談現(xiàn)代機械設(shè)計方法與未來機械設(shè)計

鄧云虎 徐進

摘要：在社會經(jīng)濟飛速發(fā)展，各種機械工業(yè)產(chǎn)品的品種、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度也是不斷增加，需求商對產(chǎn)品質(zhì)量要求也是更高，需求供貨周期逐漸的縮短，還要求低價格。傳統(tǒng)機械工藝設(shè)計方法逐漸的暴露出不足之處，比如其設(shè)計的周期長，準(zhǔn)備過程復(fù)雜，要求的成本高等等，因此現(xiàn)代機械設(shè)計應(yīng)運而生，它突破了傳統(tǒng)機械設(shè)計的只關(guān)注實現(xiàn)產(chǎn)品預(yù)期功能的要求，引導(dǎo)機械設(shè)計系統(tǒng)化、智能化的發(fā)展。下面就結(jié)合作者實際工作經(jīng)驗，分析機械設(shè)計方法與未來機械設(shè)計，以供借鑒。

關(guān)鍵詞：機械設(shè)計;智能化;發(fā)展

1 現(xiàn)代機械設(shè)計的特點

機械設(shè)計是實現(xiàn)某一種功能，同時綜合制造產(chǎn)品的經(jīng)濟性、制造可能性等，從而構(gòu)思的一種具有創(chuàng)新性機械產(chǎn)品過程。與傳統(tǒng)機械設(shè)計相比，現(xiàn)代機械設(shè)計有著其自身獨有的特點，為了使得設(shè)計的產(chǎn)品具有更大的市場競爭力，現(xiàn)代機械在設(shè)計時不僅僅需要對系統(tǒng)的機械工作原理、運動形式、力量的傳遞方式、零部件結(jié)構(gòu)尺寸、外部阻力、摩擦力、各零部件間的耦合方式等等進行考慮，還需要綜合融入多門新的科學(xué)知識，比如計算機學(xué)、機械電子、控制理論、仿生學(xué)、美術(shù)學(xué)等等，是一種融入多門科學(xué)知識的綜合性設(shè)計過程。隨著社會的發(fā)展以及科技的進步，現(xiàn)代機械的種類越來越多，機械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度也是逐年的增加。但是從系統(tǒng)功能角度上來說，機械系統(tǒng)可以分為動力系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、動力傳輸系統(tǒng)等等，如果再進行細分，每個系統(tǒng)在原系統(tǒng)的基礎(chǔ)上仍可進行劃分。

2 國內(nèi)外現(xiàn)代機械設(shè)計方法概述

2.1 國外現(xiàn)代機械設(shè)計方法

2.1.1 普適設(shè)計理論方法

普適設(shè)計理論源自于德國，該理論方法的精髓是設(shè)計經(jīng)驗的積累和總結(jié)?，F(xiàn)代機械設(shè)計方法種類很多，這就需要一個比較系統(tǒng)的理論方法對那些設(shè)計種類進行歸納總結(jié)。普適設(shè)計理論方法就收納了一系列的設(shè)計理論方法，從規(guī)則到實施方法都有具體的模型。普適設(shè)計理論的重點就是創(chuàng)建機械設(shè)計的整體結(jié)構(gòu)，對每一次的能量輸入輸出都以以前的經(jīng)驗為基礎(chǔ)，因此基于經(jīng)驗的普適設(shè)計理論方法是一種很實用的方法。

2.1.2 公理化設(shè)計理論方法

公理化設(shè)計理論方法發(fā)源于美國，該方法是一種基于決策來進行設(shè)計的方法。公理化設(shè)計理論方法基于普適法經(jīng)驗的累積總結(jié)，利用系統(tǒng)理論和自身的科學(xué)決策，因此它是一種具有科學(xué)基礎(chǔ)和法律公則的設(shè)計理論方法。公理化設(shè)計理論方法是一種很傳統(tǒng)的方法，即使是在沒有系統(tǒng)知識經(jīng)驗的情況下也是可以使用的。如果有的機械設(shè)計理論較復(fù)雜，而且根據(jù)其他的理論設(shè)計方法無法進行很好地加工，利用公理化設(shè)計理論方法就能對其進行優(yōu)化完善，來達到簡便、相對較完美的設(shè)計效果。

2.1.3 三次設(shè)計法理論方法

三次設(shè)計法理論產(chǎn)生于日本，該方法主要由三個過程組成，即系統(tǒng)、參數(shù)和容差三方面的設(shè)計。

（1）系統(tǒng)設(shè)計是整個理論設(shè)計的核心關(guān)鍵，也是整個機械設(shè)計的基礎(chǔ)，一切后續(xù)設(shè)計加工都是由它開始的;（2）參數(shù)設(shè)計，顧名思義就是對每個設(shè)計步驟進行優(yōu)化的參數(shù)設(shè)計，讓每個功能都能優(yōu)化組合，系統(tǒng)的參數(shù)組合達到最佳，以減少設(shè)計產(chǎn)品的負面影響;（3）容差設(shè)計，簡單的說就是負責(zé)對整個設(shè)計過程進行檢驗，通過對每個參數(shù)的范圍控制來減少設(shè)計的成本。以上整個過程就是三次設(shè)計。三次設(shè)計法理論是目前公認(rèn)的精度最高，質(zhì)量最好的機械設(shè)計方法，每一步都是提高加工質(zhì)量的有效工具。

