論現(xiàn)代機械設計的基本特征和一般流程

周二振

摘要：在總結(jié)了現(xiàn)代機械設計基本特征的基礎上，分別從產(chǎn)品規(guī)劃環(huán)節(jié)、產(chǎn)品設計創(chuàng)新環(huán)節(jié)、物理模型試驗以及構(gòu)型設計這四個環(huán)節(jié)闡述了現(xiàn)代機械設計的一般流程。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代機械設計；基本特征；一般流程

中圖分類號：F27文獻標識碼：A文章編號：16723198（2014）14006802

隨著技術(shù)的高速發(fā)展，較之于傳統(tǒng)的機械設計，現(xiàn)代設計更為復雜，不再僅僅依靠既有的經(jīng)驗。而是隨著技術(shù)進步、市場競爭態(tài)勢的轉(zhuǎn)換等一系列因素的變化進一步復雜化發(fā)展。對于不同類型的機械產(chǎn)品而言，會有相應的不同設計方案，這就會導致該機械產(chǎn)品在設計過程方面迥然不同，可見，機械設計是一個相對復雜而又不斷反復的一種創(chuàng)造性活動，是人類為了實現(xiàn)某種既定目標而實施的一系列勞動過程。尤其值得注意的是，現(xiàn)代機械設計比過去任何時候都更加依賴于對新知識的獲取，這就決定了現(xiàn)代機械設計和其他領(lǐng)域一樣，越來越多地利用計算機這一先進的設計工具。在這現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的驅(qū)動下，有必要認真研究現(xiàn)代機械設計的基本特征，并歸納出現(xiàn)代機械設計的一般流程。

1現(xiàn)代機械設計的基本特征

第一，市場需求是現(xiàn)代機械設計的驅(qū)動力。市場需求的首要環(huán)節(jié)就是對所設計的對象性能的一系列規(guī)定。從概念設計向詳細設計發(fā)展的過程中所產(chǎn)生的驅(qū)動力不能再簡單地理解為機械設計任務書上對相關(guān)產(chǎn)品產(chǎn)品最終要求的一系列規(guī)定，在實際設計工作中，每一個設計階段以及每一個設計步驟都是由附著于構(gòu)成最終要求的各個層次上的市場需求來驅(qū)動的。這一系列需求在基于設計目的的共同指向下，最終形成了完整而統(tǒng)一的市場需求，并由此形成了機械設計的驅(qū)動力。

第二，創(chuàng)新是現(xiàn)代機械設計的靈魂。要生產(chǎn)出別人所不能生產(chǎn)的機械產(chǎn)品是機械設計的重要目標之一。對于現(xiàn)代機械設計而言，其工作的成敗最終由相應產(chǎn)品在市場上的競爭優(yōu)勢程度作為評價依據(jù)，從市場競爭的現(xiàn)實狀況來看，現(xiàn)代機械設計的絕大多數(shù)關(guān)鍵環(huán)節(jié)都是由設計階段的行為決定的，良好的創(chuàng)新活動強調(diào)設計出來的機械產(chǎn)品要在確保質(zhì)量的前提下，表現(xiàn)出現(xiàn)有產(chǎn)品所不具備的功能，這也是創(chuàng)新活動內(nèi)在價值的外部體現(xiàn)方式。

第三，對知識的獲取是現(xiàn)代機械設計的重要支撐。

現(xiàn)代機械設計知識是一個動態(tài)的集合，對知識的獲取不僅是現(xiàn)代機械設計的功能和質(zhì)量需要，而且也是現(xiàn)代機械設計過程中最活躍的工作要素。由于功能和質(zhì)量上創(chuàng)新的需要，在設計過程中，對知識的獲取是一個需要不斷進行的重要工作。現(xiàn)代機械設計知識的獲取能力對于一個機械設計或制造企業(yè)而言，不僅決定域企業(yè)的技術(shù)水平，也決定域企業(yè)的經(jīng)營管理能力，不僅決定域企業(yè)的資本實力，也決定域企業(yè)的人力資源，不僅離不開企業(yè)的先進技術(shù)設備，而且更加離不開企業(yè)長期研究開發(fā)過程中所積累的實際經(jīng)驗，因此是一種綜合實力的現(xiàn)實反映。上述重要要素均可作為現(xiàn)代機械設計的重要資源，這一重要資源的有效運轉(zhuǎn)無疑離不開較高的知識獲取能力的支撐。例如，CAD(Computer Aided Design)基于計算機強大的數(shù)值計算能力，通過對計算機強大的圖形處理能力進行利用，能夠輔助機械設計人員進行產(chǎn)品的設計與分析，從而能夠在手段創(chuàng)新的前提下集成龐大的知識和信息，使產(chǎn)品的設計效率飛速地提高，最終圓滿實現(xiàn)機械設計人員的既定目標。

