淺談現代機械設計方法研究及其創新

付建偉 杜志猛

摘要：隨著科學技術的不斷進步，人類的生產工作能力得到了極大的提升。人類歷史的發展也是由傳統工作手段逐漸向自動化機械設備進步。可以說，在現在這個社會機器是輔助人類工作的必不可少的工具。科技的發展速度達到了前所未有的程度。在這樣的背景下，現代機械設計方法也必須要與時俱進，不斷創新，為生產力提高及更好的服務大眾做出必要的貢獻。在現代機械設計方法及創新研究的過程中，創新工作的推進能夠大大加快現代機械的發展。

關鍵詞：現代機械;設計方法;創新研究

目前是科學技術高度發達的時代，人們的生活也借助于科技變得日新月異。因此，在這個追求個性化以及科技化的時代。為了進一步滿足人們想法和需求的不同，必須對現代機械設計方法進行改良，進行機械設計工作除了設計人員必須要對機械設計的原理具有極為扎實的基礎之外，還需要靈活多變的思維方式，在設計理念上積極創新;在結構設計上與產品的功能相輔相成，有機結合;在實現上通過計算機設備進行高度融合，設計出令人滿意的機械產品。

1.現代機械設計創新的重要性及途徑

1.1現代機械設計創新的重要性

機械設計方法的發展就如同一個池塘，若長期缺乏活躍且有生命力的活水流進來，則會導致污染日益加劇，最終使這個池塘喪失生機。不僅僅是機械設計行業，任何一個行業都離不開創新的推動。創新就是現代機械設計發展的源動力和生命力。離開了創新，現代機械設計方法研究就會長期缺乏新的生命力，極容易被其他行業所取代。因此，必須積極響應國家號召，不斷的發展現代化機械設計的研究與創新，開辟出新的機械設計方法和設計思路，做到現代化工業的多元化發展，不斷提高我國在機械設計層面的整體能力和研究能力。

1.2現代機械設計創新的途徑

充分明確現代機械設計創新的重要性之后，必須將創新工作落實到實處。進行現代機械設計方法的創新，首先必須明確自身所具備的能力和資源，對自身有一個合理且理性的認識。然后充分整合現有一切資源，真正做到物盡其用，將物資的利用率達到最高。除此之外，在設計目標的制定上必須要確保所設計出來的機械產品能夠為國家所用，為市場所用。最后，必須積極利用國家出具的各種政策，進行開源節流利用政策資源提高自身研發能力和研發保障。

2.現代機械設計理論及的方法過程

2.1現代機械設計理論

傳統的機械設計方法是一種比較注重設計者經驗的靜態化、純手工且被動的產品設計方法。而現代機械設計方法則要求設計者必須積極主動、動態化、計算機化的設計機械產品。現代機械設計理論基于機械設計理論科學，涵蓋多個領域的知識。智能化、信息技術、離散控制、藝術等范疇皆包含于其中。對于組成較為復雜的產品，現代機械設計能夠完全發揮自身的優勢，利用控制論方法中的動態分析法，離散論方法中的有限元方法和邊界方法，藝術論方法中的研究藝術造型和審美方法等等。通過這一系列現代化的設計理念和設計方法，能夠幫助設計人員充分理解設計需求和設計目標，設計出令人滿意的作品。現代機械設計理論基于傳統機械設計理論，是對后者的升華與進化。要想設計出一個完美的機械作品，既需要傳統設計的經驗，也需要對現代機械設計理念的深度理解。

2.2現代機械設計方法原則及過程

現在機械設計的主要流程可分為四大步驟，分別是前期準備工作、方案設計、技術設計以及施工設計。前期準備工作主要進行實地調查和需求分析，并對客戶提出的需求進行可行性研究，而后制定可行計劃。進行方案設計主要的內容包括，對功能需求的總體進行分析，并對功能分解進行組合，對系統原理進行理解和模擬實驗，最終確定最佳的實施方案。進行技術設計則包含總體設計、結構設計、實驗、選型設計。施工設計則是對裝配圖紙和零件圖紙進行繪制整理，并撰寫相關技術實施方案，嘗試研制和機械設備生產。

