淺談現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

姚家明　李寧　張磊

摘 要：本文介紹了現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的理念、形式及方法。通過現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)各方面的

對(duì)比，闡述了現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

現(xiàn)代設(shè)計(jì)是以產(chǎn)品為總目標(biāo)的一系列種類繁多的現(xiàn)代設(shè)計(jì)法和技術(shù)的綜合運(yùn)用，現(xiàn)代設(shè)計(jì)將傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的經(jīng)驗(yàn)、類比法提高到邏輯的、理性的、系統(tǒng)的新設(shè)計(jì)方法，是在靜態(tài)分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行動(dòng)態(tài)多變量的最優(yōu)化。

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)比較，有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1.系統(tǒng)性：

現(xiàn)代設(shè)計(jì)把設(shè)計(jì)對(duì)象看作一個(gè)系統(tǒng)，同時(shí)考慮系統(tǒng)與外界的聯(lián)系，用系統(tǒng)工程概念進(jìn)行分析和綜合，通過功能分析、系統(tǒng)綜合等方法，力求系統(tǒng)整體最優(yōu)，使人機(jī)之間功能相互協(xié)調(diào)。

2.創(chuàng)造性：

現(xiàn)代設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)創(chuàng)造能力開發(fā)和充分發(fā)揮人的創(chuàng)造性；重視原理方案的設(shè)計(jì)、開發(fā)和創(chuàng)新產(chǎn)品。只有創(chuàng)新才能有所發(fā)明。但是，今天的科學(xué)技術(shù)已經(jīng)高度發(fā)展，創(chuàng)新往往是在已有技術(shù)基礎(chǔ)上的綜合。有的新產(chǎn)品是根據(jù)別人的研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果而設(shè)計(jì)，有的事博采眾長，加以巧妙的組合。

3.綜合性：

現(xiàn)代設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)過程中，綜合考慮、分析市場需求、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、使用、銷售各方面的因素；綜合運(yùn)用優(yōu)化是系統(tǒng)工程、可靠性理論、價(jià)值工程、技術(shù)等學(xué)科的知識(shí)，探索多種解決設(shè)計(jì)問題的科學(xué)途徑。

4.程式性：

現(xiàn)代設(shè)計(jì)研究的一般進(jìn)程，包括一般設(shè)計(jì)戰(zhàn)略和用于設(shè)計(jì)各個(gè)具體部分的戰(zhàn)術(shù)方法。要求設(shè)計(jì)者從產(chǎn)品規(guī)劃、方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì)到實(shí)驗(yàn)、試制，按步驟有計(jì)劃的進(jìn)行設(shè)計(jì)。

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法的主要內(nèi)容：

由于計(jì)算機(jī)具有運(yùn)算速度快、數(shù)據(jù)處理準(zhǔn)確、存儲(chǔ)量大和具有邏輯判斷功能等特點(diǎn)，因此，它已經(jīng)成為現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)分析、計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、圖形處理等工作中不可替代的重要工具。這種人機(jī)交互的設(shè)計(jì)方式就是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD（computer Aided Design）。

產(chǎn)品的生產(chǎn)分設(shè)計(jì)與制造兩大部分，設(shè)計(jì)過程中除了需求分析及可行性研究這兩個(gè)環(huán)節(jié)很難用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)外，其余從概念設(shè)計(jì)到涉及結(jié)果都可用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，從而構(gòu)成了CAD過程。制造過程是指從工藝過程設(shè)計(jì)開始，經(jīng)產(chǎn)品裝配直到進(jìn)入市場為止。在這個(gè)過程中，工藝設(shè)計(jì)以及采用數(shù)控機(jī)場時(shí)的加工編程等，從工藝過程設(shè)計(jì)到裝配的一系列環(huán)節(jié)同樣也可以用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，由此構(gòu)成了廣義的CAM過程。在CAM過程中主要包括兩個(gè)軟件，一類叫計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì)（CAPP：Computer Aider Proess Planning），另一類叫數(shù)據(jù)編程（NCP：NC Programming）。這兩個(gè)過程的計(jì)算機(jī)化促進(jìn)了設(shè)計(jì)與制造自動(dòng)化的程度。自動(dòng)化程度的進(jìn)一步提高是有賴于這兩個(gè)過程的進(jìn)一步集成，并由此奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

必須指出，CAD不是完全的設(shè)計(jì)自動(dòng)化，實(shí)踐證明完全的設(shè)計(jì)自動(dòng)化是非常困難的，為此曾經(jīng)走過彎路。CAD是將人的主導(dǎo)性和與創(chuàng)造性放在首要地位，同時(shí)充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的長處，使二者有機(jī)地結(jié)合起來，因此人機(jī)信息交流及交互工作方式是CAD系統(tǒng)最顯著的特點(diǎn)。

CAD的軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件三個(gè)層次。系統(tǒng)軟件與硬件和操作系統(tǒng)密切相關(guān)，用于對(duì)系統(tǒng)資源的管理，對(duì)輸入和輸出設(shè)備的控制等。支撐軟件是系統(tǒng)軟件基礎(chǔ)上開發(fā)的滿足用戶共同需要的通用軟件或工具軟件，目前市場上所見到的各種商業(yè)化的CAD軟件大多屬于支撐軟件。支撐軟件。支撐軟件主要用來實(shí)現(xiàn)集合建模、繪圖、工程設(shè)計(jì)的計(jì)算和分析等功能。

集成化CAD/CAM軟件支持在二維和三維圖形方式下進(jìn)行產(chǎn)品及零件的定義。如AutoCAD等。但今年來隨著實(shí)體造型技術(shù)的日趨完善，不少CAD系統(tǒng)轉(zhuǎn)向采用實(shí)體造型技術(shù)來定義產(chǎn)品的集合模型，進(jìn)行分析、數(shù)控加工、輸出工程圖等。目前較為成熟的CAD/CAM集成系統(tǒng)包括：UG，CATIA，DUCT，CADDS-5等。

計(jì)算機(jī)和分析軟件主要用于解決工程設(shè)計(jì)中的各種數(shù)值和分析。包括：①數(shù)學(xué)計(jì)算軟件，如MATLAB、MATHCAD等。②有限元分析軟件，如I—Deads，SAP—5，ADINA，ANSYS等。目前有限元分析的理論和方法已日趨成熟，這些軟件還包括了較強(qiáng)的前、后處理功能。③優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件，如IBM公司的ODL、我國的OPB—2等。

在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)常需要查閱一些手冊(cè)和文獻(xiàn)資料，以獲得有關(guān)的計(jì)算公式和大量數(shù)據(jù)，在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法中，主要靠設(shè)計(jì)人員手工查取，十分繁瑣和費(fèi)時(shí)。監(jiān)獄計(jì)算機(jī)具有大量存儲(chǔ)與迅速檢索功能，可以快速、精確無遺漏地處理各種大小數(shù)據(jù)文件，在現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法中，通常將設(shè)計(jì)所需計(jì)算公式、計(jì)算方法和過程及大量數(shù)據(jù)、表格或線圖以程序、文件盒數(shù)據(jù)庫等方式預(yù)先存入計(jì)算機(jī)的外存和內(nèi)存中，以便設(shè)計(jì)時(shí)由計(jì)算機(jī)按照設(shè)計(jì)的需要自動(dòng)檢索，依靠計(jì)算機(jī)完成大量繁瑣的事務(wù)性工作，使設(shè)計(jì)師有更多的時(shí)間精力從事創(chuàng)造性設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫靖民；現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法[M]；哈爾濱哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社；2003.