現(xiàn)代機械設(shè)計的方法及研究進展

陳新

【摘 要】隨著科技的不斷進步，電子計算機和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代機械設(shè)計的領(lǐng)域得到了極大的拓寬，并走向了全球化、網(wǎng)絡(luò)化、高層次化。隨著人們對機械設(shè)計產(chǎn)品的要求不斷提高，對于現(xiàn)代機械設(shè)計方法和理論的研究也越來越重要。本文簡單介紹了現(xiàn)代機械設(shè)計設(shè)計的內(nèi)涵和特點，闡述了國內(nèi)外現(xiàn)代機械設(shè)計的方法和理論，最后分析探討了現(xiàn)代機械設(shè)計的研究進展情況。

【關(guān)鍵詞】現(xiàn)代機械設(shè)計；方法；理論；研究進展

1.現(xiàn)代機械設(shè)計基本概述

1.1現(xiàn)代機械設(shè)計的內(nèi)涵

長期以來，機械設(shè)計一直被當(dāng)作一門設(shè)計技術(shù)來進行研究的，但自從引入了系統(tǒng)科學(xué)，機械設(shè)計的技術(shù)已逐步發(fā)展成為一門設(shè)計科學(xué)，是機械設(shè)計走向了理性化、高層次化。并且隨著科技的不斷進步，現(xiàn)代機械設(shè)計在傳統(tǒng)的設(shè)計方法上進行了繼承、創(chuàng)新和發(fā)展，成為了一門多專業(yè)、多學(xué)科交叉的綜合性很強的技術(shù)科學(xué)，即將微電子技術(shù)、機械技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)等在系統(tǒng)工程的基礎(chǔ)上進行有機綜合，實現(xiàn)了整個機械系統(tǒng)的最優(yōu)化。

1.2現(xiàn)代機械設(shè)計的特點

現(xiàn)代械種類繁多，其制造工藝也很復(fù)雜。按功能的角度分類，包括能動、傳輸、運轉(zhuǎn)、操作以及最終的控制等方面，每一方面又可以分為更為細(xì)小復(fù)雜的小系統(tǒng)?，F(xiàn)代機械設(shè)計同樣種類繁多，結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜。現(xiàn)代機械設(shè)計按實現(xiàn)功能的角度進行考查，包括系統(tǒng)功能、傳統(tǒng)功能、執(zhí)行功能和操作功能等，這些功能都是用來協(xié)助機械的運行，每一種功能也都具有其自身的特點和作用?，F(xiàn)代機械設(shè)計方法一般都是利用計算機或者其他現(xiàn)代化機械設(shè)備，引入先進的現(xiàn)代化設(shè)計理念與方法，并創(chuàng)造出具有現(xiàn)代化機械設(shè)計特點的產(chǎn)品。

現(xiàn)代機械設(shè)計具有以下特點：

（1）動態(tài)性?，F(xiàn)代機械設(shè)設(shè)計不僅需要考慮產(chǎn)品的靜態(tài)特性，而且需要考慮產(chǎn)品在各種實際工作狀態(tài)下的動態(tài)特性，其中包括產(chǎn)品與外界的物質(zhì)流、能量流和信息流的交換。

（2）創(chuàng)新性?，F(xiàn)代機械設(shè)計以先進的設(shè)計理論和設(shè)計工具為基礎(chǔ)，能夠充分發(fā)揮設(shè)計者的創(chuàng)新思維能力，利用各種創(chuàng)造性的方法和手段，研發(fā)出具有創(chuàng)新性的產(chǎn)品。

（3）計算機化。計算機的誕生極大促進了生產(chǎn)力的發(fā)展，并且已經(jīng)滲透到了機械設(shè)計的各個環(huán)節(jié)，許多現(xiàn)代機械設(shè)計方法都得依靠計算機，例如系統(tǒng)仿真、優(yōu)化設(shè)計等。

