信息論等現(xiàn)代計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)研究成果，使得起重機(jī)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)開始向智能化方向發(fā)展
2．1降低設(shè)計(jì)、采購和制造成本
國內(nèi)外專家對成本估算及降低成本的方法進(jìn)行了大量的研究，部分企業(yè)在方案設(shè)計(jì)、報(bào)價系統(tǒng)等方面的工作取得了一定程度的成效。德國學(xué)者提出了成本結(jié)構(gòu)和分類，用相對成本概念來實(shí)現(xiàn)不同設(shè)計(jì)方案之間的對比評價，同時利用設(shè)計(jì)方法學(xué)和控制成本的設(shè)計(jì)思想研究成本特征與設(shè)計(jì)特征之間的轉(zhuǎn)化，提出了面向用戶的目標(biāo)成本核算法；美國學(xué)者（在面向報(bào)價方面）對已有或生產(chǎn)過的產(chǎn)品作回歸統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，建立了成本模型；日本、瑞士、英國等學(xué)者也均對制造階段的成本估算進(jìn)行了較多的研究。但由于研究經(jīng)費(fèi)和人力不足，工作量和難度大等原因，進(jìn)展仍很緩慢。國內(nèi)的許多學(xué)者也對這一課題進(jìn)行了數(shù)年的研究，提出了DFC和DTC的研究模式，完成了全方位分析比較的單臺和系列起重機(jī)設(shè)計(jì)水平和設(shè)計(jì)目標(biāo)成本的綜合評價體系。但數(shù)據(jù)積累量較少，實(shí)用范圍較小。從上述可看出，對產(chǎn)品降低成本的設(shè)計(jì)長期以來還一直停留在局部階段的分析和計(jì)算，尚未把它納入到貫穿設(shè)計(jì)全過程一體化的CAD系統(tǒng)中，且未引入產(chǎn)品的全壽命周期概念，導(dǎo)致分析結(jié)果大多是定性的，少數(shù)定量分析又是基于有限數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析基礎(chǔ)上的，因此，建立支持設(shè)計(jì)全過程尤其是初始方案和總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段的成本信息模型已成為實(shí)現(xiàn)低成本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵和迫切需要解決的難題。
2．2創(chuàng)新設(shè)計(jì)的快速反應(yīng)
1992年東京國際會議上正式提出了并行工程技術(shù)，在此基礎(chǔ)上發(fā)展成旨在縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期的快速設(shè)計(jì)技術(shù)（RDT），目前國際上在針對快速設(shè)計(jì)的并行設(shè)計(jì)技術(shù)、快速原型技術(shù)、系列化模塊化技術(shù)和虛擬制造技術(shù)等發(fā)展均較為迅速，但起重機(jī)行業(yè)還沒有得到大范圍的推廣應(yīng)用。
2．3仿真與虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)
國內(nèi)外的研究均較為活躍，在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的仿真建模中，目前應(yīng)用最廣泛的包括有限元方法（FEM）、有限差分法等。仿真技術(shù)得到了日益廣泛的使用，從而能突破物理空間和時間的限制。數(shù)字化樣機(jī)的仿真設(shè)計(jì)對大型復(fù)雜起重機(jī)產(chǎn)品的方案評審、機(jī)構(gòu)動作原理審查、結(jié)構(gòu)干涉檢查等具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。同時在計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)（VRS）環(huán)境中的虛擬設(shè)計(jì)（VD）技術(shù)方面的研究也開始受到人們的重視。
2．4智能設(shè)計(jì)技術(shù)
各主要工業(yè)發(fā)達(dá)國家正從傳統(tǒng)的CAD技術(shù)不斷向智能CAD（ICAD）和人機(jī)智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)方向發(fā)展，電氣控制系統(tǒng)自分析、自調(diào)整、自糾錯的智能化水平不斷提高，使得起重機(jī)的設(shè)計(jì)和使用全過程的自動化和智能化得以實(shí)現(xiàn)。
2．5廣義優(yōu)化設(shè)計(jì)
國內(nèi)的數(shù)值優(yōu)化技術(shù)約在70年代初應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)，且目前離散和隨機(jī)變量優(yōu)化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、智能優(yōu)化、優(yōu)化建模和復(fù)雜系統(tǒng)優(yōu)化方法學(xué)等領(lǐng)域的研究已取得具有相當(dāng)水平的理論和應(yīng)用成果，但對向前擴(kuò)展到建立模型、處理模型，向后擴(kuò)展到優(yōu)化結(jié)果顯示的全過程的研究還不夠深入和全面，與主要工業(yè)發(fā)達(dá)國家有著一定差距。國內(nèi)關(guān)于起重機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)的敏感度分析以及廣義優(yōu)化的具體應(yīng)用也取得了初步成效。
3目標(biāo)及主要研究內(nèi)容和方向
3．1目標(biāo)
研究并掌握產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的理論與方法，并有重點(diǎn)地應(yīng)用于一批產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，提高產(chǎn)品綜合設(shè)計(jì)能力和水平，使起重機(jī)產(chǎn)品在產(chǎn)品質(zhì)量、價格、交貨期及功能、型式（造型色彩）等方面滿足用戶不斷發(fā)展的需求，在激烈的市場競爭中占據(jù)較多的份額。
3．2主要研究內(nèi)容
