淺談現代機械設計理念

王曉楓，尚國棟

（合肥工業(yè)大學 機械與汽車工程學院，安徽 合肥230009）

現如今，隨著全球化趨勢的發(fā)展，信息傳播在計算機技術的幫助下，以更高速的傳輸方式，更大的傳輸量，更廣泛的受眾面深刻地影響著人類生活。現代設計概念中豐富的信息，在全球化浪潮的作用下充斥著人類的物質生活和精神生活。這種趨勢正在迅速地向各個行業(yè)蔓延，其中就包括機械設計行業(yè)。當前制造業(yè)的競爭焦點實際上就是設計的競爭，目前進行現代機械設計理論方法的研究比以往任何時期都更加顯得十分重要。

1 現代機械設計理念形成經歷

17世紀前的“直覺設計階段”和17世紀后的“經驗設計階段”，我們也稱它為傳統(tǒng)設計階段。傳統(tǒng)的機械設計，主要依據于公式、經驗、圖表、手冊等方法來進行靜態(tài)分析、近似計算、經驗設計等半經驗半理論的設計。傳統(tǒng)設計在設計過程中只考慮產品本身，面對包括產品整個生命周期的質量、成本、服務等方面考慮不足，往往供選的方案少，設計不合理，計算誤差大造成浪費。這種設計方法的缺點是：設計水平低、成功率低、花費大、信息饋周期長。其以經驗為基礎，運用設計手冊、數學和力學公式進行設計。由于其先天存在缺陷導致其無法滿足產品結構和功能的多樣化要求繼而慢慢退出機械設計的歷史舞臺。

當今的現代設計階段。近幾十年來，科學技術迅速發(fā)展，設計工作所需的理論基礎和手段有了很大的進步。特別是電子計算機技術的發(fā)展及應用。其計算速度不斷加快，存儲能力不斷加強、工程軟件水平不斷提高。數據庫的完備和網絡技術的出現，對設計工作產生了革命性的影響，為設計工作提供了實現設計自動化和精密計算的條件。

隨著城市和社會的發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，人類對機械產品提出了越來越高的要求，這就使得機械設計的理論和方法不斷向前推進。科學技術的不斷進步，也為現代機械設計的理論和方法提供了手段。而設計理論和方法的進步往往會帶動產品的革新，從而形成良性循環(huán)。

總之，不同階段的設計方法各有特點：傳統(tǒng)設計采用的是靜態(tài)的、經驗的、手工式的方法，而現代設計采用的是動態(tài)的、科學的計算化的方法。

2 現代機械設計理念概述

現代機械設計是面向市場、面向用戶的設計。熟悉市場，了解客戶需求是設計成敗的首要環(huán)節(jié)。用戶滿意的標準常常受到多重因素的左右，歸根到底還是性價比的問題。在爭取用戶滿意的競爭中現代機械設計要求對產品進行全壽命周期設計。這就是說在設計時要考慮設計、制造、安裝、運行、維護、報廢每一個階段中用戶的要求。

因此，現代機械設計理念的最主要特點即以滿足客戶需求為原則。掌握機械設計理論的程度將直接反應機械設計的水平。現代機械設計理論與方法是相對于傳統(tǒng)設計理論方法而言的。

在產品設計中應用CAD/CAE,優(yōu)化設計，動態(tài)設計等技術方法廣泛應用試驗和計算機技術進行產品設計。應用現代設計方法使新產品的開發(fā)周期大大縮短。產品生產過程的自動化程度得到了提高，降低了產品的生產成本，增強了產品的競爭力。據目前國內外設計學者進行機械產品設計所使用的方法，現代設計方法可以概括為四類：

（1）系統(tǒng)化設計方法

系統(tǒng)化設計的主要特征方法是：將設計的幾個設計元素組成的一個系統(tǒng)，每一個設計擁有獨立的設計元素，各元素之間存在有機的聯系，并具有層次性。這樣的話，所有的設計要素進行組合后，可以達到設計系統(tǒng)所需的任務。

