淺析現(xiàn)代機械設(shè)計方法及研究進展

孫運森

摘 要：當前機械設(shè)計方法的基礎(chǔ)是機械設(shè)計方法學，通過采用計算機技術(shù)，從定量、動態(tài)、優(yōu)化多方面發(fā)展機械設(shè)計。這樣做的好處是可以明顯加強設(shè)計質(zhì)量，減小設(shè)計周期，同時保證研制費用的合理利用，良好的開始等于設(shè)計成功的一半，另一方面還可以讓機械產(chǎn)品在本行業(yè)中多一份競爭力。

關(guān)鍵詞：機械設(shè)計方法；發(fā)展；趨勢

根據(jù)對機械產(chǎn)品的使用要求，有很多方面需要構(gòu)思、分析并計算機械，其中包括機械的結(jié)構(gòu)、工作原理、運動方式、力和能量的傳遞方式、各個零件的材料和形狀尺寸等，同時把詳細說明這些內(nèi)容，這就是機械產(chǎn)品制造的依據(jù)，按照這個過程去操作就可以完成機械的制造。完全按照各方面的規(guī)定條件去設(shè)計最佳的機械，也叫做優(yōu)化設(shè)計。近年來，我國經(jīng)濟發(fā)展迅速，科學技術(shù)也突飛猛進，尤其是計算機科學和系統(tǒng)科學發(fā)展尤為突出，這也有助于機械水平的提高和發(fā)展；通過結(jié)合設(shè)計技術(shù)和理論知識，進一步發(fā)展了機械設(shè)計方法，同時從設(shè)計手法上看，也可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計更精確和智能。

1 現(xiàn)代機械設(shè)計方法的發(fā)展過程及其面臨的形勢

1.1 現(xiàn)代機械設(shè)計方法的發(fā)展過程

順應(yīng)機械設(shè)計發(fā)展的需求，面對科學技術(shù)的迅速發(fā)展，機械設(shè)計要跟上步伐，加強現(xiàn)代化設(shè)計工作要求，并且在保質(zhì)保量的同時，產(chǎn)生了探討和研究現(xiàn)代設(shè)計方法的思想。機械設(shè)計中蘊含了現(xiàn)代設(shè)計方法，通常采用的方法包括，預(yù)測技術(shù)的方法，分析信號，設(shè)計系統(tǒng)，模糊設(shè)計，有限元和邊界元分析設(shè)計法，設(shè)計可靠性，優(yōu)化設(shè)計和計算機輔助設(shè)計法等。很久以前就產(chǎn)生了設(shè)計和設(shè)計方法，然而將機械設(shè)計轉(zhuǎn)變成為傳統(tǒng)的設(shè)計方法和理論的時間僅有一百多年。由于傳統(tǒng)設(shè)計方法中存在很多局限性限制著機械設(shè)計的發(fā)展，因此傳統(tǒng)方法已經(jīng)逐漸消失在人們的視野里。社會主義經(jīng)濟發(fā)展浪潮牽動著科技的發(fā)展水平和人們對生活水平的要求，通過普及和應(yīng)用計算機科學，轉(zhuǎn)變了現(xiàn)代機械設(shè)計的方式方法，使其邁向全面利用優(yōu)化設(shè)計、仿真模擬、計算機輔助設(shè)計，這樣可以保證計算更精確，并且看到清晰的圖片內(nèi)容，徹底顛覆了傳統(tǒng)設(shè)計方法的理念。

1.2 現(xiàn)代機械設(shè)計面臨的形勢

現(xiàn)代機械設(shè)計的發(fā)展趨勢主要有以下幾個方面。首先，設(shè)計領(lǐng)域涉及多種學科，多元化發(fā)展；其次，設(shè)計對象由單一內(nèi)容轉(zhuǎn)向系統(tǒng)內(nèi)容；第三，設(shè)計人員的變化，從單人設(shè)計變成多人設(shè)計；第四，新產(chǎn)品更新速度快，產(chǎn)品設(shè)計有序可循；第五，由于科技在不斷進步，同時對現(xiàn)代設(shè)計也提出新要求。

