分析機械設計技術的現(xiàn)狀與趨勢研究

謝 晉/江蘇華正環(huán)保科技有限公司

分析機械設計技術的現(xiàn)狀與趨勢研究

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機械設計作為機械工程的一個關鍵組成部分。隨著機械設計技術的發(fā)展和技術水平的不斷提高,過去傳統(tǒng)的機械設計技術已經無法滿足當前設計動態(tài)化和創(chuàng)新化得要求。因此對于機械制造而言，研究機械設計技術的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢是有一定必要性的。基于此，本文就針對機械設計技術的現(xiàn)在與趨勢展開分析與研究。

機械；設計技術；現(xiàn)狀；趨勢

一、導言

機械設計在機械工程中起到重要作用，設計的質量直接影響機械工程的質量，機械設計技術的應用提高了機械工程的質量，機械工程在施工過程中，對機械設計提出新的要求，同時促進機械設計技術不斷革新，以適應機械工程的發(fā)展需要。因此，本文首先介紹機械設計及分析機械設計技術的發(fā)展現(xiàn)狀，然后探討現(xiàn)代機械設計技術及應用情況，最后推測其發(fā)展趨勢，從而把握好機械設計技術的發(fā)展方向。

二、機械設計的概況

機械設計是依據(jù)使用要求,針對機械工作結構原理及運動方式,兼顧力和能量的傳遞和各器件的材質及尺寸,同時統(tǒng)籌考慮潤滑方法等情況,進行綜合分析和計算,最終轉化成為具體的描述的相應工作設計過程。機械設計作為機械工程的一個關鍵組成部分,在機械性能方面起著十分重要的作用。機械設計工作的質量和機械產品的質量性能等直接相關聯(lián),并與研究周期以及技術經濟效益有著十分重要的關系。傳統(tǒng)的機械設計技術往往以經驗總結作為設計基礎,統(tǒng)籌運用數(shù)學及力學既有公式和圖表等作為實際為設計依據(jù),根據(jù)經驗公式以及近似系數(shù)等方式進行設計,在設計方法選擇上,多以靜態(tài)設計為主,多采用直覺設計和經驗設計,這種方式已經無法滿足當前產品的功能需要以及市場要求。

三、分析機械設計技術的現(xiàn)狀

（一）機械設計技術制約了我國機械制造業(yè)的產品結構

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

（二）機械設計技術制約了我國機械制造業(yè)的生產投入結構

一般競爭性行業(yè)，機械制造業(yè)競爭力的條件和福利狀況直接影響生產投入的結構。企業(yè)之間的競爭，實際上是科技實力和創(chuàng)新能力的競爭，科技實力和技術創(chuàng)新能力在很大程度上取決于研究和開發(fā)的投資。發(fā)達國家為了保持市場競爭力的機械制造行業(yè)，增加投資在科學和技術方面的努力。一些大型企業(yè)技術開發(fā)費用占銷售額的4%－8%，甚至要高于10%。如此高的投資，以進一步擴大其領先的技術優(yōu)勢，使企業(yè)充分競爭的情況下變成了“壟斷競爭”，在許多關鍵領域中占據(jù)了有利的戰(zhàn)略位置。

四、現(xiàn)代機械設計技術及應用的情況

（一）模糊設計

模糊設計(FuzzyDesign)是把模糊數(shù)學知識應用于機械設計的一種方式。隨著科技發(fā)展,機械設計的結構變得日益龐大和復雜,在機械設計中涉及的變量也變得更多,關系也更為復雜,在一系列變量關系中,存在很多模糊現(xiàn)象,很多時候無法精確對所設計的產品進行描述。在具體設計當中,不僅要對“非此即彼”類的精確現(xiàn)象進行識別,還要對“亦彼亦此”類的的模糊現(xiàn)象進行識別。例如機械產品使用壽命較長和承載力較強都是模糊現(xiàn)象。對于這類問題就需要采取糊數(shù)學的方法進行解決。在具體的機械設計過程中,通常把模糊技術和其他重量的設計方法進行有機結合,最終形成模糊優(yōu)化、模糊可靠性等方式。

