淺談現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

徐海寶 董海亮

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)、人文和社會(huì)的不斷進(jìn)步，機(jī)械在人類進(jìn)步的步伐中起著積極的作用。然而，機(jī)械系統(tǒng)所引入的新材料、新工藝、新方法越來越多，實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)的具體方法也隨著增多，而現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法便應(yīng)運(yùn)而生?；诖?，下文對(duì)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的特點(diǎn)進(jìn)行了分析，并闡述了幾種機(jī)械設(shè)計(jì)方法，希望對(duì)相關(guān)人員提供幫助。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)；方法；特點(diǎn)

引言

由于生產(chǎn)力的快速發(fā)展，社會(huì)生活與生產(chǎn)的各個(gè)方面都獲得了巨大進(jìn)步，各種新工藝和新方法逐步走進(jìn)了機(jī)械設(shè)計(jì)的領(lǐng)域，而面對(duì)競爭日益激烈的市場環(huán)境，機(jī)械設(shè)計(jì)要想在時(shí)代的發(fā)展中立于不敗之地就需要注重方法的創(chuàng)新，從而才能適應(yīng)時(shí)代的不斷進(jìn)步與發(fā)展，推動(dòng)我國機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)的長久發(fā)展。

1現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的概述

1.1現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的內(nèi)涵

在研究機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中，相關(guān)人員可以將機(jī)械設(shè)計(jì)的過程分為三個(gè)階段，即體驗(yàn)階段、設(shè)計(jì)方案階段及技術(shù)設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)階段，而這三個(gè)階段之間既相互獨(dú)立又相互聯(lián)系。同時(shí)，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識(shí)到機(jī)械設(shè)計(jì)不應(yīng)該割裂開來，而是應(yīng)該統(tǒng)一起來，進(jìn)行系統(tǒng)性的設(shè)計(jì)，以便實(shí)現(xiàn)體驗(yàn)、設(shè)計(jì)和工藝三者之間的有效融合。因此，在這種理念的指導(dǎo)下，機(jī)械設(shè)計(jì)方法逐漸融合了其他多種方法與理念，并逐漸形成了現(xiàn)代化的機(jī)械設(shè)計(jì)方法，比如信息科學(xué)技術(shù)、系統(tǒng)科學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等都成為了促進(jìn)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法革新的重要因素，從而不僅保證了計(jì)算的精確性，還徹底顛覆了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的理念。

1.2現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的特點(diǎn)分析

現(xiàn)代機(jī)械的種類繁多，并且其結(jié)構(gòu)的形式也千差萬別。而機(jī)械系統(tǒng)在功能方面的劃分，可以將其分為傳動(dòng)系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及執(zhí)行系統(tǒng)等，并且每一個(gè)系統(tǒng)又可以根據(jù)不同的需求細(xì)化為更小的子系統(tǒng)；在設(shè)計(jì)目標(biāo)方面，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的目標(biāo)零件和機(jī)械設(shè)備更為復(fù)雜，所需的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)方法也更為先進(jìn)。同時(shí)，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)不同的是，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)過程中不僅要對(duì)機(jī)械工作的原理、能量傳遞方式及運(yùn)動(dòng)方式等進(jìn)行計(jì)算、構(gòu)思與分析，還要在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中運(yùn)用仿生學(xué)、控制論、美學(xué)、價(jià)值工程等多種學(xué)科知識(shí)，并將這些看似與機(jī)械無關(guān)的科學(xué)知識(shí)，運(yùn)用在機(jī)械設(shè)計(jì)中，從而使得機(jī)械在市場中獲得更好的競爭力。

2現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法的分析

為了適應(yīng)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需求，我國大量的科研工作者也對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)理念進(jìn)行了不斷地探討與研究，而這些新型的設(shè)計(jì)理念具有一定的實(shí)用性，并且能夠有效解決機(jī)械設(shè)計(jì)過程中存在的問題，從而推動(dòng)機(jī)械行業(yè)的長久發(fā)展。下面是對(duì)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法的幾點(diǎn)介紹，詳見圖1。

