現代設計技術在機械設計中的應用探析

萬強+王慶輝+夏文靜

【摘 要】隨著科技的不斷進步與發展，機械設計對技術的要求越來越高，要想使設計的產品滿足全球化經濟市場的競爭與需求，必須將現代科學技術應用于機械設計的領域。相關的工程技術人員也應適應時代的需求，拓展設計思維，靈活運用現代設計技術，提高產品的市場競爭力。

【關鍵詞】現代設計技術；機械設計；綠色創新

機械設計在機械工程建設的過程一直都扮演著非常關鍵的角色，設計的質量和水平直接決定了機械整體的性能，而隨著市場經濟的不斷發展，我國機械設計產品之間的競爭也在不斷的加強，所以要想自己的產品能夠更好的面向市場，就一定要在設計的過程中更好的應用現代的科學技術，只有這樣，才能使得產品更具市場的競爭力。

一、基于IT技術的設計技術

（一）仿真與虛擬設計技術

計算機的不斷發展，出現的大量的設計軟件，如：PROE、CAD、ANSYS、SOLIDWORKS等。這些仿真畫圖軟件形成了更為強大的人機交互系統。所謂仿真便是以計算機為工具，通過軟件模擬出與實際想適應的系統模型，通過改變控制條件研究模型運行結果的計算機與機械相結合的技術。當然，工具不是無所不能的，而是為人所用的，軟件只是輔助設計師進行設計工作，沒有設計師的工作，軟件是不會自動完成任何設計的。虛擬設計即是在這種多維化人機交互信息環境中從事設計的技術。目前投入使用的虛擬設計采用的是通過對數據格式進行適當的轉換輸出利用現有的CAD系統進行建模的環境系統。

（二）網絡協同技術

網絡協同設計是在支撐平面和高效的協同工作機制下完善信息管理將分散的設計工作流和資源有機的統一起來從而完成產品的開發設計。網絡技術的發展使得網絡上大量數據傳輸和分布的數據庫管理成為現實，從而解決了數據在網絡上的訪問、傳輸、修改等問題，構造一個三維的網絡機械設計平臺。

（三）并行設計

傳統的機械設計每下一個分支工作必須等上一個結束后才能開始，這是低效的串行設計，這種設計缺乏信息交換以及可操作性。并行設計作為一種設計哲理，是在原有信息集成基礎上，集成地、并行地設計產品。并行設計更強調功能上和過程上的集成，在優化和重組產品開發過程的同時，實現多學科領域專家群體協同工作。從任何產品設計來看，并行設計采用每個時刻可容納的設計過程相應增加，使整個設計過程盡可能同時進行。并行設計的特點是并發個協同，并發是指設計活動的并發進行，協同是指多學科設計隊伍活動的協作。網絡技術的發展以使得并行設計成為機械設計的重要方法之一。

（四）智能設計

智能設計的發展，從根本上取決于對設計本質的理解，智能設計系統不僅僅是對人腦某些思維特征的模擬，而且需要具有自學習適應的能力，能夠較好地支持設計過程自動化。我國市場經濟的發展對產品設計與開發提出了強烈的創新要求。在當前的市場經濟體系中，對產品設計不僅要求特立獨行，還要求簡單方便效率的設計。

二、基于數學知識的設計技術

（一）有限元設計

有限元法又稱有限單元法，是求解偏微分方程的一種有效的數值方法。有限元法發展至今天，已經成為工程數值分析的有力工具，取得了巨大的進展，利用它成功地解決了一大批有重大意義的問題，很多通用程序和專用程序投入了實際應用，而且應用愈加廣泛，已拓展到諸多領域。

（二）優化設計

優化設計就是在滿足特定的約束條件下，利用建立數學模型的方法來求取設計的最佳值。優化設計的目標就是最優化設計對象，其手段便是依靠先進的計算機輔助軟件。因此，優化設計還可以被看作為通過計算機語言來模擬達到最佳設計方案的現代科技手段。

優化設計大體上包括兩點內容：首先，建立符合實際的數學模型，把設計要求抽象為約束條件和函數；其次，根據所建立的模型利用計算機進行數學模型的求解從而得到優化設計方案。任何機械設計問題，總是要求滿足一定的工作條件、載荷和工藝等方面要求，并在強度、剛度、壽命、尺寸范圍及其他一些技術要求的限制條件下尋找一組設計參數。

（三）可靠性設計

產品可靠性設計是指在產品的開發設計階段將載荷、強度等有關設計量及其影響因素作為隨機變量對待，應用可靠性數學理論與方法，使所設計的產品滿足預期的可靠性要求。產品開發設計階段的主要內容還包括預測設計對象的可靠度、找出并消除薄弱環節、不同設計方案之間的可靠性指標比較等，可分為定量分析與定性分析兩個方面。

定量分析是應用概率統計方法、布爾代數、馬爾可夫過程理論、故障樹分析等計算產品的失效概率。定性分析是通過故障模式、影響及致命度分析、事件樹分析、故障樹分析等對事故種類、原因、后果等進行羅列和分析。

三、基于新概念的設計技術

（一）綠色產品設計

由于綠色產品設計是一個新的改變，因此無論在國外或在國內，人們對于這一新概念有著各種不同的稱呼。有綠色設計、生態設計、面向環境的設計，也有人根據產品生命周期不同階段所進行的綠色設計，而分別稱為“面向包裝的設計”、面向使用的設計、面向維修的設計、面向拆卸的設計、面向回收的設計等。綠色產品設計從產品安全生命周期出發，考慮了生命周期各個階段對環境的影響。特別是在產品生命終止后，綠色產品設計必須考慮廢棄產品如何回收。再生和利用。只有這樣才能使廢棄產品對環境的影響減至最小，才能最大限度地提高資源的循環利用率。

（二）機械創新設計

機械創新設計可以分為三個過程：直覺思維、邏輯思維、創造過程。直覺思維對事物內部各種關系的領悟過程是一種在下意識狀態下完成的過程，具有強烈的靈感凸顯特點。邏輯思維是運用邏輯推理的思維對自己提出的創造目標進行分析，把復雜問題分解為若干小問題，求出每個分支的解，再將各個分支綜合起來從而逼近目標。創造過程是提出一個創造目標，這個目標本身也可能就是一個創造靈感；為了實現這個目標，必須進行分析和邏輯推理；這個過程中出現的技術難關，必須經過反復實驗才能找到最終解；而這些解法的發現，往往又帶有突發性、直覺性，最終實現創造目標。

四、結束語

伴隨著科技日新月異的發展，各個領域技術的相互融合，工程技術人員需要不斷提高自己的能力，在機械設計中靈活運用各種現代設計技術，只有這樣設計出來的產品才能滿足社會市場的需求。

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