對當前機械設計理論與方法的探討

【摘 要】機械作為制造依據(jù)的過程，其主要目標是：在各種各樣的限制條件下設計出較好的機械。設計者的任務是按具體情況權衡輕重、統(tǒng)籌兼顧，使設計的機械具有最優(yōu)的綜合技術經(jīng)濟效果，以滿足人們的各種需求。

【關鍵詞】機械設計 原理 方法 原則

隨著科技的進步，新興學科和技術的不斷涌現(xiàn)，原來一些機械設計方法已適應不了當今的時代潮流。特別是方案設計是目前智能化CAD的瓶頸之一，已成為各國設計學者研究和探討的熱點。本文從以下幾個方面淺談一下機械設計的理論和方法。

一、現(xiàn)代機械設計的概念和地位

機械設計師指根據(jù)對機械產(chǎn)品的設計要求，應用當代先進技術成果，通過設計人員的創(chuàng)新思維，經(jīng)過反復調查、分析、論證、判斷做出決策，并采用適當?shù)脑O計模型使之量化，最終將輸入的物料（毛坯、半成品等）、能量（機械能、電能、熱能等）或信號（測量值、數(shù)據(jù)、控制信號等）轉化為功能完善、技術先進、經(jīng)濟合算、造型優(yōu)美、深受用戶歡迎的技術裝置或機械的過程。

機械設計是生產(chǎn)機械產(chǎn)品的第一步，是決定機械產(chǎn)品性能的關鍵環(huán)節(jié)。據(jù)統(tǒng)計，機械產(chǎn)品的成產(chǎn)陳本，70%由設計階段決定。所以必須把好設計關。

二、現(xiàn)代機械設計發(fā)展趨勢

隨著科技的進步，設計水平發(fā)展很快。首先，機械設計的基礎理論和各種專業(yè)產(chǎn)品設計機理的研究得到進一步加強；其次，關鍵零部件的設計研究得到加強。

（一）通過設計來完善產(chǎn)品的功能及原理

任何一種機器的更新?lián)Q代都有三個途徑：一是改革工作原理；二是通過改進工藝結構和材料，提高技術性能；三是加強輔助功能，使其更適應使用者的心理。特別是第二步﹑第三部，目前發(fā)展迅猛，開發(fā)得比較成熟。

（二）通過設計提高產(chǎn)品質量

①基本性能方面。隨著科技的進步，出現(xiàn)一系列的新工藝、新材料，如硬質合金材料的出現(xiàn)，使普通車刀在高速切削下的壽命大大提高。②適應能力方面。機械設計除應滿足產(chǎn)品的基本性能外，還要考慮工作情況發(fā)生變化時的產(chǎn)品適應能力。如采用齒輪傳動的自行車代替鏈傳動，更能適應在惡劣環(huán)境下的使用。

三、現(xiàn)代機械設計原則

機械設計應遵循以下原則：

①實用性原則 市場需求是設計動力的源泉。機械設計首先要滿足所設計機械產(chǎn)品的基本功能和必要的輔助功能要求。②經(jīng)濟性原則 所設計的產(chǎn)品應盡量降低成本，提高附加值，提高經(jīng)濟效益和市場競爭力。③安全性原則 所設計的產(chǎn)品應在技術上采取必須的、可靠的安全防護措施，保證操作者、管理者的人身安全和機器的安全。④優(yōu)化原則 所設計的產(chǎn)品應達到當代科學技術先進水平，產(chǎn)品制造和使用達到最佳水平，多種原理方案和設計參數(shù)達到“最優(yōu)解”。⑤可靠性原則 所設計的產(chǎn)品應在規(guī)定的時間內完成規(guī)定的功能，即不發(fā)生失效。

四、現(xiàn)代機械設計理論與方法

設計理論是對產(chǎn)品原理和機理的科學總結，設計方法是使產(chǎn)品滿足以及判斷產(chǎn)品是否滿足設計原則的依據(jù)?，F(xiàn)代設計方法是基于設計理論形成的，因而更具科學性和邏輯性。

（一）利用現(xiàn)代計算機軟硬件技術的設計方法

在產(chǎn)品開發(fā)初期借助于設計方法學，利用多媒體工具進行系統(tǒng)的開發(fā)。根據(jù)這一指導思想，利用數(shù)學系統(tǒng)理論，同時考慮系統(tǒng)工程理論產(chǎn)品設計技術和系統(tǒng)開發(fā)方法學，研制出適合于產(chǎn)品設計初期使用的多媒體開發(fā)系統(tǒng)軟件。根據(jù)這一設計方法，往往把產(chǎn)品的整個開發(fā)過程概括為產(chǎn)品規(guī)劃、開發(fā)和生產(chǎn)規(guī)劃三個階段，并且充分利用了現(xiàn)有的CAD尖端技術—虛擬現(xiàn)實技術。

