現(xiàn)代機械設(shè)計方法研究及其創(chuàng)新

屈青珩 張莫凡 陳昊兵

摘 要：在現(xiàn)階段的機械設(shè)計行業(yè)中，現(xiàn)代機械設(shè)計方法的應(yīng)用有效的縮短了產(chǎn)品的設(shè)計周期，提高了產(chǎn)品的設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量，降低了產(chǎn)品的設(shè)計成本，受到了人們的重點關(guān)注。本文從現(xiàn)代機械設(shè)計的概述入手，簡要分析了現(xiàn)代機械設(shè)計的常用方法，并就現(xiàn)代機械設(shè)計的創(chuàng)新設(shè)計進行了研究，期望能為日后研究現(xiàn)代機械設(shè)計及其創(chuàng)新設(shè)計提供一定的幫助。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代機械設(shè)計；設(shè)計方法；創(chuàng)新；

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進步，傳統(tǒng)的機械設(shè)計方法已經(jīng)滿足不了機械設(shè)計行業(yè)的發(fā)展需要，現(xiàn)代機械設(shè)計將傳統(tǒng)的設(shè)計方法與與信息技術(shù)進行了融合，提升了機械設(shè)計的質(zhì)量，創(chuàng)新了機械設(shè)計的工藝，有效的提高了工業(yè)的生產(chǎn)水平。故而對現(xiàn)代機械設(shè)計及其創(chuàng)新設(shè)計進行研究，對促進我國機械設(shè)計行業(yè)的發(fā)展和推動我國經(jīng)濟的發(fā)展具有非常積極的意義。

一、現(xiàn)代機械設(shè)計

機械設(shè)計，是機械工業(yè)生產(chǎn)中的第一步，對于機械產(chǎn)品的性能有著重要的影響?，F(xiàn)代機械設(shè)計，是在傳統(tǒng)的機械設(shè)計基礎(chǔ)上融合了信息技術(shù)、設(shè)計理論、思維科學(xué)等相關(guān)的理論方法，所形成的新型機械設(shè)計方法。這就使得相較于傳統(tǒng)的機械設(shè)計，應(yīng)用現(xiàn)代機械設(shè)計方法生產(chǎn)制造出來的產(chǎn)品，具有更全面化、人性化的功能設(shè)計，會更符合人們的使用需求。

現(xiàn)代機械設(shè)計的特點：一是綠色環(huán)保，與傳統(tǒng)的機械設(shè)計只一味的追求產(chǎn)品的低成本不同，現(xiàn)代機械設(shè)計更加注重產(chǎn)品性能與環(huán)境的平衡協(xié)調(diào)，并在設(shè)計時針對性的對產(chǎn)品的回收利用進行了分析，能最大限度的節(jié)約能源，保護生態(tài)環(huán)境，更符合當(dāng)前經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。二是適應(yīng)市場的發(fā)展，現(xiàn)代機械設(shè)計的主動性更強，其會更容易適應(yīng)不斷變化的市場環(huán)境，更符合人們的實用需求。三是設(shè)計周期短，應(yīng)用傳統(tǒng)的機械設(shè)計來設(shè)計產(chǎn)品時，需要先確定好相應(yīng)的設(shè)計方案，再根據(jù)設(shè)計方案生產(chǎn)出樣品，之后再對樣品進行不斷的優(yōu)化分析，整個生產(chǎn)周期耗時較長，還會花費較多的人力、財力。現(xiàn)代機械設(shè)計融合了多項的信息技術(shù)，其能在計算機上進行產(chǎn)品的仿真模擬設(shè)計，并設(shè)定相應(yīng)的程序進行優(yōu)化改進，能有效的縮短產(chǎn)品的設(shè)計周期，同時降低產(chǎn)品的成本。

二、常用的現(xiàn)代機械設(shè)計方法

（1）計算機輔助設(shè)計

在現(xiàn)代機械設(shè)計中，計算機輔助設(shè)計（CAD）設(shè)計一種常見的設(shè)計方法，其利用相關(guān)的計算機信息技術(shù)如建模技術(shù)、工程分析技術(shù)等，有效的縮短機械產(chǎn)品的設(shè)計周期。而且利用計算機的儲存信息，更方便對設(shè)計方案進行比較分析，能提高機械設(shè)計的效率，加快了機械產(chǎn)品的更新速度，從而提升企業(yè)的核心競爭力。

（2）系統(tǒng)分析設(shè)計

傳統(tǒng)的機械設(shè)計方法會對產(chǎn)品的每個組成要素進行針對性的分析設(shè)計，這種設(shè)計方法重視的是單個組成要素的使用性能，有可能會出現(xiàn)組成要素之間的不協(xié)調(diào)現(xiàn)象，影響機械產(chǎn)品的整體性能?，F(xiàn)代機械設(shè)計的系統(tǒng)分析設(shè)計更注重尋求產(chǎn)品各個組成要素之間的聯(lián)系，其追求的是在保證各個組成要素獨立性的同時，使各個組成要素之間有層次的形成系統(tǒng)性的聯(lián)系，使得產(chǎn)品更加系統(tǒng)化、柔性化。另外，應(yīng)用系統(tǒng)化的分析設(shè)計方法，還可以將整個機械產(chǎn)品劃分為較為簡單的多個子系統(tǒng)，之后對這些有一定關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)進行分析，能有效的提升機械設(shè)計的效率。

（3）有限元分析設(shè)計

有限元分析設(shè)計（FEA）是一種通過將產(chǎn)品劃分成一定數(shù)量的相互獨立又彼此有聯(lián)系的單位元，并應(yīng)用近似于數(shù)學(xué)的計算方法來進行模擬的設(shè)計方法。在解決一些非線性的問題、非穩(wěn)態(tài)問題、靜態(tài)和動力分析等問題時，這種分析設(shè)計方法較其他的設(shè)計方法，準(zhǔn)確性更高，能明顯的提升問題的解決效率。而且，利用有限元分析設(shè)計方法計算機械產(chǎn)品零件的強度和剛度時，其能準(zhǔn)確的計算出零件上應(yīng)力的分布范圍和變形區(qū)域。

