探討現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

邰同波

摘要：現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)對(duì)于現(xiàn)階段的社會(huì)發(fā)展而言，發(fā)生了較大的變化。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，已不能滿足于行業(yè)高速發(fā)展的節(jié)奏?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)，需要具備智能化、自動(dòng)化、高效率、高水準(zhǔn)等特點(diǎn)，并具備機(jī)電光液一體化的功能。一方面，既要滿足生產(chǎn)生活的需要，還要最大限度避免過(guò)去的一些固有問(wèn)題；另一方面，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷增長(zhǎng)，社會(huì)對(duì)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法提出了更高和更多的要求。所以，我們需要進(jìn)一步優(yōu)化研究現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法，從結(jié)構(gòu)的內(nèi)部和外部，從智能化、可視化、經(jīng)濟(jì)精度等方面綜合考慮，解決眾多問(wèn)題。本文介紹了現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，及計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：機(jī)械；計(jì)算機(jī)；設(shè)計(jì)；探索

機(jī)械設(shè)計(jì)是根據(jù)目標(biāo)任務(wù)和使用需求，對(duì)機(jī)械整體的布置、工作方式、結(jié)構(gòu)組成、運(yùn)動(dòng)方式、能量傳遞的形式、具體零部件的材料和形狀尺寸、潤(rùn)滑方法等進(jìn)行構(gòu)思、分析和計(jì)算，將其轉(zhuǎn)化為具體的機(jī)械設(shè)計(jì)描述。機(jī)械設(shè)計(jì)的目的是在各種限定的條件下，按照經(jīng)濟(jì)精度的理念和優(yōu)化設(shè)計(jì)的要求，設(shè)計(jì)出最好的產(chǎn)品。隨著科技的進(jìn)步，特別是計(jì)算機(jī)科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)、材料科學(xué)的發(fā)展，多種設(shè)計(jì)技術(shù)和理論交叉融合，使得機(jī)械設(shè)計(jì)方法進(jìn)一步拓展，設(shè)計(jì)手段也更加精確化和智能化。

1現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)概述

1.1現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的內(nèi)涵

在20世紀(jì)60年代初期，人們將機(jī)械設(shè)計(jì)方案的過(guò)程分為不同的設(shè)計(jì)階段，如用戶體驗(yàn)階段、設(shè)計(jì)方案階段、技術(shù)設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)階段等。隨著科技的不斷發(fā)展，產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展不再單純依賴于設(shè)計(jì)者的思想靈感或經(jīng)驗(yàn)技術(shù)，而是逐漸發(fā)展成為一門(mén)科學(xué)，并且是以機(jī)電光液一體化的專業(yè)知識(shí)為基礎(chǔ)，具有科學(xué)設(shè)計(jì)手段的現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)。隨后，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)又引進(jìn)了多種不同的設(shè)計(jì)方法及理念，例如系統(tǒng)科學(xué)、信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等，這些都為我國(guó)的機(jī)械設(shè)計(jì)理念增色不少。

1.2現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)種類繁多，其結(jié)構(gòu)也越來(lái)越復(fù)雜?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)可以從質(zhì)量、性能、經(jīng)濟(jì)精度、效率、成本、價(jià)格與實(shí)現(xiàn)功能的角度來(lái)綜合考慮，其中包括系統(tǒng)功能、傳統(tǒng)功能、執(zhí)行功能、新材料功能和操作功能等，這些功能都可以用來(lái)協(xié)助機(jī)械的運(yùn)作，每一種功能都有其自身的特點(diǎn)。現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法一般都是憑借計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或其他一些現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)備，引進(jìn)先進(jìn)的現(xiàn)代化設(shè)計(jì)理念及方法，創(chuàng)造出具有現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)特點(diǎn)的作品?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的主要工具是計(jì)算機(jī)，利用計(jì)算機(jī)計(jì)算、分析、繪圖等，可以大大提高現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的效率。

2現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

2.1現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的優(yōu)化

機(jī)械設(shè)計(jì)的優(yōu)化就是通過(guò)不同的方式，對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及性能提升，并進(jìn)行系統(tǒng)控制的優(yōu)化設(shè)計(jì)，這樣的優(yōu)化設(shè)計(jì)是為了保證設(shè)計(jì)出來(lái)的機(jī)械、產(chǎn)品具有時(shí)代的先進(jìn)性、可靠性和美觀的可觀賞性。

2.1.1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)，是一種嚴(yán)格意義上的優(yōu)化方法。這種算法對(duì)理論依據(jù)有很高的要求，同時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)流程也有著嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。這種規(guī)劃法在計(jì)算的過(guò)程中要進(jìn)行很多的迭代，并對(duì)數(shù)學(xué)模型要求很高。所以這種優(yōu)化方式適用于目標(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。

2.1.2人工智能實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)優(yōu)化

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)需要進(jìn)行以下四個(gè)步驟：明確任務(wù)，設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)技術(shù)以及施工設(shè)計(jì)，并且每個(gè)環(huán)節(jié)都要及時(shí)地對(duì)建立的模型進(jìn)行仔細(xì)分析，對(duì)設(shè)計(jì)的模型進(jìn)行修改與合理性評(píng)價(jià)。人工智能優(yōu)化設(shè)計(jì)活動(dòng)有下面兩種，一是對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)值的計(jì)算，主要是大量的繪圖與計(jì)算分析；二是對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)以及推理，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。由于思考和推理是這種優(yōu)化活動(dòng)的基礎(chǔ)，所以要求設(shè)計(jì)人員要有豐富的專業(yè)知識(shí)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

