現(xiàn)代設計和傳統(tǒng)機械設計的比較

李才運

摘要：隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，現(xiàn)代機械產(chǎn)品設計更加強調創(chuàng)造性，在注重整體功能的基礎上以現(xiàn)代化的設計方法和計算機技術作為工具，提高了設計的質量、效率和精度，滿足了產(chǎn)品對經(jīng)濟性、適應性和可靠性統(tǒng)一的要求。與傳統(tǒng)設計相比，現(xiàn)代機械設計在功能、結構和產(chǎn)品的設計要求方面都有明顯的優(yōu)勢。

中圖分類號：TP39文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791 （2010)04(a)-0000-00

機械設計是根據(jù)使用要求對機械的工作原理、結構、運動方式、潤滑方法等進行構思、分析和計算并將這些轉化為具體的描述以人為制造依據(jù)的工作過程。傳統(tǒng)的機械設計也稱常規(guī)設計，是一種以強度和低壓控制為中心的安全系數(shù)設計、經(jīng)驗設計、類比設計和機電分離設計。隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，現(xiàn)代機械產(chǎn)品設計更加強調創(chuàng)造性，在注重整體功能的基礎上以現(xiàn)代化的設計方法和計算機技術作為工具，提高了設計的質量、效率和精度，滿足了產(chǎn)品對經(jīng)濟性、適應性和可靠性統(tǒng)一的要求。與傳統(tǒng)設計相比，現(xiàn)代機械設計在功能、結構和產(chǎn)品的設計要求方面都有明顯的優(yōu)勢。

一、現(xiàn)代設計方法和傳統(tǒng)設計方法比較

1、傳統(tǒng)的設計方法。傳統(tǒng)設計方法以直覺設計、經(jīng)驗設計、靜態(tài)設計為基礎，所使用的設計方法有理論設計和經(jīng)驗設計兩種。（1)根據(jù)長期總結出來的設計理論和實驗數(shù)據(jù)所進行的設計稱為理論設計。實際情況往往復雜多變，理論設計對問題的考慮不夠全面，若安全系數(shù)選擇過大，則產(chǎn)品可能超大。若安全系數(shù)過小，又很難保證產(chǎn)品的安全性。（2)經(jīng)驗設計指根據(jù)某類零件已有的設計方法與經(jīng)驗關系式，或者按照設計者個人的工作經(jīng)驗用類比方法進行的設計。隨著設計產(chǎn)品的技術含量不斷提高，技術系統(tǒng)變得越來越復雜，產(chǎn)品更新的速度也在逐漸加快，經(jīng)驗類比的設計方法已遠遠不能滿足市場的需求。

2、現(xiàn)代機械設計方法。現(xiàn)代設計方法是以思維科學、設計理論系統(tǒng)工程為基礎，以計算機作為工具的各種技術和程序的總和。與傳統(tǒng)設計方法比較，傳統(tǒng)設計是靜態(tài)系統(tǒng)、以經(jīng)驗作為方法，純手工手段的；現(xiàn)代設計是動態(tài)系統(tǒng)，以科學為方法，用計算機手段。在設計方法上，與傳統(tǒng)機械設計相比現(xiàn)代設計在機械零件的設計上更可靠、更優(yōu)化。

現(xiàn)代設計將傳統(tǒng)設計方法中涉及到的設計變量如材料強度、尺寸、應力等，當成服從某種分布的隨機變量，并根據(jù)產(chǎn)品的可靠性指標要求，用概率統(tǒng)計的方法得出零部件和元器件的主要結構參數(shù)和尺寸。根據(jù)概率論的觀點，安全系數(shù)必須和對應的可靠性聯(lián)系起來才有意義。如：按傳統(tǒng)設計法，安全系數(shù)大于1的零件是不應該失效的，而實際應用中，安全系數(shù)很大的零件也有可能發(fā)生失效。按傳統(tǒng)的設計方法，對絕大多數(shù)零件(如齒數(shù)、輪齒寬、螺旋角等)的設計結果雖然在剛度、強度兩方面滿足了設計要求，往往因為經(jīng)驗性和盲目性，很難達到最優(yōu)化結果。現(xiàn)代優(yōu)化設計跳出了傳統(tǒng)的設計思維，在符合一系列條件的前提下，求出滿足最優(yōu)效果的設計參數(shù)解。

