機械設計方法研究

劉正賓

（秦皇島博碩光電設備股份有限公司，河北 秦皇島 066000）

機械設計方法研究

劉正賓

（秦皇島博碩光電設備股份有限公司，河北 秦皇島 066000）

機械設計方法作為一門基礎性工作，有著不可替代的重要作用。隨著經濟的發展，機械設計方法更應該不斷創新，協調各生產要素，為生產力發展打下堅實基礎。

機械設計；方法；智能化

1 機械設計方法之特征

何謂機械設計方法？機械設計方法即根據機械設備的工作目的，結合工作原理、機械結構、運轉方式、配件材料的形狀、尺寸等進行整體設計和計算，并將其描述為具體的步驟，以作為機械制造依據的過程的方式方法。工程師通過機械設計形成圖紙，工人們再通過具體的制造、組裝、調試而完成機械產品。機械設計的兩類設計方法分別是專業的設計方法和通用的設計方法，具有如下特征：

（1）機械設計方法具有鮮明的時代性。機械設計活動不僅是工程師的個人思想體現，更是時代的產物。在微觀意義上，機械設計方法是一個創造性個體的才能表達；在宏觀意義上，機械設計方法是一個公司、行業乃至全社會生產力發展程度的體現。所有的機械設計活動都具有鮮明的時代特征。比如我們從遠古時代的青銅劍上就能夠看出當時的冶金水平；我們從司母戊鼎上就能夠看出當時的鍛造技術。機械設計方法受到當時、當地的氣候條件、物質條件、生活條件、技術條件等諸多要素綜合影響。所以，機械設計方法具有鮮明的時代烙印，是一個時代鮮活的工業生態標本。

（2）機械設計方法蘊含豐富的知識性。傳統的機械設計方法，單純依靠空間想像，利用工程師的空間想象力，來完成機械設計。這樣的原始、傳統機械設計方法已經不能夠滿足當代飛速發展的市場要求和訊息萬變的技術革新。一個好的機械設計方法，不僅要將理論與實際相結合，更要具備豐富的知識內涵。各種高科技手段、高精尖技術、實用新方法、前沿理論，綜合加以運用方能形成一個成功的機械設計方法。一些出色的機械設計方法有：發明問題解決理論TR IZ、QFD設計法、三次設計法和普適設計理論與方法等。這些機械設計方法理論蘊含了豐富的知識，在實際的生產實踐中都取得了斐然的成績。

（3）機械設計方法體現強烈的創造性。機械設計方法在本質上是一種創新性的設計活動方法。我們機械設計行業同樣也要重視創新。這里所說的創新并不是天馬行空的無邊想像；而是依據現有的技術生產條件與工程師的創造性思維，結合出來的產物。我們既要在合理的框架內進行創造性活動，又要打破限制不拘泥于教條。新的機械設計方法提出的是可行而合理的方法，它就可以改變機械產品的結構和性能，從而提高生產效率，提升產品質量，降低管理成本，縮短生產周期，減少對環境的不良影響。

2 機械設計方法之現狀

（1）機械設計方法廣義化。當前機械設計方法的范疇己經不僅僅局限于對機械產品的研發進行設計，而是將機械設計方法幾乎無限擴大到機械產品的整個生命周期中來。工程師們在機械設計方法中需要同時考慮機械產品的前期制造、后期維修、運行成本、設備包裝、設備運輸、廢物回收、產品質量等諸多因素。因此，機械設計方法的內涵和外延都在擴展，機械設計方法的意義趨于廣義化。

（2）機械設計方法與多學科重疊。在機械設計方法中，越來越多地需要不同學科之間的交叉與融合。在機械設計中不僅僅要應用傳統的基礎機械、加工基礎知識，還不可或缺材料學、化學、信息學、圖形學等其他學科的知識。機械設計方法是集試驗設計技術、可靠性設計技術、計算機輔助設計技術、現代設計方法學等多領域、多門類之研究大成。這就要求機械設計的工程師們不僅要引進來，還要走出去，積極廣泛涉獵各學科的最新科研成果。如是，方滿足較高的機械設計質量要求。