（1）產(chǎn)品規(guī)劃—構思產(chǎn)品。其任務是確定產(chǎn)品的外部特征，如色彩、形狀、表面質量、人機工程等，并將最初的設想用CAD立體模型表現(xiàn)出來，建立能夠體現(xiàn)整個產(chǎn)品外形的簡裝模型。

（2）開發(fā)—設計產(chǎn)品。該階段主要根據(jù)系統(tǒng)合成原理，在立體模型上配置和集成解元素，把實現(xiàn)功能的關鍵性解元素配置到立體模型上之后，即可對產(chǎn)品的配置進行分析。產(chǎn)品配置分析是綜合產(chǎn)品規(guī)劃和開發(fā)結果的重要手段。

（3）生產(chǎn)規(guī)劃—加工和裝配產(chǎn)品。在這一階段中運用CAD技術，用計算機圖案顯示解元素在相應位置的裝配過程，即通過虛擬裝配模型揭示造型和裝配間的關系，由此發(fā)現(xiàn)難點問題，并找出解決問題的方法。借助于現(xiàn)代計算機軟硬件技術，通過三維圖形軟件、多媒體和超媒體技術及虛擬現(xiàn)實技術進行設計。

（二）積極開發(fā)發(fā)展綠色設計、制造

（1）綠色設計制造時現(xiàn)代設計制造的可持續(xù)發(fā)展模式。人們已經(jīng)認識到環(huán)境與發(fā)展是密不可分的。要從根本上解決環(huán)境問題，必須轉變發(fā)展模式和消費模式，即為資源型發(fā)展模式逐步轉變?yōu)榧夹g型發(fā)展模式，依靠技術進步，節(jié)約資源和能源，提高效益，減少廢物排放，實施清潔生產(chǎn)和文明消費，建立資源和環(huán)境相聯(lián)系的新的發(fā)展模式。這是人類探索了幾個世紀終于領悟到的發(fā)展觀—可持續(xù)發(fā)展。

（2）發(fā)展綠色設計制造將為企業(yè)發(fā)展帶來新的機遇。開發(fā)綠色設計制造是人類可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，是每個企業(yè)家必須考慮的企業(yè)行為，但是不少企業(yè)認為綠色制造投入大見效慢經(jīng)濟效益不如直接抓成本、抓質量、抓品種等見效快，因而無視對環(huán)境的污染，甚至寧愿被罰款，也不愿意采取措施。

實際上，環(huán)境全面改善，一方面可改善員工的健康狀況和提高工作安全性，減少不必要的開支；另一方面在綠色制造環(huán)境下工作的員工心情舒暢，有助于提高員工的主觀能動性和工作效率，以創(chuàng)造出最大的利潤，使企業(yè)具有更好的社會形象，為企業(yè)增加無形資產(chǎn)。

（3）發(fā)展綠色制造將推行新一輪技術創(chuàng)新。在全球性競爭激烈的背景下，利用高新技術和現(xiàn)代化管理來提高生產(chǎn)率，節(jié)約自然資源投入，以及節(jié)約勞動和各種形式的資本，是促進經(jīng)濟增長與發(fā)展的主要源泉。事實上，從產(chǎn)品設計到制造技術，從產(chǎn)品設計到制造技術，從企業(yè)組織到營銷策略的制定，一批綠色制造技術與概念已經(jīng)在發(fā)展之中。

五、機械設計的現(xiàn)狀與展望

目前，機械設計仍還處于半理論半經(jīng)驗階段。

隨著現(xiàn)代科學技術的迅速發(fā)展，近30年來機械設計發(fā)生了較大的變化，設計理論更新穎，設計方法更科學、更完善，計算精密度更高，計算速度更快了。從某種意義上說，機械設計是科學技術轉化為生產(chǎn)力的過程，科學技術的發(fā)展又促進了機械設計技術和方法的現(xiàn)代化。機械優(yōu)化設計給機械工程界帶來了巨大的經(jīng)濟效益，隨著技術更新和產(chǎn)品競爭的加劇，優(yōu)化設計的發(fā)展前景非常廣闊。但我們仍需關注的是，在優(yōu)化技術水平的同時，國內機械加工或工藝水平、加工手段和制造技術也應配套提升才行。

參考文獻：

[1]王科社 機械優(yōu)化設計 國防工業(yè)出版社2007.4.

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