分析機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的現(xiàn)狀與趨勢研究

謝晉

【摘 要】機(jī)械設(shè)計(jì)作為機(jī)械工程的一個(gè)關(guān)鍵組成部分。隨著機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展和技術(shù)水平的不斷提高，過去傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)無法滿足當(dāng)前設(shè)計(jì)動態(tài)化和創(chuàng)新化得要求。因此對于機(jī)械制造而言，研究機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢是有一定必要性的。基于此，本文就針對機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的現(xiàn)在與趨勢展開分析與研究。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械；設(shè)計(jì)技術(shù)；現(xiàn)狀；趨勢

一、 導(dǎo)言

機(jī)械設(shè)計(jì)在機(jī)械工程中起到重要作用，設(shè)計(jì)的質(zhì)量直接影響機(jī)械工程的質(zhì)量，機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用提高了機(jī)械工程的質(zhì)量，機(jī)械工程在施工過程中，對機(jī)械設(shè)計(jì)提出新的要求，同時(shí)促進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)不斷革新，以適應(yīng)機(jī)械工程的發(fā)展需要。因此，本文首先介紹機(jī)械設(shè)計(jì)及分析機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，然后探討現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)及應(yīng)用情況，最后推測其發(fā)展趨勢，從而把握好機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展方向。

二、 機(jī)械設(shè)計(jì)的概況

機(jī)械設(shè)計(jì)是依據(jù)使用要求，針對機(jī)械工作結(jié)構(gòu)原理及運(yùn)動方式，兼顧力和能量的傳遞和各器件的材質(zhì)及尺寸，同時(shí)統(tǒng)籌考慮潤滑方法等情況，進(jìn)行綜合分析和計(jì)算，最終轉(zhuǎn)化成為具體的描述的相應(yīng)工作設(shè)計(jì)過程。機(jī)械設(shè)計(jì)作為機(jī)械工程的一個(gè)關(guān)鍵組成部分，在機(jī)械性能方面起著十分重要的作用。機(jī)械設(shè)計(jì)工作的質(zhì)量和機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量性能等直接相關(guān)聯(lián)，并與研究周期以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益有著十分重要的關(guān)系。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)往往以經(jīng)驗(yàn)總結(jié)作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，統(tǒng)籌運(yùn)用數(shù)學(xué)及力學(xué)既有公式和圖表等作為實(shí)際為設(shè)計(jì)依據(jù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式以及近似系數(shù)等方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)方法選擇上，多以靜態(tài)設(shè)計(jì)為主，多采用直覺設(shè)計(jì)和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，這種方式已經(jīng)無法滿足當(dāng)前產(chǎn)品的功能需要以及市場要求。

三 、分析機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的現(xiàn)狀

（一）機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)制約了我國機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

我國機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)的背景下，機(jī)械設(shè)計(jì)的水平?jīng)Q定機(jī)制制造業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，在勞動力的帶動下，中國的勞動密集型產(chǎn)品數(shù)量眾多，但擁有高科技含量的高、精、尖產(chǎn)品數(shù)量不多。機(jī)械制造業(yè)的質(zhì)量得到一定提高，但質(zhì)量仍不能令人滿意，主要是外觀設(shè)計(jì)、產(chǎn)品性能和穩(wěn)定性方面還有很大不足。我國現(xiàn)在機(jī)械產(chǎn)品基本都以中小型機(jī)械產(chǎn)品為主，現(xiàn)在還沒有制造大型機(jī)械產(chǎn)品的能力，需要機(jī)械設(shè)計(jì)能力在不斷提升的能力下，以適合現(xiàn)代機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展，提高機(jī)械制造產(chǎn)品的質(zhì)量。

（二）機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)制約了我國機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)投入結(jié)構(gòu)

一般競爭性行業(yè)，機(jī)械制造業(yè)競爭力的條件和福利狀況直接影響生產(chǎn)投入的結(jié)構(gòu)。企業(yè)之間的競爭，實(shí)際上是科技實(shí)力和創(chuàng)新能力的競爭，科技實(shí)力和技術(shù)創(chuàng)新能力在很大程度上取決于研究和開發(fā)的投資。發(fā)達(dá)國家為了保持市場競爭力的機(jī)械制造行業(yè)，增加投資在科學(xué)和技術(shù)方面的努力。一些大型企業(yè)技術(shù)開發(fā)費(fèi)用占銷售額的4%-8%，甚至要高于10%。如此高的投資，以進(jìn)一步擴(kuò)大其領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢，使企業(yè)充分競爭的情況下變成了“壟斷競爭”，在許多關(guān)鍵領(lǐng)域中占據(jù)了有利的戰(zhàn)略位置。

四 、現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)及應(yīng)用的情況

（一）模糊設(shè)計(jì)

模糊設(shè)計(jì)（FuzzyDesign）是把模糊數(shù)學(xué)知識應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)的一種方式。隨著科技發(fā)展，機(jī)械設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)變得日益龐大和復(fù)雜，在機(jī)械設(shè)計(jì)中涉及的變量也變得更多，關(guān)系也更為復(fù)雜，在一系列變量關(guān)系中，存在很多模糊現(xiàn)象，很多時(shí)候無法精確對所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行描述。在具體設(shè)計(jì)當(dāng)中，不僅要對“非此即彼”類的精確現(xiàn)象進(jìn)行識別，還要對“亦彼亦此”類的的模糊現(xiàn)象進(jìn)行識別。例如機(jī)械產(chǎn)品使用壽命較長和承載力較強(qiáng)都是模糊現(xiàn)象。對于這類問題就需要采取糊數(shù)學(xué)的方法進(jìn)行解決。在具體的機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，通常把模糊技術(shù)和其他重量的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，最終形成模糊優(yōu)化、模糊可靠性等方式。

