現(xiàn)代設計方法在機械創(chuàng)新設計中的研究

高建，孫建廣，祝岳銘

(河北工業(yè)大學機械工程學院，天津 300000)

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現(xiàn)代設計方法在機械創(chuàng)新設計中的研究

高建，孫建廣，祝岳銘

(河北工業(yè)大學機械工程學院，天津 300000)

摘要：機械創(chuàng)新設計是指在設計者充分發(fā)揮創(chuàng)造力的前提下，使用現(xiàn)有的科學技術對構思進行創(chuàng)新，從而設計出實用性、新穎性、創(chuàng)造性的機械產(chǎn)品。在機械創(chuàng)新設計中，創(chuàng)新設計主要包括兩方面，一是對機械產(chǎn)品的適用性、可靠性、經(jīng)濟性、技術性等進行改進和完善；二是創(chuàng)造性地設計出滿足生活和生產(chǎn)新需求的新產(chǎn)品。

關鍵詞：現(xiàn)代設計方法；機械創(chuàng)新設計；研究

1現(xiàn)代設計的定義和方法

現(xiàn)代設計是把傳統(tǒng)的設計理論和設計方法作為基礎，把計算機的應用作為標志，是具有信息化時代特征的新型設計技術。目前，現(xiàn)代設計已經(jīng)逐漸發(fā)展到產(chǎn)品規(guī)劃、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品營銷、產(chǎn)品運行、產(chǎn)品回收等各個層面，除開傳統(tǒng)設計的理論和方法外，與設計相關連的技術和學科，特別是自動化的技術、制造工藝、材料知識、自然科學的知識、系統(tǒng)的管理技術等在現(xiàn)代設計中也是十分必要的內(nèi)容?，F(xiàn)代設計的方法是對把產(chǎn)品作為目標的知識的總稱，其涵蓋的內(nèi)容和方法非常廣泛，主要包括可靠性的設計、優(yōu)化的設計、有限元的設計、計算機的輔助設計、價值工程等。

2機械設計

機械設計是屬于綜合性較強的工程技術，其在社會生活和生產(chǎn)中有著無可替代的重要作用。例如：人類生活所需的各種用品和工具，工業(yè)生產(chǎn)中所需的各種儀器和設備等都和機械設計緊密相連。在機械設計中，主要把機械設計的過程分為以下四個階段：①產(chǎn)品規(guī)劃的階段；②方案設計的階段；③技術設計的階段；④制造和試驗的階段。

3機械創(chuàng)新設計的思路

機械的創(chuàng)新設計是設計者在對創(chuàng)造力充分發(fā)揮的前提下，使用現(xiàn)有的科學技術進行創(chuàng)造性的構思，從而設計出實用性、創(chuàng)造性、新穎性的產(chǎn)品。在機械創(chuàng)新設計中要著重解決的問題是對機械產(chǎn)品的創(chuàng)造模式、機理、方法、過程等進行探討，通過對機械產(chǎn)品的程式化、算法化、符號化、定量化來強化機械設計的質(zhì)量、效率、可靠性。雖然機械創(chuàng)新設計要基于機械設計的傳統(tǒng)方法，但是機械創(chuàng)新設計更追求創(chuàng)造性，因為要加強機械產(chǎn)品的競爭力就必須強調(diào)設計的創(chuàng)新性。在機械創(chuàng)新設計中，雖然設計的投入只有產(chǎn)品總投入的5%，但是設計的決策在產(chǎn)品投入中占70%。由于在設計階段就要對產(chǎn)品的結構、性能、成本、質(zhì)量、維護等因素進行確定，且創(chuàng)新設計不僅是關于產(chǎn)品使用周期的設計，還是關于用戶和市場的設計，因此只有通過機械設計的創(chuàng)新才能使機械產(chǎn)品具有更加良好的競爭力。機械的創(chuàng)新設計不僅繁雜、耗時、費腦力，還緊張、繁重、費體力，要有效地提升創(chuàng)新設計的效率，就要使用科學的設計工具和設計方法，而設計的自動化便是創(chuàng)新設計的理想目標。在機械的創(chuàng)新設計中，其科學性一方面可以讓設計者從系統(tǒng)的層面認識設計，從而有效地避免不良設計；另一方面可以實現(xiàn)設計工具的尋求愿望，因此機械創(chuàng)新設計不僅是設計工作的實際需求，更是機械設計中CAD技術的未來發(fā)展趨勢。

4現(xiàn)代設計創(chuàng)新的研究

機械創(chuàng)新設計是在設計者對創(chuàng)造力充分發(fā)揮的前提下，使用現(xiàn)有的科學技術創(chuàng)造性的構思，從而設計出實用性、創(chuàng)造性、新穎性的產(chǎn)品。機械的優(yōu)化設計、計算機的輔助設計、有限元設計、系統(tǒng)設計、創(chuàng)新設計等形成了現(xiàn)代設計的系統(tǒng)方法庫，且現(xiàn)代設計對利于設計思想和設計方法的學科不斷吸收。專家系統(tǒng)、思維科學、人腦研究、人工智能等的發(fā)展使創(chuàng)新設計在機械設計中越來越重要，因為不僅專家系統(tǒng)、思維科學、人腦研究、人工智能等已經(jīng)給創(chuàng)新設計奠定了理論基礎，而且創(chuàng)新設計的發(fā)展還能促進創(chuàng)造思維的機理解釋和科學技術的發(fā)展。在機械的創(chuàng)新設計中，創(chuàng)新設計的內(nèi)容主要包括兩個方面：①完善機械產(chǎn)品的經(jīng)濟性、技術性、適用性、可靠性；②設計和創(chuàng)造滿足生活和生產(chǎn)需求的新產(chǎn)品。在機械的創(chuàng)新設計中，其關鍵的核心主要是對機械產(chǎn)品的創(chuàng)造模式、機理、方法進行探索，并對機械產(chǎn)品的創(chuàng)新設計進行定量化和程式化。

