現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法研究

楊磊

摘 要：時(shí)代從未停滯發(fā)展的腳步，和過去比對來看，當(dāng)前時(shí)代的機(jī)械制造工藝發(fā)展速度非?？?，而且總體上有了顯著的發(fā)展，這主要體現(xiàn)在產(chǎn)品制造工藝層面中，在質(zhì)量有了提升的前提之下，工藝也得到了顯著的創(chuàng)新。利用先進(jìn)設(shè)計(jì)理念設(shè)計(jì)得到的產(chǎn)品，不論是在經(jīng)濟(jì)性亦或是環(huán)保方面較之于之前的產(chǎn)品都有了很大的改善，產(chǎn)品類型更多，用途更廣，外在形象更加完美。文章在此前提之下，具體分析并且闡述了現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的方法有關(guān)的內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)；現(xiàn)代設(shè)計(jì)；傳統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）13-0093-02

Abstract： Compared with the past， the mechanical manufacturing process of the current era has developed very rapidly and has made remarkable progress on the whole. This is mainly reflected in the level of product manufacturing technology. Under the premise of improving the quality， the process has also been significantly innovated. The products designed by the advanced design concept， whether in economy or environmental protection， have greatly improved. Compared with the previous products， more types of products， wider use， and more perfect external image emerged. Under this premise， the author concretely analyzes and expounds the relevant contents of modern mechanical design methods.

Keywords： mechanical design； modern design； traditional design

1 傳統(tǒng)與現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法比對

1.1 傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法

第一，設(shè)計(jì)思想不先進(jìn)。隨著社會(huì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，廣大群眾的生活能力也得以提升，此時(shí)對于機(jī)械產(chǎn)品本身的品質(zhì)和性能等也有了更為嚴(yán)格的規(guī)定，而傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法不能夠與時(shí)俱進(jìn)，無法依據(jù)時(shí)代發(fā)展特色而進(jìn)行改變。第二，傳統(tǒng)方法對于產(chǎn)品設(shè)計(jì)思想的認(rèn)知是固定的，很顯然這與不斷發(fā)展的外在環(huán)境是不協(xié)調(diào)的，而理論知識主要來自于工作者的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，缺少變通性。目前，人們更加關(guān)注產(chǎn)品安全，為了制造出符合安全指標(biāo)的產(chǎn)品，就需投入越來越多的資金，而這很顯然會(huì)導(dǎo)致成本變多，假如仍舊采用過去的設(shè)計(jì)方法的話，就無法確保產(chǎn)品的安全性符合規(guī)定。

1.2 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

第一，近年來，機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)一直在發(fā)展創(chuàng)新，產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度也明顯加快。為了保證廣大群眾的物質(zhì)需求得以滿足，就需要設(shè)計(jì)者不斷創(chuàng)新，研究出性能更先進(jìn)的產(chǎn)品。較之于傳統(tǒng)方法來看，現(xiàn)代法的主動(dòng)性更加明顯，更能夠適應(yīng)時(shí)代發(fā)展，更加符合群眾的物質(zhì)需求。第二，更具環(huán)保性。隨著廣大群眾物質(zhì)生活能力的提升，人們更加關(guān)注產(chǎn)品的環(huán)保性。過去的設(shè)計(jì)理念過于看中產(chǎn)品的成本和效益，不論是產(chǎn)品材料選取亦或是后續(xù)的生產(chǎn)輸送等過程均體現(xiàn)不出環(huán)保性特點(diǎn)，給我們的環(huán)境造成了嚴(yán)重的負(fù)面影響。而現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法能夠很好的體現(xiàn)出產(chǎn)品和生態(tài)間的關(guān)聯(lián)，不論是產(chǎn)品設(shè)計(jì)亦或是后續(xù)的回收都經(jīng)過多次分析，確保利益和生態(tài)之間不會(huì)發(fā)生沖突。第三，設(shè)計(jì)時(shí)間短，所需成本少。過去的設(shè)計(jì)方法多是依據(jù)方案制造樣品機(jī)器，然后多次比對，進(jìn)而制定二次方案，繼而多次重復(fù)，一直到制造出符合人們需求的產(chǎn)品為止。很顯然這種方法的設(shè)計(jì)時(shí)間久，所需費(fèi)用高。而現(xiàn)代法主要是依托電腦開展仿真設(shè)計(jì)活動(dòng)，進(jìn)而多次優(yōu)化直至符合規(guī)定，很顯然它所需時(shí)間短，費(fèi)用少。

