淺談現代機械設計方法及存在的相關問題

甘 濤

（長江大學文理學院，湖北 荊州 434020）

淺談現代機械設計方法及存在的相關問題

甘 濤

（長江大學文理學院，湖北 荊州 434020）

摘 要：本文重點介紹了優化設計的現代機械設計的方法，現代機械設計的發展綜合論述，現代機械設計方法的特點，以及與傳統機械設計的不同，現代設計方法存在的問題以及發展趨勢進行淺析。

關鍵詞：現代設計方法；機械設計；優化設計；設計問題

隨著科技進步，工業發展，人文和諧社會的進步，機械在人類進步的步伐中有著領頭羊的作用。然而，機械系統引入新材料、新工藝、新方法等越來越多，實現這些技術的具體方法也有很多，現代設計應使自己設計的產品滿足市場物美價廉、運行可靠、使用方便、可持續發展等一系列要求，所以傳統的設計方法已經滿足適應不了現代技術的飛速發展的要求，現代設計方法便應運而生，與國外現代設計方法相比，我們的機械設計顯然慢得多。本文就現代設計方法以及相關問題進行論述。

機械設計根據使用情況對機械的工作原理、結構、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、潤滑方式等進行構思、分析和計算并將其轉化為具體的描述以作為制造依據的工作過程。

1 現代設計的組成

現代機械設計是對傳統設計方法發展和繼承的產物，以科學理論為基礎，以計算機為工具，運用知識進行創新創造的方法。現代設計已經形成分析與綜合、收斂與發散、對應于聯想、分散與組合、換元與移植、正與反等一系列的思維法則，以及智暴法、635法、陳列法、戈頓發、輸入與輸出法等科學組織的多種思維方法。

1.1 現代設計方法。產品設計過程來看廣義設計體系有產品規劃、概念設計、技術設計、施工設計和服務設計。產品設計對象來看簡單的普通零件，由機、電、磁、光、液、軟件、仿生等物質、信息和能量的高度耦合的極限系統于產品的全部構成。

初步統計設計方法有50種左右，如：計算機輔助設計、概念設計、結構設計、優化設計、可靠性設計、標準化設計、可視化設計、虛擬設計、數字化設計、仿生設計、智能設計、摩擦學設計、TRIZ設計、三次設計、有限元方法及無網格法、CAX集成設計等。如廣義質量的產品質量功能化設計、動態優化設計、智能控制系統設計和可視化設計的綜合設計方法，基于QFD，TRIZ和三次設計的集成話設計方法等。

1.2 現代設計工具和平臺。現代設計工具和平臺是現代設計的重要組成部分，主要由硬件和軟件兩類，然而實際中是硬軟件結合使用。現代設計的工具和平臺主要有：CAX系統；DFX類；仿真系統類；數據庫，知識庫類。

2 現代機械設計方法的特點

現代機械的種類繁多、結構復雜，總體由配電系統、動力系統、控制系統、執行系統、傳動系統等組成。而且每個系統都可以細分為無數的子系統。

現代機械設計與傳統機械設計存在相應的差別，傳統機械設計方法基于經驗、經典模型、力學及實驗，然而，現代機械設計運用創造與設計的思維規律及方法；涉及廣泛的交叉科學；運用有限元分析等模擬軟件分析系統；還以人機工程學、現代工業設計和產品造型設計等創造出既科學又有藝術美的設計美。

現代機械設計方法以計算機繪圖，從傳統的串行設計到并行設計，由計算機進行各種各樣動態模擬仿真，系統優化等。現代機械設計離不開計算機這個主要載體，實現集成化、可視化、智能化、數字化設計。

3 存在的相關問題

我國在機械設計上與西方國家存在很大的差距，特別是在設計的整體和國際先進水平研究上存在相當大的差距，我認為有以下幾個方面：

3.1 理論的運用和研究。機械設計現在的瓶頸問題之一是弱理論強經驗的領域，這個阻擋著現代機械設計方法的繼續發展。基礎理論有專業與通用之分，但這些理論都比較分散，沒有形成整體化，大多在某一個方面進而發展。

3.2 創新設計與模仿重復的分散。往往在設計上，創新與傳統是分不開的，只有發現啦傳統的不足之處，創新來彌補相應的不足，從當今社會來看，現代設計方法的研究與運用，兩者還是分離，有必要將兩者緊密地聯系在一起來研究和運用。

3.3 設計與制造的脫軌。現階段，有的設計出來的東西在加工制造上存在很大的難度，相應的提高制造成本，以及加工的難度系數，產品的加工制造與材料、技術能力、設備等都有很大影響。然而，產品的設計必須考慮加工等眾多因素，達到制造的工藝相對簡便等優點。

3.4 創新與相似設計劃分不明確。現有的設計方法對理論的運用還是局限于模仿和相似的運用，只有改進，沒有充分的認識到創新和相似的跨類存在關系，相似的設計就成為了創新設計，然而，這樣的設計很困難從根本上解決自主創新設計。

3.5 現代仿真技術的單一。由復雜的產品設計過程，會用到不同的仿真軟件進行逐一的分析，然而，這些軟件的開發商也是高低不一，仿真軟件層出不窮，在運用上使用者需要大量學習和操作過大，使相應信息流共享資源障礙，如何整合多款的設計軟件是一個重大的研究問題，擴大仿真數據交流、模塊化、集成化和通用性是個很值得研究和的問題。

結語

綜上所述，現代機械設計方法的研究種類繁多，怎樣整合這些方法是一個很值得研究的內容，機械設計理論和經驗固然重要，合理運用相應的設計軟件平臺進行數據模塊的集成，有利于資源的共享構成現代設計完美理論體系。

在科技飛速發展和學科廣泛的交匯下，現代機械設計方法的創新，設計規律和規范的研究有著重要作用，使設計過程可簡便化、多彩化、功能化和可持續化。

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中圖分類號：TH122

文獻標識碼：A

作者簡介：甘濤（1990—），男，湖北省恩施州咸豐縣人，工作單位：長江大學文理學院機電與信息工程系 機械5112 ，職務：學生，研究方向：機械設計。