探討現代機械設計方法

邰同波

摘要：現代機械設計對于現階段的社會發展而言，發生了較大的變化。傳統的設計方法，已不能滿足于行業高速發展的節奏。現代機械設計，需要具備智能化、自動化、高效率、高水準等特點，并具備機電光液一體化的功能。一方面，既要滿足生產生活的需要，還要最大限度避免過去的一些固有問題；另一方面，隨著經濟的不斷增長，社會對現代機械設計方法提出了更高和更多的要求。所以，我們需要進一步優化研究現代機械設計方法，從結構的內部和外部，從智能化、可視化、經濟精度等方面綜合考慮，解決眾多問題。本文介紹了現代機械設計的特點，及計算機輔助機械設計方法。

關鍵詞：機械；計算機；設計；探索

機械設計是根據目標任務和使用需求，對機械整體的布置、工作方式、結構組成、運動方式、能量傳遞的形式、具體零部件的材料和形狀尺寸、潤滑方法等進行構思、分析和計算，將其轉化為具體的機械設計描述。機械設計的目的是在各種限定的條件下，按照經濟精度的理念和優化設計的要求，設計出最好的產品。隨著科技的進步，特別是計算機科學、系統科學、材料科學的發展，多種設計技術和理論交叉融合，使得機械設計方法進一步拓展，設計手段也更加精確化和智能化。

1現代機械設計概述

1.1現代機械設計的內涵

在20世紀60年代初期，人們將機械設計方案的過程分為不同的設計階段，如用戶體驗階段、設計方案階段、技術設計與工藝設計階段等。隨著科技的不斷發展，產品技術的發展不再單純依賴于設計者的思想靈感或經驗技術，而是逐漸發展成為一門科學，并且是以機電光液一體化的專業知識為基礎，具有科學設計手段的現代機械設計技術。隨后，現代機械設計又引進了多種不同的設計方法及理念，例如系統科學、信息科學、計算機技術等，這些都為我國的機械設計理念增色不少。

1.2現代機械設計的特點

現代機械設計種類繁多，其結構也越來越復雜。現代機械設計可以從質量、性能、經濟精度、效率、成本、價格與實現功能的角度來綜合考慮，其中包括系統功能、傳統功能、執行功能、新材料功能和操作功能等，這些功能都可以用來協助機械的運作，每一種功能都有其自身的特點。現代機械設計方法一般都是憑借計算機網絡或其他一些現代化機械設備，引進先進的現代化設計理念及方法，創造出具有現代化機械設計特點的作品。現代機械設計的主要工具是計算機，利用計算機計算、分析、繪圖等，可以大大提高現代機械設計的效率。

2現代機械設計方法

2.1現代機械設計的優化

機械設計的優化就是通過不同的方式，對產品結構優化以及性能提升，并進行系統控制的優化設計，這樣的優化設計是為了保證設計出來的機械、產品具有時代的先進性、可靠性和美觀的可觀賞性。

2.1.1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，是一種嚴格意義上的優化方法。這種算法對理論依據有很高的要求，同時對設計流程也有著嚴格的標準。這種規劃法在計算的過程中要進行很多的迭代，并對數學模型要求很高。所以這種優化方式適用于目標明確、容易建立數學模型或者結構不復雜的機械設計中。

2.1.2人工智能實現的設計優化

現代機械設計需要進行以下四個步驟：明確任務，設計方案，設計技術以及施工設計，并且每個環節都要及時地對建立的模型進行仔細分析，對設計的模型進行修改與合理性評價。人工智能優化設計活動有下面兩種，一是對設計數值的計算，主要是大量的繪圖與計算分析；二是對設計方案進行設計以及推理，主要是方案的提出、方案的優化以及設計結構等方面。由于思考和推理是這種優化活動的基礎，所以要求設計人員要有豐富的專業知識和設計經驗。

作為機械設計的重要內容，設計方案以及推理設計的結果對產品的質量起著關鍵性的作用，使用人工智能技術能為設計計算工作提供保障。

2.2現代機械設計的并行設計

機械設計的并行設計就是在對產品進行設計時，應用IT技術中的CAM、CAD、Solidworks等技術，以集成或者并行的方式，設計出合適的生產工藝步驟。這種設計方法要求設計人員從最初階段就要對產品的整個生產過程、生產工藝、測試方法以及生產設備的配置，進行細致的考慮和規劃，將產品的現代機械設計概念，體現在產品的細節中。根據設計的效果，對并行設計進行全面的評價，再對產品設計進行改進，這樣能有效地保證產品的一次成功率，從而降低產成本，提高效益。

2.3現代機械的網絡協同設計

一般來說，所謂的網絡協同設計，就是通過利用現代的網絡機制，將分布在不同地方的設計資源以及設計任務進行統一，并以協同工作機制以及平面支撐工具為基礎對信息進行有效的管理，進而完成對機械產品的研發以及設計工作。隨著現代IT技術的不斷發展與成熟，網絡時代中的寬帶也得到了很大程度上的提高，所以利用現代化中多媒體技術和實時數據的傳輸特性，一方面能夠對機械設計中的相關數據進行了解，另一方面還能建立起數據平臺，以web為基礎解決web中數據的修改、訪問以及傳輸工作，從而進一步實現數據的共享，進一步滿足現代機械設計的要求。

3機械結構設計需要注意的事項

3.1注重綠色設計理念的滲透

將綠色設計理念使用到機械結構設計制造中，要把握好質量、性能和成本三者之間的聯系，在設計中盡可能多地采用新技術、新材料、新工藝，同時還要把握好機械設計與制造的過程和結果對環境的影響程度。綠色設計理念的融入，可推進機械產品實現可持續發展。因此，機械產品設計制造要將成本、產品替代、回收、污染處理等問題綜合考慮。此外，在設計的時候要考慮產品的可拆卸性能和互換性。最后，是對于機械產品設計的模塊化考慮，主要是把機械產品功能設計成多個模塊，模塊之間的組合形式不同，這樣可有利于產品的更新換代，優化了各個零部件的利用效率。

3.2改善結構設計的強度和剛度

為了提高機械的強度，在進行機械設計和制造時，可以選擇強度比較高的材料，可以使零件具備足夠的截面尺寸，并將截面設計出合理的形式，以增大截面的慣性矩。另外還可以采用熱處理的方法提高材料的力學性能。并對機械中的零部件位置要進行合理分配，以減少零件的荷載。為了提高機械設計和制造中零件的整體變形剛度，可以縮短支撐跨距，以減少撓曲變形的發生。

機械設計還有幾個非常重要的注意事項：比如說要避免一些大型的鑄件應力集中，避免過大沖擊載荷的產生，尤其是交變應力的產生等。

結語

總之，我們在未來的機械設計工作中，首先要進一步分析市場需求，了解國家的發展方向，客戶對機械設備的具體訴求，之后采用有效的方式進行系統優化，最后再應用到實際的生產中。相信通過這些現代機械設計方法的運用，一定能夠取得更大的經濟效益和社會效益。

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