第四，多學科理論和技術(shù)的交融是現(xiàn)在機械設計的重要基礎。現(xiàn)代機械設計在現(xiàn)代設計方法學的指導下，交叉與融合了注入有限元方法、可靠性設計技術(shù)、CAD技術(shù)以及工業(yè)造型設計等多門學科的多項技術(shù)。是一門綜合性很強的交叉學科.由于現(xiàn)代機械設計交融了上述多想現(xiàn)代技術(shù)，因此能夠有效減少傳統(tǒng)機械設計中過于依靠經(jīng)驗設計的方法，從而降低了機械設計的主觀性和盲目性，提高了機械設計過程的科學性和機械設計結(jié)果的準確性。

第五，現(xiàn)代機械設計要注重產(chǎn)品的全生命周期。概括而言，現(xiàn)代機械設計實際上可看作是針對于產(chǎn)品全生命周期的設計，在機械產(chǎn)品生產(chǎn)過程以及使用過程中、直至產(chǎn)品報廢等各個環(huán)節(jié)的處理都離不開環(huán)境友好和人際協(xié)調(diào)這兩個大的生態(tài)系統(tǒng)，這就決定了現(xiàn)代機械設計的推進過程中，一方面要獲取相關(guān)機械產(chǎn)品的生產(chǎn)知識，另一方面還要獲取所設計的產(chǎn)品與使用者之間相互作用的知識以及機械產(chǎn)品在使用過程中性能出現(xiàn)的動態(tài)變化的知識和信息，并且，在產(chǎn)品出乎報廢狀態(tài)下，還要考慮報廢品與環(huán)境之間的相互作用以及如何妥善處理報廢品的相關(guān)知識。可見，全生命周期的設計使得設計的對象成為一個時變系統(tǒng)，整個設計過程復雜程度很高，如果在現(xiàn)代機械設計過程中無法滿足上述要求，所設計出來的吃的產(chǎn)品也就不具備強大的競爭力。

2現(xiàn)代機械設計的一般流程

為了保證機械產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，現(xiàn)代機械設計的實際操作過程中，會面臨一套比較復雜的流程，下文主要針對該流程中的一些重要環(huán)節(jié)加以論述。

2.1產(chǎn)品規(guī)劃環(huán)節(jié)

全面系統(tǒng)的市場信息分析無疑是開發(fā)一個具有創(chuàng)新新產(chǎn)品的工作起點。當某個企業(yè)瞄準一個細分之后的目標市場時，無論該市場自己是否曾經(jīng)開發(fā)過，首當其沖的一步就是要對該市場中已有的同類產(chǎn)品(或者競爭對手)進行充分研究，并在結(jié)合市場需求的基礎上，考慮自己的幾件設計的產(chǎn)品在滿足用戶需求方面具有哪些優(yōu)勢以及還存在哪些問題，并在SWOT分析的基礎上形成自己產(chǎn)品的競爭策略，在產(chǎn)品設計之前，至少應該考慮如下因素：一是打算如何利用自己的設計優(yōu)勢，從哪些方面去進行市場競爭和取得相對優(yōu)勢，二是自己產(chǎn)品的相對不足之處，應該通過現(xiàn)代機械設計來彌補。從產(chǎn)品本身的角度而言，在構(gòu)成產(chǎn)品競爭力的多方面要素之中，產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品功能是兩大核心要素，對于機械設計而言，有什么樣的產(chǎn)品規(guī)劃，就會相應產(chǎn)生與此對應的營銷活動。一般而言，用戶在購買某個機械產(chǎn)品之前，首先考慮的是該產(chǎn)品能否實現(xiàn)其所需要的能夠滿足某種行為或某種目的的能力，也就是為了購買該產(chǎn)品的功能，因此，機械產(chǎn)品的功能是決定該產(chǎn)品競爭力高低的首要要素。在滿足用戶功能需求的前提下，質(zhì)量則是實現(xiàn)這一功能的保證，不僅決定了該機械產(chǎn)品實現(xiàn)其功能的程度，而且決定了該機械產(chǎn)品在用戶使用期內(nèi)的功能一貫性。再結(jié)合市場競爭環(huán)境，則需要把產(chǎn)品的價格也考慮竟來，進一步可細分為機械產(chǎn)品設計的成本及其收益，此外，產(chǎn)品交貨期以及諸如產(chǎn)品維修，產(chǎn)品性能培訓、產(chǎn)品升級以及產(chǎn)品的外部環(huán)境(含人，機)的相容性等其他因素同樣非常重要，同樣會對產(chǎn)品的質(zhì)量、功能及其價格產(chǎn)生直接影響。

2.2產(chǎn)品設計創(chuàng)新環(huán)節(jié)