2.2 國內(nèi)現(xiàn)代機械設(shè)計方法

2.2.1 CAD，即計算機輔助設(shè)計方法

計算機輔助機械設(shè)計方法是應(yīng)計算機技術(shù)的飛速發(fā)展而生的，機械設(shè)計工作人員可以在構(gòu)思、畫圖、修改和運算等方面利用計算機來輔助。

這一新興的學(xué)科充分利用了計算機高速運算和簡便繪圖的功能，提高了機械設(shè)計產(chǎn)品的精度和速度。相比于傳統(tǒng)的機械設(shè)計方法用手繪或者圖紙的方法來制定設(shè)計過程，計算機輔助設(shè)計不僅可以減少機械設(shè)計人員的體力勞動，更重要的是可以提高機械設(shè)計的精確度，操作簡便快速，縮短設(shè)計周期，減少設(shè)計的成本。

CAD系統(tǒng)由硬件和軟件兩系統(tǒng)組成。所謂硬件系統(tǒng)就是計算機輔助機械設(shè)計的物質(zhì)基礎(chǔ)部分;軟件系統(tǒng)是輔助設(shè)計的核心關(guān)鍵部分，決定了CAD的所具有的功能。整個CAD系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件部分是自動管理和控制計算機的資源，處于軟件的核心內(nèi)層，包括操作系統(tǒng)和通信系統(tǒng)等;支撐系統(tǒng)就是幫助技術(shù)人員開發(fā)應(yīng)用軟件的工具，所以又叫做軟件開發(fā)工具;應(yīng)用軟件就是用戶應(yīng)用上述系統(tǒng)來自主編制各種解決問題的程序。

CAD的一般設(shè)計過程包括：（1）建模。一般常見的機械零件擁有現(xiàn)成的模型，但是沒有的就需要先建立正確的模型;（2）程序框圖。根據(jù)手工計算的步驟來設(shè)計程序的框圖;（3）編制程序;（4）調(diào)試程序。

2.2.2 系統(tǒng)化機械設(shè)計方法

系統(tǒng)化的機械設(shè)計方法能把現(xiàn)有機械產(chǎn)品的功能和技術(shù)水平提高到一個嶄新的高度，甚至還會改變原有機械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，能夠帶來巨大的經(jīng)濟效益。所以該方法是機械設(shè)計行業(yè)發(fā)展的趨勢。

系統(tǒng)化設(shè)計方法能將整個設(shè)計過程進行具體化、層次化，制定出每一個層次需要達到的設(shè)計目標(biāo)，把各層緊密聯(lián)系起來，是整個設(shè)計系統(tǒng)化、具體化，更易于設(shè)計初期方案的計算機輔助設(shè)計的實現(xiàn)。

2.2.3 局部或全局設(shè)計方法

國內(nèi)現(xiàn)代的機械設(shè)計方法更加的全面實用，而且更加的科學(xué)，通過局部或全局設(shè)計方法可以全面了解整個設(shè)計過程，更加系統(tǒng)的對設(shè)計過程進行監(jiān)控和督查，來達到提高工作效率的目的。

3 未來機械設(shè)計的發(fā)展研究

面對科技的飛速發(fā)展，現(xiàn)代機械設(shè)計也必須要跟上時代發(fā)展的腳步，面向大眾，適應(yīng)市場的發(fā)展需求。

①全球化。機械行業(yè)全面發(fā)展，在全球化的趨勢下機械設(shè)計占據(jù)著很重要的地位，所以在全球化的趨勢下這是現(xiàn)代機械設(shè)計的必然發(fā)展趨勢。

②網(wǎng)絡(luò)化。在機械行業(yè)，很多人以為機械化跟網(wǎng)絡(luò)沒有很大的聯(lián)系，但事實上不是這樣的，在當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)普及的現(xiàn)狀下，網(wǎng)絡(luò)成了大眾的一個發(fā)展交流平臺，當(dāng)然機械設(shè)計也不例外。在未來的發(fā)展中我們必須要把機械化設(shè)計和網(wǎng)絡(luò)緊密聯(lián)系，時刻掌握機械行業(yè)的最新動向，這樣才能在未來機械設(shè)計中取得先機。

③虛擬化。機械設(shè)計本來就是一個由抽象到具體的過程，自然會帶有一定的虛擬色彩。

④綠色化。在可持續(xù)發(fā)展的持續(xù)推行下，未來的機械設(shè)計也要跟環(huán)境和生態(tài)聯(lián)系在一起。這是較為先進的一種科學(xué)理念，設(shè)計者在進行設(shè)計的時候必須要考慮到該方法、該工藝對環(huán)境生態(tài)產(chǎn)生的影響，爭取將污染降到最低。在提高工作效率的同時，爭取將能耗降到最低。

結(jié)束語：

總之，隨著我國機械設(shè)計行業(yè)的蓬勃發(fā)展，相應(yīng)的設(shè)計理念也需要有所提高。目前機械設(shè)計正朝著計算機化、智能化發(fā)展，所以一些虛擬三維圖形軟件、智能設(shè)計軟件也是未來發(fā)展的大勢，但由于這些的研究起步較晚，目前還沒有比較成熟的方案設(shè)計工具。另外，無論何種技術(shù)和方法，人才是技術(shù)創(chuàng)造的核心，人的創(chuàng)造性外加一些輔助手段，必然會對機械設(shè)計行業(yè)帶來很大的益處。機械設(shè)計應(yīng)朝著智能化、網(wǎng)絡(luò)化、綠色化的方向發(fā)展。

參考文獻：

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[2] ?劉亞明.談現(xiàn)代機械設(shè)計方法及進展[J].世界家苑，2013，12（10）：88-89.

（作者單位：浙江師范大學(xué)行知學(xué)院）