淺談現代機械設計方法

摘要：與傳統機械設計只單純的注重實現產品預期功能不同，現代機械設計正朝著系統化、信息化、柔性化、智能化方向發展。本文在傳統機械的基礎上，對現在機械設計的特點、現代計算機輔助設計方法進行了詳細的介紹。

關鍵詞：傳統機械設計；預期功能；智能化；計算機輔助

0 引言

隨著社會經濟的發展，中國的科學取得了長足的進步，現代機械也發生了飛躍性的發展。現代機械在繼承了傳統設計的原則、步驟、造型設計標注、類比設計等基礎上，將迅速發展的計算機技術、電子學技術、測試分析等多種技術融入到機械設計中，同時在機械系統中引入新材料、新工藝，實現了同一種技術功能所具有的載體功能和技術手段的多樣性。現代社會對機械系統提出了更高的要求，為了使產品能夠立足于市場，機械系統不僅需要能夠在實現預期功能的基礎上，還需要設計的機械系統滿足物美價廉、操作方便、安全性能高、污染小等特點。因此現代機械系統對機械設計這提出了更高的要求，只有通曉機電、液壓技術、計算機技術等才能夠設計出性價比高的優良現代機械系統。

1 現代機械設計的特點

機械設計是實現某一種功能，同時綜合制造產品的經濟性、制造可能性等，從而構思的一種具有創新性機械產品過程。與傳統機械設計相比，現代機械設計有著其自身獨有的特點，為了使得設計的產品具有更大的市場競爭力，現代機械在設計時不僅僅需要對系統的機械工作原理、運動形式、力量的傳遞方式、零部件結構尺寸、外部阻力、摩擦力、各零部件間的耦合方式等等進行考慮，還需要綜合融入多門新的科學知識，比如計算機學、機械電子、控制理論、仿生學、美術學等等，是一種融入多門科學知識的綜合性設計過程。隨著社會的發展以及科技的進步，現代機械的種類越來越多，機械系統的結構復雜度也是逐年的增加。但是從系統功能角度上來說，機械系統可以分為動力系統、執行系統、控制系統、動力傳輸系統等等，如果再進行細分，每個系統在原系統的基礎上仍可進行劃分。

2 計算機輔助機械設計方法

計算機輔助技術簡稱CAD技術，它屬于計算機技術，是電子信息技術的重要組成部分之一。作為當代機械設計過程中最具靈活的技術手段之一，CAD技術這一新興的學科顛覆了傳統手工設計效率低下的方式，充分利用計算機所具有的運算快、記憶力強、邏輯判斷高、計算精度高、繪圖能力強等特殊功能，并結合設計人員的經驗、智慧以及創造力來計產品，極大的降低了產品的開發周期，提高了產品設計精度，減輕了設計人員的勞動強度，提高了產品的設計質量，使得設計人員的創造性以及個人能力得到延伸。

CAD系統由硬件系統和軟件系統兩部分組成，硬件系統是支撐計算機輔助系統的物質基礎，而軟件系統決定了CAD系統所具有的功能，它是系統的核心技術，軟件系統和硬件系統聯合在一起共同組成了計算機輔助系統。從軟件的功能上來劃分的話，系統軟件可以分為系統軟件、支撐軟件和應用軟件三部分。其中，系統軟件主要包括操作系統、數據通信系統等，它是整個軟件的核心內層，能夠自動管理和控制計算機資源；支撐軟件亦成為開發軟件，它能夠幫助設計人員更高效率的開發其他應用軟件；應用軟件是在系統軟件和支撐軟件的基礎上，設計人員進行自行編制用于解決實際問題的程序。

利用計算機輔助技術進行機械設計的步驟主要包含以下幾部分，首先就是建立數學模型，在cad系統中常規的機械零部件都具有自己的數學模型，如果設計的模型在系統中不存在，則需要重新建立正確的數學模型；其次是設計程序流程圖，根據機械系統的工作原理對零部件的控制步驟進行設計；后根據程序流程圖的工作步驟，利用計算機語言進行程序的編制；最后在相關開發軟件系統下進行程序的調試，并檢查程序是否能夠正確運行，如果不能，則需要發現錯誤并進行程序修改。

