徐海寶 董海亮

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)、人文和社會的不斷進步，機械在人類進步的步伐中起著積極的作用。然而，機械系統(tǒng)所引入的新材料、新工藝、新方法越來越多，實現(xiàn)這些技術(shù)的具體方法也隨著增多，而現(xiàn)代機械設(shè)計方法便應(yīng)運而生?；诖?，下文對現(xiàn)代機械設(shè)計的特點進行了分析，并闡述了幾種機械設(shè)計方法，希望對相關(guān)人員提供幫助。

關(guān)鍵詞：機械設(shè)計；方法；特點

引言

由于生產(chǎn)力的快速發(fā)展，社會生活與生產(chǎn)的各個方面都獲得了巨大進步，各種新工藝和新方法逐步走進了機械設(shè)計的領(lǐng)域，而面對競爭日益激烈的市場環(huán)境，機械設(shè)計要想在時代的發(fā)展中立于不敗之地就需要注重方法的創(chuàng)新，從而才能適應(yīng)時代的不斷進步與發(fā)展，推動我國機械設(shè)計行業(yè)的長久發(fā)展。

1現(xiàn)代機械設(shè)計的概述

1.1現(xiàn)代機械設(shè)計的內(nèi)涵

在研究機械設(shè)計的過程中，相關(guān)人員可以將機械設(shè)計的過程分為三個階段，即體驗階段、設(shè)計方案階段及技術(shù)設(shè)計與工藝設(shè)計階段，而這三個階段之間既相互獨立又相互聯(lián)系。同時，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，人們逐漸認識到機械設(shè)計不應(yīng)該割裂開來，而是應(yīng)該統(tǒng)一起來，進行系統(tǒng)性的設(shè)計，以便實現(xiàn)體驗、設(shè)計和工藝三者之間的有效融合。因此，在這種理念的指導(dǎo)下，機械設(shè)計方法逐漸融合了其他多種方法與理念，并逐漸形成了現(xiàn)代化的機械設(shè)計方法，比如信息科學(xué)技術(shù)、系統(tǒng)科學(xué)和計算機技術(shù)等都成為了促進現(xiàn)代機械設(shè)計方法革新的重要因素，從而不僅保證了計算的精確性，還徹底顛覆了傳統(tǒng)設(shè)計方法的理念。

1.2現(xiàn)代機械設(shè)計的特點分析

現(xiàn)代機械的種類繁多，并且其結(jié)構(gòu)的形式也千差萬別。而機械系統(tǒng)在功能方面的劃分，可以將其分為傳動系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及執(zhí)行系統(tǒng)等，并且每一個系統(tǒng)又可以根據(jù)不同的需求細化為更小的子系統(tǒng)；在設(shè)計目標方面，現(xiàn)代機械設(shè)計的目標零件和機械設(shè)備更為復(fù)雜，所需的設(shè)計思路和設(shè)計方法也更為先進。同時，現(xiàn)代機械設(shè)計與傳統(tǒng)機械設(shè)計不同的是，現(xiàn)代機械設(shè)計在設(shè)計過程中不僅要對機械工作的原理、能量傳遞方式及運動方式等進行計算、構(gòu)思與分析，還要在進行設(shè)計的過程中運用仿生學(xué)、控制論、美學(xué)、價值工程等多種學(xué)科知識，并將這些看似與機械無關(guān)的科學(xué)知識，運用在機械設(shè)計中，從而使得機械在市場中獲得更好的競爭力。

2現(xiàn)代機械設(shè)計方法的分析

為了適應(yīng)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需求，我國大量的科研工作者也對機械設(shè)計理念進行了不斷地探討與研究，而這些新型的設(shè)計理念具有一定的實用性，并且能夠有效解決機械設(shè)計過程中存在的問題，從而推動機械行業(yè)的長久發(fā)展。下面是對現(xiàn)代機械設(shè)計方法的幾點介紹，詳見圖1。

2.1現(xiàn)代機械設(shè)計的優(yōu)化

現(xiàn)代機械設(shè)計的優(yōu)化是通過不同的方式進行優(yōu)化，也就是說在機械設(shè)計的過程中對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)即性能進行優(yōu)化設(shè)計，從而保證所設(shè)計出的機械產(chǎn)品不僅具有外在的品質(zhì)保證，還具有較高的質(zhì)量水平。而設(shè)計優(yōu)化一般可以分為兩種方式：一是人工智能實現(xiàn)的設(shè)計優(yōu)化。現(xiàn)代機械設(shè)計的過程主要包括任務(wù)的明確、設(shè)計方案、設(shè)計施工及設(shè)計技術(shù)等四個步驟，并且每一個環(huán)節(jié)都要對所建立的模型進行仔細分析，以便對設(shè)計的模型進行修改與合理評價。同時，人工智能優(yōu)化設(shè)計活動又包括兩種：第一，對設(shè)計數(shù)值的計算，其主要是大量的繪圖與計算分析；第二，對設(shè)計方案進行設(shè)計以及推理。其主要是方案的提出、方案的優(yōu)化以及設(shè)計結(jié)構(gòu)等方面；二是數(shù)學(xué)規(guī)劃實現(xiàn)的設(shè)計優(yōu)化。數(shù)學(xué)規(guī)劃法就是把數(shù)學(xué)規(guī)劃的理論作為基礎(chǔ)，并且這種算法不僅對理論依據(jù)有著較高的要求，還對設(shè)計流程的規(guī)格有著嚴格的標準要求，所以數(shù)學(xué)規(guī)劃法在計算的過程中要進行很多迭代，并且這種優(yōu)化方式的適用范圍比較小，只適用于目標明確、容易建立數(shù)學(xué)模型或者結(jié)構(gòu)不復(fù)雜的機械設(shè)計中。

