孫運(yùn)森

摘 要：當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)是機(jī)械設(shè)計(jì)方法學(xué)，通過(guò)采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，從定量、動(dòng)態(tài)、優(yōu)化多方面發(fā)展機(jī)械設(shè)計(jì)。這樣做的好處是可以明顯加強(qiáng)設(shè)計(jì)質(zhì)量，減小設(shè)計(jì)周期，同時(shí)保證研制費(fèi)用的合理利用，良好的開(kāi)始等于設(shè)計(jì)成功的一半，另一方面還可以讓機(jī)械產(chǎn)品在本行業(yè)中多一份競(jìng)爭(zhēng)力。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)方法；發(fā)展；趨勢(shì)

根據(jù)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的使用要求，有很多方面需要構(gòu)思、分析并計(jì)算機(jī)械，其中包括機(jī)械的結(jié)構(gòu)、工作原理、運(yùn)動(dòng)方式、力和能量的傳遞方式、各個(gè)零件的材料和形狀尺寸等，同時(shí)把詳細(xì)說(shuō)明這些內(nèi)容，這就是機(jī)械產(chǎn)品制造的依據(jù)，按照這個(gè)過(guò)程去操作就可以完成機(jī)械的制造。完全按照各方面的規(guī)定條件去設(shè)計(jì)最佳的機(jī)械，也叫做優(yōu)化設(shè)計(jì)。近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，科學(xué)技術(shù)也突飛猛進(jìn)，尤其是計(jì)算機(jī)科學(xué)和系統(tǒng)科學(xué)發(fā)展尤為突出，這也有助于機(jī)械水平的提高和發(fā)展；通過(guò)結(jié)合設(shè)計(jì)技術(shù)和理論知識(shí)，進(jìn)一步發(fā)展了機(jī)械設(shè)計(jì)方法，同時(shí)從設(shè)計(jì)手法上看，也可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)更精確和智能。

1 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法的發(fā)展過(guò)程及其面臨的形勢(shì)

1.1 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法的發(fā)展過(guò)程

順應(yīng)機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展的需求，面對(duì)科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)械設(shè)計(jì)要跟上步伐，加強(qiáng)現(xiàn)代化設(shè)計(jì)工作要求，并且在保質(zhì)保量的同時(shí)，產(chǎn)生了探討和研究現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的思想。機(jī)械設(shè)計(jì)中蘊(yùn)含了現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，通常采用的方法包括，預(yù)測(cè)技術(shù)的方法，分析信號(hào)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)，模糊設(shè)計(jì)，有限元和邊界元分析設(shè)計(jì)法，設(shè)計(jì)可靠性，優(yōu)化設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)法等。很久以前就產(chǎn)生了設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)方法，然而將機(jī)械設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變成為傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和理論的時(shí)間僅有一百多年。由于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中存在很多局限性限制著機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展，因此傳統(tǒng)方法已經(jīng)逐漸消失在人們的視野里。社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)發(fā)展浪潮牽動(dòng)著科技的發(fā)展水平和人們對(duì)生活水平的要求，通過(guò)普及和應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)，轉(zhuǎn)變了現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的方式方法，使其邁向全面利用優(yōu)化設(shè)計(jì)、仿真模擬、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，這樣可以保證計(jì)算更精確，并且看到清晰的圖片內(nèi)容，徹底顛覆了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的理念。

1.2 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)面臨的形勢(shì)

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾個(gè)方面。首先，設(shè)計(jì)領(lǐng)域涉及多種學(xué)科，多元化發(fā)展；其次，設(shè)計(jì)對(duì)象由單一內(nèi)容轉(zhuǎn)向系統(tǒng)內(nèi)容；第三，設(shè)計(jì)人員的變化，從單人設(shè)計(jì)變成多人設(shè)計(jì)；第四，新產(chǎn)品更新速度快，產(chǎn)品設(shè)計(jì)有序可循；第五，由于科技在不斷進(jìn)步，同時(shí)對(duì)現(xiàn)代設(shè)計(jì)也提出新要求。

