淺談現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理念

王曉楓，尚國(guó)棟

（合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院，安徽 合肥230009）

現(xiàn)如今，隨著全球化趨勢(shì)的發(fā)展，信息傳播在計(jì)算機(jī)技術(shù)的幫助下，以更高速的傳輸方式，更大的傳輸量，更廣泛的受眾面深刻地影響著人類(lèi)生活。現(xiàn)代設(shè)計(jì)概念中豐富的信息，在全球化浪潮的作用下充斥著人類(lèi)的物質(zhì)生活和精神生活。這種趨勢(shì)正在迅速地向各個(gè)行業(yè)蔓延，其中就包括機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)。當(dāng)前制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)實(shí)際上就是設(shè)計(jì)的競(jìng)爭(zhēng)，目前進(jìn)行現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論方法的研究比以往任何時(shí)期都更加顯得十分重要。

1 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理念形成經(jīng)歷

17世紀(jì)前的“直覺(jué)設(shè)計(jì)階段”和17世紀(jì)后的“經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段”，我們也稱它為傳統(tǒng)設(shè)計(jì)階段。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)，主要依據(jù)于公式、經(jīng)驗(yàn)、圖表、手冊(cè)等方法來(lái)進(jìn)行靜態(tài)分析、近似計(jì)算、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)等半經(jīng)驗(yàn)半理論的設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)過(guò)程中只考慮產(chǎn)品本身，面對(duì)包括產(chǎn)品整個(gè)生命周期的質(zhì)量、成本、服務(wù)等方面考慮不足，往往供選的方案少，設(shè)計(jì)不合理，計(jì)算誤差大造成浪費(fèi)。這種設(shè)計(jì)方法的缺點(diǎn)是：設(shè)計(jì)水平低、成功率低、花費(fèi)大、信息饋周期長(zhǎng)。其以經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，運(yùn)用設(shè)計(jì)手冊(cè)、數(shù)學(xué)和力學(xué)公式進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于其先天存在缺陷導(dǎo)致其無(wú)法滿足產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和功能的多樣化要求繼而慢慢退出機(jī)械設(shè)計(jì)的歷史舞臺(tái)。

當(dāng)今的現(xiàn)代設(shè)計(jì)階段。近幾十年來(lái)，科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，設(shè)計(jì)工作所需的理論基礎(chǔ)和手段有了很大的進(jìn)步。特別是電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用。其計(jì)算速度不斷加快，存儲(chǔ)能力不斷加強(qiáng)、工程軟件水平不斷提高。數(shù)據(jù)庫(kù)的完備和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)，對(duì)設(shè)計(jì)工作產(chǎn)生了革命性的影響，為設(shè)計(jì)工作提供了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)自動(dòng)化和精密計(jì)算的條件。

隨著城市和社會(huì)的發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，人類(lèi)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品提出了越來(lái)越高的要求，這就使得機(jī)械設(shè)計(jì)的理論和方法不斷向前推進(jìn)?？茖W(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，也為現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的理論和方法提供了手段。而設(shè)計(jì)理論和方法的進(jìn)步往往會(huì)帶動(dòng)產(chǎn)品的革新，從而形成良性循環(huán)。

總之，不同階段的設(shè)計(jì)方法各有特點(diǎn)：傳統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的是靜態(tài)的、經(jīng)驗(yàn)的、手工式的方法，而現(xiàn)代設(shè)計(jì)采用的是動(dòng)態(tài)的、科學(xué)的計(jì)算化的方法。

2 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理念概述

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)是面向市場(chǎng)、面向用戶的設(shè)計(jì)。熟悉市場(chǎng)，了解客戶需求是設(shè)計(jì)成敗的首要環(huán)節(jié)。用戶滿意的標(biāo)準(zhǔn)常常受到多重因素的左右，歸根到底還是性價(jià)比的問(wèn)題。在爭(zhēng)取用戶滿意的競(jìng)爭(zhēng)中現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)要求對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全壽命周期設(shè)計(jì)。這就是說(shuō)在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行、維護(hù)、報(bào)廢每一個(gè)階段中用戶的要求。

因此，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理念的最主要特點(diǎn)即以滿足客戶需求為原則。掌握機(jī)械設(shè)計(jì)理論的程度將直接反應(yīng)機(jī)械設(shè)計(jì)的水平?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論與方法是相對(duì)于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理論方法而言的。

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中應(yīng)用CAD/CAE,優(yōu)化設(shè)計(jì)，動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)等技術(shù)方法廣泛應(yīng)用試驗(yàn)和計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法使新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期大大縮短。產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度得到了提高，降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，增強(qiáng)了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。據(jù)目前國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)所使用的方法，現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法可以概括為四類(lèi)：

（1）系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法

系統(tǒng)化設(shè)計(jì)的主要特征方法是：將設(shè)計(jì)的幾個(gè)設(shè)計(jì)元素組成的一個(gè)系統(tǒng)，每一個(gè)設(shè)計(jì)擁有獨(dú)立的設(shè)計(jì)元素，各元素之間存在有機(jī)的聯(lián)系，并具有層次性。這樣的話，所有的設(shè)計(jì)要素進(jìn)行組合后，可以達(dá)到設(shè)計(jì)系統(tǒng)所需的任務(wù)。

