淺談現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法及存在的相關(guān)問(wèn)題

摘 要：本文重點(diǎn)介紹了優(yōu)化設(shè)計(jì)的現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的方法，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展綜合論述，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)，以及與傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)的不同，現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法存在的問(wèn)題以及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行淺析。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法；機(jī)械設(shè)計(jì)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)問(wèn)題

中圖分類號(hào)：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隨著科技進(jìn)步，工業(yè)發(fā)展，人文和諧社會(huì)的進(jìn)步，機(jī)械在人類進(jìn)步的步伐中有著領(lǐng)頭羊的作用。然而，機(jī)械系統(tǒng)引入新材料、新工藝、新方法等越來(lái)越多，實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)的具體方法也有很多，現(xiàn)代設(shè)計(jì)應(yīng)使自己設(shè)計(jì)的產(chǎn)品滿足市場(chǎng)物美價(jià)廉、運(yùn)行可靠、使用方便、可持續(xù)發(fā)展等一系列要求，所以傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)滿足適應(yīng)不了現(xiàn)代技術(shù)的飛速發(fā)展的要求，現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法便應(yīng)運(yùn)而生，與國(guó)外現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法相比，我們的機(jī)械設(shè)計(jì)顯然慢得多。本文就現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法以及相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行論述。

機(jī)械設(shè)計(jì)根據(jù)使用情況對(duì)機(jī)械的工作原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式、力和能量的傳遞方式、各個(gè)零件的材料和形狀尺寸、潤(rùn)滑方式等進(jìn)行構(gòu)思、分析和計(jì)算并將其轉(zhuǎn)化為具體的描述以作為制造依據(jù)的工作過(guò)程。

1 現(xiàn)代設(shè)計(jì)的組成

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)是對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法發(fā)展和繼承的產(chǎn)物，以科學(xué)理論為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)為工具，運(yùn)用知識(shí)進(jìn)行創(chuàng)新創(chuàng)造的方法。現(xiàn)代設(shè)計(jì)已經(jīng)形成分析與綜合、收斂與發(fā)散、對(duì)應(yīng)于聯(lián)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(fā)、輸入與輸出法等科學(xué)組織的多種思維方法。

1.1 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程來(lái)看廣義設(shè)計(jì)體系有產(chǎn)品規(guī)劃、概念設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì)和服務(wù)設(shè)計(jì)。產(chǎn)品設(shè)計(jì)對(duì)象來(lái)看簡(jiǎn)單的普通零件，由機(jī)、電、磁、光、液、軟件、仿生等物質(zhì)、信息和能量的高度耦合的極限系統(tǒng)于產(chǎn)品的全部構(gòu)成。

初步統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)方法有50種左右，如：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、概念設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、可視化設(shè)計(jì)、虛擬設(shè)計(jì)、數(shù)字化設(shè)計(jì)、仿生設(shè)計(jì)、智能設(shè)計(jì)、摩擦學(xué)設(shè)計(jì)、TRIZ設(shè)計(jì)、三次設(shè)計(jì)、有限元方法及無(wú)網(wǎng)格法、CAX集成設(shè)計(jì)等。如廣義質(zhì)量的產(chǎn)品質(zhì)量功能化設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)、智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和可視化設(shè)計(jì)的綜合設(shè)計(jì)方法，基于QFD，TRIZ和三次設(shè)計(jì)的集成話設(shè)計(jì)方法等。

1.2 現(xiàn)代設(shè)計(jì)工具和平臺(tái)。現(xiàn)代設(shè)計(jì)工具和平臺(tái)是現(xiàn)代設(shè)計(jì)的重要組成部分，主要由硬件和軟件兩類，然而實(shí)際中是硬軟件結(jié)合使用。現(xiàn)代設(shè)計(jì)的工具和平臺(tái)主要有：CAX系統(tǒng)；DFX類；仿真系統(tǒng)類；數(shù)據(jù)庫(kù)，知識(shí)庫(kù)類。

2 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)

現(xiàn)代機(jī)械的種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，總體由配電系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)等組成。而且每個(gè)系統(tǒng)都可以細(xì)分為無(wú)數(shù)的子系統(tǒng)。

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)存在相應(yīng)的差別，傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法基于經(jīng)驗(yàn)、經(jīng)典模型、力學(xué)及實(shí)驗(yàn)，然而，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)運(yùn)用創(chuàng)造與設(shè)計(jì)的思維規(guī)律及方法；涉及廣泛的交叉科學(xué)；運(yùn)用有限元分析等模擬軟件分析系統(tǒng)；還以人機(jī)工程學(xué)、現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)等創(chuàng)造出既科學(xué)又有藝術(shù)美的設(shè)計(jì)美。

