現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論與方法最新進(jìn)展

劉慧茹（焦作市技師學(xué)院，河南 焦作 454150）

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論與方法最新進(jìn)展

劉慧茹
（焦作市技師學(xué)院，河南 焦作 454150）

隨著經(jīng)濟(jì)全球化的不斷發(fā)展，現(xiàn)代機(jī)械制造企業(yè)的競爭其實(shí)就是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面的競爭。加強(qiáng)現(xiàn)代機(jī)械制造企業(yè)的關(guān)鍵性因素就是對(duì)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行快速的開發(fā)，而產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)理論以及使用技術(shù)則成為了一項(xiàng)至關(guān)重要的工作。本文簡單介紹了現(xiàn)代機(jī)械的設(shè)計(jì)理論，并對(duì)設(shè)計(jì)方法及最新進(jìn)展進(jìn)行了詳細(xì)的探討，希望能夠提供一定的借鑒。

現(xiàn)代機(jī)械制造；產(chǎn)品設(shè)計(jì)；理論；方法；進(jìn)展

一、現(xiàn)代機(jī)械的設(shè)計(jì)理論

現(xiàn)代機(jī)械的設(shè)計(jì)理念指的是：以信息科學(xué)學(xué)科、計(jì)算機(jī)技術(shù)學(xué)科、思維科學(xué)學(xué)科以及系統(tǒng)工程學(xué)科等為支撐，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品本身的設(shè)計(jì)技術(shù)、設(shè)計(jì)規(guī)律、設(shè)計(jì)方法以及設(shè)計(jì)工具進(jìn)行研究的工程技術(shù)的科學(xué)。設(shè)計(jì)方法的基本特點(diǎn)如下所示：

（一）產(chǎn)品的智能化。在一些大型的較為復(fù)雜的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，必須遵循先分析、再分解、最后綜合的原則。在這一過程中，智能活動(dòng)與創(chuàng)造性思維大量的體現(xiàn)。

（二）產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性。由于激烈的市場競爭、較多的用戶選擇，機(jī)械產(chǎn)品必須保證較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

（三）產(chǎn)品的并行性。必須對(duì)后續(xù)的過程進(jìn)行提前的考慮，實(shí)現(xiàn)面向裝配與制造的設(shè)計(jì)，對(duì)庫存、廢品的消耗進(jìn)行最大限度的壓縮，保證產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性。

（四）產(chǎn)品的集成化。建立起人與機(jī)械一體化、機(jī)械與電子信息技術(shù)一體化、軟件與硬件一體化的模式，將現(xiàn)代技術(shù)、成果與機(jī)械產(chǎn)品的制造進(jìn)行相互的融合，尤其是CAD技術(shù)的融合應(yīng)用。

（五）產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)性。在現(xiàn)代的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，只考慮產(chǎn)品的靜態(tài)性來設(shè)計(jì)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須將產(chǎn)品在操作時(shí)的動(dòng)態(tài)性考慮在內(nèi)，例如外部環(huán)境與機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行的能量流、物質(zhì)流以及信息流的相互調(diào)換。

（六）產(chǎn)品的科學(xué)性。在現(xiàn)代的機(jī)械設(shè)計(jì)中，涉獵了大量的學(xué)科知識(shí)與學(xué)科成果，比如說智能科學(xué)、自動(dòng)化技術(shù)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、現(xiàn)代信息學(xué)以及摩擦學(xué)等。

（七）產(chǎn)品的前瞻性。在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)的前期，需要對(duì)產(chǎn)品的整個(gè)生命周期以及每個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行充分的考慮，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在缺陷，減少日后機(jī)械產(chǎn)品出現(xiàn)故障的幾率。

二、現(xiàn)代機(jī)械的設(shè)計(jì)方法

（一）國內(nèi)的設(shè)計(jì)方法

1 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，用計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)的方法逐漸興起。設(shè)計(jì)人員可以利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的構(gòu)思、畫圖以及快速運(yùn)算等工作。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)大都采用手繪圖紙對(duì)產(chǎn)品方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，而計(jì)算機(jī)輔助的設(shè)計(jì)則能對(duì)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行有效的設(shè)計(jì)，不僅節(jié)省了人力，還縮短了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)時(shí)間，提高了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

2 系統(tǒng)化設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)只是單一地追求產(chǎn)品的功能性，系統(tǒng)化設(shè)計(jì)則打破了這一方式，其使得整體的設(shè)計(jì)具備高智能化、高系統(tǒng)化以及高信息化的特性，能夠管理用戶的信息資料，禁止一些程序，還原丟失的數(shù)據(jù)資料，最大化地維護(hù)用戶系統(tǒng)的切身利益，保障整個(gè)系統(tǒng)的健康運(yùn)行。對(duì)用戶系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)的方式有很多，比如說：利用某種軟件管理硬盤中的重要信息；對(duì)備份資料進(jìn)行有效的隱藏。

3 全局設(shè)計(jì)或局部設(shè)計(jì)。與之前相比，我國現(xiàn)代的機(jī)械設(shè)計(jì)方法更加的全面與實(shí)用，設(shè)計(jì)理念更加的科學(xué)合理，通過其能夠?qū)φ麄€(gè)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行全面準(zhǔn)確的了解，從而進(jìn)行系統(tǒng)性的監(jiān)督與管理，使工作效率得到大幅度的提升。

