淺談現(xiàn)代機械設(shè)計方法及存在的相關(guān)問題

甘 濤

（長江大學(xué)文理學(xué)院，湖北 荊州 434020）

淺談現(xiàn)代機械設(shè)計方法及存在的相關(guān)問題

甘 濤

（長江大學(xué)文理學(xué)院，湖北 荊州 434020）

摘 要：本文重點介紹了優(yōu)化設(shè)計的現(xiàn)代機械設(shè)計的方法，現(xiàn)代機械設(shè)計的發(fā)展綜合論述，現(xiàn)代機械設(shè)計方法的特點，以及與傳統(tǒng)機械設(shè)計的不同，現(xiàn)代設(shè)計方法存在的問題以及發(fā)展趨勢進行淺析。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代設(shè)計方法；機械設(shè)計；優(yōu)化設(shè)計；設(shè)計問題

隨著科技進步，工業(yè)發(fā)展，人文和諧社會的進步，機械在人類進步的步伐中有著領(lǐng)頭羊的作用。然而，機械系統(tǒng)引入新材料、新工藝、新方法等越來越多，實現(xiàn)這些技術(shù)的具體方法也有很多，現(xiàn)代設(shè)計應(yīng)使自己設(shè)計的產(chǎn)品滿足市場物美價廉、運行可靠、使用方便、可持續(xù)發(fā)展等一系列要求，所以傳統(tǒng)的設(shè)計方法已經(jīng)滿足適應(yīng)不了現(xiàn)代技術(shù)的飛速發(fā)展的要求，現(xiàn)代設(shè)計方法便應(yīng)運而生，與國外現(xiàn)代設(shè)計方法相比，我們的機械設(shè)計顯然慢得多。本文就現(xiàn)代設(shè)計方法以及相關(guān)問題進行論述。

機械設(shè)計根據(jù)使用情況對機械的工作原理、結(jié)構(gòu)、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、潤滑方式等進行構(gòu)思、分析和計算并將其轉(zhuǎn)化為具體的描述以作為制造依據(jù)的工作過程。

1 現(xiàn)代設(shè)計的組成

現(xiàn)代機械設(shè)計是對傳統(tǒng)設(shè)計方法發(fā)展和繼承的產(chǎn)物，以科學(xué)理論為基礎(chǔ)，以計算機為工具，運用知識進行創(chuàng)新創(chuàng)造的方法?，F(xiàn)代設(shè)計已經(jīng)形成分析與綜合、收斂與發(fā)散、對應(yīng)于聯(lián)想、分散與組合、換元與移植、正與反等一系列的思維法則，以及智暴法、635法、陳列法、戈頓發(fā)、輸入與輸出法等科學(xué)組織的多種思維方法。

1.1 現(xiàn)代設(shè)計方法。產(chǎn)品設(shè)計過程來看廣義設(shè)計體系有產(chǎn)品規(guī)劃、概念設(shè)計、技術(shù)設(shè)計、施工設(shè)計和服務(wù)設(shè)計。產(chǎn)品設(shè)計對象來看簡單的普通零件，由機、電、磁、光、液、軟件、仿生等物質(zhì)、信息和能量的高度耦合的極限系統(tǒng)于產(chǎn)品的全部構(gòu)成。

初步統(tǒng)計設(shè)計方法有50種左右，如：計算機輔助設(shè)計、概念設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計、標準化設(shè)計、可視化設(shè)計、虛擬設(shè)計、數(shù)字化設(shè)計、仿生設(shè)計、智能設(shè)計、摩擦學(xué)設(shè)計、TRIZ設(shè)計、三次設(shè)計、有限元方法及無網(wǎng)格法、CAX集成設(shè)計等。如廣義質(zhì)量的產(chǎn)品質(zhì)量功能化設(shè)計、動態(tài)優(yōu)化設(shè)計、智能控制系統(tǒng)設(shè)計和可視化設(shè)計的綜合設(shè)計方法，基于QFD，TRIZ和三次設(shè)計的集成話設(shè)計方法等。

1.2 現(xiàn)代設(shè)計工具和平臺?，F(xiàn)代設(shè)計工具和平臺是現(xiàn)代設(shè)計的重要組成部分，主要由硬件和軟件兩類，然而實際中是硬軟件結(jié)合使用。現(xiàn)代設(shè)計的工具和平臺主要有：CAX系統(tǒng)；DFX類；仿真系統(tǒng)類；數(shù)據(jù)庫，知識庫類。

2 現(xiàn)代機械設(shè)計方法的特點

現(xiàn)代機械的種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，總體由配電系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)等組成。而且每個系統(tǒng)都可以細分為無數(shù)的子系統(tǒng)。

