機械設計技術的現狀與發展趨勢

任浪浪

摘 要：隨著科學技術的進一步發展，機械設計技術也得到了迅速發展。在新常態經濟發展形勢下，我國機械設計技術正面向動態化、智能化、創新化方向發展。文章圍繞我國機械設計技術的具體應用現狀，并探索其未來發展趨勢，以促進我國機械設計技術的進一步發展。

關鍵詞：機械設計技術；現狀；發展趨勢分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.233

0 引言

機械設計技術在我國機械制造業領域使用得比較普遍，其是機械制造工程的重要組成部分，與機械產品的質量性能、研究周期、技術經濟效益、社會環境效益以及生態效益等息息相關。隨著經濟社會的進一步向前推進，我國機械制造業的工作原理、結構、力和能量傳遞方式、零件材料、形狀尺寸以及運動方式等都發生了本質變化。在新的時代發展形勢下，現代電子計算機技術、網絡技術以及現代管理技術等都賦予了機械設計技術新理論和新方法。我國的機械設計技術無論是在直覺設計、靜態設計還是在經驗設計等方面都得到了極大發展。

1 我國機械設計技術具體應用現狀分析

我國的機械設計技術應用包括理論設計、經驗設計以及常規實驗設計在內的常規設計技術和包含優化設計、有限元設計以及可靠性設計在內的現代設計技術。兩種不同類別的機械設計技術具有不同的特征，適合用于不同的實際設計環節。在進行機械設計工作時，相關人員需要根據實際情況選擇適合的設計技術，以實現機械設計技術的完美化、最優化發展要求。

1.1 我國機械設計技術中的常規設計技術應用現狀分析

理論設計、經驗設計以及模型實驗設計是學習、應用、發展現代設計技術的基礎，其與設計的安全性、技術含量以及費用緊密相關。通常情況下，理論設計是在總結前人工作成就、失誤以及實驗數據的基礎上形成的，相關的機械研究工作者對這些前輩的設計情況進行規范化、系統化分析整理之后，形成了理論性較強，能夠被學習、傳承的理論設計技術。比如，在對簡單受拉桿件的強度進行設計時，其工作流程主要有以下三步。首先利用相關的機械原理和機械設計公式對桿件的橫截面積進行分析、計算并求解。然后采用其他的機械設計方法對所計算出來的桿件橫截面積進行檢驗、驗證，以最大限度保證桿件橫截面積計算的準確性。最后利用強度計算公式對相應的計算驗證數值進行再次的審核校對。理論設計技術遵循的是恒定公式計算、校對核查法則，與靈活多變的現實情況不完全吻合。在機械設計過程中，很難對機械的安全系數進行合理把控，使得所設計制造出的機械產品安全性能低。

經驗設計技術是根據書本知識學到的間接經驗或者是工作設計人員以往積累起來的直接經驗，而從事的當前機械設計工作。經驗設計技術主要是針對變化小、結構穩定、形狀不變的諸如機架、箱體等特征明顯的零部件設計。隨著當前社會的迅速發展、機械設計產品日趨復雜，市場對機械產品的技術含量要求不斷提升，經驗設計技術逐步被淘汰出現代機械設計領域。模型實驗設計也是針對零部件而言，對于結構復雜、尺寸大的重型整體機械零件通常采用此技術。模型實驗技術手段能夠將大部件進行小尺寸樣機模擬，然后根據小尺寸樣機的具體情況進行調整修改，以促進重型整體機械零件的不斷優化、升級，進而達到市場要求。模擬實驗設計技術耗費的時間成本、經濟成本都較高，然而憑借當前的機械制造設計水平，還沒有成型的替代技術。因此，模擬實驗設計技術通常用于特別重大的機械設計中。

1.2 我國機械設計技術中的現代設計技術應用現狀分析

優化設計、有限元設計是現代機械設計中的最主要的設計技術。優化設計的學科理論基礎是高等數學中的線性規劃理論，所憑借的技術支撐是計算機數值程序設計。在最優化思想的指導下，現代機械設計技術日趨完美。在機械設計過程中，通過運用數學優化思維和現代計算機技術對所有的機械設計方案進行優化分析，進而選擇能夠解決各種復雜問題和指標最優的優化方案進行機械設計，能夠從最大程度上實現機械設計的完美追求。機械設計理論、工程設計實際問題、機械設計規范要求、現代計算機技術、機械設計標準、數學規劃要求、以及機械設計方法都是運用優化設計技術必要考慮的關鍵點，只有這樣，才能設計制造出最優化的機械產品。

