淺析現代機械設計方法及研究進展

孫運森

摘 要：當前機械設計方法的基礎是機械設計方法學，通過采用計算機技術，從定量、動態(tài)、優(yōu)化多方面發(fā)展機械設計。這樣做的好處是可以明顯加強設計質量，減小設計周期，同時保證研制費用的合理利用，良好的開始等于設計成功的一半，另一方面還可以讓機械產品在本行業(yè)中多一份競爭力。

關鍵詞：機械設計方法；發(fā)展；趨勢

根據對機械產品的使用要求，有很多方面需要構思、分析并計算機械，其中包括機械的結構、工作原理、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等，同時把詳細說明這些內容，這就是機械產品制造的依據，按照這個過程去操作就可以完成機械的制造。完全按照各方面的規(guī)定條件去設計最佳的機械，也叫做優(yōu)化設計。近年來，我國經濟發(fā)展迅速，科學技術也突飛猛進，尤其是計算機科學和系統科學發(fā)展尤為突出，這也有助于機械水平的提高和發(fā)展；通過結合設計技術和理論知識，進一步發(fā)展了機械設計方法，同時從設計手法上看，也可以發(fā)現設計更精確和智能。

1 現代機械設計方法的發(fā)展過程及其面臨的形勢

1.1 現代機械設計方法的發(fā)展過程

順應機械設計發(fā)展的需求，面對科學技術的迅速發(fā)展，機械設計要跟上步伐，加強現代化設計工作要求，并且在保質保量的同時，產生了探討和研究現代設計方法的思想。機械設計中蘊含了現代設計方法，通常采用的方法包括，預測技術的方法，分析信號，設計系統，模糊設計，有限元和邊界元分析設計法，設計可靠性，優(yōu)化設計和計算機輔助設計法等。很久以前就產生了設計和設計方法，然而將機械設計轉變成為傳統的設計方法和理論的時間僅有一百多年。由于傳統設計方法中存在很多局限性限制著機械設計的發(fā)展，因此傳統方法已經逐漸消失在人們的視野里。社會主義經濟發(fā)展浪潮牽動著科技的發(fā)展水平和人們對生活水平的要求，通過普及和應用計算機科學，轉變了現代機械設計的方式方法，使其邁向全面利用優(yōu)化設計、仿真模擬、計算機輔助設計，這樣可以保證計算更精確，并且看到清晰的圖片內容，徹底顛覆了傳統設計方法的理念。

1.2 現代機械設計面臨的形勢

現代機械設計的發(fā)展趨勢主要有以下幾個方面。首先，設計領域涉及多種學科，多元化發(fā)展；其次，設計對象由單一內容轉向系統內容；第三，設計人員的變化，從單人設計變成多人設計；第四，新產品更新速度快，產品設計有序可循；第五，由于科技在不斷進步，同時對現代設計也提出新要求。

2 現代機械設計方法的特征

2.1 與傳統機械設計方法的對比

傳統設計方法受到一定的局限，一般來講，其設計過程主要是針對產品需求展開調查；找出相關問題并歸納總結；問題綜述；針對問題進行分析并提出最優(yōu)方案；點評并完善方案；最后確定圖樣并編輯文件。這里體現的局限性有很多方面，通過經驗分析，發(fā)現傳統設計方法設計水平不高；以測試湊到的參數和指標不精確、設計成功幾率低，成本高；得不到及時有效的反饋信息。在傳統設計方法的基礎上，現代設計方法繼承并發(fā)展了傳統方法，結合系統科學理念，將設計水平提高到一個新的層次，并且保證了設計的合理性。現在機械設計涉及范圍廣泛，綜合性強，涉及多門學科，通過系統工程學將機械設計、信息技術和控制機械重新整合，得以優(yōu)化整個機械系統。談到系統，時間維、方法維、邏輯這三位系統構成了現代機械設計。其中時間維指設計流程按照時間順序排列，一般從產品規(guī)劃到方案設計，設計加工再到加工設計；邏輯維指按照邏輯思維解決問題，一般是先分析-綜合-評價-決策；方法維指在工作中和設計過程中使用的思維方法。現代化先進的設計理論、方法和工具得到有效利用，有利于使機械設計提高效率，同時保質保量。