（4）系統(tǒng)性?，F(xiàn)代機械設(shè)計非常注重用系統(tǒng)的觀點看問題，把產(chǎn)品看做是具有特定功能、相互聯(lián)系的各個組成部分所構(gòu)成的一個整體，并且考慮產(chǎn)品與外界的聯(lián)系。

（5）前瞻性?，F(xiàn)代機械設(shè)計在產(chǎn)品設(shè)計的初期，就需要考慮產(chǎn)品各個階段和生命周期全過程的要求，將可能發(fā)生的故障的可能性降到最低。

2.國內(nèi)外現(xiàn)代機械設(shè)計的方法理論

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，機械設(shè)計產(chǎn)品的質(zhì)量也越來越高，許多國內(nèi)外科研工作者對現(xiàn)代機械設(shè)計的方法理論進行了研究。下面分別闡述了國外與國內(nèi)比較著名的現(xiàn)代機械設(shè)計方法理論。

2.1國外現(xiàn)代機械設(shè)計的方法理論

在國外現(xiàn)代機械設(shè)計方法中，比較著名的有三次設(shè)計方法理論、公理化設(shè)計方法理論和普適設(shè)計方法理論。

2.1.1三次設(shè)計方法理論

三次設(shè)計方法理論產(chǎn)生于日本，主要包括參數(shù)設(shè)計、系統(tǒng)設(shè)計和容差設(shè)計三個過程。

（1）參數(shù)設(shè)計是對各個環(huán)節(jié)功能進行最優(yōu)化組合，使產(chǎn)品產(chǎn)生故障的可能性減小到最低。（2）系統(tǒng)設(shè)計是整個機械設(shè)計過程的核心理念，是機械設(shè)計中的基礎(chǔ)部分。（3）容差設(shè)計是一個確定參數(shù)波動范圍的過程，是對整個機械設(shè)計進行檢驗，從而降低產(chǎn)品的制作成本。這三個過程總稱為三次設(shè)計方法理論。在國際上，三次設(shè)計理論方法被認(rèn)為是設(shè)計質(zhì)量最高的機械設(shè)計方法。

2.1.2普適設(shè)計方法理論

普適設(shè)計方法理論是由德國學(xué)者提出的，其方法理論的核心就是經(jīng)驗的積累和總結(jié)。現(xiàn)代機械設(shè)計種類繁多，就需要要有一個系統(tǒng)的方法理論進行歸納和總結(jié)。普適設(shè)計方法理論從策略、方法、規(guī)則到實施都具有土體的設(shè)計模型，是一系列系統(tǒng)的設(shè)計方法理論。

2.1.3公理化設(shè)計方法理論

公理化設(shè)計方法理論誕生于美國，是一種基于決策的理論方法。公理化設(shè)計方法理論是在普適設(shè)計方法理論的基礎(chǔ)上，利用系統(tǒng)理論，并結(jié)合其自身的科學(xué)決策建立起的一門機械設(shè)計理論方法。公理化設(shè)計方法理論是一種比較傳統(tǒng)的設(shè)計方法，在沒有經(jīng)驗和系統(tǒng)知識的時候可以利用。當(dāng)機械設(shè)計理論較為復(fù)雜，利用普適方法理論不能有效地設(shè)計出好的產(chǎn)品時，可以利用公理化設(shè)計方法理論，可以達到優(yōu)化的設(shè)計效果。

2.2國內(nèi)現(xiàn)代機械設(shè)計的方法理論

隨著機械設(shè)計理念的不斷發(fā)展，我國許多科研工作者也對現(xiàn)代機械設(shè)計進行了不斷地研究和探討，并取得了一些研究成果，具有較好的實用性，有效的解決了現(xiàn)代機械設(shè)計中出現(xiàn)的一些問題。在國內(nèi)現(xiàn)代機械設(shè)計研究成果中，比較著名的設(shè)計方法理論有系統(tǒng)化機械設(shè)計方法、計算機輔助設(shè)計方法和局部或全局性的設(shè)計方法，下面分別介紹這三種方法理論。

