淺談現代機械設計方法

徐海寶 董海亮

摘 要：隨著科學技術、人文和社會的不斷進步，機械在人類進步的步伐中起著積極的作用。然而，機械系統所引入的新材料、新工藝、新方法越來越多，實現這些技術的具體方法也隨著增多，而現代機械設計方法便應運而生?；诖?，下文對現代機械設計的特點進行了分析，并闡述了幾種機械設計方法，希望對相關人員提供幫助。

關鍵詞：機械設計；方法；特點

引言

由于生產力的快速發展，社會生活與生產的各個方面都獲得了巨大進步，各種新工藝和新方法逐步走進了機械設計的領域，而面對競爭日益激烈的市場環境，機械設計要想在時代的發展中立于不敗之地就需要注重方法的創新，從而才能適應時代的不斷進步與發展，推動我國機械設計行業的長久發展。

1現代機械設計的概述

1.1現代機械設計的內涵

在研究機械設計的過程中，相關人員可以將機械設計的過程分為三個階段，即體驗階段、設計方案階段及技術設計與工藝設計階段，而這三個階段之間既相互獨立又相互聯系。同時，隨著科學技術的快速發展，人們逐漸認識到機械設計不應該割裂開來，而是應該統一起來，進行系統性的設計，以便實現體驗、設計和工藝三者之間的有效融合。因此，在這種理念的指導下，機械設計方法逐漸融合了其他多種方法與理念，并逐漸形成了現代化的機械設計方法，比如信息科學技術、系統科學和計算機技術等都成為了促進現代機械設計方法革新的重要因素，從而不僅保證了計算的精確性，還徹底顛覆了傳統設計方法的理念。

1.2現代機械設計的特點分析

現代機械的種類繁多，并且其結構的形式也千差萬別。而機械系統在功能方面的劃分，可以將其分為傳動系統、操縱系統、動力系統、控制系統及執行系統等，并且每一個系統又可以根據不同的需求細化為更小的子系統；在設計目標方面，現代機械設計的目標零件和機械設備更為復雜，所需的設計思路和設計方法也更為先進。同時，現代機械設計與傳統機械設計不同的是，現代機械設計在設計過程中不僅要對機械工作的原理、能量傳遞方式及運動方式等進行計算、構思與分析，還要在進行設計的過程中運用仿生學、控制論、美學、價值工程等多種學科知識，并將這些看似與機械無關的科學知識，運用在機械設計中，從而使得機械在市場中獲得更好的競爭力。

2現代機械設計方法的分析

為了適應科學技術發展的需求，我國大量的科研工作者也對機械設計理念進行了不斷地探討與研究，而這些新型的設計理念具有一定的實用性，并且能夠有效解決機械設計過程中存在的問題，從而推動機械行業的長久發展。下面是對現代機械設計方法的幾點介紹，詳見圖1。

2.1現代機械設計的優化

現代機械設計的優化是通過不同的方式進行優化，也就是說在機械設計的過程中對產品的結構即性能進行優化設計，從而保證所設計出的機械產品不僅具有外在的品質保證，還具有較高的質量水平。而設計優化一般可以分為兩種方式：一是人工智能實現的設計優化?，F代機械設計的過程主要包括任務的明確、設計方案、設計施工及設計技術等四個步驟，并且每一個環節都要對所建立的模型進行仔細分析，以便對設計的模型進行修改與合理評價。同時，人工智能優化設計活動又包括兩種：第一，對設計數值的計算，其主要是大量的繪圖與計算分析；第二，對設計方案進行設計以及推理。其主要是方案的提出、方案的優化以及設計結構等方面；二是數學規劃實現的設計優化。數學規劃法就是把數學規劃的理論作為基礎，并且這種算法不僅對理論依據有著較高的要求，還對設計流程的規格有著嚴格的標準要求，所以數學規劃法在計算的過程中要進行很多迭代，并且這種優化方式的適用范圍比較小，只適用于目標明確、容易建立數學模型或者結構不復雜的機械設計中。

2.2計算機輔助機械設計方法

計算機輔助機械設計方法是隨著計算機科學技術的不斷發展而興起的一種機械設計方法，其是機械設計人員在畫圖、構思和高速運算等方面利用計算機來協助工作的方法。在傳統的機械設計方法中，除了科學的設計理念，其設計步驟也是非常重要的，并且傳統的機械設計方法是利用圖紙或者手繪來進行設計方案的制作，不僅浪費了大量的勞動力，還可能因人工誤差而對機械設計產生極大影響，而計算機輔助方法出現后，設計人員可以利用計算機對產品進行有效設計，不僅減少了設計人員的勞動力量，還提高了設計質量。此外，對于計算機輔助機械設計的過程主要分為四個步驟：第一，建立數學模型。一般的機械零件基本都有現成的數學模型，但對于沒有數學模型的首先要建立正確的數學模型；第二，根據手工計算的步驟對程序框圖進行設計；第三，根據程序框圖并利用高級語言來編制程序；第四，在程序編好后，相關人員要先仔細檢查源程序，然后將其輸入計算機進行試算，再對程序適用范圍的邊界、轉折點進行試算，從而保證其與手算結果完全吻合。

2.3系統化機械設計方法

從系統的角度分析，機械系統設計過程中，為了讓機械產品能夠創造更高的經濟效益和社會效益，必須要在產品制造技術、性能及功能方面充分利用先進的技術，并讓產品的結構產生質的飛躍，并且在對傳統機械設備改造的過程中，系統化設計的應用成為了不可或缺的重要因素。同時，在系統化機械設計的過程中，為了使設計工作更加科學性、合理性，在對系統進行分解時要注意以下幾點：第一，分解數與層次應適宜。如果分解數太少，那么子系統就會很復雜，從而不利于對機械產品的優化工作，并且分解數和層次太多也會給總體系統的綜合造成一定的困擾；第二，對系統分解與功能分解之間的關系與不同進行熟練掌握。其中，在系統分解時，是將具有比較密切結合關系的系統結合在一起，其結構組成較為簡單，而在功能分解時，是按照功能體系進行逐級分解；第三，避免過于復雜的分界面。相關人員要盡可能選擇在要素間結合枝數較少和作用較弱的地方；第四，保持能量流、物料流和信息流的合理流動途徑。通常機械系統工作時都存在著能量、物料和信息3種轉換，它們從系統輸入到系統輸出的過程中，是按一定的方向和途徑流動的，所以即使分解成各個子系統，它們的流動途徑仍應明確和暢通。

結束語

綜上所述，現代機械設計方法是以設計方法學為基礎，利用計算機技術，不斷提高設計質量、縮短設計周期，從而增強機械產品的競爭力。同時，現代機械設計的發展趨勢表現為智能化、綠色化及定量化，而隨著計算機技術、檢測技術的快速發展，現代機械設計的內容得到了進一步的擴展，所設計出的產品也將會更加新穎和實用。

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