淺談現(xiàn)代機械設(shè)計方法

姚家明　李寧　張磊

摘 要：本文介紹了現(xiàn)代機械設(shè)計的理念、形式及方法。通過現(xiàn)代機械設(shè)計與傳統(tǒng)機械設(shè)計各方面的

對比，闡述了現(xiàn)代機械設(shè)計的優(yōu)點。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代機械設(shè)計、計算機輔助設(shè)計

現(xiàn)代設(shè)計是以產(chǎn)品為總目標的一系列種類繁多的現(xiàn)代設(shè)計法和技術(shù)的綜合運用，現(xiàn)代設(shè)計將傳統(tǒng)設(shè)計中的經(jīng)驗、類比法提高到邏輯的、理性的、系統(tǒng)的新設(shè)計方法，是在靜態(tài)分析的基礎(chǔ)上，進行動態(tài)多變量的最優(yōu)化。

現(xiàn)代機械設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計比較，有以下幾個特點：

1.系統(tǒng)性：

現(xiàn)代設(shè)計把設(shè)計對象看作一個系統(tǒng)，同時考慮系統(tǒng)與外界的聯(lián)系，用系統(tǒng)工程概念進行分析和綜合，通過功能分析、系統(tǒng)綜合等方法，力求系統(tǒng)整體最優(yōu)，使人機之間功能相互協(xié)調(diào)。

2.創(chuàng)造性：

現(xiàn)代設(shè)計強調(diào)創(chuàng)造能力開發(fā)和充分發(fā)揮人的創(chuàng)造性；重視原理方案的設(shè)計、開發(fā)和創(chuàng)新產(chǎn)品。只有創(chuàng)新才能有所發(fā)明。但是，今天的科學技術(shù)已經(jīng)高度發(fā)展，創(chuàng)新往往是在已有技術(shù)基礎(chǔ)上的綜合。有的新產(chǎn)品是根據(jù)別人的研究實驗結(jié)果而設(shè)計，有的事博采眾長，加以巧妙的組合。

3.綜合性：

現(xiàn)代設(shè)計在設(shè)計過程中，綜合考慮、分析市場需求、設(shè)計、生產(chǎn)、管理、使用、銷售各方面的因素；綜合運用優(yōu)化是系統(tǒng)工程、可靠性理論、價值工程、技術(shù)等學科的知識，探索多種解決設(shè)計問題的科學途徑。

4.程式性：

現(xiàn)代設(shè)計研究的一般進程，包括一般設(shè)計戰(zhàn)略和用于設(shè)計各個具體部分的戰(zhàn)術(shù)方法。要求設(shè)計者從產(chǎn)品規(guī)劃、方案設(shè)計、技術(shù)設(shè)計、施工設(shè)計到實驗、試制，按步驟有計劃的進行設(shè)計。

現(xiàn)代機械設(shè)計方法的主要內(nèi)容：

由于計算機具有運算速度快、數(shù)據(jù)處理準確、存儲量大和具有邏輯判斷功能等特點，因此，它已經(jīng)成為現(xiàn)代機械設(shè)計分析、計算、數(shù)據(jù)處理、圖形處理等工作中不可替代的重要工具。這種人機交互的設(shè)計方式就是計算機輔助設(shè)計CAD（computer Aided Design）。

產(chǎn)品的生產(chǎn)分設(shè)計與制造兩大部分，設(shè)計過程中除了需求分析及可行性研究這兩個環(huán)節(jié)很難用計算機實現(xiàn)外，其余從概念設(shè)計到涉及結(jié)果都可用計算機實現(xiàn)，從而構(gòu)成了CAD過程。制造過程是指從工藝過程設(shè)計開始，經(jīng)產(chǎn)品裝配直到進入市場為止。在這個過程中，工藝設(shè)計以及采用數(shù)控機場時的加工編程等，從工藝過程設(shè)計到裝配的一系列環(huán)節(jié)同樣也可以用計算機實現(xiàn)，由此構(gòu)成了廣義的CAM過程。在CAM過程中主要包括兩個軟件，一類叫計算機輔助工藝規(guī)程設(shè)計（CAPP：Computer Aider Proess Planning），另一類叫數(shù)據(jù)編程（NCP：NC Programming）。這兩個過程的計算機化促進了設(shè)計與制造自動化的程度。自動化程度的進一步提高是有賴于這兩個過程的進一步集成，并由此奠定了現(xiàn)代計算機集成制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

必須指出，CAD不是完全的設(shè)計自動化，實踐證明完全的設(shè)計自動化是非常困難的，為此曾經(jīng)走過彎路。CAD是將人的主導(dǎo)性和與創(chuàng)造性放在首要地位，同時充分發(fā)揮計算機的長處，使二者有機地結(jié)合起來，因此人機信息交流及交互工作方式是CAD系統(tǒng)最顯著的特點。

CAD的軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件三個層次。系統(tǒng)軟件與硬件和操作系統(tǒng)密切相關(guān)，用于對系統(tǒng)資源的管理，對輸入和輸出設(shè)備的控制等。支撐軟件是系統(tǒng)軟件基礎(chǔ)上開發(fā)的滿足用戶共同需要的通用軟件或工具軟件，目前市場上所見到的各種商業(yè)化的CAD軟件大多屬于支撐軟件。支撐軟件。支撐軟件主要用來實現(xiàn)集合建模、繪圖、工程設(shè)計的計算和分析等功能。

集成化CAD/CAM軟件支持在二維和三維圖形方式下進行產(chǎn)品及零件的定義。如AutoCAD等。但今年來隨著實體造型技術(shù)的日趨完善，不少CAD系統(tǒng)轉(zhuǎn)向采用實體造型技術(shù)來定義產(chǎn)品的集合模型，進行分析、數(shù)控加工、輸出工程圖等。目前較為成熟的CAD/CAM集成系統(tǒng)包括：UG，CATIA，DUCT，CADDS-5等。

計算機和分析軟件主要用于解決工程設(shè)計中的各種數(shù)值和分析。包括：①數(shù)學計算軟件，如MATLAB、MATHCAD等。②有限元分析軟件，如I—Deads，SAP—5，ADINA，ANSYS等。目前有限元分析的理論和方法已日趨成熟，這些軟件還包括了較強的前、后處理功能。③優(yōu)化設(shè)計軟件，如IBM公司的ODL、我國的OPB—2等。

在機械設(shè)計過程中，經(jīng)常需要查閱一些手冊和文獻資料，以獲得有關(guān)的計算公式和大量數(shù)據(jù)，在傳統(tǒng)的設(shè)計方法中，主要靠設(shè)計人員手工查取，十分繁瑣和費時。監(jiān)獄計算機具有大量存儲與迅速檢索功能，可以快速、精確無遺漏地處理各種大小數(shù)據(jù)文件，在現(xiàn)代設(shè)計方法中，通常將設(shè)計所需計算公式、計算方法和過程及大量數(shù)據(jù)、表格或線圖以程序、文件盒數(shù)據(jù)庫等方式預(yù)先存入計算機的外存和內(nèi)存中，以便設(shè)計時由計算機按照設(shè)計的需要自動檢索，依靠計算機完成大量繁瑣的事務(wù)性工作，使設(shè)計師有更多的時間精力從事創(chuàng)造性設(shè)計。

參考文獻：

[1]孫靖民；現(xiàn)代機械設(shè)計方法[M]；哈爾濱哈爾濱工業(yè)大學出版社；2003.