2.2.1系統(tǒng)化機械設(shè)計方法理論

系統(tǒng)化機械設(shè)計方法理論在傳統(tǒng)的機械設(shè)計方法的基礎(chǔ)上，改變了以往單純的功能性要求。系統(tǒng)化機械設(shè)計方法理論的設(shè)計方法理念更加信息化、系統(tǒng)化和智能化，并且在不丟失數(shù)據(jù)的前提下，能夠通過對用戶信息還原一些丟失的數(shù)據(jù)信息，保護了用戶系統(tǒng)的利益，從而保護了整個設(shè)計系統(tǒng)。

2.2.2計算機輔助設(shè)計方法理論

計算機輔助設(shè)計方法理論是計算機科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展而誕生的一種現(xiàn)代機械設(shè)計方法，機械設(shè)計人員可以運用計算機來完成構(gòu)思、畫圖和高速運算等方面的工作。與傳統(tǒng)的機械設(shè)計方法相比，計算機輔助設(shè)計方法理論具有減少設(shè)計人員體勞動、提高設(shè)計質(zhì)量、縮短設(shè)計周期等優(yōu)點。

2.2.3局部或全局性的設(shè)計方法理論

國內(nèi)現(xiàn)代機械設(shè)計方法理念與傳統(tǒng)的機械設(shè)計方法相比，具有更加全面，更加系統(tǒng)，更加科學(xué)，實用性也更強?，F(xiàn)代機械設(shè)計方法理論具體地貫徹了現(xiàn)代機械設(shè)計的理念，產(chǎn)品設(shè)計方法理論繁多，如何選擇合適的方法理論來完成不同設(shè)計任務(wù)，是產(chǎn)品設(shè)計師面臨的一項最重要的工作?，F(xiàn)代機械設(shè)計方法理念可以通過全面了解整個機械設(shè)計過程，系統(tǒng)地進行督查和監(jiān)測，從而提高工作效率。

3.現(xiàn)代機械設(shè)計的研究進展

隨著科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)代機械設(shè)計方法理論不斷地被大眾所認(rèn)知，滿足市場化發(fā)展的需求?，F(xiàn)代機械設(shè)計方法理論，吸收了各個相關(guān)的學(xué)科之長，并且綜合運用了各個學(xué)科知識并且進行整體優(yōu)化，形成了自身的設(shè)計理念。隨著計算機技術(shù)、檢測技術(shù)和控制技術(shù)等學(xué)科的快速發(fā)展，現(xiàn)代機械設(shè)計將更加的科學(xué)和實用，設(shè)計出的產(chǎn)品原理更加的科學(xué)、結(jié)構(gòu)更加的新穎、實用性也更強?，F(xiàn)代機械設(shè)計的發(fā)展可以概括為以下三個方面：在層次上向系統(tǒng)化、集成化的方向發(fā)展；在功能上向輕型化、小型化、多功能方向發(fā)展；在性能上向高性能、高精度、高效率和智能化的方向發(fā)展。

4.結(jié)語

伴隨著我國機械制造產(chǎn)業(yè)在高速的發(fā)展，國內(nèi)的現(xiàn)代機械設(shè)計理念也需要不斷地向前發(fā)展。我國現(xiàn)代機械設(shè)計在吸取了國外的機械設(shè)計理念，形成了本有自身特色的設(shè)計方法理念，也更加的適應(yīng)現(xiàn)代機械設(shè)計全球性、網(wǎng)絡(luò)性的發(fā)展要求。機械設(shè)計的主要（下轉(zhuǎn)第292頁）（上接第73頁）目標(biāo)是高質(zhì)量、高效率，因此21世紀(jì)的現(xiàn)代機械設(shè)計應(yīng)朝著全球化、信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化、綠色化方向發(fā)展。

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