現代機械設計方法研究及其創新

屈青珩 張莫凡 陳昊兵

摘 要：在現階段的機械設計行業中，現代機械設計方法的應用有效的縮短了產品的設計周期，提高了產品的設計效率和設計質量，降低了產品的設計成本，受到了人們的重點關注。本文從現代機械設計的概述入手，簡要分析了現代機械設計的常用方法，并就現代機械設計的創新設計進行了研究，期望能為日后研究現代機械設計及其創新設計提供一定的幫助。

關鍵詞：現代機械設計；設計方法；創新；

引言

隨著科學技術的發展進步，傳統的機械設計方法已經滿足不了機械設計行業的發展需要，現代機械設計將傳統的設計方法與與信息技術進行了融合，提升了機械設計的質量，創新了機械設計的工藝，有效的提高了工業的生產水平。故而對現代機械設計及其創新設計進行研究，對促進我國機械設計行業的發展和推動我國經濟的發展具有非常積極的意義。

一、現代機械設計

機械設計，是機械工業生產中的第一步，對于機械產品的性能有著重要的影響?，F代機械設計，是在傳統的機械設計基礎上融合了信息技術、設計理論、思維科學等相關的理論方法，所形成的新型機械設計方法。這就使得相較于傳統的機械設計，應用現代機械設計方法生產制造出來的產品，具有更全面化、人性化的功能設計，會更符合人們的使用需求。

現代機械設計的特點：一是綠色環保，與傳統的機械設計只一味的追求產品的低成本不同，現代機械設計更加注重產品性能與環境的平衡協調，并在設計時針對性的對產品的回收利用進行了分析，能最大限度的節約能源，保護生態環境，更符合當前經濟和社會的可持續發展戰略。二是適應市場的發展，現代機械設計的主動性更強，其會更容易適應不斷變化的市場環境，更符合人們的實用需求。三是設計周期短，應用傳統的機械設計來設計產品時，需要先確定好相應的設計方案，再根據設計方案生產出樣品，之后再對樣品進行不斷的優化分析，整個生產周期耗時較長，還會花費較多的人力、財力。現代機械設計融合了多項的信息技術，其能在計算機上進行產品的仿真模擬設計，并設定相應的程序進行優化改進，能有效的縮短產品的設計周期，同時降低產品的成本。

二、常用的現代機械設計方法

（1）計算機輔助設計

在現代機械設計中，計算機輔助設計（CAD）設計一種常見的設計方法，其利用相關的計算機信息技術如建模技術、工程分析技術等，有效的縮短機械產品的設計周期。而且利用計算機的儲存信息，更方便對設計方案進行比較分析，能提高機械設計的效率，加快了機械產品的更新速度，從而提升企業的核心競爭力。

（2）系統分析設計

傳統的機械設計方法會對產品的每個組成要素進行針對性的分析設計，這種設計方法重視的是單個組成要素的使用性能，有可能會出現組成要素之間的不協調現象，影響機械產品的整體性能。現代機械設計的系統分析設計更注重尋求產品各個組成要素之間的聯系，其追求的是在保證各個組成要素獨立性的同時，使各個組成要素之間有層次的形成系統性的聯系，使得產品更加系統化、柔性化。另外，應用系統化的分析設計方法，還可以將整個機械產品劃分為較為簡單的多個子系統，之后對這些有一定關聯的子系統進行分析，能有效的提升機械設計的效率。

（3）有限元分析設計

有限元分析設計（FEA）是一種通過將產品劃分成一定數量的相互獨立又彼此有聯系的單位元，并應用近似于數學的計算方法來進行模擬的設計方法。在解決一些非線性的問題、非穩態問題、靜態和動力分析等問題時，這種分析設計方法較其他的設計方法，準確性更高，能明顯的提升問題的解決效率。而且，利用有限元分析設計方法計算機械產品零件的強度和剛度時，其能準確的計算出零件上應力的分布范圍和變形區域。

（4）反求工程設計

通常的機械設計都是從無到有的進行產品的設計，而反求工程設計是一種對原有機械產品的設計原理、相關技術進行分析，并以此為基礎進行產品設計的設計方法。反求工程設計是一種逆向思維的設計方法，利用這種方法可以大幅度的縮短機械產品的研究周期，特別是在當前我國機械設計制造水平相對落后于國際頂尖水平，應用反求工程設計能有效的促進我國機械行業的發展。

三、現代機械創新設計方法

（1）優化設計方法

優化設計是一種通過建立數學模型，利用相關數學理論和計算機信息技術，來尋求最優化設計的方法。在優化設計的應用中，數學模型的建立是其重點，還需要應用到最優化、非線性分析等方法。通過優化設計的方法，設計人員能在進行產品設計時對產品進行全面的分析，能有效縮短產品設計的整個周期。而且通過優化設計的方法，設計人員能夠獲得精確性更高的設計信息，從而提升設計產品的質量。在目前的機械設計中，優化設計也經常與其他設計方法結合，如優化設計與可靠性設計結合。

（2）可靠性設計

可靠性設計是一種融合了多學科（數理統計、機械學、失效物力等）的設計方法?？煽啃栽O計通過利用概率統計學的相關方法將常規機械設計中所涉及的應力、可靠度、載荷、使用年限、強度等變量作為了隨機變量進行分析，從而得出符合可靠性設計要求的相關參數和尺寸。

（3）并行設計

常規的機械設計多應用串行工程的設計方法，這是一種環環相扣的設計方法，產品各個環節之間的聯系緊密，必須是前一個環節設計完成后，才能進行下一環節的設計，這就在無形中延長了產品的設計周期，增加了產品的設計成本。并行設計是一種集成、并行的系統化設計方法，其利用工程數學和計算機的相關技術，建立了一種協同化的設計模式，打破了各個結構單元之間的界限，有效的降低了產品的設計周期和設計成本。

（4）變形設計

變形設計是一種通過分析原有機械產品的結構、原理、性能等，并在其基礎上進行設計開發的方法。具體來說，變形設計就是在原有機械產品的結構、原理、性能不變的情況下，對產品的性能或者是參數進行一定的調整，從而滿足人們使用需求的設計方法。這種設計方法分為縱系列產品設計、橫系列產品設計、跨系列產品設計等類型，其中縱系列產品設計是指在不改變產品結構、原理、性能，而只改變相關的零件參數和尺寸的設計；橫系列產品設計是指在原有產品的基礎上，對其性能進行全新的改變；跨系列產品設計是指對于參數不同的不同類型的機械產品進行設計。

（5）模塊化設計

模塊化設計是一種通過組合不同的功能模塊來進行產品設計的方法，其中功能模塊的劃分需要先對產品進行功能、性能、規格的分析。在機械設計中，應用模塊化的設計方法不僅能有效的減少產品的設計時間，還能加快產品的更新速度，也方便了產品的維修。

四、結語

綜上所述，現代機械設計融合了多項的先進信息科學技術，具有綠色環保、設計周期短、適應市場的發展等特點。對現代機械設計方法和機械設計的創新設計方法進行研究，可以發現其發展已較為完善。雖然其中的一些設計方法還不成熟，但相信隨著機械設計方法的開發創新，其會更好的促進我國機械設計行業的發展，同時推動我國經濟的更快發展。

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