（二）有限元設(shè)計(jì)

有限元法的基本思想為用有限個(gè)容易分析的單元用結(jié)構(gòu)離散化進(jìn)行相應(yīng)表示，單元與單元之間用有限個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接，此后依據(jù)變形協(xié)調(diào)條件進(jìn)行求解。因?yàn)閱卧臄?shù)目和相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)目都是有限的，所以該方法被稱為有限元法。該方法的最大特征為靈活性很強(qiáng)，僅需改變單元的數(shù)目，就能夠完成對解的精確度變化，可以獲得和實(shí)際情況十分接近的解。

（三）可靠性設(shè)計(jì)

機(jī)械零件的可靠性設(shè)計(jì)通常是指在特點(diǎn)的時(shí)間和條件下，實(shí)現(xiàn)規(guī)定功能的能力。概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)是可靠性設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)，而失效分析和預(yù)測（包括可靠性試驗(yàn)）是可靠性設(shè)計(jì)的依據(jù)，確保產(chǎn)品的可靠性是可靠性設(shè)計(jì)的根本目標(biāo)，其基本思路為：用S表示引起機(jī)械零件失效的“應(yīng)力”，確立函數(shù)si（i=1、2、…n），S=f（s1，s2，…，sn）。用R表示表示機(jī)械零件的“強(qiáng)度”確立函數(shù)ri（i=1、2、…、n），R=g（r1，r2，…，rm）。可見S和R均為隨機(jī)變量，機(jī)械零件的安全可靠性能，可以用R大于S所發(fā)生的幾率來進(jìn)行表示，即R（t）=P（R>S）≥[R]。用R（t）來表示機(jī)械零件的運(yùn)行安全可靠度。當(dāng)前市場及消費(fèi)者對機(jī)械產(chǎn)品的可靠性和安全性更為關(guān)注，未來機(jī)械設(shè)計(jì)的焦點(diǎn)也必將在產(chǎn)品的可用性和安全性上，可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)已成為當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)的關(guān)鍵組成部分之一。

五、 當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢研究

當(dāng)今社會科技日新月異，各種新技術(shù)不斷出現(xiàn)，機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品的隨科技含量不斷增強(qiáng)，機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)水平的競爭已經(jīng)趨于白熱化，在激烈的市場競爭中，要處于不敗之地，必須不斷改進(jìn)技術(shù)、降低成本、提高工作效率，這些也是當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)方法的發(fā)展趨勢和方向。

（一）系統(tǒng)化

機(jī)械設(shè)計(jì)方法研究的趨勢。系統(tǒng)工程學(xué)是依托信息學(xué)、控制論、統(tǒng)籌管理等科學(xué)方法建立并發(fā)展起來的，解決工程問題最優(yōu)化設(shè)計(jì)及控制的科學(xué)。過去傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法，多將設(shè)計(jì)對象視為獨(dú)立事物進(jìn)行分解和研究，其結(jié)論的局限性較強(qiáng)，在機(jī)械設(shè)計(jì)中通過系統(tǒng)工程學(xué)的運(yùn)用，可以使機(jī)械設(shè)計(jì)過程作為統(tǒng)一的系統(tǒng)進(jìn)行研究和探索，以整個(gè)系統(tǒng)為研究對象，對系統(tǒng)的各個(gè)部分進(jìn)行關(guān)聯(lián)性研究，其發(fā)展前景十分廣闊。

（二）精英化

創(chuàng)造創(chuàng)造潛力挖掘趨勢。雖然機(jī)械設(shè)計(jì)中計(jì)算機(jī)技術(shù)廣泛參與，但人的作用依然是最核心、最關(guān)鍵的，充分發(fā)揮機(jī)械設(shè)計(jì)師的創(chuàng)造潛力，以其特有的設(shè)計(jì)靈感和創(chuàng)造方法解決問題，將起到其他輔助技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的作用，在市場競爭日趨劇烈的新形勢下，最優(yōu)秀機(jī)械設(shè)計(jì)師的培養(yǎng)和挖潛，是當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)保持強(qiáng)勁生命力的最根本保證。

（三）商品化

機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)趨勢。當(dāng)前，大部分企業(yè)已經(jīng)認(rèn)識到生存和發(fā)展的關(guān)鍵在于不斷創(chuàng)新，而在開發(fā)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的過程中，很多新產(chǎn)品雖然投入了較多的時(shí)間、較大的精力、較多的財(cái)力，但在常常在商品化這一最終環(huán)節(jié)上出現(xiàn)問題。商品化是所有機(jī)械設(shè)計(jì)開發(fā)的最終環(huán)節(jié)，也是檢驗(yàn)機(jī)械設(shè)計(jì)成果的最好方法，為此應(yīng)在設(shè)計(jì)之初就做好市場調(diào)研和產(chǎn)品定位，并大膽創(chuàng)新。

六、 總結(jié)

總之，機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)，提高機(jī)械設(shè)計(jì)的水平，是提高機(jī)械產(chǎn)品的關(guān)鍵因素，機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展與機(jī)械設(shè)計(jì)有重要的關(guān)系，我國機(jī)械制造業(yè)的技術(shù)水平不如發(fā)達(dá)的國家，但我國機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展前景廣闊，給機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展帶來機(jī)遇與挑戰(zhàn)，必須根據(jù)我國機(jī)械制造業(yè)的實(shí)際情況，及時(shí)更新機(jī)械設(shè)計(jì)水平，以適應(yīng)我國機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展要求。

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