2 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法的特征

2.1 與傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法的對(duì)比

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法受到一定的局限，一般來(lái)講，其設(shè)計(jì)過(guò)程主要是針對(duì)產(chǎn)品需求展開(kāi)調(diào)查；找出相關(guān)問(wèn)題并歸納總結(jié)；問(wèn)題綜述；針對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析并提出最優(yōu)方案；點(diǎn)評(píng)并完善方案；最后確定圖樣并編輯文件。這里體現(xiàn)的局限性有很多方面，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)水平不高；以測(cè)試湊到的參數(shù)和指標(biāo)不精確、設(shè)計(jì)成功幾率低，成本高；得不到及時(shí)有效的反饋信息。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法繼承并發(fā)展了傳統(tǒng)方法，結(jié)合系統(tǒng)科學(xué)理念，將設(shè)計(jì)水平提高到一個(gè)新的層次，并且保證了設(shè)計(jì)的合理性?，F(xiàn)在機(jī)械設(shè)計(jì)涉及范圍廣泛，綜合性強(qiáng)，涉及多門(mén)學(xué)科，通過(guò)系統(tǒng)工程學(xué)將機(jī)械設(shè)計(jì)、信息技術(shù)和控制機(jī)械重新整合，得以優(yōu)化整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)。談到系統(tǒng)，時(shí)間維、方法維、邏輯這三位系統(tǒng)構(gòu)成了現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)。其中時(shí)間維指設(shè)計(jì)流程按照時(shí)間順序排列，一般從產(chǎn)品規(guī)劃到方案設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)加工再到加工設(shè)計(jì)；邏輯維指按照邏輯思維解決問(wèn)題，一般是先分析-綜合-評(píng)價(jià)-決策；方法維指在工作中和設(shè)計(jì)過(guò)程中使用的思維方法。現(xiàn)代化先進(jìn)的設(shè)計(jì)理論、方法和工具得到有效利用，有利于使機(jī)械設(shè)計(jì)提高效率，同時(shí)保質(zhì)保量。

2.2 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法分類

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法可從多角度進(jìn)行劃分。

2.2.1 從工程領(lǐng)域角度將現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法分為：現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)方法、現(xiàn)代材料設(shè)計(jì)方法等。

2.2.2 按應(yīng)用成熟度對(duì)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分類：應(yīng)用正普及類一優(yōu)化設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、機(jī)電一體化設(shè)計(jì)等；內(nèi)容正發(fā)展類一創(chuàng)新設(shè)計(jì)、虛擬設(shè)計(jì)、并行設(shè)計(jì)、智能設(shè)計(jì)等。

2.2.3 中義設(shè)計(jì)類：設(shè)計(jì)內(nèi)容介于廣義設(shè)計(jì)和狹義設(shè)計(jì)之間。目前應(yīng)用較廣的有：最優(yōu)化方法、數(shù)值仿真和動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)等。

2.3 機(jī)械設(shè)計(jì)中專業(yè)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法

當(dāng)前我國(guó)社會(huì)不斷發(fā)展進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)也不甘落后，緊隨步伐，計(jì)算機(jī)專業(yè)人員同機(jī)械設(shè)計(jì)人員共同開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)軟件，應(yīng)用此軟件的機(jī)械產(chǎn)品可以隨時(shí)掌握產(chǎn)品的損傷、失效和破壞運(yùn)行原理，并且產(chǎn)品的各零部件和機(jī)械的動(dòng)態(tài)行為可得到定量分析，使得設(shè)計(jì)程序保持穩(wěn)定，這就是專業(yè)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。一些例子可以說(shuō)明，如摩擦學(xué)的設(shè)計(jì)、強(qiáng)度設(shè)計(jì)和溫度場(chǎng)的分析。