2.1現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的優(yōu)化

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的優(yōu)化是通過不同的方式進(jìn)行優(yōu)化，也就是說在機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)即性能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而保證所設(shè)計(jì)出的機(jī)械產(chǎn)品不僅具有外在的品質(zhì)保證，還具有較高的質(zhì)量水平。而設(shè)計(jì)優(yōu)化一般可以分為兩種方式：一是人工智能實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)優(yōu)化?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的過程主要包括任務(wù)的明確、設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)施工及設(shè)計(jì)技術(shù)等四個(gè)步驟，并且每一個(gè)環(huán)節(jié)都要對(duì)所建立的模型進(jìn)行仔細(xì)分析，以便對(duì)設(shè)計(jì)的模型進(jìn)行修改與合理評(píng)價(jià)。同時(shí)，人工智能優(yōu)化設(shè)計(jì)活動(dòng)又包括兩種：第一，對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)值的計(jì)算，其主要是大量的繪圖與計(jì)算分析；第二，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)以及推理。其主要是方案的提出、方案的優(yōu)化以及設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)等方面；二是數(shù)學(xué)規(guī)劃實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)優(yōu)化。數(shù)學(xué)規(guī)劃法就是把數(shù)學(xué)規(guī)劃的理論作為基礎(chǔ)，并且這種算法不僅對(duì)理論依據(jù)有著較高的要求，還對(duì)設(shè)計(jì)流程的規(guī)格有著嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)要求，所以數(shù)學(xué)規(guī)劃法在計(jì)算的過程中要進(jìn)行很多迭代，并且這種優(yōu)化方式的適用范圍比較小，只適用于目標(biāo)明確、容易建立數(shù)學(xué)模型或者結(jié)構(gòu)不復(fù)雜的機(jī)械設(shè)計(jì)中。

2.2計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)方法

計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)方法是隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展而興起的一種機(jī)械設(shè)計(jì)方法，其是機(jī)械設(shè)計(jì)人員在畫圖、構(gòu)思和高速運(yùn)算等方面利用計(jì)算機(jī)來協(xié)助工作的方法。在傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法中，除了科學(xué)的設(shè)計(jì)理念，其設(shè)計(jì)步驟也是非常重要的，并且傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法是利用圖紙或者手繪來進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的制作，不僅浪費(fèi)了大量的勞動(dòng)力，還可能因人工誤差而對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)生極大影響，而計(jì)算機(jī)輔助方法出現(xiàn)后，設(shè)計(jì)人員可以利用計(jì)算機(jī)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行有效設(shè)計(jì)，不僅減少了設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)力量，還提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量。此外，對(duì)于計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)的過程主要分為四個(gè)步驟：第一，建立數(shù)學(xué)模型。一般的機(jī)械零件基本都有現(xiàn)成的數(shù)學(xué)模型，但對(duì)于沒有數(shù)學(xué)模型的首先要建立正確的數(shù)學(xué)模型；第二，根據(jù)手工計(jì)算的步驟對(duì)程序框圖進(jìn)行設(shè)計(jì)；第三，根據(jù)程序框圖并利用高級(jí)語言來編制程序；第四，在程序編好后，相關(guān)人員要先仔細(xì)檢查源程序，然后將其輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行試算，再對(duì)程序適用范圍的邊界、轉(zhuǎn)折點(diǎn)進(jìn)行試算，從而保證其與手算結(jié)果完全吻合。

2.3系統(tǒng)化機(jī)械設(shè)計(jì)方法

從系統(tǒng)的角度分析，機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，為了讓機(jī)械產(chǎn)品能夠創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，必須要在產(chǎn)品制造技術(shù)、性能及功能方面充分利用先進(jìn)的技術(shù)，并讓產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生質(zhì)的飛躍，并且在對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備改造的過程中，系統(tǒng)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用成為了不可或缺的重要因素。同時(shí)，在系統(tǒng)化機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中，為了使設(shè)計(jì)工作更加科學(xué)性、合理性，在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分解時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：第一，分解數(shù)與層次應(yīng)適宜。如果分解數(shù)太少，那么子系統(tǒng)就會(huì)很復(fù)雜，從而不利于對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的優(yōu)化工作，并且分解數(shù)和層次太多也會(huì)給總體系統(tǒng)的綜合造成一定的困擾；第二，對(duì)系統(tǒng)分解與功能分解之間的關(guān)系與不同進(jìn)行熟練掌握。其中，在系統(tǒng)分解時(shí)，是將具有比較密切結(jié)合關(guān)系的系統(tǒng)結(jié)合在一起，其結(jié)構(gòu)組成較為簡單，而在功能分解時(shí)，是按照功能體系進(jìn)行逐級(jí)分解；第三，避免過于復(fù)雜的分界面。相關(guān)人員要盡可能選擇在要素間結(jié)合枝數(shù)較少和作用較弱的地方；第四，保持能量流、物料流和信息流的合理流動(dòng)途徑。通常機(jī)械系統(tǒng)工作時(shí)都存在著能量、物料和信息3種轉(zhuǎn)換，它們從系統(tǒng)輸入到系統(tǒng)輸出的過程中，是按一定的方向和途徑流動(dòng)的，所以即使分解成各個(gè)子系統(tǒng)，它們的流動(dòng)途徑仍應(yīng)明確和暢通。

結(jié)束語

綜上所述，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法是以設(shè)計(jì)方法學(xué)為基礎(chǔ)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，不斷提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、縮短設(shè)計(jì)周期，從而增強(qiáng)機(jī)械產(chǎn)品的競爭力。同時(shí)，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)表現(xiàn)為智能化、綠色化及定量化，而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的內(nèi)容得到了進(jìn)一步的擴(kuò)展，所設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品也將會(huì)更加新穎和實(shí)用。

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