此外，傳統(tǒng)設計往往需要人工資料檢索、手工計算和繪圖，需要耗費較多的時間和人力，設計質量受到影響。計算機輔助集合人的經(jīng)驗和智慧，將計算機的高速運算功能和人的創(chuàng)造力結合起來，加速了設計進程。

二、現(xiàn)代機械設計與傳統(tǒng)設計特點比較

現(xiàn)代科學技術的發(fā)展與計算機的廣泛應用，使現(xiàn)代機械設計形成了自己的理論方法和體系，匯集了多個專業(yè)和領域的知識，成為一門交叉學科。與傳統(tǒng)的機械設計相比，現(xiàn)代機械設計具有很多明顯的優(yōu)點。

1、傳統(tǒng)機械設計思維比較被動，現(xiàn)代機械設計具有較強的主動性。傳統(tǒng)設計依靠靈感和經(jīng)驗，思維往往比較被動。而隨著現(xiàn)代技術的迅速發(fā)展和市場競爭的日益激烈，人們必須不斷的提出新的、大膽的開發(fā)目標和設想，并運用現(xiàn)有的最新科學技術創(chuàng)造出全新的產(chǎn)品。傳統(tǒng)依靠經(jīng)驗的設計已經(jīng)不能適應這一需求。現(xiàn)代設計在進行研究創(chuàng)造設計思維本身的規(guī)律時，運用靈感、方案、優(yōu)化設計產(chǎn)生的內在邏輯，并由此產(chǎn)生了創(chuàng)造學、價值工程、設計方法學等理論。

2、傳統(tǒng)設計注重機械本身預定功能的實現(xiàn)，現(xiàn)代機械設計要求把對象置身于大系統(tǒng)中，并對系統(tǒng)作出設計，將預定的功能在人—機—環(huán)境之間進行合理分配。充分考慮到人的生理和心理因素，力求在人際之間做出最佳設計。此外，現(xiàn)代設計還考慮到機械從原料圖區(qū)、加工裝配、投入使用至報廢回收等全部生命周期中各個階段與環(huán)境的關系，以減少對自然環(huán)境的傷害并保證生態(tài)平衡。

3、現(xiàn)代機械設計強化了傳統(tǒng)機械設計對強度準則的要求。有限單元法和斷裂力學等領域的研究成果在現(xiàn)代機械設計中的應用，強化了設計者強度設計的能力，現(xiàn)代設計的準則也因此拓寬到產(chǎn)品設計的更多領域。現(xiàn)代消費者對產(chǎn)品的需求從實用需求上升到物質與精神享受并重的層次，對現(xiàn)代機械設計提出了藝術和美學方面的要求。

4、傳統(tǒng)設計歷時長、耗費大，現(xiàn)代機械設計周期短，耗費低。傳統(tǒng)機械設計一般先根據(jù)目標和任務做出第一個方案并造出樣機，然后對樣機評定、考核，進行修改，形成第二套方案，如此反復，到滿意為止，設計過程周期長、耗費高。現(xiàn)代設計根據(jù)各種給定的條件，運用優(yōu)化設計的原理和方法，借助計算機求取最佳設計參數(shù)和設計方案。在現(xiàn)代設計中，優(yōu)化意識還延伸到產(chǎn)品的總體方案論證，產(chǎn)品結構和工藝設計各個方面，并產(chǎn)生了遺傳算法、模糊算法等許多新的理論方法。

5、傳統(tǒng)設計受思維進度的約束，現(xiàn)代機械設計利用計算機改變了這一缺陷。在傳統(tǒng)的設計中，從概念設計、技術設計到編制工藝、計算工時成本，有許多部門用串行工作方法參與，需要一個漫長的過程，而現(xiàn)代的并行設計技術，使人們在作出一個方案的設計時，通過計算機網(wǎng)絡同時獲得后續(xù)過程相關信息，使設計者有可能及時修改方案，尋求一個全面、綜合的優(yōu)化方案。

三、小結

現(xiàn)代機械與傳統(tǒng)設計相比，在功能、結構和產(chǎn)品的設計要求方面都有明顯的優(yōu)勢，改變并完善了傳統(tǒng)機械設計的缺陷。它將許多學科和領域融合，并將這些技術在現(xiàn)實機械中實現(xiàn)了完美的結合。但現(xiàn)代機械設計不僅僅個人行為，在設計群體中，所有成員都應掌握現(xiàn)代機械設計的有關知識，做到相互了解和配合，并建立全局觀念，才能實現(xiàn)現(xiàn)代機械的完美設計。

參考文獻：

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