2 現(xiàn)代機械設(shè)計方法的特征

2.1 與傳統(tǒng)機械設(shè)計方法的對比

傳統(tǒng)設(shè)計方法受到一定的局限，一般來講，其設(shè)計過程主要是針對產(chǎn)品需求展開調(diào)查；找出相關(guān)問題并歸納總結(jié)；問題綜述；針對問題進行分析并提出最優(yōu)方案；點評并完善方案；最后確定圖樣并編輯文件。這里體現(xiàn)的局限性有很多方面，通過經(jīng)驗分析，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)設(shè)計方法設(shè)計水平不高；以測試湊到的參數(shù)和指標不精確、設(shè)計成功幾率低，成本高；得不到及時有效的反饋信息。在傳統(tǒng)設(shè)計方法的基礎(chǔ)上，現(xiàn)代設(shè)計方法繼承并發(fā)展了傳統(tǒng)方法，結(jié)合系統(tǒng)科學理念，將設(shè)計水平提高到一個新的層次，并且保證了設(shè)計的合理性。現(xiàn)在機械設(shè)計涉及范圍廣泛，綜合性強，涉及多門學科，通過系統(tǒng)工程學將機械設(shè)計、信息技術(shù)和控制機械重新整合，得以優(yōu)化整個機械系統(tǒng)。談到系統(tǒng)，時間維、方法維、邏輯這三位系統(tǒng)構(gòu)成了現(xiàn)代機械設(shè)計。其中時間維指設(shè)計流程按照時間順序排列，一般從產(chǎn)品規(guī)劃到方案設(shè)計，設(shè)計加工再到加工設(shè)計；邏輯維指按照邏輯思維解決問題，一般是先分析-綜合-評價-決策；方法維指在工作中和設(shè)計過程中使用的思維方法?，F(xiàn)代化先進的設(shè)計理論、方法和工具得到有效利用，有利于使機械設(shè)計提高效率，同時保質(zhì)保量。

2.2 現(xiàn)代機械設(shè)計方法分類

現(xiàn)代機械設(shè)計方法可從多角度進行劃分。

2.2.1 從工程領(lǐng)域角度將現(xiàn)代設(shè)計方法分為：現(xiàn)代模具設(shè)計方法、現(xiàn)代材料設(shè)計方法等。

2.2.2 按應(yīng)用成熟度對現(xiàn)代設(shè)計方法進行分類：應(yīng)用正普及類一優(yōu)化設(shè)計、計算機輔助設(shè)計、機電一體化設(shè)計等；內(nèi)容正發(fā)展類一創(chuàng)新設(shè)計、虛擬設(shè)計、并行設(shè)計、智能設(shè)計等。

2.2.3 中義設(shè)計類：設(shè)計內(nèi)容介于廣義設(shè)計和狹義設(shè)計之間。目前應(yīng)用較廣的有：最優(yōu)化方法、數(shù)值仿真和動態(tài)設(shè)計等。

2.3 機械設(shè)計中專業(yè)的現(xiàn)代設(shè)計方法

當前我國社會不斷發(fā)展進步，科學技術(shù)也不甘落后，緊隨步伐，計算機專業(yè)人員同機械設(shè)計人員共同開發(fā)設(shè)計計算機軟件，應(yīng)用此軟件的機械產(chǎn)品可以隨時掌握產(chǎn)品的損傷、失效和破壞運行原理，并且產(chǎn)品的各零部件和機械的動態(tài)行為可得到定量分析，使得設(shè)計程序保持穩(wěn)定，這就是專業(yè)的現(xiàn)代設(shè)計方法。一些例子可以說明，如摩擦學的設(shè)計、強度設(shè)計和溫度場的分析。