3.現代機械設計方法的創新

現代機械設計是一個需要充分發揮設計師想象力以及主觀能動性的工作。在進行機械設計制造的過程中，設計師必須充分利用現代機械設計方法，理解機械設計理論，并使用計算機等輔助工具進行產品設計。現代化機械設計理論的設計模式應使用現代的科學思維進行思考，分析整個設計過程。整個周期必須充分使用現代科學的方法和工具來進行，實現整個設計方案具有創造性和新穎性。在產品設計過程中，創新則顯得更加重要。創新設計要求設計人員對機械設計領域的專業知識具有扎實而可靠的基礎，在設計過程中能夠充分發揮自身有價值的富有創造性的設計思想。引入人的主觀能動性，創造性思維，實現機械設計的重構，聯想疊加以及歸納綜合。

現代機械設計的創新主要涵蓋兩大方面，一個是通過創新對現有的機械產品進行改良升級，提高其可用性，功能性，經濟性等。從消費者的角度上出發，提高產品的性能，確保其能夠滿足人們的日常生活需要。第二個則是通過創新設計，設計出全新的機器產品，滿足市場的需求。這兩類設計創新都離不開創新的思維模式，現代的設計技術以及設計工具

3.1機械創新設計步驟

現代機械創新設計步驟主要分為四步。首先，對機械產品的工作原理的本質進行研究分析，其次是對產品的結構進行分析，對其類型進行歸類總結;而后對機械產品的運動原理，具體尺寸和性能參數進行篩選設計，最后則是對需求進行綜合分析，并對設計的性能進行調優。

整個機械產品設計的流程可分為產品設計任務及設計要求的明確、研究工作原理及本質確認、機械產品結構分析類型綜合、拓撲結構分析、運動機理尺度及參數優化、機構運動、綜合分析以及動力學分析。通過這樣一系列的流程，最終形成一個技術實施方案。

3.2計算機技術的使用

計算機是人們日常生活和工作過程中必不可少的重要工具，現代機械設計更是離不開計算機技術的支撐和輔助。通過計算機技術的使用，可以令機械設計和工程設計的效率得到新的提高。其中，計算機輔助設計是進行現代機械設計的主要計算機工具，該軟件其簡稱為CAD。通過CAD，設計人員可以方便的進行數字建模，圖形處理以及工程分析工作。將機械設計的物理問題模型轉化為數字模型，采用數學知識及計算機知識對數字模型進行計算，從而得到最終的設計方案。

有限元分析方法是一種利用數學近似的方法對現實物理世界的物理系統進行模擬的一種設計工具，其簡稱為FEA。該種方法可以充分利用有限數量的相互作用元素及已知量對未知量進行求解的一種系統。由于是簡單問題代替復雜的實際問題，因此求解的未知量只能無限逼近近似值。現實生活中存在著許多的未知量，極難計算，通過這樣的工具可以最大程度上將計算的精度進行提高，是目前主流的機械工程分析設計工具。

3.3可靠性設計

機械設備的可靠性是衡量綜合性能的重要指標，也是機械設計工程師長期追求的一個共同目標。可靠性設計與常規設計相對應，互相促進，常規設計可以憑借設計經驗進行設計，而可靠性設計則是常規性設計的延伸和發展，通過更科學的手段對變量之間的關系進行分析和設計。機械設備的可靠性是多個學科，多個技術領域的有機結合。包含了數學中的概率論，數理統計，物理學中的失效物理學等。在進行常規設計的過程中，往往會涉及到許多的變量，比如壽命、載荷、強度，維修率等等。將常規設計中的變量作為隨機變量，遵循某種分布規律，而后使用概率統計的方法進行機械產品的設計，能夠提高其可靠性。

產品的質量與其可靠性息息相關，隨著現代科學技術的快速發展，人們對機械產品性能上的要求也越來越高，因此，必須在確保功能的前提下最大程度上提高其可靠性。

結束語：

相較于傳統機械設計方法，現代機械設計在系統結構以及實現過程等多方面都具備明顯的優勢，現代機械設計是與多個學科和技術領域進行有機結合的成果，這為機械設計實現創新奠定了堅實可靠的基礎。

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