（二）有限元設計

有限元法的基本思想為用有限個容易分析的單元用結構離散化進行相應表示,單元與單元之間用有限個節(jié)點進行連接,此后依據(jù)變形協(xié)調條件進行求解。因為單元的數(shù)目和相應的節(jié)點數(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,僅需改變單元的數(shù)目,就能夠完成對解的精確度變化,可以獲得和實際情況十分接近的解。

（三）可靠性設計

機械零件的可靠性設計通常是指在特點的時間和條件下,實現(xiàn)規(guī)定功能的能力。概率論和數(shù)理統(tǒng)計是可靠性設計的理論基礎,而失效分析和預測(包括可靠性試驗)是可靠性設計的依據(jù),確保產品的可靠性是可靠性設計的根本目標,其基本思路為:用S表示引起機械零件失效的“應力”,確立函數(shù)si(i=1、2、…n),S=f(s1,s2,…,sn)。用R表示表示機械零件的“強度”確立函數(shù)ri(i=1、2、…、n),R=g(r1,r2,…,rm)。可見S和R均為隨機變量,機械零件的安全可靠性能,可以用R大于S所發(fā)生的幾率來進行表示,即R(t)=P(R〉S)≥[R]。用R(t)來表示機械零件的運行安全可靠度。當前市場及消費者對機械產品的可靠性和安全性更為關注,未來機械設計的焦點也必將在產品的可用性和安全性上,可靠性設計技術已成為當前機械設計的關鍵組成部分之一。

五、當前機械設計的發(fā)展趨勢研究

當今社會科技日新月異,各種新技術不斷出現(xiàn),機械設計產品的隨科技含量不斷增強,機械設計技術水平的競爭已經趨于白熱化,在激烈的市場競爭中,要處于不敗之地,必須不斷改進技術、降低成本、提高工作效率,這些也是當前機械設計方法的發(fā)展趨勢和方向。

（一）系統(tǒng)化

機械設計方法研究的趨勢。系統(tǒng)工程學是依托信息學、控制論、統(tǒng)籌管理等科學方法建立并發(fā)展起來的,解決工程問題最優(yōu)化設計及控制的科學。過去傳統(tǒng)的機械設計方法,多將設計對象視為獨立事物進行分解和研究,其結論的局限性較強,在機械設計中通過系統(tǒng)工程學的運用,可以使機械設計過程作為統(tǒng)一的系統(tǒng)進行研究和探索,以整個系統(tǒng)為研究對象,對系統(tǒng)的各個部分進行關聯(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。雖然機械設計中計算機技術廣泛參與,但人的作用依然是最核心、最關鍵的,充分發(fā)揮機械設計師的創(chuàng)造潛力,以其特有的設計靈感和創(chuàng)造方法解決問題,將起到其他輔助技術無法實現(xiàn)的作用,在市場競爭日趨劇烈的新形勢下,最優(yōu)秀機械設計師的培養(yǎng)和挖潛,是當前機械設計保持強勁生命力的最根本保證。

（三）商品化

機械設計產品設計趨勢。當前,大部分企業(yè)已經認識到生存和發(fā)展的關鍵在于不斷創(chuàng)新,而在開發(fā)設計產品的過程中,很多新產品雖然投入了較多的時間、較大的精力、較多的財力,但在常常在商品化這一最終環(huán)節(jié)上出現(xiàn)問題。商品化是所有機械設計開發(fā)的最終環(huán)節(jié),也是檢驗機械設計成果的最好方法,為此應在設計之初就做好市場調研和產品定位,并大膽創(chuàng)新。

六、總結

總之，機械設計是機械制造產業(yè)的核心技術，提高機械設計的水平，是提高機械產品的關鍵因素，機械制造業(yè)的發(fā)展與機械設計有重要的關系，我國機械制造業(yè)的技術水平不如發(fā)達的國家，但我國機械制造業(yè)的發(fā)展前景廣闊，給機械設計的發(fā)展帶來機遇與挑戰(zhàn)，必須根據(jù)我國機械制造業(yè)的實際情況，及時更新機械設計水平，以適應我國機械制造行業(yè)的發(fā)展要求。

[1]丁帥.淺析機械設計制造及其自動化中計算機技術的應用[J].2016.

[2]尋耿.芻議計算機輔助設計技術在機械設計中的應用[J].2016.