（二）國外的設(shè)計(jì)方法

1 普適設(shè)計(jì)。此方法誕生于德國，對(duì)經(jīng)驗(yàn)的積累與總結(jié)是其精華之處。現(xiàn)代的機(jī)械設(shè)計(jì)類型較多，需要系統(tǒng)的方法進(jìn)行歸納與總結(jié)。普適設(shè)計(jì)理論擁有一套較為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，形成了設(shè)計(jì)策略-設(shè)計(jì)規(guī)則-設(shè)計(jì)方法-設(shè)計(jì)實(shí)施的體系。普適設(shè)計(jì)較為注重機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與功能的構(gòu)建，其所有的能量輸入及能量輸出都建立在以往經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上。因此，普適設(shè)計(jì)是一種以經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的方法。

2 公理化設(shè)計(jì)。此方法誕生于美國，是一種以決策為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法。公理化設(shè)計(jì)是以系統(tǒng)理論為基石，采納普適設(shè)計(jì)中的經(jīng)驗(yàn)積累，加之本身的科學(xué)化決策，建立的以科學(xué)與法律為基礎(chǔ)的一種設(shè)計(jì)方法。同時(shí)，公理化設(shè)計(jì)也是一種傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，即使沒有經(jīng)驗(yàn)與系統(tǒng)知識(shí)，依舊可以被有效的利用。一些機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)理論十分復(fù)雜，倘若只是根據(jù)普通的設(shè)計(jì)方法，無法設(shè)計(jì)出較為理想的機(jī)械產(chǎn)品。然而，采用公理化設(shè)計(jì)則能優(yōu)化任何復(fù)雜的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)理想的設(shè)計(jì)效果。

3 三次設(shè)計(jì)法。日本學(xué)者提出了此方法，其高質(zhì)量的設(shè)計(jì)在國際上是公認(rèn)的，主要包含了三個(gè)環(huán)節(jié)，分別為系統(tǒng)、參數(shù)以及容差的設(shè)計(jì)，參數(shù)與容差設(shè)計(jì)是三次設(shè)計(jì)方法的核心思想，具體如下：（1）系統(tǒng)設(shè)計(jì)。整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的核心為系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其是最為基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)，是整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的始發(fā)環(huán)節(jié)。（2）參數(shù)設(shè)計(jì)。指的是優(yōu)化組合機(jī)械產(chǎn)品的功能，使得系統(tǒng)中的參數(shù)組合達(dá)到最佳的狀態(tài)，盡可能地減小產(chǎn)品的負(fù)面影響。（3）容差設(shè)計(jì)。是對(duì)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的檢驗(yàn)，對(duì)所有參數(shù)波動(dòng)的范圍進(jìn)行確認(rèn)，將機(jī)械制作成本降到最低。

三、現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的進(jìn)展趨勢

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，現(xiàn)代機(jī)械的設(shè)計(jì)朝著大眾理想的方向發(fā)展，以滿足機(jī)械市場的需求。

（一）綠色化。綠色化設(shè)計(jì)能夠充分高效地利用能源與資源，將產(chǎn)品制造時(shí)的環(huán)境屬性放在設(shè)計(jì)的第一位，保證機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量高、功能全、安全性高、經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的特點(diǎn)，使得人們既能很好地使用機(jī)械產(chǎn)品，又能享受生活。因此，綠色化設(shè)計(jì)將成為機(jī)械設(shè)計(jì)的未來發(fā)展趨勢。

（二）智能化。通過把CAD技術(shù)與人工智能相互結(jié)合，加之計(jì)算機(jī)的輔助，再建立相應(yīng)的模型對(duì)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的各種情況進(jìn)行描述，能夠推動(dòng)智能化設(shè)計(jì)的發(fā)展，提升機(jī)械產(chǎn)品的技術(shù)含量。

（三）網(wǎng)絡(luò)化。在現(xiàn)今社會(huì)中，網(wǎng)絡(luò)成為人們交流的平臺(tái)，任何事物都可以在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行交流探討。因此，網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)也將成為機(jī)械設(shè)計(jì)的未來發(fā)展趨勢。

（四）全球化。在全球的發(fā)展進(jìn)程中，機(jī)械設(shè)計(jì)扮演著十分重要的角色。因此，全球化發(fā)展也將成為機(jī)械設(shè)計(jì)的必然發(fā)展趨勢。

結(jié)語

隨著社會(huì)的進(jìn)步、科技的發(fā)展，我國的機(jī)械設(shè)計(jì)將逐漸的系統(tǒng)化、綠色化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化以及全球化，以期設(shè)計(jì)出質(zhì)量更高、實(shí)用價(jià)值更好、功能更加齊全、結(jié)構(gòu)更加合理、使用更加綠色的機(jī)械產(chǎn)品。

[1]張勁.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的理論與方法及研究進(jìn)展[J].林區(qū)教學(xué)，2010（12）.

TH122

A21世紀(jì)，機(jī)械制造企業(yè)的競爭逐漸朝著動(dòng)態(tài)化、國際化以及多元化的方向發(fā)展，挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存。社會(huì)的逐漸進(jìn)步對(duì)機(jī)械產(chǎn)品提出了更高的要求，體現(xiàn)在產(chǎn)品的質(zhì)量、性能、結(jié)構(gòu)、造型以及特色等方面。此外，鑒于有限的環(huán)境資源，機(jī)械制造企業(yè)必須生產(chǎn)出可持續(xù)、更節(jié)能的產(chǎn)品來滿足市場的需求，而機(jī)械制造企業(yè)的競爭其實(shí)就是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面的競爭。因此，必須對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行不斷的創(chuàng)新。