張銳

摘 要：在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計的過程中，只有全面的考慮到機(jī)械各個方面的結(jié)構(gòu)，才能使機(jī)械設(shè)備更加高效和節(jié)能。打破傳統(tǒng)的設(shè)計方式，機(jī)械設(shè)計必須朝著系統(tǒng)化、信息化、柔性化、智能化的方向發(fā)展，而不能是僅僅只注重機(jī)械設(shè)備某一功能的實現(xiàn)。文章對現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計的方法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計；系統(tǒng)化設(shè)計；CAD

時代在發(fā)展，科技在進(jìn)步，各項新工藝、新材料、新方式也越來越多地應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計領(lǐng)域。為了一種功能的實現(xiàn)，可以有多種方法和載體可供選擇，面對激烈的競爭環(huán)境，要讓設(shè)計的產(chǎn)品在市場上占有一席之地，除了讓自己的機(jī)械系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的相應(yīng)功能之外，還要具有操作方便、運(yùn)行可靠、物美價廉、環(huán)保性強(qiáng)等特性。因此，對機(jī)械設(shè)計師的要求也日益提高，傳統(tǒng)的設(shè)計方法和設(shè)計理念已經(jīng)不能滿足設(shè)計需求，設(shè)計師必須完全精通電、機(jī)、液等各個方面的綜合性技術(shù)，才能夠設(shè)計出同時兼顧性能和價格的機(jī)械系統(tǒng)。

1 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計的特點(diǎn)

現(xiàn)代機(jī)械種類繁多，其結(jié)構(gòu)形式千差萬別，結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性也在逐漸增大。機(jī)械系統(tǒng)在功能上劃分，可以分為傳動系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等，而每一個系統(tǒng)又可以根據(jù)需求的不同來細(xì)化為更小的子系統(tǒng)。與傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計不同的是，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計在設(shè)計過程中不僅要對機(jī)械工作的原理、運(yùn)動方式、能量傳遞方式等各個方面進(jìn)行計算、分析、構(gòu)思，同時還必須要在進(jìn)行設(shè)計的過程中運(yùn)用仿生學(xué)、控制論、美學(xué)、價值工程等多種科學(xué)知識，將這些看似與機(jī)械無關(guān)的科學(xué)知識，運(yùn)用在機(jī)械設(shè)計中，從而使得機(jī)械在市場中獲得更好的競爭力。

2 計算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計方法

計算機(jī)輔助設(shè)計（Computer Aided Design，簡稱CAD）技術(shù)是電子信息技術(shù)的一個重要組成部分。因其具有計算機(jī)高速運(yùn)算和快速繪圖的強(qiáng)大功能而被廣泛應(yīng)用到工程設(shè)計及產(chǎn)品設(shè)計服務(wù)中，從根本上改變了傳統(tǒng)的手工設(shè)計繪圖方式，讓設(shè)計人員從繪圖板、繪圖鉛筆、丁字尺這些傳統(tǒng)的設(shè)計工具中解脫出來，不僅降低了勞動強(qiáng)度，更是極大地提高了產(chǎn)品開發(fā)的速度和精度，使得科技人員的智慧和能力得到了延伸。計算機(jī)具有運(yùn)算快、計算精度高、有記憶、邏輯判斷、圖形顯示以及繪圖等功能，而人們則具有豐富的經(jīng)驗、無窮的智慧和非凡的創(chuàng)造力，兩者相結(jié)合，有效地提高設(shè)計質(zhì)量，縮短設(shè)計周期，極大地創(chuàng)造社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，推動社會文明的進(jìn)步。CAD系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。硬件系統(tǒng)是計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)；軟件系統(tǒng)作為計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)的核心，決定了系統(tǒng)所具有的功能。軟件分為系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件處于整個軟件的核心內(nèi)層，它的作用是對計算機(jī)資源進(jìn)行自動管理和控制，主要包括操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)等。支撐軟件又稱為軟件開發(fā)工具，是一種軟件工具系統(tǒng)，它的作用是幫助人們高效率開發(fā)應(yīng)用軟件。應(yīng)用軟件是用于解決各種實際問題的程序，它是用戶利用計算機(jī)以及它所提供的各種系統(tǒng)軟件和支撐軟件自行編制的。計算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計首先要建立數(shù)學(xué)模型，雖然對于一般的機(jī)械零件有現(xiàn)成的數(shù)學(xué)模型可以使用，但對于沒有數(shù)學(xué)模型的就需要建立正確的數(shù)學(xué)模型，這是成功進(jìn)行設(shè)計的第一步；接下來，根據(jù)手工計算的步驟設(shè)計程序框圖；然后根據(jù)程序框圖用高級語言編制程序；最后進(jìn)入程序調(diào)試環(huán)節(jié)，程序編好后，要對源程序及程序適用范圍的邊界、轉(zhuǎn)折點(diǎn)進(jìn)行試算，試算與手算結(jié)果要完全吻合。