（2）結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)方法

通過(guò)結(jié)構(gòu)模塊的組合，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)的方法被稱為結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)方法。其具體的應(yīng)用適用于特定種類(lèi)的機(jī)械產(chǎn)品。由于其組成部分的功能較為明確且相對(duì)穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)模塊的劃分比較容易。結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)方法通過(guò)結(jié)構(gòu)模塊的組合，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)的方法被稱為結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)方法。其具體的應(yīng)用適用于特定種類(lèi)的機(jī)械產(chǎn)品。由于其組成部分的功能較為明確且相對(duì)穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)模塊的劃分比較容易。

（3）智能化設(shè)計(jì)方法

借助于三維圖形軟件、智能化設(shè)計(jì)軟件和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，根據(jù)設(shè)計(jì)方法學(xué)理論，以及多媒體、超媒體工具進(jìn)行產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，表達(dá)產(chǎn)品的構(gòu)思、描述產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)是智能化設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)。

（4）基于產(chǎn)品特征知識(shí)的設(shè)計(jì)方法

用計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的語(yǔ)言描述產(chǎn)品的特征是基于產(chǎn)品特征知識(shí)設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)。其特點(diǎn)還有可以表述其設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)，并建立相應(yīng)的知識(shí)庫(kù)及推理機(jī)。計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)可以利用已存儲(chǔ)的領(lǐng)域知識(shí)和建立的推理機(jī)制進(jìn)行相關(guān)應(yīng)用。

3 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理念對(duì)機(jī)械行業(yè)的貢獻(xiàn)

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理念為當(dāng)今機(jī)械行業(yè)的各個(gè)分支行業(yè)提供了一個(gè)提出問(wèn)題、分析問(wèn)題并且解決問(wèn)題的途徑。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)化的新理念將機(jī)械設(shè)計(jì)這一原本單一的設(shè)計(jì)思路拓展為一種立體的、綜合的、新的設(shè)計(jì)思想，從而幫助我們更好、更快、更全方位的設(shè)計(jì)出符合社會(huì)需要的機(jī)械產(chǎn)品。這樣一種新的思想能夠帶領(lǐng)我們這些機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)者在機(jī)械設(shè)計(jì)的舞臺(tái)上邁上更高的一個(gè)層次，從而帶動(dòng)整個(gè)機(jī)械行業(yè)走向更光輝的明天。

4 機(jī)械設(shè)計(jì)理論與方法的發(fā)展趨勢(shì)

隨著經(jīng)濟(jì)全球化以及知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的到來(lái)，使得未來(lái)的機(jī)械設(shè)計(jì)呈現(xiàn)不同于以往的發(fā)展趨勢(shì)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）敏捷化

隨著市場(chǎng)需求的日益多元化，機(jī)械設(shè)計(jì)必須要盡可能的符合市場(chǎng)的需求，而市場(chǎng)需求總是處于相對(duì)的動(dòng)態(tài)變化中，所以這就要求機(jī)械設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)敏捷化這樣才能夠保證設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品能夠符合市場(chǎng)的需求。

（2）虛擬化

虛擬技術(shù)、計(jì)算機(jī)通訊技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被稱為21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)巾的三大核心技術(shù)，是信息技術(shù)最重要的組成部分。熟練地掌握這三大技術(shù)就有可能率先進(jìn)入信息社會(huì)。虛擬技術(shù)作為2l世紀(jì)的三大核心技術(shù)之首，其已不僅是一種技術(shù)，而是一個(gè)有著影響人類(lèi)社會(huì)發(fā)展和改變?nèi)祟?lèi)生活的領(lǐng)域。虛擬技術(shù)包括虛擬加工、虛擬測(cè)試、虛擬控制，利用聲、光、電、機(jī)、計(jì)算機(jī)等綜合交叉技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，還可實(shí)現(xiàn)各種類(lèi)型、各種場(chǎng)合的虛擬式環(huán)境模擬。虛擬技術(shù)的出現(xiàn)幾乎可以肯定地說(shuō)它將大大改變?nèi)祟?lèi)現(xiàn)有的思維模式、工作模式和生活模式。

（3）綠色化

當(dāng)今人類(lèi)社會(huì)面臨的三大主要問(wèn)題是環(huán)境、資源、人口問(wèn)題。環(huán)境惡化的程度與日劇增，對(duì)人類(lèi)社會(huì)的生存與發(fā)展造成了嚴(yán)重威脅。而資源問(wèn)題不僅涉及人類(lèi)世界有限的資源如何利用，更是產(chǎn)生環(huán)境問(wèn)題的主要根源。于是，近年來(lái)一個(gè)新的概念已經(jīng)提出：如何最有效地利用資源和最低限度地利用廢棄物。綠色制造是一個(gè)綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造模式,包括很多的方面，貫穿于一個(gè)機(jī)械產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到最終的報(bào)廢整個(gè)生命周期中，保證整個(gè)生命周期對(duì)于環(huán)境的影響降低到最低。

5 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理念是前輩們?cè)跈C(jī)械設(shè)計(jì)的研究中不斷的努力、不斷試驗(yàn)、不斷總結(jié)而探索出來(lái)的。它對(duì)于我們國(guó)家機(jī)械行業(yè)的發(fā)展具有非常重要的作用，特別是針對(duì)于我國(guó)這種機(jī)械大國(guó)，其是我們走向機(jī)械強(qiáng)國(guó)的一條必經(jīng)之路。同時(shí)，也是我們逆轉(zhuǎn)機(jī)械行業(yè)貿(mào)易逆差的好途徑。只要把這條路走好了，我國(guó)的機(jī)械設(shè)計(jì)水平就能趕超世界上的機(jī)械設(shè)計(jì)強(qiáng)國(guó)。

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