現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法分析

羅煜林

(湖南文理學(xué)院芙蓉學(xué)院機(jī)械工程,湖南常德 415000)

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法分析

羅煜林

(湖南文理學(xué)院芙蓉學(xué)院機(jī)械工程,湖南常德 415000)

計(jì)算機(jī)應(yīng)用于機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與研發(fā)是順應(yīng)科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的必然要求,也是機(jī)械產(chǎn)品現(xiàn)代化設(shè)計(jì)理念的重要標(biāo)志,計(jì)算機(jī)在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用也促使機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)原理、機(jī)械設(shè)計(jì)方法發(fā)生了質(zhì)的變化,同時(shí)也促進(jìn)了機(jī)械產(chǎn)品在生產(chǎn)運(yùn)用中的智能化和自動(dòng)化,本文以現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理念為出發(fā)點(diǎn),著重分析闡述不同現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用原理。

機(jī)械產(chǎn)品 現(xiàn)代設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)

1 現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念概述

所謂設(shè)計(jì)就是根據(jù)一定的設(shè)計(jì)目的和產(chǎn)品應(yīng)用要求，借助一定媒體將軟性思維轉(zhuǎn)化為相關(guān)產(chǎn)品信息、產(chǎn)品模型的過程。因此，機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)必須具有目的性、結(jié)構(gòu)性和嚴(yán)謹(jǐn)性，而現(xiàn)代設(shè)計(jì)是基于提高設(shè)計(jì)速度和設(shè)計(jì)水平為出發(fā)點(diǎn)，將智能化和自動(dòng)化充分運(yùn)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)與研發(fā)當(dāng)中的一種設(shè)計(jì)方法。因此，機(jī)械產(chǎn)品現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念的特點(diǎn)就是智能化和自動(dòng)化。在上世紀(jì)80年代以前，我國(guó)在設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的一些設(shè)計(jì)技術(shù)、設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)理念相比國(guó)際上相對(duì)落后，對(duì)于一些先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用知之甚少，而為了強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)技術(shù)的變革，通常把我國(guó)過去常用的設(shè)計(jì)稱為傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，而把國(guó)際上興起的新興設(shè)計(jì)技術(shù)稱為現(xiàn)代設(shè)計(jì)。經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展必然要求生產(chǎn)效率的提高，而生產(chǎn)效率的提高必須要將新興科學(xué)技術(shù)充分運(yùn)用于生產(chǎn)領(lǐng)域中，因此機(jī)械產(chǎn)品功能的多樣性、機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、機(jī)械產(chǎn)品使用壽命的長(zhǎng)期性必然會(huì)給機(jī)械設(shè)計(jì)提出時(shí)代課題。隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)繪圖、加工制造等方面的研究已經(jīng)取得了一定的成果，但計(jì)算機(jī)在產(chǎn)品初期設(shè)計(jì)中的應(yīng)用卻少之又少，因此計(jì)算機(jī)在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用是機(jī)械產(chǎn)品現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的必然選擇。

2 機(jī)械產(chǎn)品現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法類型

2.1 系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法

所謂系統(tǒng)就是整體與部分之間相互聯(lián)系、密不可分的一種構(gòu)成方式。同時(shí)，每個(gè)組成部分又具有獨(dú)立性，每個(gè)組成部分發(fā)揮的作用也不盡相同，這些不同的作用對(duì)于整體而言又是必不可少的，正是由于不同元素之間的相互作用，才維持了整體作用的持續(xù)發(fā)揮。系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法正是對(duì)系統(tǒng)原理的充分體現(xiàn)，系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法理論源于德國(guó)學(xué)者Pahl和Beitz教授，我國(guó)多學(xué)著在設(shè)計(jì)實(shí)踐中充分借鑒西方國(guó)家設(shè)計(jì)理念，同時(shí)根據(jù)我國(guó)實(shí)際情況對(duì)系統(tǒng)化設(shè)計(jì)理論不斷進(jìn)行深化，一是從產(chǎn)品開發(fā)過程的宏觀性為出發(fā)點(diǎn)，根據(jù)用戶需求，利用質(zhì)量功能布置法，以產(chǎn)品開發(fā)階段技術(shù)要求為目標(biāo)，系統(tǒng)地將客戶需求轉(zhuǎn)化為實(shí)際產(chǎn)品功能。二是借助生命系統(tǒng)理論將產(chǎn)品視作為層次分明的生命系統(tǒng)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行層次上的劃分，以達(dá)到產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)性。設(shè)計(jì)就本質(zhì)來(lái)說(shuō)是產(chǎn)品要求和設(shè)計(jì)者自身思想的有效結(jié)合，因此不同設(shè)計(jì)者對(duì)待同一產(chǎn)品會(huì)有不同的角度和思路，總的來(lái)說(shuō)，具有代表性的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法主要包括設(shè)計(jì)元素法、圖形建模法、“構(gòu)思”—“設(shè)計(jì)”法、矩陣設(shè)計(jì)法、鍵合圖法等等。