3 現(xiàn)代機械設(shè)計的發(fā)展趨勢

3.1 智能化

由于廣泛使用范例推理和約束滿足的設(shè)計方法，智能CAD技術(shù)得以誕生。人們?yōu)榱死^續(xù)推進CAD系統(tǒng)的創(chuàng)造力，結(jié)合人工智能和CAD技術(shù)，得到很好的效果。當前社會把有智能的專家系統(tǒng)用在了方案綜合和設(shè)計評價當中，同時這幾年也產(chǎn)生了模糊設(shè)計和模糊評定方法，主要用于機械設(shè)計的多解性?，F(xiàn)代機械設(shè)計普遍存在智能化和技能化優(yōu)點，由于這些特性的存在，使得只有將人工智能和專家系統(tǒng)等技術(shù)通CAD技術(shù)有機結(jié)合，才可以讓CAD技術(shù)本身也具有智能化的特點，通過這樣的途徑提高計算機系統(tǒng)之間的集成率。就目前機械設(shè)計的發(fā)展方向來看，計算機是設(shè)計師們首選的工具，計算機可以將機械產(chǎn)品的各種情況通過建立模型的方式直觀的表現(xiàn)出來，接著進行智能化操作，最終可以實現(xiàn)提高產(chǎn)品設(shè)計方案的效率，因此，機械設(shè)計智能化是現(xiàn)在機械設(shè)計的必經(jīng)之路。

3.2 綠色化

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們的生活水平也在不斷提高，對生活質(zhì)量也出現(xiàn)的更高的要求，好的生活質(zhì)量首先是要有個健康的生活環(huán)境，因此，當愈來愈多的人們注意到發(fā)展程度和環(huán)境好壞有著千絲萬縷的聯(lián)系時，便產(chǎn)生了綠色設(shè)計的觀念。所謂綠色設(shè)計是指在進行產(chǎn)品設(shè)計的同時將節(jié)約有限能源和資源并有效利用能源和資源的觀念考慮進去，這樣得到的設(shè)計就可以成為是綠色設(shè)計。例如，在設(shè)計產(chǎn)品的過程中，首先要將產(chǎn)品的環(huán)境屬性考慮其中，必須讓產(chǎn)品設(shè)計保證符合環(huán)境的要求，并且保留產(chǎn)品的基本功能、質(zhì)量和經(jīng)濟效益。通常人們聽到的綠色產(chǎn)品就是產(chǎn)品本身有一定的特定功能，同時在使用此產(chǎn)品時不會威脅到人們的身體健康，更不會對人們的生活環(huán)境造成污染的產(chǎn)品。綠色設(shè)計的產(chǎn)生符合社會發(fā)展的需求，能夠讓人們在健康的環(huán)境下享受美好生活，同時讓社會走可持續(xù)發(fā)展之路。采用綠色設(shè)計既可以縮小企業(yè)投資過程中遇到的風險，同時能夠提高工作效率，促進產(chǎn)品在市場上的良性競爭，這正是未來技術(shù)的發(fā)展方向。

4 結(jié)束語

現(xiàn)代機械設(shè)計方法與傳統(tǒng)的設(shè)計相比，發(fā)生了巨大的變化，其優(yōu)勢在于博取縱各科之長，綜合運用并加以整體優(yōu)化?，F(xiàn)代機械設(shè)計方法以設(shè)計方法學為基礎(chǔ)，利用計算機技術(shù)，提高設(shè)計質(zhì)量，縮短設(shè)計周期，降低研制費用，保證一次設(shè)計成功率，增強機械產(chǎn)品的競爭力?，F(xiàn)代機械設(shè)計的發(fā)展趨勢表現(xiàn)為智能化、綠色化，系統(tǒng)和定量化。隨著計算機技術(shù)、檢測技術(shù)和控制技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)代機械設(shè)計的內(nèi)容進一步擴展，設(shè)計出的產(chǎn)品將更加新穎和實用。

參考文獻

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