現代機械設計方法研究與創新

張成文

摘? ?要：機械設備是社會現代化進程的眾多應用工具之一，而機械設計是機械設備生產和使用的最基本方面之一，它關系到機械設備的使用需求及其質量性能。現代機械設計是對傳統設計方法跨學科的繼承、創新和發展。長期以來，機械設計作為設計技術來研究，已經發展成為一門設計學科。設計理念隨著時間的推移而改變，將設計與創新結合起來，緊跟時代發展的步伐，為人類文明和社會的發展做出貢獻。本文簡要介紹了現代機械設計的概況、創新要求以及現代機械設計原則和創新方法。

關鍵詞：現代機械設計? 設計原則? 創新方法

中圖分類號：TH122? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）09（c）-0080-02

機械工程作為一門古老的學科，應該與現代先進的科學技術相結合，不斷促進自身的發展，緊跟科學技術的進步，特別是計算機科學和系統科學的發展，使得機械設計的水平發展提高的非常快。機器本身就是一個巨大的硬件，它的設計過程不僅需要專業知識，而且還須具備非常好的耐心。在新的時代，也需要用創新的設計理念與現代機械設計有效結合，分析運用創新設計理念、方法以及開發創新設計對現代機械設計的重要意義，掌握和運用現代機械創新的理論，以便實現社會效益和經濟效益雙重收獲。現代工業的創新、應用給機械設計帶來了前所未有的發展機遇和挑戰，現代機械設計是機械原理、機械形式、力、運動和材料結構最全面和最復雜的結合。為了適應現代化、智能化、計算機化的社會發展，為人類生活及生產活動提供更好的服務，開展現代機械設計的創新和研究具有重要意義[1]。

1? 現代機械設計概述

現代機械設計理論是在機械設計理論科學的基礎上形成的，也就是說，現代機械設計理論是一種在傳統機械設計方法和基礎上的再創造。傳統的機械設計趨向于靜態和被動的產品設計，不僅消耗大量的人力和物力，而且隨著生產效率和設計成本的提高，已經不適應現代化的生產要求。現代機械設計理論涵蓋了更多的信息技術和其他科學技術、優化、信息和藝術等多個方面。例如，離散化方法中的有限元方法和邊界方法可以通過這些現代新的設計方法來實現以滿足人們的需要。機械設計基于預期產品的需求和功能、機床原理、結構、運動方法、力和能量的傳遞、各部件的材料和形狀尺寸、潤滑方法、機械設計、原理，信息科學，人工結構，進行概念、分析和計算，將其轉化為具體的方案設計解釋說明，并制定一個基于制造的工作流程。現代機械設計不同于傳統機械設計，現代機械設計的基本步驟是研究預先設計的機械產品的功能和工作原理，然后分析和組合預先設計的機械產品的結構，預設計的機械傳動、尺寸、精度等參數，最后結合分析選擇最佳方案，形成機械設計方案[2]。

2? 現代機械設計創新要求與原則

現代機械設計打破了傳統的機械設計模式和思維，設計人員需要有創新意識，相關的理論知識和科學技術應用到機械設計實踐中，質量控制對生產來說非常重要，可以說是機械創新設計的基礎和依據。應考慮質量控制，因為在制造過程和使用過程中，質量控制受到各種因素的限制。質量控制工作是一個系統中的復雜過程，任何問題的出現，直接決定著機械產品的效果和功能。提高機械產品的質量控制，是提高公司的質量控制水平的方式，也是防止產品失效的主要手段。在機械設計過程中，展示了主觀能動性、想象力和創造力，運用現代機械設計方法和思想，設計機械產品以計算機技術或其他信息技術作為輔助的工作。

（1）現代機械設計創新要求。現代機械設計的創新需求，通過創新的機械設計原理，突出機械設計產品的性能和技術的特點，提高現代機械設計產品的實用性、功能性、可靠性和經濟性。現代機械設計的創新需要個性化，需要強大的實用性和標準量化創新，同時也要滿足市場需求。機器設計產品應便于批量生產和功能部署，人機交互的合理性和可操作性強，現代機械設計創新需要可靠性和經濟性，機械設計產品的安全性和市場價值決定了產品的設計價值[3]。

