論現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)

李磊 劉欽萍 王偉

摘要：總之，只有在掌握好現(xiàn)代科學(xué)知識，運(yùn)用好現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與工具，保持創(chuàng)新意識的基礎(chǔ)上，才可以為工業(yè)企業(yè)的發(fā)展、競爭創(chuàng)造一個(gè)較寬松的技術(shù)環(huán)境。既然現(xiàn)代的機(jī)械設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)相比，已發(fā)生了很大的變化，博取各科之長，綜合運(yùn)用，并加以整體優(yōu)化。隨著計(jì)算機(jī)、檢測和控制技術(shù)的快速發(fā)展，以及現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)內(nèi)容的進(jìn)一步擴(kuò)展，將會設(shè)計(jì)出更加新穎和實(shí)用的產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代機(jī)械;設(shè)計(jì)技術(shù)

我國的科學(xué)技術(shù)正在以較快的速度向前推進(jìn)，而在這個(gè)過程中我國的機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)也正在發(fā)生著轉(zhuǎn)變。使用現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)不僅是企業(yè)生存發(fā)展的需要，也是我國未來發(fā)展的根本要求，這就需要相關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)工作者適應(yīng)時(shí)代的需求，拓展設(shè)計(jì)思維，能夠不斷的對設(shè)計(jì)方式進(jìn)行實(shí)時(shí)的創(chuàng)新，靈活運(yùn)用各種現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)，提高產(chǎn)品的市場競爭力。只有這樣，設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品才更具有創(chuàng)新價(jià)值，才能滿足社會的需求。

1、現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)創(chuàng)新的重要性

傳統(tǒng)意義上的機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)早已無法滿足現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)動態(tài)化和創(chuàng)新化的要求，因此，解決目前機(jī)械設(shè)計(jì)中存在的問題、促進(jìn)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。我國注重現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)中高科技的應(yīng)用，并很好地改良了機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代機(jī)械工程得到了很大的發(fā)展，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)作為機(jī)械工程的重要組成部分之一，也獲得了很大的提高和進(jìn)步。我國的現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)和理念是建立在以往的機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)基礎(chǔ)上的，但現(xiàn)代的機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)也是新技術(shù)與新理論結(jié)合的產(chǎn)物。這樣的觀念使很多創(chuàng)新思路和理念在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)中得到了應(yīng)用和發(fā)展。因此，創(chuàng)新現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)具有戰(zhàn)略意義，我們應(yīng)使現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)向著智能化、綠色化、系統(tǒng)和定量化等方向發(fā)展。

2、現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

隨著現(xiàn)代社會新技術(shù)、新發(fā)明的不斷涌現(xiàn)，電子技術(shù)、信息技術(shù)、機(jī)械技術(shù)與現(xiàn)代化的機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)逐漸融合，機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)理論和制造方法也發(fā)生了極大改變?，F(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，不但使機(jī)械設(shè)計(jì)步驟明晰、更加合理，而且使設(shè)計(jì)更加人性化，邏輯更明確。規(guī)范、有效的機(jī)械設(shè)計(jì)相對于傳統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計(jì)來說更加優(yōu)化具有前瞻性、動態(tài)性、創(chuàng)新性等特點(diǎn)。首先，在機(jī)械設(shè)計(jì)的初始階段，利用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法，考慮到整個(gè)產(chǎn)品的功能性等細(xì)節(jié)問題，可以及早發(fā)現(xiàn)潛在問題，減少故障;其次，現(xiàn)代化的機(jī)械設(shè)計(jì)不僅能夠考慮到產(chǎn)品的靜態(tài)屬性，還可以同時(shí)考慮到整個(gè)產(chǎn)品的動態(tài)屬性;最后，在現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)中，計(jì)算機(jī)可以運(yùn)用到機(jī)械設(shè)計(jì)的每個(gè)方面，具有優(yōu)化設(shè)計(jì)和系統(tǒng)仿真的特性，但其設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法都需要?jiǎng)?chuàng)新，才能開發(fā)出具有創(chuàng)新性的機(jī)械產(chǎn)品。

