現代機械設計技術與方法研究

摘要：機器的性能品質很大程度上取決于機械設計質量，現代機械設計的發展情況是機械制造工業發展的關鍵因素。本文對現代機械設計理念及技術應用進行了簡要的探討，并提出了現代機械設計方法的特點及其發展趨勢。

關鍵詞：現代技術 機械設計 系統化 智能化

機械設計是機械工業中最為關鍵的環節，能否做好現代機械設計是機械制造工業發展的關鍵因素。現代機械設計的理念是把信息技術、計算機輔助技術、智能技術和機械工程技術相結合，通過建立數學模型進行優化，融合數學、物理學、電子信息學、化工學、人體心理學、測量學等學科知識，從形象思維開始，綜合運行各種思維方式，經過邏輯推理和判斷及相應的綜合、分析與決策，產生設計創意，經過精確的數據分析和操作，反復操作循環，最終完成設計方案。

1. 現代機械設計技術及其應用

1.1優化設計

優化設計是建立在數學規劃理論和計算機程序設計基礎上，通過計算機的數值計算，在一切可能的方案中尋求最優方案，使期望的指標達到最優的設計方法。它可以成功地解決解析法等其他方法難以解決的復雜問題。在機械工程領域中，根據機械設計理論、方法和標準、規范等建立反映工程設計問題和符合數學規劃要求的數學模型，然后采用數學規劃方法和計算機計算技術自動找出設計問題的最優方案。

1.2 有限元設計

有限元分析技術是最重要的工程分析之一。隨著計算機技術的發展，有限元設計在各個工程領域中不斷得到深入的應用。有限元法的基本思想是將結構離散化，用有限個容易分析的單元來表示，單元之間通過有限個節點相互連接，然后根據變形協調條件綜合求解。由于單元的數目是有限的，節點的數目也是有限的，所以稱為有限元法。這種方法靈活性很大，只要改變單元的數目，就可以使解的精確度改變，得到與真實情況無限接近的解。有限元法的基本理論要用到工程數學，力學等方面的知識。它不僅能用于工程中復雜的非線性問題、非穩態問題的求解，而且還可用在工程設計中進行復雜結構的靜態和動力分析。

1. 3 參數化設計

參數化設計分為兩個部分，即參數化圖元和參數化修改引擎。參數化設計中的圖元都是以構件的形式出現，這些構件之間的不同，是通過參數的調整反映出來的。參數化修改引擎提供的參數更改技術使用戶對機械設計做的任何改動都可以自動在其他相關聯的部分反映出來，使每一個機械零件都通過一個變更傳播引擎互相關聯。參數化設計可以大大提高模型的生成和修改的速度，在產品的系列設計、相似設計及專用 CAD 系統開發方面都具有較大的應用價值。

1. 4 模糊設計

機械設計領域普遍存在著模糊性現象，如產品性能的好與壞、使用壽命的長與短、可靠性的高與低等，都是一些模糊量。模糊設計是把模糊理論引入到設計領域中而形成的一種嶄新的設計方法。模糊設計不是建立在對系統進行精確的數學分析基礎上，而是根據模糊性的實際經驗確定設計參數。模糊設計一般是與別的設計方法相結合，處理設計中的不確定性因素，使得設計方法更加合理、完善。

2. 現代機械設計方法及其發展分析

現代機械設計有其鮮明的特點，即不但要求設計對機械的工作原理、結構、運動方式、力和能量的傳遞方式、物流技術、各零部件的材料、形狀、尺寸、潤滑方法等進行構思、分析、計算，而且還需融通多門科學知識，如創造性工程、美學、仿生學、控制論、機械電子學、價值工程等，使設計出的產品在市場中具有競爭力。

2.1 機械設計全面化、系統化

傳統機械設計的對象僅僅局限于“機械部分”，只考慮如何實現對象本身的功能，通常包括幾何結構設計，可加工性設計，安全性設計，可維護性設計，而現代機械設計則全面走向系統化。現代機械設計把機械作為綜合能量流、物質流、信息流的機、電、磁、光、液與軟件高度融合的整體系統，這些機械系統的綜合與整體作用在不斷延伸人類的體能和智能。具體而言，現代機械設計把總系統分解為若干個子系統，采用現代設計的各種理論和方法，協調各子系統的匹配，達到系統化的目標，它強調從市場調研、用戶要求、產品規劃、產品設計、工藝設計、制造過程、質量控制、成本核算、銷售價格、包裝運輸、售后服務、維修保養、報廢處理和回收再利用等，進行產品全壽命周期綜合最優化的系統設計。此外，現代機械設計還綜合考慮人的生理和心理特征，設計對象的功能，環境保護的要求以及能源、材料、制造等系統因素，使設計既符合人的要求，又能優化設計，還能保護和改善環境，并且符合可持續發展戰略。

2.2智能化和自動化

現代機械設計以計算機為主要載體，組合配套接口技術、網絡技術，開發計算機硬、軟件系統，實現設計的集成化、可視化、協同化、自動化、智能化，實現數字化設計和設計過程管理。基于范例推理和約束滿足的設計方法的廣泛應用，促成了智能CAD技術的產生。將人工智能與CAD技術相結合，進一步高了CAD系統的創造力。具有一定智能的專家系統主要用于方案綜合和設計評價，近年來還出現了適合機械設計多解性的模糊設計以及模糊評判方法。基于現代機械設計所具有的智能化、集成化特點，CAD技術只有與人工智能、專家系統等技術充分結合，才能實現本身的智能化，進而促進計算機系統間的集成。當前，計算機已成為通用的設計工具，可建立模型來描述機械產品的各種工況，通過智能化處理，為產品設計提供了高效的設計方案。先進制造技術特別強調計算機技術、信息技術、傳感技術、自動化技術、新材料技術和現代系統管理技術在產品設計、制造和生產組織管理、銷售及售后服務等方面的應用。它要不斷吸收各種高新技術成果與傳統制造技術相結合，使制造技術成為能駕馭生產過程的物質流、能量流和信息流的系統工程。

3.結語

現代設計方法在不斷地發展、更新，永恒不變的主題是創新。在科技不斷發展和多學科廣泛交叉作用中，其內涵與外延將進一步豐富和擴展，系統化、科學化和計算機化的特點將進一步得到展現并走向結合，總的發展趨勢是向科學化邁進。

參考文獻：

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