對于現代機械設計方法的分析

呂鴻鈞

摘 要：機械設計作為機械產品研發制造的關鍵環節，既決定著產品的性能，還關系著產品質量是否達標，因此，對其研究具有一定的現實意義。

關鍵詞：機械設計；計算機；三維體系；機械構造

中圖分類號：TH122 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.11.120

1 現代機械設計方法概述

近幾十年來，出現了新的現代機械設計方法，比如創造性、系統性、優化性、綜合性、CAD等設計方法，與傳統的、靜態的、手工的機械設計方法相比，現代機械設計方法是動態的、科學的、系統的，且可設計出產品參數。

2 現代機械設計方法的發展

隨著計算機行業發展的日新月異和現代機械設計方法的不斷改革，由傳統的以經驗為主的設計理念轉變成了以系統設計方法為主。

3 現代機械設計方法的特點

現代機械設計方法特點鮮明，設計時不僅要對機械的工作原理、構造、運作方式、力和能量的轉換方式、物流技術，以及各零部件的材料、形狀、大小和潤滑方法等進行思考、核對、研究，還要結合創造性工程、仿生學、控制論和機械電子學等眾多學科知識進行產品設計，從而使設計出的機械產品在市場中具有競爭力。

現代機械設計方法以傳統設計方法為基礎，經過改進和發展，使現代機械設計方法更加科學、合理。現代機械設計的綜合性非常強，且設計的知識領域廣泛，將控制技術、機械技術和科技信息技術等理論相結合，并實現了對整個機械系統的優化設置。現代機械設計屬于三維體系，包括時間維、邏輯維和方法維。其中，時間維主要體現在對產品策劃、產品設計方案等其他設計流程的步驟上；邏輯維是指解決問題的邏輯順序；方法維是指對設計過程中的思維和方法的具體體現，從而使現代機械設計實現更高效、更優質的目標。

4 現代機械設計方法分析

近年來，隨著科學技術的快速發展，尤其是計算機行業的突飛猛進和普遍應用，為現代機械設計的理論研究、數據計算和物理模擬等創造了捷徑和有利條件。同時，生產技術的需要和先進設計理念的出現，大大推動了機械設計行業的改進和發展，這對現代機械設計而言是一場革命，使人們認識到了傳統機械設計的不足之處，開始注重使用科學動態的機械設計方法替代經驗的、手工的設計方法，從而促進現代機械設計更新換代。

4.1 可靠性設計方法

可靠性設計方法指在機械設計中不僅要引用數理統計理論和概念論概率論，還要運用可靠度指標進行機械設計。傳統的安全系數設計方法檢驗是否安全的標準是零部件強度設計是否達標，但隨著機械不斷向高溫、高速和大負荷的趨勢發展，機械構造越來越復雜，所處的使用環境也越來越陳舊，難以保證所設計的零件具有安全性。而現代機械設計方法中的可靠性設計方法認為載荷、材料性能、強度和零件的尺寸都屬于某種概論分布的統計值，并運用概率統計理論和強度分析理論，求出在設定條件下零件不會受損的概率計算公式，分析在設定的可靠度范圍內零件的尺寸或該尺寸下零件的安全系數。

可靠性設計主要包括可靠性理論依據和可靠性設計工程兩部分內容。可靠性理論基礎即可靠性數學和物理；可靠性設計工程指可靠性設計、試驗、制造、運行、修理和監管等方面。目前，可靠性預測是人們集中研究的方向，也就是在設計過程中計算失效率數據、預測零件或系統的可靠度、在設定的情況下和限定時間內達到規定功能的概率。可靠性分配屬于另一個研究方向，是將系統容許范圍內的失效概率合理地安排給該系統的各個零部件。在系統可靠性分配中應用最優化方法，即可靠性優化設計。

4.2 動態性設計方法

所有機械產品的制造過程都是在隨機動態情況下完成的，但由于傳統的機械設計方法存在很多不足之處，限制條件較多，所有傳統的機械設計的分析設計都只能在靜態狀況下完成，即使想從動態情況入手分析，也只能依據以往的數據做一些簡單的數據修改，無法真實、準確地反映產品的具體運行情況，與現代機械設計方法存在很大的差距，現代機械設計方法以載荷譜和零件損傷的條件為依據指導設計，大大提高了設計的成功概率。

4.3 優化設計方法

優化設計方法依據最優化理論法，結合各種因素，根據人機配合的方法或自動搜查的方式，使用計算機進行半自動或全自動設計，是一種在現有工程情況下找出最優設計方案的現代機械設計方法。優化設計包括將設計中的具體問題抽象化成最優化的數學模型，并應用最優化數值的方法通過迭代來遙近數學模型的解。機械零件優化設計的步驟為：建立目標函數、確定設計變量、設定限制條件、運用科學的最優化方法和通過計算機計算數學模型。

4.4 全局性設計方法

我國現代化機械設計方法理念與傳統的機械設計方法相比更加全面，且實用性、功能性更高。現代化機械設計理念越來越科學、合理，通過這種先進的現代機械設計方法能更加全面地掌控整個機械設計的開展，可系統、全面地對整個機械設計的流程進行監測或督查，從而提高工作效率。

4.5 并行設計方法

并行設計方法是一種對產品及其制作過程（包括制造過程和運行過程）進行并行和集成設計的系統化操作模式，也是一種集成、并行地進行產品的設計、制造和運行的系統方法。并行設計方法的理念是機械產品的設計研發者在產品研發的最初階段，即研究和設計階段，根據并行的設計方法全面考慮產品整個使用周期內的所有環節，包括設計規劃、研發、安裝、調試運行、銷售、物流、運用、維修、后期保養和最后回收處理等步驟，從而在提高產品質量的同時，降低產品的成本，以減少資源消耗。

5 結束語

現代機械設計方法對推動我國機械產業的發展起著非常重要的作用，尤其是在我國目前經濟可持續發展的趨勢下，科學先進的機械設計有助于幫助我國大踏步跨入機械強國的行列，也可以縮小我國機械產業貿易與歐美國家的差距，同時，借鑒其他國家先進的設計理念，使我國的機械設計水平趕超歐美其他機械設計強國。

參考文獻

[1]秦偉豐，蔣映東.淺談現代機械設計與要求[J].山西機械，2012（12）：100-120.

〔編輯：張思楠〕