2 幾種常見的現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

2.1 系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法

傳統(tǒng)法旨在將設(shè)計(jì)客體分成很多單獨(dú)的模塊，然后由各個(gè)模板的研究組織單獨(dú)研究。該方法的好處在于它的針對性非常高，不過它的缺陷在于每個(gè)項(xiàng)目組織之間的交流較少，導(dǎo)致總體成效受到影響，由此得出的結(jié)論也存在問題，缺少系統(tǒng)性。而現(xiàn)代設(shè)計(jì)法更加看重整體性，利用系統(tǒng)工程法展開對應(yīng)的研究，結(jié)合系統(tǒng)生產(chǎn)以及運(yùn)行等過程的具體狀態(tài)，在確保條件不受影響的前提之下，制定最為合理的方案，以此來保證產(chǎn)品符合預(yù)期目的。

2.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

傳統(tǒng)法指的是設(shè)計(jì)者在確保產(chǎn)品特定條件不受影響的前提之下，事先擬定方案，然后分析產(chǎn)品安全性能，進(jìn)而對其強(qiáng)度以及使用時(shí)間等要素加以分析論述，最終明確尺寸。而現(xiàn)代法主要是在上述前提之下，把設(shè)計(jì)的后期部分，也就是產(chǎn)品的流通等考慮到設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)。綜上所述可知，現(xiàn)代化方法更加注重產(chǎn)品的綜合性，因而由此設(shè)計(jì)得出的產(chǎn)品更加完美。建立數(shù)學(xué)模型是現(xiàn)代機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的核心內(nèi)容。只有建立正確的模型，我們才能夠?qū)⒃緩?fù)雜的設(shè)計(jì)內(nèi)容轉(zhuǎn)變?yōu)槊髁说臄?shù)學(xué)知識，此時(shí)設(shè)計(jì)者憑借自身掌握的數(shù)學(xué)內(nèi)容，并且依據(jù)模型特征，就能夠選擇正確的優(yōu)化設(shè)計(jì)措施，最終利用電腦得出數(shù)學(xué)值，然后把它轉(zhuǎn)化為機(jī)械問題，這樣就能夠合理的幫助我們處理機(jī)械設(shè)計(jì)方面的問題。

2.3 有限元分析方法

隨著科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展，相關(guān)的科研計(jì)算方法也更加完善和成熟，從而為現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)提供了便利。例如有限元分析法，它最早出現(xiàn)于連續(xù)力學(xué)領(lǐng)域，后來因其在數(shù)值計(jì)算分析方面的便利性，又被廣泛應(yīng)用于熱學(xué)領(lǐng)域，現(xiàn)在又被引入了機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域。有限元分析法就是將分析對象拆分為若干個(gè)具有一定形狀的單位元，這些單位元之間彼此分離卻又存在聯(lián)系，然后再確定分析對象各個(gè)變量并通過聯(lián)立方程求解，最后再將結(jié)果進(jìn)行整理分析的分析方法。

2.4 反求工程設(shè)計(jì)

目前在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域開始運(yùn)用反求工程設(shè)計(jì)方法。具體來講，該方法指的是將已經(jīng)設(shè)計(jì)得到的產(chǎn)品逐步拆分，分析其中的設(shè)計(jì)原理，然后依據(jù)原理設(shè)計(jì)出類似的產(chǎn)品，我們將這一過程稱之為反求工程設(shè)計(jì)。由于它是一種逆向分析的過程，所以我們也稱之為逆向工程。我們國家作為世界大國，對于機(jī)械產(chǎn)品的需求量非常大，市場前景非常好，不過我們國家的生產(chǎn)工藝相對落后，加之研發(fā)團(tuán)隊(duì)的能力和素養(yǎng)有待提升，導(dǎo)致總體制造水平不高。雖說許多西方國家掌握有先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，不過它們卻是對外保密的。所以，我們?yōu)榱藢W(xué)習(xí)先進(jìn)的技術(shù)，通常通過采購西方國家的高性能指標(biāo)的機(jī)械設(shè)備，對其展開逆向研究，由此學(xué)為己用，研制出先進(jìn)的設(shè)備，這樣能夠幫助我們縮短研發(fā)時(shí)間，帶動(dòng)了技術(shù)的進(jìn)步。

3 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新方法

3.1 制造工藝的創(chuàng)新

機(jī)械設(shè)備的固有特征是已經(jīng)設(shè)計(jì)制造，它的功能實(shí)現(xiàn)原理和操作流程就進(jìn)入了模式化，從現(xiàn)實(shí)的視角來看，機(jī)械設(shè)備的制造一般重點(diǎn)是在技術(shù)上的創(chuàng)新，并且當(dāng)新技術(shù)產(chǎn)生并成熟后，就會(huì)進(jìn)入不斷循環(huán)且高頻度的使用中，且在一段時(shí)期內(nèi)創(chuàng)新就很難在獲得突破性進(jìn)展。為了解決這種問題，可以在機(jī)械設(shè)備的制造工藝上動(dòng)腦進(jìn)行技術(shù)開發(fā)和創(chuàng)新，通過對機(jī)械設(shè)備構(gòu)造中的各組成部分的制造工藝的技術(shù)性開發(fā)和功能性提升，促進(jìn)機(jī)械設(shè)備的整體性能加強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)在運(yùn)用中的創(chuàng)新。