作為機(jī)械設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，設(shè)計(jì)方案以及推理設(shè)計(jì)的結(jié)果對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量起著關(guān)鍵性的作用，使用人工智能技術(shù)能為設(shè)計(jì)計(jì)算工作提供保障。

2.2現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的并行設(shè)計(jì)

機(jī)械設(shè)計(jì)的并行設(shè)計(jì)就是在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)用IT技術(shù)中的CAM、CAD、Solidworks等技術(shù)，以集成或者并行的方式，設(shè)計(jì)出合適的生產(chǎn)工藝步驟。這種設(shè)計(jì)方法要求設(shè)計(jì)人員從最初階段就要對(duì)產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程、生產(chǎn)工藝、測(cè)試方法以及生產(chǎn)設(shè)備的配置，進(jìn)行細(xì)致的考慮和規(guī)劃，將產(chǎn)品的現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)概念，體現(xiàn)在產(chǎn)品的細(xì)節(jié)中。根據(jù)設(shè)計(jì)的效果，對(duì)并行設(shè)計(jì)進(jìn)行全面的評(píng)價(jià)，再對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，這樣能有效地保證產(chǎn)品的一次成功率，從而降低產(chǎn)成本，提高效益。

2.3現(xiàn)代機(jī)械的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同設(shè)計(jì)

一般來(lái)說(shuō)，所謂的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同設(shè)計(jì)，就是通過(guò)利用現(xiàn)代的網(wǎng)絡(luò)機(jī)制，將分布在不同地方的設(shè)計(jì)資源以及設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行統(tǒng)一，并以協(xié)同工作機(jī)制以及平面支撐工具為基礎(chǔ)對(duì)信息進(jìn)行有效的管理，進(jìn)而完成對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的研發(fā)以及設(shè)計(jì)工作。隨著現(xiàn)代IT技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，網(wǎng)絡(luò)時(shí)代中的寬帶也得到了很大程度上的提高，所以利用現(xiàn)代化中多媒體技術(shù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸特性，一方面能夠?qū)C(jī)械設(shè)計(jì)中的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了解，另一方面還能建立起數(shù)據(jù)平臺(tái)，以web為基礎(chǔ)解決web中數(shù)據(jù)的修改、訪問(wèn)以及傳輸工作，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，進(jìn)一步滿足現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的要求。

3機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要注意的事項(xiàng)

3.1注重綠色設(shè)計(jì)理念的滲透

將綠色設(shè)計(jì)理念使用到機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造中，要把握好質(zhì)量、性能和成本三者之間的聯(lián)系，在設(shè)計(jì)中盡可能多地采用新技術(shù)、新材料、新工藝，同時(shí)還要把握好機(jī)械設(shè)計(jì)與制造的過(guò)程和結(jié)果對(duì)環(huán)境的影響程度。綠色設(shè)計(jì)理念的融入，可推進(jìn)機(jī)械產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。因此，機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造要將成本、產(chǎn)品替代、回收、污染處理等問(wèn)題綜合考慮。此外，在設(shè)計(jì)的時(shí)候要考慮產(chǎn)品的可拆卸性能和互換性。最后，是對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的模塊化考慮，主要是把機(jī)械產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)成多個(gè)模塊，模塊之間的組合形式不同，這樣可有利于產(chǎn)品的更新?lián)Q代，優(yōu)化了各個(gè)零部件的利用效率。

3.2改善結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的強(qiáng)度和剛度

為了提高機(jī)械的強(qiáng)度，在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)和制造時(shí)，可以選擇強(qiáng)度比較高的材料，可以使零件具備足夠的截面尺寸，并將截面設(shè)計(jì)出合理的形式，以增大截面的慣性矩。另外還可以采用熱處理的方法提高材料的力學(xué)性能。并對(duì)機(jī)械中的零部件位置要進(jìn)行合理分配，以減少零件的荷載。為了提高機(jī)械設(shè)計(jì)和制造中零件的整體變形剛度，可以縮短支撐跨距，以減少撓曲變形的發(fā)生。

機(jī)械設(shè)計(jì)還有幾個(gè)非常重要的注意事項(xiàng)：比如說(shuō)要避免一些大型的鑄件應(yīng)力集中，避免過(guò)大沖擊載荷的產(chǎn)生，尤其是交變應(yīng)力的產(chǎn)生等。

結(jié)語(yǔ)

總之，我們?cè)谖磥?lái)的機(jī)械設(shè)計(jì)工作中，首先要進(jìn)一步分析市場(chǎng)需求，了解國(guó)家的發(fā)展方向，客戶對(duì)機(jī)械設(shè)備的具體訴求，之后采用有效的方式進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，最后再應(yīng)用到實(shí)際的生產(chǎn)中。相信通過(guò)這些現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法的運(yùn)用，一定能夠取得更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]開(kāi)依沙爾·熱合曼 買(mǎi)買(mǎi)提明·艾尼.基于骨骼重建機(jī)理的連續(xù)體結(jié)構(gòu)仿生拓?fù)鋬?yōu)化方法[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào).2014（05）

[2]尤芳，陳建軍，曹鴻鈞，謝永強(qiáng).隨機(jī)變量下的熱傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)[J].西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào).2014（06）

[3]秦偉 耿慶松 黃勇剛 杜力 張偉.某車(chē)型麥弗遜轉(zhuǎn)向懸架分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào).2014（10）

[4]楊義勇《現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論與方法》