現代設計和傳統機械設計的比較

李才運

摘要：隨著現代科學技術的發展，現代機械產品設計更加強調創造性，在注重整體功能的基礎上以現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，滿足了產品對經濟性、適應性和可靠性統一的要求。與傳統設計相比，現代機械設計在功能、結構和產品的設計要求方面都有明顯的優勢。

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的工作過程。傳統的機械設計也稱常規設計，是一種以強度和低壓控制為中心的安全系數設計、經驗設計、類比設計和機電分離設計。隨著現代科學技術的發展，現代機械產品設計更加強調創造性，在注重整體功能的基礎上以現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，滿足了產品對經濟性、適應性和可靠性統一的要求。與傳統設計相比，現代機械設計在功能、結構和產品的設計要求方面都有明顯的優勢。

一、現代設計方法和傳統設計方法比較

1、傳統的設計方法。傳統設計方法以直覺設計、經驗設計、靜態設計為基礎，所使用的設計方法有理論設計和經驗設計兩種。（1)根據長期總結出來的設計理論和實驗數據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，若安全系數選擇過大，則產品可能超大。若安全系數過小，又很難保證產品的安全性。（2)經驗設計指根據某類零件已有的設計方法與經驗關系式，或者按照設計者個人的工作經驗用類比方法進行的設計。隨著設計產品的技術含量不斷提高，技術系統變得越來越復雜，產品更新的速度也在逐漸加快，經驗類比的設計方法已遠遠不能滿足市場的需求。

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

現代設計將傳統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，并根據產品的可靠性指標要求，用概率統計的方法得出零部件和元器件的主要結構參數和尺寸。根據概率論的觀點，安全系數必須和對應的可靠性聯系起來才有意義。如：按傳統設計法，安全系數大于1的零件是不應該失效的，而實際應用中，安全系數很大的零件也有可能發生失效。按傳統的設計方法，對絕大多數零件(如齒數、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，往往因為經驗性和盲目性，很難達到最優化結果。現代優化設計跳出了傳統的設計思維，在符合一系列條件的前提下，求出滿足最優效果的設計參數解。

此外，傳統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驗和智慧，將計算機的高速運算功能和人的創造力結合起來，加速了設計進程。

二、現代機械設計與傳統設計特點比較

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

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

2、傳統設計注重機械本身預定功能的實現，現代機械設計要求把對象置身于大系統中，并對系統作出設計，將預定的功能在人—機—環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，現代設計還考慮到機械從原料圖區、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境的關系，以減少對自然環境的傷害并保證生態平衡。

3、現代機械設計強化了傳統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代機械設計中的應用，強化了設計者強度設計的能力，現代設計的準則也因此拓寬到產品設計的更多領域?，F代消費者對產品的需求從實用需求上升到物質與精神享受并重的層次，對現代機械設計提出了藝術和美學方面的要求。

4、傳統設計歷時長、耗費大，現代機械設計周期短，耗費低。傳統機械設計一般先根據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?，F代設計根據各種給定的條件，運用優化設計的原理和方法，借助計算機求取最佳設計參數和設計方案。在現代設計中，優化意識還延伸到產品的總體方案論證，產品結構和工藝設計各個方面，并產生了遺傳算法、模糊算法等許多新的理論方法。

5、傳統設計受思維進度的約束，現代機械設計利用計算機改變了這一缺陷。在傳統的設計中，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，通過計算機網絡同時獲得后續過程相關信息，使設計者有可能及時修改方案，尋求一個全面、綜合的優化方案。

三、小結

現代機械與傳統設計相比，在功能、結構和產品的設計要求方面都有明顯的優勢，改變并完善了傳統機械設計的缺陷。它將許多學科和領域融合，并將這些技術在現實機械中實現了完美的結合。但現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，才能實現現代機械的完美設計。

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