現代機械設計方法研究與創新

梅曉朋

摘 要：社會現代化進程脫離不開城市基礎設施建設和人類生活生產活動，而各類機械設備是社會現代化進程的眾多應用與見證者之一。機械設計作為機械設備制造使用中最基礎環節，其發展關系到社會對機械工程設備的需求和自身質量性能。本文簡要闡述現代機械設計概述、現代機械設計創新要求與原則、創新方法等內容，以此提升現代機械設計應用優勢和所設計的產品質量，滿足現代化社會發展需要。

關鍵詞：現代機械設計;設計原則;創新方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.20.010

0 引言

當今，是現代化社會發展關鍵期。現代工業技術革新、應用對機械設計帶來前所未有的發展機遇和挑戰。現代機械設計是涉及機械原理、機械形式、力與運動、材料結構等內容的一門綜合性、復雜程度高的學科，是理論知識聯系實踐應用最佳的表現載體。為適應現代化、智能化、信息化的社會發展，更好地服務于人類生活生產活動，對現代機械設計進行創新與研究就顯得意義重大。本文簡要闡述現代機械設計概述、現代機械設計創新要求與原則、創新方法等內容，以此提升現代機械設計應用優勢和所設計的產品質量，滿足現代化社會發展需要。

1 現代機械設計概述

機械設計根據預想產品使用要求和功能對機械的工作原理、結構、運動方式、力和能量的傳遞方式、各個零件的材料和形狀尺寸、潤滑方法等結合機械設計學、哲學、信息科學、人工結構學、哲學、美學等各類學科和原理進行構思、分析和計算并將其轉化為具體的描述以作為制造依據的工作過程。現代機械設計有別于傳統機械設計主要體現在：一是技術的運用不同;二是設計產品性能、功能和結構不同;三是設計效率和設計重復性不同;四是對材料使用要求不同;五是設計理念與創新意識不同。現代機械設計基本步驟組成為：首先研究分析預設計機械產品的功能、工作原理;再次對預設計機械產品結構進行分析、組合;其次完成對預設計機械產品的力學傳動、尺寸、精度等參數優選;最后進行組合分析和選取最佳的機械設計方案。

2 現代機械設計創新要求與原則

現代機械設計要突破傳統機械設計模式和思維，需要設計人員有創新意識，敢于標新立異將理論知識和科學技術運用在機械設計實踐中，所設計的機械設備種類品種多，結構復雜，可實現多種功能滿足現代社會生活生產需求。

（1）現代機械設計創新要求。現代機械設計創新要求是通過創新機械設計理念，突出體現機械設計產品性能和產品技術特點，提高現代機械設計產品的實用性、功能性、可靠性及經濟性。也可通過改良現有機械產品設計理念來實現。一是現代機械設計創新需要個性化，敢于破除舊的設計理念，尋求更合理的設計思路、設計方案或機械組合;二是現代機械設計創新要有較強的實用性和標準量化，這需要貼合市場需求，機械設計產品應易批量生產、功能配置合理、人機交互操作性強;三是現代機械設計創新要有可靠性及經濟性，機械設計產品的安全可靠、市場價值決定了產品設計價值;四是現代機械設計創新需要有創新思維，要求設計人員具有哲學、美學、人體結構學等基礎學科知識修養和逆向思維、跳躍思維等，可從不同學科、不同角度尋求最優化的設計方案。

（2）現代機械設計創新原則。現代機械設計創新原則包括：機械產品功能多樣性、最大經濟效益。即拋棄原有單一機械產品功能單一化，制造成本高昂等劣勢，使現代機械產品功能多樣，增加市場需求，同時功能健全、安全性高的機械產品市場逐漸成型，應注意機械設計制造成本控制，實現產品生產銷售的經濟利潤最大化。

3 現代機械設計創新方法

當前，隨著科學技術和社會經濟的快速發展，機械設計追求產品質量和設計精度要求，將高科技和各類學科融合深度交互知識、先進的設計理念運用在機械設計中，使得現代機械設計更加簡單、高效。例如：計算機輔助設計（CAD）、優化設計、變形設計（VD）、并行設計（CD）等等。

（1）計算機輔助設計（CAD）。計算機輔助設計，英文為Computer Aided Design簡稱為CAD。是利用計算機技術來輔助機械設計，使得現代機械設計高效化、可修改性強、規范設計等。通常是對預設計機械產品進行建模、圖形處理、工程分析等來實現的，因CAD屬于將機械設計物理模型轉化為數字模型，可以分析產品在各使用狀態下的情況和工作參數，通過修改和調整可優化機械產品滿足各工況需求。

（2）變形設計（VD）。變形設計（Variant Design）是指在原有機械產品基礎上進行創新設計，或系列化設計使得其機械產品衍生品品種多樣，滿足產品市場通用化和使用者不同需求。其方式為對原有機械產品工作原理、結構形式、功能和尺寸等進行再次創新設計，以拓撲形式設計并制造功能多樣、參數可調的系列產品。歸根到底達到機械產品的功能完善、操作完美、優化類型體系。

（3）并行設計（CD）。并行設計（Concurrent Design）有別于傳統機械設計的串行模式，摒棄了傳統機械設計周期長、設計次序不可跳躍、成本高等缺點，以計算機輔助設計和工程數學為基礎，采用系統化、集成化的設計模式從而實現現代機械設計制造一體化，充分節約設計成本和周期，提高機械設計質量。

（4）優化設計。優化設計類似于現代機械設計的變形設計，但形式和方法有區別。優化設計是指以計算機和數學規劃理論為基礎，在產品等方面約束前提下，尋求滿足設計目標的創新設計方法。運用數學函數進行線性或非線性分析、優化設計策略層層逼近達到最佳的設計方案。

4 結束語

現代機械設計因需要與多學科進行深度融合和技術交互應用，在設計理念、設計周期、設計成本、設計產品性能等方面有別于傳統機械設計，并給予對應改善和提升。從計算機輔助設計（CAD）、優化設計、變形設計（VD）、并行設計（CD）等對其進行創新研究，可促使現代機械設計產品性能更優、質量可靠、安全性好，并實現設計產品應易批量生產、功能配置合理、人機交互操作性強滿足現代社會發展進程的需要。

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（05）：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（07）：178-179.

作者簡介：梅曉朋（1989-），男，湖北武穴人，碩士研究生，助理工程師，研究方向：儀器儀表。