2.2 結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)方法

結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)方法是從規(guī)劃產(chǎn)品的角度出發(fā)而提出的，而這種方法的設(shè)計(jì)任務(wù)又是以產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，利用產(chǎn)品通用零部件來(lái)確定設(shè)計(jì)任務(wù)，同時(shí)在分解設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)就要充分考慮好不同零部件之間存在的作用沖突，解決好矛盾，同時(shí)還要及早預(yù)測(cè)生產(chǎn)能力和費(fèi)用，由此來(lái)提高設(shè)計(jì)效率，從而降低產(chǎn)品研發(fā)成本。設(shè)計(jì)任務(wù)的功能化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)共分為四層：產(chǎn)品—功能組成—主要功能組件—功能元件。為了更好地評(píng)價(jià)專用機(jī)械設(shè)計(jì)和更有效地規(guī)避制造風(fēng)險(xiǎn)，在專用機(jī)械設(shè)計(jì)中采用功能化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)將充分發(fā)揮優(yōu)勢(shì)作用。

2.3 基于產(chǎn)品特征知識(shí)的設(shè)計(jì)方法

利用計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言識(shí)別功能來(lái)描述產(chǎn)品特征及相關(guān)專家的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)是基于產(chǎn)品特征知識(shí)設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)，這種方法實(shí)際上是利用知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)及已儲(chǔ)存領(lǐng)域知識(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)。產(chǎn)品特征是機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，而設(shè)計(jì)領(lǐng)域相關(guān)專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)又是對(duì)機(jī)械系統(tǒng)特征的規(guī)律性把握，基于產(chǎn)品特征知識(shí)的設(shè)計(jì)就是利用這兩個(gè)方面來(lái)進(jìn)行推量和決策，從而來(lái)完成機(jī)構(gòu)的型、數(shù)綜合。而知識(shí)的自動(dòng)獲取、表達(dá)、集成、協(xié)調(diào)管理和使用，又是實(shí)現(xiàn)這一階段計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的必然前提。綜觀國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者針對(duì)機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)知識(shí)的自動(dòng)化獲取的研究，采用的方法主要包括：編碼法、知識(shí)的混合型表達(dá)法、利用基于知識(shí)的開發(fā)工具、設(shè)計(jì)目錄法、基于實(shí)例的方法這五種。

2.4 智能化設(shè)計(jì)方法

根據(jù)設(shè)計(jì)方法學(xué)理論，借助三維圖形軟件、智能化設(shè)計(jì)軟件和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，以及多媒體工具來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)是智能化設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)。數(shù)學(xué)系統(tǒng)理論和系統(tǒng)工程理論是智能化設(shè)計(jì)方法的理論支柱，在利用這兩個(gè)理論時(shí)，充分利用產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)和系統(tǒng)開發(fā)方法學(xué)研制出與產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期相適應(yīng)的多媒體開發(fā)系統(tǒng)軟件是智能化設(shè)計(jì)方法的基本原理。

3 結(jié)語(yǔ)

機(jī)械產(chǎn)品的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法、結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)方法、基于產(chǎn)品特征知識(shí)的設(shè)計(jì)方法、智能化設(shè)計(jì)方法是機(jī)械現(xiàn)代化設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，而這四者之間又有著密切的聯(lián)系。在信息化的時(shí)代背景下，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展帶來(lái)了機(jī)械產(chǎn)品功能與結(jié)構(gòu)的深刻變革，但機(jī)械產(chǎn)品功能與結(jié)構(gòu)的變革與機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展卻并不同步，機(jī)械產(chǎn)品方案的設(shè)計(jì)手段顯得力不從心，跟不上時(shí)代發(fā)展的需要。由于這四者之間密切的聯(lián)系，要想有效的實(shí)現(xiàn)機(jī)械化設(shè)計(jì)的現(xiàn)代化，還必須對(duì)這四種方法進(jìn)行綜合運(yùn)用。而計(jì)算機(jī)輔助功能在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的運(yùn)用也必然會(huì)帶來(lái)新技術(shù)、新方法、原理的大量涌現(xiàn)。因此，在機(jī)械現(xiàn)代化設(shè)計(jì)中必須將計(jì)算機(jī)功能充分運(yùn)用其中，因?yàn)橛?jì)算機(jī)的運(yùn)用本身就是信息化、智能化的一個(gè)重要標(biāo)志，計(jì)算機(jī)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用也必然會(huì)在很大程度上提高設(shè)計(jì)水水平、加快設(shè)計(jì)速度。所以機(jī)械現(xiàn)代化設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)的必然發(fā)展趨勢(shì)。機(jī)械產(chǎn)品作為生產(chǎn)領(lǐng)域的重要生產(chǎn)工具，它的變革往往會(huì)帶來(lái)整個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域的變革，從而帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，而機(jī)械設(shè)計(jì)已經(jīng)從傳統(tǒng)走向了現(xiàn)代，這是思想變革和技術(shù)變革的有效結(jié)合，為了實(shí)現(xiàn)我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)的現(xiàn)代化，必須完善創(chuàng)新機(jī)制，加大科研投資力度，培養(yǎng)機(jī)械設(shè)計(jì)人才隊(duì)伍，只有通過技術(shù)創(chuàng)新才能夠保證我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)能夠步入世界先進(jìn)行列。

[1]武麗.機(jī)械產(chǎn)品的現(xiàn)代化設(shè)計(jì)方法及其創(chuàng)新[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2008,(33).

[2]向大圣.機(jī)械產(chǎn)品方案的現(xiàn)代化設(shè)計(jì)方法及發(fā)展趨勢(shì)[J].法制與社會(huì),2008,(16).

羅煜林,性別：男,出生年：1992.11,籍貫：湖南湘鄉(xiāng),學(xué)歷：本科,研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化。