2.2計算機輔助機械設(shè)計方法

計算機輔助機械設(shè)計方法是隨著計算機科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展而興起的一種機械設(shè)計方法，其是機械設(shè)計人員在畫圖、構(gòu)思和高速運算等方面利用計算機來協(xié)助工作的方法。在傳統(tǒng)的機械設(shè)計方法中，除了科學(xué)的設(shè)計理念，其設(shè)計步驟也是非常重要的，并且傳統(tǒng)的機械設(shè)計方法是利用圖紙或者手繪來進行設(shè)計方案的制作，不僅浪費了大量的勞動力，還可能因人工誤差而對機械設(shè)計產(chǎn)生極大影響，而計算機輔助方法出現(xiàn)后，設(shè)計人員可以利用計算機對產(chǎn)品進行有效設(shè)計，不僅減少了設(shè)計人員的勞動力量，還提高了設(shè)計質(zhì)量。此外，對于計算機輔助機械設(shè)計的過程主要分為四個步驟：第一，建立數(shù)學(xué)模型。一般的機械零件基本都有現(xiàn)成的數(shù)學(xué)模型，但對于沒有數(shù)學(xué)模型的首先要建立正確的數(shù)學(xué)模型；第二，根據(jù)手工計算的步驟對程序框圖進行設(shè)計；第三，根據(jù)程序框圖并利用高級語言來編制程序；第四，在程序編好后，相關(guān)人員要先仔細檢查源程序，然后將其輸入計算機進行試算，再對程序適用范圍的邊界、轉(zhuǎn)折點進行試算，從而保證其與手算結(jié)果完全吻合。

2.3系統(tǒng)化機械設(shè)計方法

從系統(tǒng)的角度分析，機械系統(tǒng)設(shè)計過程中，為了讓機械產(chǎn)品能夠創(chuàng)造更高的經(jīng)濟效益和社會效益，必須要在產(chǎn)品制造技術(shù)、性能及功能方面充分利用先進的技術(shù)，并讓產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生質(zhì)的飛躍，并且在對傳統(tǒng)機械設(shè)備改造的過程中，系統(tǒng)化設(shè)計的應(yīng)用成為了不可或缺的重要因素。同時，在系統(tǒng)化機械設(shè)計的過程中，為了使設(shè)計工作更加科學(xué)性、合理性，在對系統(tǒng)進行分解時要注意以下幾點：第一，分解數(shù)與層次應(yīng)適宜。如果分解數(shù)太少，那么子系統(tǒng)就會很復(fù)雜，從而不利于對機械產(chǎn)品的優(yōu)化工作，并且分解數(shù)和層次太多也會給總體系統(tǒng)的綜合造成一定的困擾；第二，對系統(tǒng)分解與功能分解之間的關(guān)系與不同進行熟練掌握。其中，在系統(tǒng)分解時，是將具有比較密切結(jié)合關(guān)系的系統(tǒng)結(jié)合在一起，其結(jié)構(gòu)組成較為簡單，而在功能分解時，是按照功能體系進行逐級分解；第三，避免過于復(fù)雜的分界面。相關(guān)人員要盡可能選擇在要素間結(jié)合枝數(shù)較少和作用較弱的地方；第四，保持能量流、物料流和信息流的合理流動途徑。通常機械系統(tǒng)工作時都存在著能量、物料和信息3種轉(zhuǎn)換，它們從系統(tǒng)輸入到系統(tǒng)輸出的過程中，是按一定的方向和途徑流動的，所以即使分解成各個子系統(tǒng)，它們的流動途徑仍應(yīng)明確和暢通。

結(jié)束語

綜上所述，現(xiàn)代機械設(shè)計方法是以設(shè)計方法學(xué)為基礎(chǔ)，利用計算機技術(shù)，不斷提高設(shè)計質(zhì)量、縮短設(shè)計周期，從而增強機械產(chǎn)品的競爭力。同時，現(xiàn)代機械設(shè)計的發(fā)展趨勢表現(xiàn)為智能化、綠色化及定量化，而隨著計算機技術(shù)、檢測技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)代機械設(shè)計的內(nèi)容得到了進一步的擴展，所設(shè)計出的產(chǎn)品也將會更加新穎和實用。

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