3、目前機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)際的狀況

從目前的實(shí)際情況來看，我國機(jī)械設(shè)計(jì)面臨著以下實(shí)際情況：（1）從單一轉(zhuǎn)變?yōu)檎w的設(shè)計(jì)對象，采用全面的設(shè)計(jì)方法對機(jī)械形式進(jìn)行改進(jìn)，如：將普通機(jī)床轉(zhuǎn)變成機(jī)械加工的中心;（2）設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到大程度的開拓，早期的設(shè)計(jì)領(lǐng)域顯得相對較為單一，但現(xiàn)代的設(shè)計(jì)領(lǐng)域卻極為復(fù)雜，人機(jī)工程、系統(tǒng)工程、價(jià)值工程等一些較多的新的設(shè)計(jì)內(nèi)容得到了運(yùn)用;（3）參與制作設(shè)計(jì)的人數(shù)逐漸增多，之前的設(shè)計(jì)基本上都是由技術(shù)人員來完成，但現(xiàn)的代設(shè)計(jì)基本上都由小組來共同完成，各個(gè)領(lǐng)域的專業(yè)人才都會參與到設(shè)計(jì)工作中來，也使得整個(gè)設(shè)計(jì)過程更加的順利;（4）先進(jìn)產(chǎn)品得到了不斷更新，大部分產(chǎn)品的設(shè)計(jì)擺脫之前的不足，越來越多的被有計(jì)劃有組織分階段進(jìn)行設(shè)計(jì);（5）大量技術(shù)得到了運(yùn)用，例如：在工程設(shè)計(jì)中，計(jì)算機(jī)技術(shù)的運(yùn)用帶來了很多方便，減輕了設(shè)計(jì)人員工作的難度等。

4、現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

為了尋求能夠保證設(shè)計(jì)的質(zhì)量、加快設(shè)計(jì)的速度、減少和避免設(shè)計(jì)失誤的方法、措施，并能夠適應(yīng)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的要求，使得設(shè)計(jì)工作現(xiàn)代化，從而引發(fā)了對現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的研究。動態(tài)性、科學(xué)性、智能型是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)，它將在科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)得到應(yīng)用的所有的科學(xué)方法論，應(yīng)用到了工程設(shè)計(jì)中。

現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的涵蓋的范疇：現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法實(shí)質(zhì)上就是科學(xué)方法論在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。經(jīng)過分析，可歸納為以下具有普遍意義的方法：（1）技術(shù)預(yù)測法，信息分析法等信息方法論，它是現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的前提;（2）系統(tǒng)分析法，人機(jī)工程等系統(tǒng)論方法;（3）動態(tài)分析法等制論方法;（4）相似設(shè)計(jì)等優(yōu)化論方法，此為現(xiàn)代設(shè)計(jì)法的目標(biāo);（5）對應(yīng)論方法;（6）CAD計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算等智能論方法，它為現(xiàn)代設(shè)計(jì)法的核心;（7）可靠性、價(jià)值工程等壽命論方法;（8）有限元和邊界元方法等離散論方法;（9）模糊評價(jià)和決策等模糊論方法;（10）創(chuàng)造性設(shè)計(jì)等突變論方法，它為現(xiàn)代設(shè)計(jì)法的基礎(chǔ);（11）藝術(shù)造型等藝術(shù)論方法。

若把現(xiàn)代設(shè)計(jì)的方法應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)中，就稱其為現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法。現(xiàn)今，經(jīng)常采用上述方法論中的創(chuàng)造性設(shè)計(jì)法、技術(shù)預(yù)測法、信號分析法、系統(tǒng)設(shè)計(jì)法、相似設(shè)計(jì)法、動態(tài)分析設(shè)計(jì)法、模糊設(shè)計(jì)法、有限元和邊界元分析設(shè)計(jì)法、可靠性設(shè)計(jì)法、優(yōu)化設(shè)計(jì)法、CAD計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)法、藝術(shù)造型設(shè)計(jì)法等。

