現代機械設計理論與方法最新進展

劉慧茹（焦作市技師學院，河南 焦作 454150）

現代機械設計理論與方法最新進展

劉慧茹
（焦作市技師學院，河南 焦作 454150）

隨著經濟全球化的不斷發展，現代機械制造企業的競爭其實就是在產品設計方面的競爭。加強現代機械制造企業的關鍵性因素就是對機械產品進行快速的開發，而產品的設計方案、設計理論以及使用技術則成為了一項至關重要的工作。本文簡單介紹了現代機械的設計理論，并對設計方法及最新進展進行了詳細的探討，希望能夠提供一定的借鑒。

現代機械制造；產品設計；理論；方法；進展

一、現代機械的設計理論

現代機械的設計理念指的是：以信息科學學科、計算機技術學科、思維科學學科以及系統工程學科等為支撐，對機械產品本身的設計技術、設計規律、設計方法以及設計工具進行研究的工程技術的科學。設計方法的基本特點如下所示：

（一）產品的智能化。在一些大型的較為復雜的機械產品設計中，必須遵循先分析、再分解、最后綜合的原則。在這一過程中，智能活動與創造性思維大量的體現。

（二）產品的經濟性。由于激烈的市場競爭、較多的用戶選擇，機械產品必須保證較高的經濟價值。

（三）產品的并行性。必須對后續的過程進行提前的考慮，實現面向裝配與制造的設計，對庫存、廢品的消耗進行最大限度的壓縮，保證產品的經濟性。

（四）產品的集成化。建立起人與機械一體化、機械與電子信息技術一體化、軟件與硬件一體化的模式，將現代技術、成果與機械產品的制造進行相互的融合，尤其是CAD技術的融合應用。

（五）產品的動態性。在現代的機械產品設計中，只考慮產品的靜態性來設計是遠遠不夠的，必須將產品在操作時的動態性考慮在內，例如外部環境與機械產品進行的能量流、物質流以及信息流的相互調換。

（六）產品的科學性。在現代的機械設計中，涉獵了大量的學科知識與學科成果，比如說智能科學、自動化技術、應用數學、現代信息學以及摩擦學等。

（七）產品的前瞻性。在對產品進行設計的前期，需要對產品的整個生命周期以及每個環節的設計要求進行充分的考慮，及時發現潛在缺陷，減少日后機械產品出現故障的幾率。

二、現代機械的設計方法

（一）國內的設計方法

1 計算機輔助設計。隨著計算機技術的飛速發展，用計算機對機械產品進行輔助設計的方法逐漸興起。設計人員可以利用計算機進行產品設計的構思、畫圖以及快速運算等工作。傳統的設計大都采用手繪圖紙對產品方案進行設計，而計算機輔助的設計則能對機械產品進行有效的設計，不僅節省了人力，還縮短了產品的設計時間，提高了產品的設計質量。

2 系統化設計。傳統的設計只是單一地追求產品的功能性，系統化設計則打破了這一方式，其使得整體的設計具備高智能化、高系統化以及高信息化的特性，能夠管理用戶的信息資料，禁止一些程序，還原丟失的數據資料，最大化地維護用戶系統的切身利益，保障整個系統的健康運行。對用戶系統進行維護的方式有很多，比如說：利用某種軟件管理硬盤中的重要信息；對備份資料進行有效的隱藏。

3 全局設計或局部設計。與之前相比，我國現代的機械設計方法更加的全面與實用，設計理念更加的科學合理，通過其能夠對整個設計過程進行全面準確的了解，從而進行系統性的監督與管理，使工作效率得到大幅度的提升。

（二）國外的設計方法

1 普適設計。此方法誕生于德國，對經驗的積累與總結是其精華之處?，F代的機械設計類型較多，需要系統的方法進行歸納與總結。普適設計理論擁有一套較為系統的設計方法，形成了設計策略-設計規則-設計方法-設計實施的體系。普適設計較為注重機械設計結構與功能的構建，其所有的能量輸入及能量輸出都建立在以往經驗的基礎上。因此，普適設計是一種以經驗為基礎的方法。

2 公理化設計。此方法誕生于美國，是一種以決策為基礎的設計方法。公理化設計是以系統理論為基石，采納普適設計中的經驗積累，加之本身的科學化決策，建立的以科學與法律為基礎的一種設計方法。同時，公理化設計也是一種傳統的設計方法，即使沒有經驗與系統知識，依舊可以被有效的利用。一些機械產品的設計理論十分復雜，倘若只是根據普通的設計方法，無法設計出較為理想的機械產品。然而，采用公理化設計則能優化任何復雜的設計，實現理想的設計效果。

3 三次設計法。日本學者提出了此方法，其高質量的設計在國際上是公認的，主要包含了三個環節，分別為系統、參數以及容差的設計，參數與容差設計是三次設計方法的核心思想，具體如下：（1）系統設計。整個產品設計的核心為系統設計，其是最為基礎的環節，是整個產品設計的始發環節。（2）參數設計。指的是優化組合機械產品的功能，使得系統中的參數組合達到最佳的狀態，盡可能地減小產品的負面影響。（3）容差設計。是對機械產品設計的檢驗，對所有參數波動的范圍進行確認，將機械制作成本降到最低。

三、現代機械設計的進展趨勢

隨著科學技術的不斷進步與發展，現代機械的設計朝著大眾理想的方向發展，以滿足機械市場的需求。

（一）綠色化。綠色化設計能夠充分高效地利用能源與資源，將產品制造時的環境屬性放在設計的第一位，保證機械產品質量高、功能全、安全性高、經濟價值高的特點，使得人們既能很好地使用機械產品，又能享受生活。因此，綠色化設計將成為機械設計的未來發展趨勢。

（二）智能化。通過把CAD技術與人工智能相互結合，加之計算機的輔助，再建立相應的模型對機械產品設計過程中的各種情況進行描述，能夠推動智能化設計的發展，提升機械產品的技術含量。

（三）網絡化。在現今社會中，網絡成為人們交流的平臺，任何事物都可以在網絡中進行交流探討。因此，網絡化設計也將成為機械設計的未來發展趨勢。

（四）全球化。在全球的發展進程中，機械設計扮演著十分重要的角色。因此，全球化發展也將成為機械設計的必然發展趨勢。

結語

隨著社會的進步、科技的發展，我國的機械設計將逐漸的系統化、綠色化、智能化、網絡化以及全球化，以期設計出質量更高、實用價值更好、功能更加齊全、結構更加合理、使用更加綠色的機械產品。

[1]張勁.現代機械設計的理論與方法及研究進展[J].林區教學，2010（12）.

TH122

A21世紀，機械制造企業的競爭逐漸朝著動態化、國際化以及多元化的方向發展，挑戰與機遇并存。社會的逐漸進步對機械產品提出了更高的要求，體現在產品的質量、性能、結構、造型以及特色等方面。此外，鑒于有限的環境資源，機械制造企業必須生產出可持續、更節能的產品來滿足市場的需求，而機械制造企業的競爭其實就是在產品設計方面的競爭。因此，必須對機械設計的方法進行不斷的創新。