在前文提及的諸如產(chǎn)品性能、質(zhì)量以及價格等眾多要素中，盡管其中的任何一個或幾個均能明顯提高產(chǎn)品競爭力，但是對于一個想要獲得持續(xù)發(fā)展的機械制造企業(yè)來說，上述要素均需要良好的產(chǎn)品設計創(chuàng)新機制來推動和實現(xiàn)．因此，產(chǎn)品設計創(chuàng)新是機械設計的靈魂和原動力，首先就需要在設計過程中體現(xiàn)出功能上的創(chuàng)新。對于機械產(chǎn)品質(zhì)量而言，由于在制造業(yè)中，質(zhì)量這一概念相對寬泛，不同的企業(yè)對其的理解各有不同，因此無法從技術(shù)層面給出一個嚴格的定義，盡管如此，機械產(chǎn)品的質(zhì)量至少包括產(chǎn)品性能、產(chǎn)品可靠性、產(chǎn)品安全性、產(chǎn)品壽命等要素，是產(chǎn)品能夠滿足用戶使用要求所必須具備的重要屬性。此外，諸如機械產(chǎn)品的外觀、造型、裝潢以及表面坪鎮(zhèn)度等機械產(chǎn)品的表面狀況同樣也是影響機械產(chǎn)品質(zhì)量高低的重要因素，這就為機械產(chǎn)品設計的創(chuàng)新開辟了更多的空間?；诖耍瑱C械產(chǎn)品設計在其創(chuàng)新過程中，應該綜合考慮上述因素，并在有機整合各要素的前提下讓產(chǎn)品設計創(chuàng)新充分體現(xiàn)于該機械產(chǎn)品的整個使用過程之中。由于功能與產(chǎn)品設計的關(guān)系是因果關(guān)系，需求是以產(chǎn)品的功能來體現(xiàn)的，可以借助多種多樣的工作原理來體現(xiàn)同一功能的機械產(chǎn)品?；诖?，就需要在功能分析的基礎上，通過形成設計理念、構(gòu)思創(chuàng)新、優(yōu)化篩選工作方案等步驟來形成最優(yōu)的工作計劃，并在確定工作原理的基礎上開展機械工藝動作分解的設計工作，并在機械設計結(jié)果中初步擬定各執(zhí)行構(gòu)件動作相互協(xié)調(diào)配合的運動循環(huán)圖。

2.3物理模型試驗

對于機械設計而言，物理模型試驗是基于系統(tǒng)條件轉(zhuǎn)換的理論，在不同系統(tǒng)條件下進行的一種非實物試驗，或者叫做機械產(chǎn)品的物理模型設計。如果機械設計過程能夠通過微分方程組來描述，則一般依據(jù)相似理論來作為系統(tǒng)條件轉(zhuǎn)換的準則。在實際工作中，往往會出現(xiàn)如下兩類問題：其一，并非所有的機械設計過程都能通過合適的微分方程組來模擬，其二，即使某機械設計過程能夠找到可供模擬的微分方程組，但由于邊界條件的模擬在大多數(shù)情況下是一個難度較高的命題，因此導致物理模型試驗只能在有限條件下提供正確的信息?；诖?，在實際操作過程中，可通過網(wǎng)絡，采取多方合作的方式來開展物理模型試驗，首先在網(wǎng)頁上由物理模型試驗的提供者詳細公布自己能提供的服務項目、規(guī)格以及委托辦法等各方面信息，然后再由需要服務對象通過諸如遠程音頻交流或視頻會議等多種溝通渠道，與信息發(fā)布這共同協(xié)商機械產(chǎn)品的設計細節(jié)，從而通過多方的合力，共同完成物理模型試驗。

2.4構(gòu)型設計

將既定的機械設計方案轉(zhuǎn)化為具體的機械設備及其零部件的合理構(gòu)形的這一過程可統(tǒng)稱為構(gòu)型設計。在整個構(gòu)型設計中，要完成如下四方面的工作：一是實現(xiàn)機械產(chǎn)品的總體設計，要滿足機械的功能要求。二是要實現(xiàn)機械產(chǎn)品的部件設計和零件設計，要滿足機械的功能要求，尤其是對于常用零件而言，要在盡可能標準化、通用化和系列化的前提下便于制造加工。三是要最終完成全部生產(chǎn)圖樣。四是根據(jù)上述成果，形成有關(guān)的技術(shù)文件，并編制香精的設計說明書，標準件、外購件明細表以及專用工具明細表等。

綜上，現(xiàn)代機械設計的實際操作流程相對復雜，本文主要針對其中一些重要環(huán)節(jié)進行了論述，今后還有必要結(jié)合實際操作過程，對這一流程進行更加深入和系統(tǒng)的研究。

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