現(xiàn)代機械設(shè)計與傳統(tǒng)機械設(shè)計存在相應(yīng)的差別，傳統(tǒng)機械設(shè)計方法基于經(jīng)驗、經(jīng)典模型、力學(xué)及實驗，然而，現(xiàn)代機械設(shè)計運用創(chuàng)造與設(shè)計的思維規(guī)律及方法；涉及廣泛的交叉科學(xué)；運用有限元分析等模擬軟件分析系統(tǒng)；還以人機工程學(xué)、現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計和產(chǎn)品造型設(shè)計等創(chuàng)造出既科學(xué)又有藝術(shù)美的設(shè)計美。

現(xiàn)代機械設(shè)計方法以計算機繪圖，從傳統(tǒng)的串行設(shè)計到并行設(shè)計，由計算機進行各種各樣動態(tài)模擬仿真，系統(tǒng)優(yōu)化等?，F(xiàn)代機械設(shè)計離不開計算機這個主要載體，實現(xiàn)集成化、可視化、智能化、數(shù)字化設(shè)計。

3 存在的相關(guān)問題

我國在機械設(shè)計上與西方國家存在很大的差距，特別是在設(shè)計的整體和國際先進水平研究上存在相當大的差距，我認為有以下幾個方面：

3.1 理論的運用和研究。機械設(shè)計現(xiàn)在的瓶頸問題之一是弱理論強經(jīng)驗的領(lǐng)域，這個阻擋著現(xiàn)代機械設(shè)計方法的繼續(xù)發(fā)展?；A(chǔ)理論有專業(yè)與通用之分，但這些理論都比較分散，沒有形成整體化，大多在某一個方面進而發(fā)展。

3.2 創(chuàng)新設(shè)計與模仿重復(fù)的分散。往往在設(shè)計上，創(chuàng)新與傳統(tǒng)是分不開的，只有發(fā)現(xiàn)啦傳統(tǒng)的不足之處，創(chuàng)新來彌補相應(yīng)的不足，從當今社會來看，現(xiàn)代設(shè)計方法的研究與運用，兩者還是分離，有必要將兩者緊密地聯(lián)系在一起來研究和運用。

3.3 設(shè)計與制造的脫軌。現(xiàn)階段，有的設(shè)計出來的東西在加工制造上存在很大的難度，相應(yīng)的提高制造成本，以及加工的難度系數(shù)，產(chǎn)品的加工制造與材料、技術(shù)能力、設(shè)備等都有很大影響。然而，產(chǎn)品的設(shè)計必須考慮加工等眾多因素，達到制造的工藝相對簡便等優(yōu)點。

3.4 創(chuàng)新與相似設(shè)計劃分不明確?，F(xiàn)有的設(shè)計方法對理論的運用還是局限于模仿和相似的運用，只有改進，沒有充分的認識到創(chuàng)新和相似的跨類存在關(guān)系，相似的設(shè)計就成為了創(chuàng)新設(shè)計，然而，這樣的設(shè)計很困難從根本上解決自主創(chuàng)新設(shè)計。

3.5 現(xiàn)代仿真技術(shù)的單一。由復(fù)雜的產(chǎn)品設(shè)計過程，會用到不同的仿真軟件進行逐一的分析，然而，這些軟件的開發(fā)商也是高低不一，仿真軟件層出不窮，在運用上使用者需要大量學(xué)習(xí)和操作過大，使相應(yīng)信息流共享資源障礙，如何整合多款的設(shè)計軟件是一個重大的研究問題，擴大仿真數(shù)據(jù)交流、模塊化、集成化和通用性是個很值得研究和的問題。

結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)代機械設(shè)計方法的研究種類繁多，怎樣整合這些方法是一個很值得研究的內(nèi)容，機械設(shè)計理論和經(jīng)驗固然重要，合理運用相應(yīng)的設(shè)計軟件平臺進行數(shù)據(jù)模塊的集成，有利于資源的共享構(gòu)成現(xiàn)代設(shè)計完美理論體系。

在科技飛速發(fā)展和學(xué)科廣泛的交匯下，現(xiàn)代機械設(shè)計方法的創(chuàng)新，設(shè)計規(guī)律和規(guī)范的研究有著重要作用，使設(shè)計過程可簡便化、多彩化、功能化和可持續(xù)化。

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中圖分類號：TH122

文獻標識碼：A

作者簡介：甘濤（1990—），男，湖北省恩施州咸豐縣人，工作單位：長江大學(xué)文理學(xué)院機電與信息工程系 機械5112 ，職務(wù)：學(xué)生，研究方向：機械設(shè)計。