3.2 自動(dòng)化程度的提升

機(jī)械設(shè)備的創(chuàng)新設(shè)計(jì)要求除了在基礎(chǔ)層面提升操作者的實(shí)操便捷性，最理想的創(chuàng)新是以自動(dòng)化的流程設(shè)計(jì)將一部分的生產(chǎn)工作量從人工操作中解放出來，讓自動(dòng)化的智能功能分擔(dān)甚至替代一部分原本需要人工完成的工作內(nèi)容。這種自動(dòng)化程在整個(gè)機(jī)械設(shè)備系統(tǒng)中的應(yīng)用，不但可以提升機(jī)械設(shè)備的整體工作效率，并且還能同步達(dá)到對工作精確性的要求，提升機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化和智能化的創(chuàng)新理念，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械設(shè)計(jì)在運(yùn)轉(zhuǎn)流程中的創(chuàng)新。

3.3 先進(jìn)信息平臺的支持

現(xiàn)代機(jī)械的設(shè)計(jì)理念源頭雖然是來自工作人員的個(gè)人智慧和工作經(jīng)驗(yàn)，但要促進(jìn)這種設(shè)計(jì)理念高效準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)，像計(jì)算這種先進(jìn)信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的集成設(shè)備的利用必不可少，這個(gè)角度的創(chuàng)新主要是在創(chuàng)新效果的實(shí)現(xiàn)上起到一定的輔助作用。機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)工作本身是一項(xiàng)非常繁瑣細(xì)致化的活動(dòng)，假如只是依靠人力開展設(shè)計(jì)的話，不僅僅速度受到影響，而且還無法避免人力操控導(dǎo)致的失誤。所以，依托電腦建立起一個(gè)綜合化的網(wǎng)絡(luò)平臺，不僅僅能夠幫助我們吸收先進(jìn)設(shè)計(jì)理念，而且還能夠確保產(chǎn)品品質(zhì)更加有保證，從總體上來講，它是一種資源運(yùn)用方面的發(fā)展。

4 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法的發(fā)展趨勢

（1）精密化。當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度非?？?，伴隨著廣大群眾物質(zhì)生活能力的提升，人們的認(rèn)知也在變化，比如人們更加關(guān)注產(chǎn)品品質(zhì)，更加注重精細(xì)化。一些電子產(chǎn)品以及航空用品等的設(shè)計(jì)都需要高度精確。因此，精密化必將成為行業(yè)發(fā)展的一大發(fā)展趨勢，有助于我們提升產(chǎn)品的品質(zhì)。（2）智能化。隨著時(shí)代的發(fā)展，機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域也將會(huì)迎來新的春天。尤其是近年來，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及使得機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。智能化必將成為今后很長一段時(shí)間內(nèi)的主要發(fā)展方向，它更加適應(yīng)時(shí)代潮流，是大勢所趨。（3）綠色化。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展使得人們的思想意識也開始在無形之中發(fā)生變化，比如人們更加關(guān)注生態(tài)健康，注重環(huán)境保護(hù)。近年來，國家大力發(fā)展環(huán)保事業(yè)，推廣綠色生產(chǎn)，這同樣適用于我們的機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域。具體來講，在設(shè)計(jì)的過程中融入環(huán)保理念，能夠幫助我們降低制造過程中對生態(tài)造成的污染。綠色環(huán)保的設(shè)計(jì)更加符合社會(huì)發(fā)展趨勢。

5 結(jié)束語

通過上文的敘述，我們明確了傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法和現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)法的區(qū)別，現(xiàn)代設(shè)計(jì)法主要是在傳統(tǒng)法的基礎(chǔ)之上發(fā)展得來的，它是對傳統(tǒng)法優(yōu)點(diǎn)的傳承，同時(shí)恰當(dāng)?shù)膹浹a(bǔ)了它的缺陷之處，切實(shí)提升了設(shè)計(jì)水準(zhǔn)，縮減了設(shè)計(jì)用時(shí)，減少了設(shè)計(jì)總成本。從總體上來看，現(xiàn)代法更加注重將各種先進(jìn)學(xué)科知識融合到一起，不論是從最初的設(shè)計(jì)亦或是到后續(xù)的生產(chǎn)等過程，較之于傳統(tǒng)法都是一大創(chuàng)新。所以，作為機(jī)械設(shè)計(jì)工作的從業(yè)人員，我們必須深入分析現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，并能夠在具體的工作中合理運(yùn)用，爭取設(shè)計(jì)出符合人們需求的優(yōu)秀產(chǎn)品，更好的服務(wù)于社會(huì)發(fā)展，服務(wù)于人類進(jìn)步事業(yè)。

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