現代機械設計方法及其發展探討

【摘 要】所謂機械設計，是指根據使用要求對機械的工作原理、結構、運動方式、力和能量的傳遞方式以及各個零件的材料和形狀尺寸、潤滑方法等進行構思，分析和計算并將其轉化為具體的描述，以作為制造依據的工作過程。

【關鍵詞】機械設計方法；發展；

1 現代機械設計的特點

現代機械種類很多，結構也越來越復雜。但從實現系統功能的角度來看，它主要包括動力系統、傳動系統、執行系統、操縱及控制系統等，每個系統又可根據需要繼續分解為更小的子系統?，F代機械設計有其鮮明的特點，不但要求設計對機械的工作原理、結構、運動方式、力和能量的傳遞方式、物流技術、各零部件的材料、形狀、尺寸、潤滑方法等進行構思、分析、計算，而且還需融通多門科學知識，如創造性工程、美學、仿生學、控制論、機械電子學、價值工程等，使設計出的產品在市場中具有競爭力。

2 現代機械設計方法

2.1 計算機輔助設計

利用計算機運算速度快、存儲量大、運算準確、邏輯判斷功能強等優點，通過人機交互進行信息的處理，完成設計工作。主要有以下特點：

2.1.1 由于可以存儲大量的設計信息和設計經驗?？梢詭椭狈υO計經驗的新手順利完成工作。

2.1.2 計算機輔助設計與計算機輔助制造（CAM）、計算機自動化管理結合起來形成計算機集成制造系統，進行產品設計、市場預測、生產計劃、制造和銷售等一系列工作。以企業的最高效益為目標，綜合對人力、物力和時間各種資源進行最有效的利用。

2.1.3 可以大大提高設計的效率，加快產品的更新速度，縮短設計周期，增強市場競爭力。

2.1.4 設計人員不僅能在很短時間里給出多種設計方案，分析比較后獲得最佳設計方案，還可以從繁重的重復性工作中得到解脫，有更多的時間和精力進行創造性工作。

2.2 機械設計中的綠色產品設計技術

現代機械設計中的綠色產品設計技術是指在設計機械產品時要符合低耗能、高效益、環境保護等要求。綠色產品設計技術主要包括以下幾個方面：第一，針對能源利用的機械設計技術。產品設計是減少能源消耗最重要最關鍵的環節，這要求在現代機械設計當中以最小的能源消耗來達到最大的能源利用率，同時符合對環境影響最小的環保要求。產品的結構布局、加工工藝以及重復使用性和材料選擇等都是在產品功能和各項基本要素確定之后，在設計階段就考慮好的。第二，針對環境設計的機械設計技術。主要是指在整個產品的生命周期內，考慮的重點和關鍵是產品是否可以回收、是否可以重復利用、是否可以維護，以及是否有利于使用者的身體健康和安全性等方面的屬性。第三，針對材料設計的機械設計技術。在這方面，設計的訴求點在材料身上，即要充分發揮材料的利用價值，并且以最小的材料消耗達到最大的利用率。

2.3 模糊設計

模糊設計是將模糊數學知識應用到機械設計中的一種設計方法。隨著科技的深入發展，需要設計的機構越來越大、也越來越復雜，設計中涉及的變量越來越多且變量間的關系也越來越復雜，這些變量中存在大量的模糊現象，許多情況下并不能精確描述所設計的產品。在設計中除了識別“非此即彼”的精確現象，還要能識別“亦此亦彼”的模糊現象，這就要求采用模糊數學的方法來解決這些問題。模糊數學的研究領域非常廣泛，其包括模糊變換、模糊綜合評判、模糊模式識別、模糊決策、模糊拓撲、模糊專家系統等綜合理論。在機械設計中，一般將模糊技術與其它設計方法相結合，對機構進行研究。如利用模糊綜合評判進行機械制造、機械設計參數、傳動方案等的優化選擇；將模糊技術與可靠性設計、優化設計相結合，形成了模糊可靠性設計、模糊優化設計、模糊可靠性優化設計等方法。隨著人們對模糊現象的進一步深化認識，對模糊現象定量處理方法的逐漸掌握，模糊技術必將得到進一步的發展與完善，并廣泛用于工程設計中去。