3 系統化機械設計方法

伴隨著科技的迅速發展，人們對產品的功能需求也是日益的增多，產品的設計復雜性也隨之增加。現代產品具有壽命周期短，更新速度快等特點，利用傳統的機械設計手段來設計現代機械產品則顯得有點力不從心，傳統機械設計手段已跟不上現代產品發展的步伐。基于傳統機械設計的缺點，現代機械在繼承前者的基礎上發展而來。現代機械設計突破傳統只注重實現產品預期功能的需求，并結合現代先進的計算機等其他綜合技術，使得現代機械設計向信息化、系統話、柔性化和智能化方向發展。由于現代機械產品設計融入了多種綜合性技術，當代的設計技術使得原有的機械產品機構發生重大變化，將機械產品性能、功能及其制造技術提高到了一個嶄新的水平，帶來了巨大的經濟效益和社會效益。機械產品的系統化設計和多種控制技術的運用是未來機械行業發展的趨勢。

目前，計算機輔助技術已經在產品的設計繪圖、加工制造、生產規劃等環節得到了廣泛而深入的研究，并且也取得了一定的成果。但是其在產品開發初期設計環節上運用的相對較少，遠遠不能夠滿足現代設計需求，而系統化設計能夠解決該問題。系統化設計能夠將任務實現由具體到抽象的層次劃分，并能夠擬出實現該方案的目標方法，由淺入深、由抽象到具體的將各層次緊密的聯系在一起，最終是產品設計規劃化、系統化，易于實現計算機輔助技術在整個機械產品的設計。在系統化設計中，將產品的設計系統看作由多個設計要素組成，并且每個設計要素具有一定的獨立性，各個要素具有層次性，每個要素之間存在著一定的聯系，當所有的要素設計完成后，將他們有機的整合在一起即實現所需的機械系統。為了更加

科學合理化的進行機械系統設計，在系統化設計過程中，常常將一個機械系統分解為許許多多比較簡單的系統，從而使得機械設計變得更加的簡單、方便。有時候，為了需要，可能將劃分后的系統進行劃分為更加簡單的更小子系統，直至能夠進行適宜的設計和分析。

但是在系統設計時需要注意以下問題：

（1） 系統分解數和層次數應適宜。如果分解的子系統數目太少，則子系統復雜度稍高，不便于產品的模型化，同時也給設計工作增加難度；如果分解數和層次數過多，則容易造成系統臃腫，給最終的系統整合帶來難度。

（2）避免過分的復雜面。在系統設計時，盡量選擇要素間聯系數較少和作用較弱的地方。

（3）使得系統中能量流、信息流、物料流的合理的流動。在機械系統中，一般包含能量流、信息流、物料流，并且該三部分間可實現相互轉換。他們在系統的輸入到系統的輸出工作過程中，按一定的方向和途徑不間斷的流動著。即使在劃分的各個子系統中，他們的流動途徑也是不變的。

（4）系統分解與功能分解的不同。在系統分解中，存在子系統分解和功能分解，這兩者間的分解是不相同的。雖然系統被分解為各個子系統，但是每個子系統仍是一個單獨的系統，子系統雖然相對簡單，但是可能具有多項功能，并且每個子系統間仍是具有緊密聯系的。功能分解不一樣，系統按照功能逐一分解，直至不能夠再次分解系統功能。

4 結束語

伴隨著網絡技術的發展以及異地的協同設計制造，使得產品的功能需求、設計、加工、裝配并行工程具有一定的可行性。但是產品設計方案的三維可視化是實現這一目標的前提條件，因此，近些年來，智能化軟件設計、三維圖形設計、虛擬技術等等越來越多的被應用到現代產品的設計中。目前，機械產品的設計正朝著智能化設計、計算機輔助實現以及能夠滿足異地系統設計的方向發展，并且隨著人們對產品功能性越來越高的要求，人工智能理論、系統工程理論、計算機軟硬件工程等多技術融合技術也是未來機械產品設計的發展方向。

參考文獻

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