（4）反求工程設(shè)計

通常的機械設(shè)計都是從無到有的進行產(chǎn)品的設(shè)計，而反求工程設(shè)計是一種對原有機械產(chǎn)品的設(shè)計原理、相關(guān)技術(shù)進行分析，并以此為基礎(chǔ)進行產(chǎn)品設(shè)計的設(shè)計方法。反求工程設(shè)計是一種逆向思維的設(shè)計方法，利用這種方法可以大幅度的縮短機械產(chǎn)品的研究周期，特別是在當(dāng)前我國機械設(shè)計制造水平相對落后于國際頂尖水平，應(yīng)用反求工程設(shè)計能有效的促進我國機械行業(yè)的發(fā)展。

三、現(xiàn)代機械創(chuàng)新設(shè)計方法

（1）優(yōu)化設(shè)計方法

優(yōu)化設(shè)計是一種通過建立數(shù)學(xué)模型，利用相關(guān)數(shù)學(xué)理論和計算機信息技術(shù)，來尋求最優(yōu)化設(shè)計的方法。在優(yōu)化設(shè)計的應(yīng)用中，數(shù)學(xué)模型的建立是其重點，還需要應(yīng)用到最優(yōu)化、非線性分析等方法。通過優(yōu)化設(shè)計的方法，設(shè)計人員能在進行產(chǎn)品設(shè)計時對產(chǎn)品進行全面的分析，能有效縮短產(chǎn)品設(shè)計的整個周期。而且通過優(yōu)化設(shè)計的方法，設(shè)計人員能夠獲得精確性更高的設(shè)計信息，從而提升設(shè)計產(chǎn)品的質(zhì)量。在目前的機械設(shè)計中，優(yōu)化設(shè)計也經(jīng)常與其他設(shè)計方法結(jié)合，如優(yōu)化設(shè)計與可靠性設(shè)計結(jié)合。

（2）可靠性設(shè)計

可靠性設(shè)計是一種融合了多學(xué)科（數(shù)理統(tǒng)計、機械學(xué)、失效物力等）的設(shè)計方法?？煽啃栽O(shè)計通過利用概率統(tǒng)計學(xué)的相關(guān)方法將常規(guī)機械設(shè)計中所涉及的應(yīng)力、可靠度、載荷、使用年限、強度等變量作為了隨機變量進行分析，從而得出符合可靠性設(shè)計要求的相關(guān)參數(shù)和尺寸。

（3）并行設(shè)計

常規(guī)的機械設(shè)計多應(yīng)用串行工程的設(shè)計方法，這是一種環(huán)環(huán)相扣的設(shè)計方法，產(chǎn)品各個環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系緊密，必須是前一個環(huán)節(jié)設(shè)計完成后，才能進行下一環(huán)節(jié)的設(shè)計，這就在無形中延長了產(chǎn)品的設(shè)計周期，增加了產(chǎn)品的設(shè)計成本。并行設(shè)計是一種集成、并行的系統(tǒng)化設(shè)計方法，其利用工程數(shù)學(xué)和計算機的相關(guān)技術(shù)，建立了一種協(xié)同化的設(shè)計模式，打破了各個結(jié)構(gòu)單元之間的界限，有效的降低了產(chǎn)品的設(shè)計周期和設(shè)計成本。

（4）變形設(shè)計

變形設(shè)計是一種通過分析原有機械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、原理、性能等，并在其基礎(chǔ)上進行設(shè)計開發(fā)的方法。具體來說，變形設(shè)計就是在原有機械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、原理、性能不變的情況下，對產(chǎn)品的性能或者是參數(shù)進行一定的調(diào)整，從而滿足人們使用需求的設(shè)計方法。這種設(shè)計方法分為縱系列產(chǎn)品設(shè)計、橫系列產(chǎn)品設(shè)計、跨系列產(chǎn)品設(shè)計等類型，其中縱系列產(chǎn)品設(shè)計是指在不改變產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、原理、性能，而只改變相關(guān)的零件參數(shù)和尺寸的設(shè)計；橫系列產(chǎn)品設(shè)計是指在原有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，對其性能進行全新的改變；跨系列產(chǎn)品設(shè)計是指對于參數(shù)不同的不同類型的機械產(chǎn)品進行設(shè)計。

（5）模塊化設(shè)計

模塊化設(shè)計是一種通過組合不同的功能模塊來進行產(chǎn)品設(shè)計的方法，其中功能模塊的劃分需要先對產(chǎn)品進行功能、性能、規(guī)格的分析。在機械設(shè)計中，應(yīng)用模塊化的設(shè)計方法不僅能有效的減少產(chǎn)品的設(shè)計時間，還能加快產(chǎn)品的更新速度，也方便了產(chǎn)品的維修。

四、結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)代機械設(shè)計融合了多項的先進信息科學(xué)技術(shù)，具有綠色環(huán)保、設(shè)計周期短、適應(yīng)市場的發(fā)展等特點。對現(xiàn)代機械設(shè)計方法和機械設(shè)計的創(chuàng)新設(shè)計方法進行研究，可以發(fā)現(xiàn)其發(fā)展已較為完善。雖然其中的一些設(shè)計方法還不成熟，但相信隨著機械設(shè)計方法的開發(fā)創(chuàng)新，其會更好的促進我國機械設(shè)計行業(yè)的發(fā)展，同時推動我國經(jīng)濟的更快發(fā)展。

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