2.4 基于產品特征知識的設計方法

基于產品特征知識設計方法的主要特點是：用計算機能夠識別的語言描述產品的特征及其設計領域專家的知識和經驗，建立相應的知識庫及推理機，再利用已存儲的領域知識和建立的推理機制實現計算機輔助產品的方案設計。機械系統的方案設計主要是依據產品所具有的特征，以及設計領域專家的知識和經驗進行推量和決策，完成機構的型、數綜合。欲實現這一階段的計算機輔助設計，必須研究知識的自動獲取、表達、集成、協調、管理和使用。

需要強調的是，機械設計技術是基于上述技術有機融合的一種綜合性技術，而不是機械技術以及其他新技術的簡單組合、拼湊?，F代機械設計制造出的產品，不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的延伸。

3 我國機械設計的發展方向

3.1 遠程機械設計。我國未來的機械設計要把遠程機械設計作為重點發展方向，遠程機械設計目前在我國正處于初步發展階段，它是一個多學科、多技術的研究領域，涉及許多機械工程和計算機方面的知識領域。，因此要大力研究網絡環境下設計資源獲取及調用，這樣設計人員在設計過程中遇到問題，就能通過網絡及時的進行分析計算或查詢數庫，很快的解決問題，進行下一步工作，相對來說降低了成本，節約了時間，有效地提高了工作的效率。

3.2 自動化發展趨勢。機械制造技術的自動化發展是必然趨勢，科技發展推動了自動化的普及，自動化的發展表現在制造技術中系統技術、集成技術、人機一體化制造等各個系統中，自動化給機械制造技術的快速發展奠定了良好的基礎。

3.3 人性化設計。機械控制技術的電子化代表了當今技術的發展趨勢，采用微機控制技術，達到發動機的最佳功率匹配，減少發動機的燃油消耗，并自動診斷機器狀態，使機器使始終能保持良好狀態，因此控制和操縱的人性化能大大提高作業的安全眭和舒適性。

3.4 系統性設計。從系統觀點入手，把機械產品看作一個總系統或整體，依賴計算機技術，實現人、機、環境相互協調。在具體實施上，是把總系統分解為若干個子系統，采用各種現代設計理論和方法，追求系統優化為目標協調各子系統的設計和匹配。

3.5 隨機和動態性設計。任何機械產品都是在隨機動態下完成其功能的。傳統設計是在不得已條件下用靜態分析設計，即使考慮隨機動態，也只是憑經驗選取系數進行修正，故不能反映實際工況條件下機械產品運行的行為。而現代設計要考慮載荷譜、材料強度譜，零部件的損傷譜條件下來設計，運用有限元法，可靠性設計法，數學規劃法等，達到定量、動態、可靠的設計，以達到滿足性能要求、實現最大性能優化，節約能源的目的。

3.6 虛擬化設計。虛擬技術、計算機通訊技術與網絡技術是信息技術最重要的組成部分，它們被稱21世紀科學技術巾的三大核心技術。虛擬技術作為2l世紀的三大核心技術之首，足以見它在廣義上已不僅是一種技術，而是一個有著影響人類社會發展、改變人類生活的具有深層含義的領域。虛擬技術包括虛擬加工、虛擬測試、虛擬控制，利用聲、光、電、機、計算機等綜合交叉技術的有機結合。虛擬技術的出現幾乎可以肯定地說它將大大改變人類現有的思維模式、工作模式和生活模式。

綜上所述，機械設計是一個創造性的工作過程，是多門技術學科相互滲透、相互結合的產物，同時也是一個盡可能多地利用已有的成功經驗不斷創新的過程。因此，只有很好的把繼承與創新結合起來，才能更好地設計出多功能、高質量、高可靠性和低能耗的機器，最終滿足生產需要。

參考文獻

[1]陳靜.機械設計技術的發展現狀與趨勢[J].中國石油和化工標準與質量.2011（1）

[2]黃利民.淺論遠程機械設計發展趨勢[J].科技資訊.2009（8）