淺談現代機械設計方法

劉彤

【摘要】隨著計算機技術與信息技術在各個領域的不斷應用，在現代機械構造的過程中也實現除一個日新月異的變化過程。根據當前我國的經濟建設中的現實情況，各種機械產品的設計隨著科學技術與經濟技術的不斷發展也在不斷的促進，目前國內外設計學者進行機械產品設計時的主要思維特點，主要是將機械的設計方案記性系統化，結構化和產品特征以及智能化的設計模式，應用先進的計算機技術和信息技術進行綜合的設計流程與設計過程。

【關鍵詞】機械產品；方案設計方法；計算機輔助軟件

當前社會是一個科學技術高度發達的社會，是一個信息化社會。在當前社會發展的過程中，人們日益增長的物質文化需求與落后的生產技術成為制約當前社會發展的主要因素。在社會發展的過程中，各個產品功能和產品需求不斷增加為當期社會發展提供了前提基礎，是社會發展過程中的主要因素，隨著產品功能要求的日益增多，復雜性增加，壽命期縮短，更新換代速度加快。在當前各種產品的設計過程中，機械產品設計已成為設計的重點和中心環節。在機械設計過程中，由于人們對各個機械要求的不斷增加，使得設計手段就顯得優點力不從心，跟不上時代發展的需要。在當前的設計中，主要是采用計算機技術的輔助進行設計和研制，主要的手段是通過設計繪圖、設計計算、加工制造、生產規劃來進行系統化和流程化的設計方法，這種方法在當前設計中已得到了比較廣泛和深入的研究，并初見成效，但是由于當前各種更新的不斷增加使得當前產品開發初期方案的計算機輔助設計卻遠遠不能滿足設計的需要。因此在當前的設計過程中提高計算機技術的發展是實現機械設計的前提與基礎。

一、結構模塊化設計方法

從規劃產品的角度提出：定義設計任務時以功能化的產品結構為基礎，引用已有的產品解如通用零件部件等描述設計任務，即分解任務時就考慮每個分任務是否存在對應的產品解，這樣，能夠在產品規劃階段就消除設計任務中可能存在的矛盾，早期預測生產能力、費用，以及開發設計過程中計劃的可調整性，由此提高設計效率和設計的可靠性，同時也降低新產品的成本。將描述設計任務的功能化產品結構分為四層，1產品→2功能組成→3主要功能組件→4功能元件。并采用面向應用的結構化特征目錄，對功能元件進行更為具體的定性和定量描述。同時研制出適合于產品開發早期和設計初期使用的工具軟件strat。認為專用機械中多數功能可以采用已有的產品解，而具有新型解的專用功能只是少數，因此，在專用機械設計中采用功能化的產品結構，對于評價專用機械的設計、制造風 險十分有利。提倡在產品功能分析的基礎上，將產品分解成具有某種功能的一個或幾個模塊化的基本結構，通過選擇和組合這些模塊化基本結構組建成不同的產品。這些基本結構可以是零件、部件，甚至是一個系統。理想的模塊化基本結構應該具有標準化的接口聯接和配合部，并且是系列化、通用化、集成化、層次化、靈便化、經濟化，具有互換性、相容性和相關性。我國結合軟件構件技術和 cad 技術，將變形設計與組合設計相結合，根據分級模塊化原理，將加工中心機床由大到小分為產品級、部件級、組件級和元件級，并利用專家知識和 cad技術將它們組合成不同品種、不同規格的功能模塊，再由這些功能模塊組合成不同的加工中心總體方案。

二、基于產品特征知識的設計方法

基于產品特征知識設計方法的主要特點是：用計算機能夠識別的語言描述產品的特征及其設計領域專家的知識和經驗，建立相應的知識庫及推理機，再利用已存儲的領域知識和建立的推理機制實現計算機輔助產品的方案設計。機械系統的方案設計主要是依據產品所具有的特征，以及設計領域專家的知識和經驗進行推量和決策，完成機構的型、數綜合。欲實現這一階段的計算機輔助設計，必須研究知識的自動獲取、表達、集成、協調、管理和使用。

三、系統化設計方法

系統化設計方法的主要特點是將設計看成由若干個設計要素組成的一個系統，每個設計要素具有獨立性，各個要素間存在著有機的聯系，并具有層次性，所有的設計要素結合后，即可實現設計系統所需完成的任務。制定的機械產品方案設計進程模式，基本上沿用了德國標準 vdi2221的設計方式。除此之外，我國許多設計學者在進行產品方案設計時還借鑒和引用了其他發達國家的系統化設計思想，其中具有代表性的是：

1.將用戶需求作為產品功能特征構思、結構設計和零件設計、工藝規劃、作業控制等的基礎，從產品開發的宏觀過程出發，利用質量功能布置方法，系統地將用戶需求信息合理而有效地轉換為產品開發各階段的技術目標和作業控制規程的方法。

2.將產品看作有機體層次上的生命系統，并借助于生命系統理論，把產品的設計過程劃分成功能需求層次、實現功能要求的概念層次和產品的具體設計層次。同時采用了生命系統圖符抽象地表達產品的功能要求，形成產品功能系統結構。

3.將機械設計中系統科學的應用歸納為兩個基本問題：一是把要設計的產品作為一個系統處理，最佳地確定其組成部分單元及其相互關系；二是將產品設計過程看成一個系統，根據設計目標，正確、合理地確定設計中各個方面的工作和各個不同的設計階段。

四、總結

在機械設計的過程中，各種手段和設計手法是一個系統化的過程，并不是完全孤立的，各類方法之間都存在一定程度上的聯系，是通過以個完整的系統化設計方案對產品特征進行分析，結合當前各種先進技術進行統一的探究與研發的過程。在設計的過程中建立產品特征及設計方法知識庫和推理機時，通常也需運用系統化和結構模塊化方法，這樣有利于在設計的過程中提高設計效果，增加產品的特性，保證設計過程中的規范化，簡單化，更能夠提高設計質量與效率，降低其成本，我們只有充分利用各種設計方法，才可以更精確、更經濟，更有效率的進行產品設計。