3 系統(tǒng)化機(jī)械設(shè)計方法

現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計正在向智能化、柔性化、系統(tǒng)化、信息化發(fā)展，而不再是把實現(xiàn)機(jī)械某一個單一的功能來作為設(shè)計的目標(biāo)。從系統(tǒng)的角度為著眼點(diǎn)，機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計過程中，為了讓機(jī)械產(chǎn)品能夠創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，必須要在產(chǎn)品制造技術(shù)、功能、性能等方面，充分利用先進(jìn)的技術(shù)，讓產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。在對傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備改造的過程中，系統(tǒng)化設(shè)計和控制技術(shù)的應(yīng)用成為了不可或缺的重要因素。

人們對于機(jī)械產(chǎn)品的功能的需求隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展日益增多，這就導(dǎo)致了機(jī)械構(gòu)造變得越來越復(fù)雜，產(chǎn)品壽命期逐漸縮短，機(jī)械產(chǎn)品更替的頻率逐漸加快。盡管如此，機(jī)械產(chǎn)品實際上所展現(xiàn)出的功能仍然無法滿足現(xiàn)代社會的需要?，F(xiàn)在，計算機(jī)輔助設(shè)計已經(jīng)廣泛應(yīng)用于整個產(chǎn)品設(shè)計的過程中，從最初的設(shè)計計算，到設(shè)計繪圖，再到生產(chǎn)規(guī)劃和加工制造，計算機(jī)輔助設(shè)計都充分表現(xiàn)了獨(dú)特的優(yōu)勢并且成果喜人。然而，對于產(chǎn)品開發(fā)初期方案的設(shè)計，計算機(jī)輔助設(shè)計還是有著不足，不能完全滿足設(shè)計的預(yù)期需求。

如何讓整個機(jī)械設(shè)計更加系統(tǒng)化，設(shè)計過程更有規(guī)律性，從而更好的應(yīng)用計算機(jī)輔助設(shè)計，這是必須要考慮的問題。于是，系統(tǒng)化設(shè)計法應(yīng)運(yùn)而生，采用這種設(shè)計方法，可以將設(shè)計任務(wù)由抽象到具體，由淺入深進(jìn)行層次的劃分，然后對每一層次的既定目標(biāo)和所采取的方法進(jìn)行規(guī)劃。系統(tǒng)化設(shè)計法的優(yōu)勢在于，每一個設(shè)計都是相對獨(dú)立卻又保持著有機(jī)的聯(lián)系，這些個設(shè)計結(jié)合在一起，就構(gòu)成了完整的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計。

為使設(shè)計工作科學(xué)有效的進(jìn)行，在機(jī)械系統(tǒng)過程中，首先要把一機(jī)械系統(tǒng)分解為若干個子系統(tǒng)，各個子系統(tǒng)相對比較簡單，相互之間存在著聯(lián)系，各子系統(tǒng)還可再分解為更小的子系統(tǒng)，以此類推，直至可以滿足設(shè)計和分析的需要。系統(tǒng)分解時需要注意：首先要把握好分解數(shù)和層次。分解數(shù)太少和太多都不可以，太少則導(dǎo)致子系統(tǒng)仍很復(fù)雜，不利于進(jìn)行模型化和系統(tǒng)優(yōu)化，太多又會對總體系統(tǒng)的綜合造成難題。其次，分界面不能過于復(fù)雜，可以在要素間結(jié)合枝數(shù)（聯(lián)系數(shù)）較少和作用較弱的地方選擇分界面。此外，通常機(jī)械系統(tǒng)工作時，能量、物料和信息三者之間存在著轉(zhuǎn)換關(guān)系，從系統(tǒng)輸入到系統(tǒng)輸出的過程中，按一定的方向和途徑流動，不可以中斷或產(chǎn)生紊流，即便分解成各個子系統(tǒng)，它們的流動途徑仍應(yīng)暢通和明確，在設(shè)計過程中，必須保持能量流、物料流和信息流的合理流動途徑。最后，需要了解到，系統(tǒng)分解與功能分解的不同。系統(tǒng)分解時，它把具有比較密切結(jié)合關(guān)系的要素結(jié)合在一起，其結(jié)構(gòu)組成雖稍微簡單，但其功能往往還有多項，每個系統(tǒng)仍是一個系統(tǒng)。而功能分解時，是按功能體系進(jìn)行逐級分解，直至不能再分解的單元功能。

4 結(jié)束語

綜上所述，智能化的設(shè)計軟件、媒體、超媒體工具、虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計領(lǐng)域并展現(xiàn)出了優(yōu)勢。目前，智能化設(shè)計、異地協(xié)同設(shè)計、計算機(jī)輔助設(shè)計這些技術(shù)還處在起步的階段，還需要不斷的深入研究，擴(kuò)展領(lǐng)域知識，提高技術(shù)水平，從而讓機(jī)械設(shè)計得到更大的提升，以適應(yīng)快速增長的經(jīng)濟(jì)需求。

參考文獻(xiàn)

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