（2）現代機械設計創新原則。現代機械設計創新原則包括：機械功能多樣性，經濟效益最大化，對現有單機產品的生產成本、制造成本等功能進行折現，使現代機械的功能多樣化，滿足增長的市場需求。功能性、健康安全的機械產品市場將逐步形成，注重機械設計和制造成本的控制，應使產品生產和銷售的經濟效益最大化。

3? 現代機械設計創新方法

3.1 計算機輔助設計（CAD）

計算機輔助設計，英文是計算機輔助設計的縮寫。它利用計算機技術輔助機器的設計，從而大幅提高了現代機械設計效率。通常，對以前設計的機器模型進行建模，并進行圖形處理和工藝分析，而CAD將機械設計的物理模型轉換為數字模型，以便對每個產品的狀態和工作參數進行分析。

3.2 變形設計（VD）

變形設計是以現有的機械產品為基礎，或通過系列設計，使機械產品的衍生出的品種多種多樣，產品市場普及到可以滿足用戶需求不同的要求。該設計方案在工作原理、結構形式、功能、原機產品尺寸等方面進行了再創新設計，故設計制造成具有多種功能、參數系列可調的拓撲結構，產品功能齊全，操作功能完善，機型系統優化合理。

3.3 并行設計（CD）

并行設計有一種不同于傳統機械設計的串行模式。并行設計是一種對產品及其相關過程（包括制造過程和支持過程）進行并行和集成設計的系統化工作模式。是在產品開發的初始階段（即規劃和設計階段），就以并行的方式綜合考慮其壽命周期中所有后續階段，降低產品成本，提高產品質量。傳統的機械設計周期長，設計順序不跳步，相比較來說設計成本高，而現代機械設計充分體現了節約設計成本和周期，提高機械設計質量以及效率[4]。

4? 現代化機械設計的發展趨勢

隨著世界工業化進程的推進，環境污染日益嚴重。為此，機械制造企業引進了工藝創新、新能源、除塵系統、廢水處理系統等一系列環保系統，實現了企業的清潔生產和合法排放，同時也為企業創造了良好的環境效益。對產品而言，清潔生產包括產品生命周期的各個階段，從原材料的提取到產品完成最終工藝，包括產品設計、生產、包裝、運輸、分銷、銷售和處置，以及資源的合理利用，減少對人類和環境的不利影響。

現在人們越來越認識到環境保護對社會發展的重要性。所謂機械設計的生態開發系統，是研究開發設計人員在提交產品概念時，實現產品綠色生態的設計理念，并對出現的產品明確環保性能。在產品的研發和生產過程中，以實現節能減排的目的，機械設計越來越重視生態學問題，并在設計過程中加強了生態學的研究和實踐。

5? 結語

現代機械設計是一門復雜的學科，涉及面廣，理論面廣，過程復雜，隨著機械設計得到了較好的發展，創新設計也得到了加強，對機械設計過程的探索加強學習，掌握機械設計的規律，提高設計的整體性和創新性。設計出完美的機械產品，隨著時代的發展，社會的進步，設計人員勇敢地挑戰傳統的設計理念，打破慣性思維，運用科學有效的設計創新，設計出更符合時代、更先進、更好地為社會和人民服務的機械產品。

參考文獻

[1] 許鴻艷.討論現代機械設計的方法及研究進展[J].湖南農機，2013，40（5）：55-57.

[2] 黃乾歡，柴睿，黃磊.現代機械設計方法初探[J].中國科技信息，2014（7）：178-179.

[3] 王桂云，董樹森.淺談現代機械設計創新及其特點[J].中國機械，2014（24）：144-145.

[4] 李宏業，胡凌峰.淺談現代機械設計創新及其特點 [J].黑龍江科學，2014，5（4）：157.

[5] 袁天馳.試論機械設計中的創新思想[J]. 商情，2013，（27）：298.