5現(xiàn)代設計未來的發(fā)展趨勢

現(xiàn)代設計是把分析軟件和工程設計作為基礎，把計算機作為工具，通過現(xiàn)代的設計理念進行設計的新型方法。ADAMS、PRO-E、Solid Edge、I-DEAS、UG、Solid Works、NASTRAN、ADINA等都是現(xiàn)代設計中使用較多的分析軟件?，F(xiàn)代設計的方法中，在使用分析軟件和計算機的同時，要遵循常規(guī)設計的內(nèi)容，且在現(xiàn)代設計的方法強調(diào)中，不能忽視了常規(guī)設計的重要作用。現(xiàn)代設計的方法較多，且涉及學科較廣，虛擬的設計、優(yōu)化的設計、計算機輔助的設計、可靠性的設計、并行的設計、有限元的設計等都是現(xiàn)代設計中經(jīng)常使用的設計方法。由于現(xiàn)代設計方法的通用性較強，比如：在優(yōu)化的設計方法中，其理論基礎不僅可以在機構的和零件的優(yōu)化設計中使用，還能在建筑工程和電子工程等領域中使用，因此現(xiàn)代設計的發(fā)展較為快速。

現(xiàn)代設計發(fā)展迅速的表現(xiàn)如下：1、機構的計算機輔助設計和計算機輔助設的并行發(fā)展。2、機械的優(yōu)化化設計和優(yōu)化設計。3、機械的可靠性設計和可靠性設計。4、設計過程更為數(shù)字化，既要對工程中確定性變量的數(shù)學建模和描述進行完善，還要對非確定性變量的數(shù)學建模和描述進行研究。5、設計過程更為智能化和自動化，不僅要對各種方法庫、數(shù)據(jù)庫、知識庫進行研究、健全、發(fā)展，還要對商品軟件的研發(fā)自學習、自適應、自編程，例如：對信息、數(shù)據(jù)、知識獲取和處理技術的研究。6、對多目標和不可微模型進行優(yōu)化、對工程的不確定模型和動態(tài)的多變量進行優(yōu)化等優(yōu)化程序和優(yōu)化方法的研究，并且優(yōu)化程序和優(yōu)化方法的研究已經(jīng)發(fā)展到了對廣義工程系統(tǒng)領域的優(yōu)化。7、對網(wǎng)絡的協(xié)同設計和并行設計的技術研究、方法研究、軟件研究。8、對仿真虛擬的試驗研究、對虛擬設計的研究、對快速形成仿真虛擬的研究，這種研究是把計算機的仿真作為研究基礎，集智能技術、人機工程、成形技術、多媒體技術、光電傳感的技術、并行工程、材料、計算機的圖形學等為一體的綜合性研究。9、對CAD技術應用、推廣、發(fā)展的研究，在CAD技術的研究中其關鍵內(nèi)容是對功能性較強的商品軟件進行研發(fā)。10、對微型機電系統(tǒng)的應用技術、設計方法、設計理論進行研究，例如:智能計算、納米技術、微型機械的系統(tǒng)和微型機器人的系統(tǒng)的設計與計算。11、對關于生態(tài)設計的理論研究和方法研究，例如：對綠色的產(chǎn)品進行設計、對生產(chǎn)過程的清潔化進行設計、對產(chǎn)品的可回收進行設計等。12、對基礎的設計理論和共性的設計技術進行研究。

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[6]梅順齊,何雪明.現(xiàn)代設計方法.武漢：華中科技大學出版社，2009.

作者簡介：高建(1990.12-)，男，漢，山東省濱州市，在校研究生，河北工業(yè)大學機械工程學院，研究方向：創(chuàng)新設計。

中圖分類號:TH12

文獻標志碼：A

文章編號：1671-1602(2016)10-0044-02

DOI:[1]魏學忠.現(xiàn)代設計方法在機械創(chuàng)新設計中的研究[J].硅谷,2010,(23):98.10.3969/j.issn.1671-7597.2010.23.083. [4]李旭.現(xiàn)代機械設計的創(chuàng)新方法[J].科技經(jīng)濟市場,2015,(5):199-199.10.3969/j.issn.1009-3788.2015.05.146. [5]羅煜林.現(xiàn)代機械設計方法分析[J].中國科技縱橫,2014,(9):83-83.10.3969/j.issn.1671-2064.2014.09.061.

孫建廣,男,漢,河北張家口，正高級工程師，河北工業(yè)大學機械工程學院，研究方向：創(chuàng)新設計理論。

祝岳銘(1990.1-)，男，漢，河北省承德市，在校研究生，河北工業(yè)大學機械工程學院，研究方向：創(chuàng)新設計。