3 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 智能化

由于廣泛使用范例推理和約束滿足的設(shè)計(jì)方法，智能CAD技術(shù)得以誕生。人們?yōu)榱死^續(xù)推進(jìn)CAD系統(tǒng)的創(chuàng)造力，結(jié)合人工智能和CAD技術(shù)，得到很好的效果。當(dāng)前社會(huì)把有智能的專家系統(tǒng)用在了方案綜合和設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)當(dāng)中，同時(shí)這幾年也產(chǎn)生了模糊設(shè)計(jì)和模糊評(píng)定方法，主要用于機(jī)械設(shè)計(jì)的多解性?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)普遍存在智能化和技能化優(yōu)點(diǎn)，由于這些特性的存在，使得只有將人工智能和專家系統(tǒng)等技術(shù)通CAD技術(shù)有機(jī)結(jié)合，才可以讓CAD技術(shù)本身也具有智能化的特點(diǎn)，通過(guò)這樣的途徑提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的集成率。就目前機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展方向來(lái)看，計(jì)算機(jī)是設(shè)計(jì)師們首選的工具，計(jì)算機(jī)可以將機(jī)械產(chǎn)品的各種情況通過(guò)建立模型的方式直觀的表現(xiàn)出來(lái)，接著進(jìn)行智能化操作，最終可以實(shí)現(xiàn)提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的效率，因此，機(jī)械設(shè)計(jì)智能化是現(xiàn)在機(jī)械設(shè)計(jì)的必經(jīng)之路。

3.2 綠色化

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們的生活水平也在不斷提高，對(duì)生活質(zhì)量也出現(xiàn)的更高的要求，好的生活質(zhì)量首先是要有個(gè)健康的生活環(huán)境，因此，當(dāng)愈來(lái)愈多的人們注意到發(fā)展程度和環(huán)境好壞有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系時(shí)，便產(chǎn)生了綠色設(shè)計(jì)的觀念。所謂綠色設(shè)計(jì)是指在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的同時(shí)將節(jié)約有限能源和資源并有效利用能源和資源的觀念考慮進(jìn)去，這樣得到的設(shè)計(jì)就可以成為是綠色設(shè)計(jì)。例如，在設(shè)計(jì)產(chǎn)品的過(guò)程中，首先要將產(chǎn)品的環(huán)境屬性考慮其中，必須讓產(chǎn)品設(shè)計(jì)保證符合環(huán)境的要求，并且保留產(chǎn)品的基本功能、質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。通常人們聽(tīng)到的綠色產(chǎn)品就是產(chǎn)品本身有一定的特定功能，同時(shí)在使用此產(chǎn)品時(shí)不會(huì)威脅到人們的身體健康，更不會(huì)對(duì)人們的生活環(huán)境造成污染的產(chǎn)品。綠色設(shè)計(jì)的產(chǎn)生符合社會(huì)發(fā)展的需求，能夠讓人們?cè)诮】档沫h(huán)境下享受美好生活，同時(shí)讓社會(huì)走可持續(xù)發(fā)展之路。采用綠色設(shè)計(jì)既可以縮小企業(yè)投資過(guò)程中遇到的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)能夠提高工作效率，促進(jìn)產(chǎn)品在市場(chǎng)上的良性競(jìng)爭(zhēng)，這正是未來(lái)技術(shù)的發(fā)展方向。

4 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)相比，發(fā)生了巨大的變化，其優(yōu)勢(shì)在于博取縱各科之長(zhǎng)，綜合運(yùn)用并加以整體優(yōu)化?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法以設(shè)計(jì)方法學(xué)為基礎(chǔ)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短設(shè)計(jì)周期，降低研制費(fèi)用，保證一次設(shè)計(jì)成功率，增強(qiáng)機(jī)械產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)表現(xiàn)為智能化、綠色化，系統(tǒng)和定量化。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)和控制技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的內(nèi)容進(jìn)一步擴(kuò)展，設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品將更加新穎和實(shí)用。

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