5、現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢

5.1 智能化

基于約束滿足和范例推理設(shè)計(jì)方法的廣泛應(yīng)用，促使形成了智能CAD技術(shù)。將CAD技術(shù)與人工智能相結(jié)合，進(jìn)一步提高了CAD系統(tǒng)的創(chuàng)造力。具有一定智能性的專家系統(tǒng)，主要應(yīng)用在方案綜合設(shè)計(jì)評價(jià)中。近年來，還出現(xiàn)了適合機(jī)械設(shè)計(jì)的多解性模糊設(shè)計(jì)與模糊評判方法。針對現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)所具有的智能化、集成化的特點(diǎn)，CAD技術(shù)只有與專家系統(tǒng)、人工智能等技術(shù)進(jìn)行充分的結(jié)合，才能夠?qū)崿F(xiàn)其本身的智能化，進(jìn)而促進(jìn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的集成。當(dāng)前，計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為通用的設(shè)計(jì)工具，可通過建立模型來描述機(jī)械產(chǎn)品的各種工況，采用智能化進(jìn)行處理，為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供了高效的設(shè)計(jì)方案。

5.2 綠色化

目前，人們已經(jīng)意識到發(fā)展與環(huán)境密切相關(guān)，因此綠色設(shè)計(jì)的理念也就應(yīng)運(yùn)而生。所謂綠色設(shè)計(jì)，就是指通過高效的利用能源、資源來獲得綠色產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。具體而言，就是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中，把產(chǎn)品的環(huán)境屬性列在首位，在滿足環(huán)境要求的同時(shí)，來保證產(chǎn)品的質(zhì)量、基本功能與經(jīng)濟(jì)性。綠色產(chǎn)品是既具有特定的功能，又對人體健康以及周圍的環(huán)境沒有危害的產(chǎn)品。綠色設(shè)計(jì)既是實(shí)現(xiàn)人類能夠享受美好健康生活，以及可持續(xù)發(fā)展的必然要求，也是未來技術(shù)發(fā)展的趨勢，具有能夠提高工作的效率，減少企業(yè)的投資風(fēng)險(xiǎn)，提高產(chǎn)品的市場競爭力的意義。

5.3 系統(tǒng)和定量化

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)是一種把傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的經(jīng)驗(yàn)、類比法設(shè)計(jì)提高到邏輯的、理性的、系統(tǒng)的新的設(shè)計(jì)方法。即把機(jī)械產(chǎn)品看成一個(gè)總系統(tǒng)，通過采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、環(huán)境之間的相互協(xié)調(diào)。具體而言，就是把總系統(tǒng)分解成為若干個(gè)子系統(tǒng)，通過采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)的各種理論與方法，來協(xié)調(diào)各子系統(tǒng)之間的匹配，從而達(dá)到系統(tǒng)化的目標(biāo)。

5.4 優(yōu)化設(shè)計(jì)

選定設(shè)計(jì)的目標(biāo)（單個(gè)或多個(gè)），找出目標(biāo)與設(shè)計(jì)變量之間的函數(shù)關(guān)系式，列出各項(xiàng)設(shè)計(jì)要求所對應(yīng)的約束條件，求這個(gè)數(shù)學(xué)模型的最優(yōu)解。如：一個(gè)圓柱形容器，求容積一定的條件下，用料最省。其數(shù)學(xué)模型如下：

極小化應(yīng)滿足：其中R，h分別表示容器的半徑、高度，C為容積常數(shù)。經(jīng)計(jì)算后，得出當(dāng)R=2h時(shí)，用料最省，但是在設(shè)計(jì)中能滿足V=C的設(shè)計(jì)方案卻有無數(shù)個(gè)。

6、結(jié)語：

機(jī)械設(shè)計(jì)是屬于機(jī)械工程的一個(gè)關(guān)鍵性的環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)的質(zhì)量對機(jī)械的總體性能、整體質(zhì)量都有很大的影響，并且也是機(jī)械制造企業(yè)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑。隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)在其中的應(yīng)用越來越廣泛，對于提高設(shè)計(jì)水平起到非常重要的作用。

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