有限元設計實質上是一種數值計算方法，被廣泛應用與現代工程設計分析中，計算機技術的迅猛發展進一步深化了有限元設計技術在機械設計領域的應用。結構離散法、有限節點銜接以及協調條件求解是有限元設計技術的基本思想。在有限元設計技術中，其節點數量是固定不變的，在利用此技術進行相關的機械設計時，只有根據真實情況改變單元的數目，進而調整設計的精確度，并促使其無限接近機械產品的實際解。有限元設計技術包含了工程力學、工程數學以及高等數學等相關學科知識，能夠用于解決復雜結構的靜態分析、非線性問題求解、復雜結構動力分析以及非穩態問題求解。

2 我國機械設計技術的未來發展趨勢分析

在吸取傳統機械設計精華理念，結合現代化技術的基礎上，我國的機械制造業逐步邁入數字化、并行化、智能化發展軌道。具體而言，隨著數字化、大數據時代的到來，當前機械設計技術的顯著特點是數字化技術的應用。數字化技術是彰顯機械設計生命力的主要載體，無論是在進行設計的建模工作還是設計的模擬工作時，都需要運用到數字化技術，以實現機械設計對設計技術和設計方案的完美追求。此外，為了節省時間成本，提升整個機械設計工作的效率，強化對設計工作的管理，促進資源的合理配置，在機械設計過程中，也會運用到數字化技術。比如現代計算機輔助設計技術和數字化管理技術等，以檢查、分析并管理整個設計過程。

并行化是隨著計算機技術的普及而出現的，隨著大數據時代的到來，各種信息資源共享平臺應運而生，各種數據庫資源也日益完備。社會的眾多行業都能打破地理空間、時間的限制，讓不同地區的人員在同一數據平臺進行相應的工作。隨著計算機技術在機械制造領域的深入發展，傳統的受時空限制的機械設計技術逐漸被淘汰，涉及知識范圍廣、科技含量高、與現代社會技術發展同步的現代機械設計技術能夠有效彌補傳統設計技術的不足。邁入并行化發展軌道的機械設計技術在計算機綜合平臺的支撐下，能夠集思廣益，進行機械制造行業內部的信息共建共享，促進機械制造領域各部分之間的優勢互補，并能夠從最大限度上節省時間成本，達到最完美的機械設計效果。

智能化是當前機械設計的另一發展趨勢，各種智能技術、自動化技術的應用促進了機械設計系統的智能化發展。在機械設計過程中，為了有效提升機械的工作效率，減輕工作人員的工作壓力和工作量，大規模的擁有獨立計算和智能邏輯推理功能的智能化機械設計系統已經被用于了設計師的工作過程中。并且，智能化亦是整個社會發展的大方向，機械設計技術的智能化發展符合社會發展潮流，與時代發展銜接緊密。

采用可靠性設計技術，增強機械設計的可靠度。可靠性設計技術使用的主要對象是機械工程的零部件設計，迄今為止，可靠性設計技術發展時間還比較短，應用領域相對狹窄，還是一門比較新穎的機械設計技術。在機械設計過程中，對于那些對工作時間、工作條件以及所要達到的機械功能要求比較嚴格的機械零部件，通常需要采用可靠性設計技術進行設計。對機械設計材料強度、零部件材料應力、材料尺寸以及機械產品的疲勞壽命等設計變量進行可靠性把控，是可靠性設計技術的主要特征。通常采用的設計技術分析方法是概率中的隨機變量分析法，通過概率計算、統計分析后確定零部件使用的最終材料尺寸和變量的結構參數，以確保零部件設計的可靠性要求。

此外，我國機械設計技術在未來的發展中，還需要提升設計產品質量，轉變市場競爭優勢，優化競爭策略。并在環保意識、綠色發展理念的指引下提升機械產品性能，促進機械設計技術的生態化、可持續性發展。在后續的機械設計發展過程中，還需要引進現代管理手段，提升經營管理發展理念，提升機械設計技術的可靠性能和發展水平。

3 結束語

機械設計技術與我國機械制造業在國際競爭中處于的位置緊密相關。在社會主義現代化建設中，為了有效提升我國機械產品的國際競爭力，提升我國的綜合國力，需要對機械設計技術進行改革，發揮其在現代企業設計中的應有作用。

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