現代機械設計方法分析

羅煜林

(湖南文理學院芙蓉學院機械工程,湖南常德 415000)

現代機械設計方法分析

羅煜林

(湖南文理學院芙蓉學院機械工程,湖南常德 415000)

計算機應用于機械產品的設計與研發是順應科學技術快速發展的必然要求,也是機械產品現代化設計理念的重要標志,計算機在機械產品設計領域的廣泛應用也促使機械設計技術、機械設計原理、機械設計方法發生了質的變化,同時也促進了機械產品在生產運用中的智能化和自動化,本文以現代機械設計理念為出發點,著重分析闡述不同現代設計方法的應用原理。

機械產品 現代設計 計算機

1 現代設計理念概述

所謂設計就是根據一定的設計目的和產品應用要求，借助一定媒體將軟性思維轉化為相關產品信息、產品模型的過程。因此，機械產品的設計必須具有目的性、結構性和嚴謹性，而現代設計是基于提高設計速度和設計水平為出發點，將智能化和自動化充分運用于產品設計與研發當中的一種設計方法。因此，機械產品現代設計理念的特點就是智能化和自動化。在上世紀80年代以前，我國在設計領域中的一些設計技術、設計方法、設計理念相比國際上相對落后，對于一些先進科學技術的應用知之甚少，而為了強調設計技術的變革，通常把我國過去常用的設計稱為傳統設計，而把國際上興起的新興設計技術稱為現代設計。經濟的快速發展必然要求生產效率的提高，而生產效率的提高必須要將新興科學技術充分運用于生產領域中，因此機械產品功能的多樣性、機械產品結構的復雜性、機械產品使用壽命的長期性必然會給機械設計提出時代課題。隨著科學技術的高速發展，在產品設計繪圖、加工制造等方面的研究已經取得了一定的成果，但計算機在產品初期設計中的應用卻少之又少，因此計算機在設計中的應用是機械產品現代設計方法的必然選擇。

2 機械產品現代設計方法類型

2.1 系統化設計方法

所謂系統就是整體與部分之間相互聯系、密不可分的一種構成方式。同時，每個組成部分又具有獨立性，每個組成部分發揮的作用也不盡相同，這些不同的作用對于整體而言又是必不可少的，正是由于不同元素之間的相互作用，才維持了整體作用的持續發揮。系統化設計方法正是對系統原理的充分體現，系統化設計方法理論源于德國學者Pahl和Beitz教授，我國多學著在設計實踐中充分借鑒西方國家設計理念，同時根據我國實際情況對系統化設計理論不斷進行深化，一是從產品開發過程的宏觀性為出發點，根據用戶需求，利用質量功能布置法，以產品開發階段技術要求為目標，系統地將客戶需求轉化為實際產品功能。二是借助生命系統理論將產品視作為層次分明的生命系統，在產品設計過程中進行層次上的劃分，以達到產品功能結構的系統性。設計就本質來說是產品要求和設計者自身思想的有效結合，因此不同設計者對待同一產品會有不同的角度和思路，總的來說，具有代表性的系統化設計方法主要包括設計元素法、圖形建模法、“構思”—“設計”法、矩陣設計法、鍵合圖法等等。

2.2 結構模塊化設計方法

結構模塊化設計方法是從規劃產品的角度出發而提出的，而這種方法的設計任務又是以產品結構為基礎，利用產品通用零部件來確定設計任務，同時在分解設計任務時就要充分考慮好不同零部件之間存在的作用沖突，解決好矛盾，同時還要及早預測生產能力和費用，由此來提高設計效率，從而降低產品研發成本。設計任務的功能化產品結構共分為四層：產品—功能組成—主要功能組件—功能元件。為了更好地評價專用機械設計和更有效地規避制造風險，在專用機械設計中采用功能化的產品結構將充分發揮優勢作用。

2.3 基于產品特征知識的設計方法

利用計算機的語言識別功能來描述產品特征及相關專家的知識經驗是基于產品特征知識設計方法的主要特點，這種方法實際上是利用知識庫和推理機及已儲存領域知識來實現計算機輔助產品的方案設計。產品特征是機械系統方案設計的主要依據，而設計領域相關專家的知識和經驗又是對機械系統特征的規律性把握，基于產品特征知識的設計就是利用這兩個方面來進行推量和決策，從而來完成機構的型、數綜合。而知識的自動獲取、表達、集成、協調管理和使用，又是實現這一階段計算機輔助設計的必然前提。綜觀國內外設計學者針對機械系統方案設計知識的自動化獲取的研究，采用的方法主要包括：編碼法、知識的混合型表達法、利用基于知識的開發工具、設計目錄法、基于實例的方法這五種。

2.4 智能化設計方法

根據設計方法學理論，借助三維圖形軟件、智能化設計軟件和虛擬現實技術，以及多媒體工具來進行產品開發設計是智能化設計方法的主要特點。數學系統理論和系統工程理論是智能化設計方法的理論支柱，在利用這兩個理論時，充分利用產品設計技術和系統開發方法學研制出與產品設計初期相適應的多媒體開發系統軟件是智能化設計方法的基本原理。

3 結語

機械產品的系統化設計方法、結構模塊化設計方法、基于產品特征知識的設計方法、智能化設計方法是機械現代化設計的主要內容，而這四者之間又有著密切的聯系。在信息化的時代背景下，科學技術飛速發展帶來了機械產品功能與結構的深刻變革，但機械產品功能與結構的變革與機械設計的發展卻并不同步，機械產品方案的設計手段顯得力不從心，跟不上時代發展的需要。由于這四者之間密切的聯系，要想有效的實現機械化設計的現代化，還必須對這四種方法進行綜合運用。而計算機輔助功能在機械設計領域的運用也必然會帶來新技術、新方法、原理的大量涌現。因此，在機械現代化設計中必須將計算機功能充分運用其中，因為計算機的運用本身就是信息化、智能化的一個重要標志，計算機在機械設計中的應用也必然會在很大程度上提高設計水水平、加快設計速度。所以機械現代化設計是機械設計的必然發展趨勢。機械產品作為生產領域的重要生產工具，它的變革往往會帶來整個生產領域的變革，從而帶動經濟的發展，而機械設計已經從傳統走向了現代，這是思想變革和技術變革的有效結合，為了實現我國機械設計的現代化，必須完善創新機制，加大科研投資力度，培養機械設計人才隊伍，只有通過技術創新才能夠保證我國機械設計能夠步入世界先進行列。

[1]武麗.機械產品的現代化設計方法及其創新[J].科技創新導報,2008,(33).

[2]向大圣.機械產品方案的現代化設計方法及發展趨勢[J].法制與社會,2008,(16).

羅煜林,性別：男,出生年：1992.11,籍貫：湖南湘鄉,學歷：本科,研究方向：機械設計及其自動化。