�。�1）創(chuàng)新設(shè)計(jì)技術(shù)
開展對起重機(jī)傳動型式創(chuàng)新、結(jié)構(gòu)構(gòu)造創(chuàng)新和功能原理創(chuàng)新等方面理論及技術(shù)基礎(chǔ)研究，為此著重研究新材料、新工藝、新的傳動裝置，從而通過對不同設(shè)計(jì)方案的優(yōu)選、分解和組合來產(chǎn)生新的設(shè)計(jì)方案，不斷推出傳新創(chuàng)新設(shè)計(jì)成果。
（2）降低成本設(shè)計(jì)技術(shù)
在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中采用面向成本設(shè)計(jì)技術(shù)和并行的成本估算技術(shù)是使產(chǎn)品成本降低的關(guān)鍵，其中重點(diǎn)要研究的是成本結(jié)構(gòu)分析技術(shù)和價值工程分析技術(shù)，且需要構(gòu)造多種專用的設(shè)計(jì)知識庫和成本數(shù)據(jù)庫來精確地并行估算成本。做到產(chǎn)品成本的即時反應(yīng)，通過設(shè)計(jì)方案的調(diào)整實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)階段控制產(chǎn)品成本的真實(shí)實(shí)現(xiàn)。
創(chuàng)新并不總等同于用較高的成本去發(fā)明新的零部件，利用標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，甚至標(biāo)準(zhǔn)件和外購件同樣也可以組合成新產(chǎn)品，這也是一種創(chuàng)新。
�。�3）快速設(shè)計(jì)技術(shù)
極短交貨期的市場需求要求開展基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同（異地）設(shè)計(jì)技術(shù)、并行工程技術(shù)研究，這樣可以縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。其中，系列化模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)、人工智能技術(shù)、產(chǎn)品專家設(shè)計(jì)系統(tǒng)技術(shù)和虛擬制造技術(shù)也是快速設(shè)計(jì)的所要研究的重要內(nèi)容。
�。�4）仿真與虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)
建模及仿真軟件是計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)中的重要研究課題，對創(chuàng)新設(shè)計(jì)的可觀化研究，以及將專家系統(tǒng)模糊決策和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)引入仿真系統(tǒng)的研究將有助于形成一個高效的、智能的起重機(jī)仿真系統(tǒng)。開展虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)的研究，將使起重機(jī)的仿真技術(shù)具有一個更加真實(shí)方便的輸入輸出系統(tǒng)，可以快捷地做出各種方案評價和決策。
�。�5）智能設(shè)計(jì)技術(shù)研究
起重機(jī)智能CAD（ICAD）技術(shù)和人機(jī)智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)技術(shù)的研究，使得面向CIMS的智能設(shè)計(jì)走向智能設(shè)計(jì)的高級階段。原理方案智能設(shè)計(jì)；協(xié)同求解；基于實(shí)例的推理；知識獲取、表達(dá)和利用等技術(shù)也是智能設(shè)計(jì)技術(shù)所要研究的重要內(nèi)容。
�。�6）廣義優(yōu)化技術(shù)和全過程的優(yōu)化設(shè)計(jì)
起重機(jī)廣義優(yōu)化技術(shù)的研究將使得人們能夠從模型的建立、處理、一直到優(yōu)化結(jié)果顯示等全過程進(jìn)行優(yōu)化�，F(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)中的一般性優(yōu)化設(shè)計(jì)方法及其應(yīng)用已日趨成熟，普通的連續(xù)變量優(yōu)化設(shè)計(jì)、混合離散變量優(yōu)化設(shè)計(jì)，已發(fā)展到隨機(jī)變量優(yōu)化設(shè)計(jì)（可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)）、模糊變量優(yōu)化設(shè)計(jì)，單目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)已發(fā)展到多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。僅將優(yōu)化設(shè)計(jì)的范圍局限于優(yōu)化方法及其應(yīng)用程序的編制上已不能適應(yīng)當(dāng)代起重機(jī)技術(shù)發(fā)展的需要，只有全局優(yōu)化才是現(xiàn)代起重機(jī)的優(yōu)化，廣義的優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)是優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要發(fā)展方向，其內(nèi)容主要包括工程優(yōu)化設(shè)計(jì)問題的自動建模技術(shù)、優(yōu)化設(shè)計(jì)問題的前處理與后處理、優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果的評價等。
4總結(jié)
起重機(jī)創(chuàng)新設(shè)計(jì)是起重機(jī)技術(shù)水平不斷提高和發(fā)展的源泉，充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)成果和現(xiàn)代管理手段，綜合現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)將對起重機(jī)技術(shù)發(fā)展起到極大的推動作用，起重機(jī)技術(shù)已處于快速發(fā)展階段，誰創(chuàng)新設(shè)計(jì)搞得好，誰就掌握了技術(shù)優(yōu)勢，誰就掌握了市場。