2.2 現代機械設計方法分類

現代機械設計方法可從多角度進行劃分。

2.2.1 從工程領域角度將現代設計方法分為：現代模具設計方法、現代材料設計方法等。

2.2.2 按應用成熟度對現代設計方法進行分類：應用正普及類一優(yōu)化設計、計算機輔助設計、機電一體化設計等；內容正發(fā)展類一創(chuàng)新設計、虛擬設計、并行設計、智能設計等。

2.2.3 中義設計類：設計內容介于廣義設計和狹義設計之間。目前應用較廣的有：最優(yōu)化方法、數值仿真和動態(tài)設計等。

2.3 機械設計中專業(yè)的現代設計方法

當前我國社會不斷發(fā)展進步，科學技術也不甘落后，緊隨步伐，計算機專業(yè)人員同機械設計人員共同開發(fā)設計計算機軟件，應用此軟件的機械產品可以隨時掌握產品的損傷、失效和破壞運行原理，并且產品的各零部件和機械的動態(tài)行為可得到定量分析，使得設計程序保持穩(wěn)定，這就是專業(yè)的現代設計方法。一些例子可以說明，如摩擦學的設計、強度設計和溫度場的分析。

3 現代機械設計的發(fā)展趨勢

3.1 智能化

由于廣泛使用范例推理和約束滿足的設計方法，智能CAD技術得以誕生。人們?yōu)榱死^續(xù)推進CAD系統的創(chuàng)造力，結合人工智能和CAD技術，得到很好的效果。當前社會把有智能的專家系統用在了方案綜合和設計評價當中，同時這幾年也產生了模糊設計和模糊評定方法，主要用于機械設計的多解性。現代機械設計普遍存在智能化和技能化優(yōu)點，由于這些特性的存在，使得只有將人工智能和專家系統等技術通CAD技術有機結合，才可以讓CAD技術本身也具有智能化的特點，通過這樣的途徑提高計算機系統之間的集成率。就目前機械設計的發(fā)展方向來看，計算機是設計師們首選的工具，計算機可以將機械產品的各種情況通過建立模型的方式直觀的表現出來，接著進行智能化操作，最終可以實現提高產品設計方案的效率，因此，機械設計智能化是現在機械設計的必經之路。

3.2 綠色化

隨著社會經濟的不斷發(fā)展，人們的生活水平也在不斷提高，對生活質量也出現的更高的要求，好的生活質量首先是要有個健康的生活環(huán)境，因此，當愈來愈多的人們注意到發(fā)展程度和環(huán)境好壞有著千絲萬縷的聯系時，便產生了綠色設計的觀念。所謂綠色設計是指在進行產品設計的同時將節(jié)約有限能源和資源并有效利用能源和資源的觀念考慮進去，這樣得到的設計就可以成為是綠色設計。例如，在設計產品的過程中，首先要將產品的環(huán)境屬性考慮其中，必須讓產品設計保證符合環(huán)境的要求，并且保留產品的基本功能、質量和經濟效益。通常人們聽到的綠色產品就是產品本身有一定的特定功能，同時在使用此產品時不會威脅到人們的身體健康，更不會對人們的生活環(huán)境造成污染的產品。綠色設計的產生符合社會發(fā)展的需求，能夠讓人們在健康的環(huán)境下享受美好生活，同時讓社會走可持續(xù)發(fā)展之路。采用綠色設計既可以縮小企業(yè)投資過程中遇到的風險，同時能夠提高工作效率，促進產品在市場上的良性競爭，這正是未來技術的發(fā)展方向。

4 結束語

現代機械設計方法與傳統的設計相比，發(fā)生了巨大的變化，其優(yōu)勢在于博取縱各科之長，綜合運用并加以整體優(yōu)化。現代機械設計方法以設計方法學為基礎，利用計算機技術，提高設計質量，縮短設計周期，降低研制費用，保證一次設計成功率，增強機械產品的競爭力。現代機械設計的發(fā)展趨勢表現為智能化、綠色化，系統和定量化。隨著計算機技術、檢測技術和控制技術的快速發(fā)展，現代機械設計的內容進一步擴展，設計出的產品將更加新穎和實用。

參考文獻

[1]郝玉龍，徐泰燕.現代包裝機械設計方法[J].農村經濟與科技，2011，22（4）.

[2]邢愛紅.淺析現代機械設計管理[J].商品與質量：學術觀察，2011（9）.

[3]李曉寧.設計方法學在標志設計中的應用[J].現代交際，2011（3）.

[4]王莉.關于現代機械設計方法的探討[J].中國科技博覽，2011（8）.