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法以計(jì)算機(jī)繪圖，從傳統(tǒng)的串行設(shè)計(jì)到并行設(shè)計(jì)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行各種各樣動(dòng)態(tài)模擬仿真，系統(tǒng)優(yōu)化等。現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)離不開(kāi)計(jì)算機(jī)這個(gè)主要載體，實(shí)現(xiàn)集成化、可視化、智能化、數(shù)字化設(shè)計(jì)。

3 存在的相關(guān)問(wèn)題

我國(guó)在機(jī)械設(shè)計(jì)上與西方國(guó)家存在很大的差距，特別是在設(shè)計(jì)的整體和國(guó)際先進(jìn)水平研究上存在相當(dāng)大的差距，我認(rèn)為有以下幾個(gè)方面：

3.1 理論的運(yùn)用和研究。機(jī)械設(shè)計(jì)現(xiàn)在的瓶頸問(wèn)題之一是弱理論強(qiáng)經(jīng)驗(yàn)的領(lǐng)域，這個(gè)阻擋著現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法的繼續(xù)發(fā)展。基礎(chǔ)理論有專業(yè)與通用之分，但這些理論都比較分散，沒(méi)有形成整體化，大多在某一個(gè)方面進(jìn)而發(fā)展。

3.2 創(chuàng)新設(shè)計(jì)與模仿重復(fù)的分散。往往在設(shè)計(jì)上，創(chuàng)新與傳統(tǒng)是分不開(kāi)的，只有發(fā)現(xiàn)啦傳統(tǒng)的不足之處，創(chuàng)新來(lái)彌補(bǔ)相應(yīng)的不足，從當(dāng)今社會(huì)來(lái)看，現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的研究與運(yùn)用，兩者還是分離，有必要將兩者緊密地聯(lián)系在一起來(lái)研究和運(yùn)用。

3.3 設(shè)計(jì)與制造的脫軌。現(xiàn)階段，有的設(shè)計(jì)出來(lái)的東西在加工制造上存在很大的難度，相應(yīng)的提高制造成本，以及加工的難度系數(shù)，產(chǎn)品的加工制造與材料、技術(shù)能力、設(shè)備等都有很大影響。然而，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)必須考慮加工等眾多因素，達(dá)到制造的工藝相對(duì)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。

3.4 創(chuàng)新與相似設(shè)計(jì)劃分不明確。現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方法對(duì)理論的運(yùn)用還是局限于模仿和相似的運(yùn)用，只有改進(jìn)，沒(méi)有充分的認(rèn)識(shí)到創(chuàng)新和相似的跨類存在關(guān)系，相似的設(shè)計(jì)就成為了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，然而，這樣的設(shè)計(jì)很困難從根本上解決自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

3.5 現(xiàn)代仿真技術(shù)的單一。由復(fù)雜的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程，會(huì)用到不同的仿真軟件進(jìn)行逐一的分析，然而，這些軟件的開(kāi)發(fā)商也是高低不一，仿真軟件層出不窮，在運(yùn)用上使用者需要大量學(xué)習(xí)和操作過(guò)大，使相應(yīng)信息流共享資源障礙，如何整合多款的設(shè)計(jì)軟件是一個(gè)重大的研究問(wèn)題，擴(kuò)大仿真數(shù)據(jù)交流、模塊化、集成化和通用性是個(gè)很值得研究和的問(wèn)題。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法的研究種類繁多，怎樣整合這些方法是一個(gè)很值得研究的內(nèi)容，機(jī)械設(shè)計(jì)理論和經(jīng)驗(yàn)固然重要，合理運(yùn)用相應(yīng)的設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)模塊的集成，有利于資源的共享構(gòu)成現(xiàn)代設(shè)計(jì)完美理論體系。

在科技飛速發(fā)展和學(xué)科廣泛的交匯下，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法的創(chuàng)新，設(shè)計(jì)規(guī)律和規(guī)范的研究有著重要作用，使設(shè)計(jì)過(guò)程可簡(jiǎn)便化、多彩化、功能化和可持續(xù)化。

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作者簡(jiǎn)介：甘濤（1990—），男，湖北省恩施州咸豐縣人，工作單位：長(zhǎng)江大學(xué)文理學(xué)院機(jī)電與信息工程系 機(jī)械5112 ，職務(wù)：學(xué)生，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)。