（3）機械設計過程智能化。當前，智能化普遍運用在社會生產的各個領域。機械設計方法的進化，已然悄無聲息地展開。智能化對機械設計方法的要求更高、更嚴。研發人員只有在短時間內研制出高質量的產品，才能在市場競爭中立于不敗之地。在此背景下，機械設計方法的智能化道路迫在眉睫。與此同時，利用的ADAMS的Plate、Cylinder等基本幾何體建立各式平臺等智能機械設計方法正在被廣泛使用。機械設計方法的智能化，包含了研發智能化、設計智能化、生產智能化、管理智能化、運行智能化。機械設計方法智能化可以有效的節約資金，提高效率，已經被越來越多的工程師們所采用。

3 機械設計方法之展望

（1）機械設計方法逐步網絡化。網絡化機械設計方法是基于產品描述的網絡化平臺，建立基于大數據的網絡化產品模型，并在機械產品研發全程采用，以期減少或避免使用實物模型的一種機械設計方法。網絡化機械設計方法實際上是CAD、CAE或CAX機械設計方法進一步擴展，涵蓋了機械設計方法的最新成果。虛擬機械設計方法也可歸結為是一種網絡化設計，因為其亦借助于網絡化模型進行機械設計。應用網絡化機械設計方法可以在機械產品未被制造出之前，提前對相應的零部件進行檢查、裝配、模擬、仿真、整機運行以及進行有限元計算等操作。網絡化機械設計方法可以有效降低機械產品研發成本、縮短機械產品研發周期、節約機械產品的原料、提高機械產品的設計質量。因此，發展網絡化機械設計方法有著重要的意義。目前，在網絡化機械設計方法方面研究成果突出、運用純熟的還是美國、德國、日本等發達國家，其應用在波音737客機、BMW汽車7系、尖端智能武器等產品的研發之中，并已取得了顯著的效果。

（2）機械設計方法環境友好化。隨著五大發展理念的提出，機械設計方法也隨之確立了綠色設計的理念。環境友好化的機械設計方法正成為機械設計行業的主流路線。環境友好化機械設計方法，在前期，關乎到能否順利進行環境評價并開展；在中期，關乎到機械運行的效率和成本，能源和動力；在后期，關乎到機械能否被社會認可和環保部門所允許長時間的持續運行下去。環境友好化的機械設計方法更重要的意義在于，可以減少企業的研發投資風險，提高機械產品的市場競爭力。機械設計方法的環境友好化，也體現了設計師和企業的社會責任感，有利于樹立積極、正面、負責的企業形象，從而提高產品的品牌知名度和良好的市場口碑。

（3）機械設計方法復合一體化。機械產品設計不僅涉及到機械相關知識，還要求工程師們對材料學、信息學、電子學、液壓學、光學等學科進行掌握，一體化機械設計方法因此應運而生。一體化機械設計方法包括機電機械設計方法一體化、材料結構和環境機械設計方法一體化等。復合一體化機械設計方法以經驗總結為基礎，基于長期機械設計實踐和理論計算，形成經驗、圖表、公式、設計圖紙等為依據，運用公式、近似系數或同類比較等方法，融合了創新設計、綠色設計、功能設計、動態設計、強度設計、可靠性設計、摩擦學設計、優化設計、智能設計、虛擬設計、網絡化設計等多方面、多角度的綜合性設計方法，復合成為機械設計一體化方法。

4 結語

經濟的發展使機械設計方法產生了巨大的變革。工程師們更應該集各學科之所長，利用計算機網絡技術，大數據原理，提高機械設計方法質量，縮短機械設計方法周期，降低研發費用，節約研發資金，保持環境友好，保證一次設計成功率，進而設計出受市場歡迎的機械產品。

TH122

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1671-0711（2016）10（上）-0125-02