（2）結構模塊化設計方法

通過結構模塊的組合，實現產品的方案設計的方法被稱為結構模塊化設計方法。其具體的應用適用于特定種類的機械產品。由于其組成部分的功能較為明確且相對穩(wěn)定，結構模塊的劃分比較容易。結構模塊化設計方法通過結構模塊的組合，實現產品的方案設計的方法被稱為結構模塊化設計方法。其具體的應用適用于特定種類的機械產品。由于其組成部分的功能較為明確且相對穩(wěn)定，結構模塊的劃分比較容易。

（3）智能化設計方法

借助于三維圖形軟件、智能化設計軟件和虛擬現實技術，根據設計方法學理論，以及多媒體、超媒體工具進行產品的開發(fā)設計，表達產品的構思、描述產品的結構是智能化設計方法的主要特點。

（4）基于產品特征知識的設計方法

用計算機能夠識別的語言描述產品的特征是基于產品特征知識設計方法的主要特點。其特點還有可以表述其設計領域專家的知識和經驗，并建立相應的知識庫及推理機。計算機輔助產品的方案設計可以利用已存儲的領域知識和建立的推理機制進行相關應用。

3 現代機械設計理念對機械行業(yè)的貢獻

現代機械設計理念為當今機械行業(yè)的各個分支行業(yè)提供了一個提出問題、分析問題并且解決問題的途徑。經過系統(tǒng)化的新理念將機械設計這一原本單一的設計思路拓展為一種立體的、綜合的、新的設計思想，從而幫助我們更好、更快、更全方位的設計出符合社會需要的機械產品。這樣一種新的思想能夠帶領我們這些機械產品設計者在機械設計的舞臺上邁上更高的一個層次，從而帶動整個機械行業(yè)走向更光輝的明天。

4 機械設計理論與方法的發(fā)展趨勢

隨著經濟全球化以及知識經濟時代的到來，使得未來的機械設計呈現不同于以往的發(fā)展趨勢，主要表現在以下幾個方面：

（1）敏捷化

隨著市場需求的日益多元化，機械設計必須要盡可能的符合市場的需求，而市場需求總是處于相對的動態(tài)變化中，所以這就要求機械設計能實現敏捷化這樣才能夠保證設計出來的產品能夠符合市場的需求。

（2）虛擬化

虛擬技術、計算機通訊技術與網絡技術被稱為21世紀科學技術巾的三大核心技術，是信息技術最重要的組成部分。熟練地掌握這三大技術就有可能率先進入信息社會。虛擬技術作為2l世紀的三大核心技術之首，其已不僅是一種技術，而是一個有著影響人類社會發(fā)展和改變人類生活的領域。虛擬技術包括虛擬加工、虛擬測試、虛擬控制，利用聲、光、電、機、計算機等綜合交叉技術的有機結合，還可實現各種類型、各種場合的虛擬式環(huán)境模擬。虛擬技術的出現幾乎可以肯定地說它將大大改變人類現有的思維模式、工作模式和生活模式。

（3）綠色化

當今人類社會面臨的三大主要問題是環(huán)境、資源、人口問題。環(huán)境惡化的程度與日劇增，對人類社會的生存與發(fā)展造成了嚴重威脅。而資源問題不僅涉及人類世界有限的資源如何利用，更是產生環(huán)境問題的主要根源。于是，近年來一個新的概念已經提出：如何最有效地利用資源和最低限度地利用廢棄物。綠色制造是一個綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現代制造模式,包括很多的方面，貫穿于一個機械產品從設計到最終的報廢整個生命周期中，保證整個生命周期對于環(huán)境的影響降低到最低。

5 結束語

現代機械設計理念是前輩們在機械設計的研究中不斷的努力、不斷試驗、不斷總結而探索出來的。它對于我們國家機械行業(yè)的發(fā)展具有非常重要的作用，特別是針對于我國這種機械大國，其是我們走向機械強國的一條必經之路。同時，也是我們逆轉機械行業(yè)貿易逆差的好途徑。只要把這條路走好了，我國的機械設計水平就能趕超世界上的機械設計強國。

[1]孫靖民.現代機械設計方法[M].黑龍江：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2003.

[2]劉利軍.談現代機械設計方法[J].包頭職業(yè)技術學院學報，2003（1）：22-25.

[3]張 鄂.現代設計理論與方法[M].北京：科學出版社，2007.

[4]胡勝海.機械系統(tǒng)設計[M].黑龍江：哈爾濱工程大學出版社，1999.