現代機械設計與機械制造的相關技術分析

于晶晶 鄧明輝

【摘 要】隨著科學技術的發展，產品功能要求的增加，特別是產品的復雜性增加，更新換代速度加快致使壽命期縮短，對產品的設計，尤其是機械產品方案的設計要求越來越高。

【關鍵詞】機械設計；機械制造；技術

機械設計制造技術是衡量一個國家科技發展水平的重要標志。機械設計是機械制造的前提，而機械制造一般是以設計為基礎，機械設計是機械制造的第一步，也是其重要的組成部分。好的設計可以提高機械產品的性能，確保機器的質量的可靠性。因此，從技術層面上進行分析，機械設計與機械制造互相依托，相輔相成。不斷地完善機械設計與加強機械制造技術，是保證我國機械制走向世界領先水平的前提條件。

一、機械產品的現代設計方法

1 智能化

智能化設計方法的主要特點是：根據設計方法學理論，借助于三維圖形軟件、智能化設計軟件和虛擬現實技術，以及多媒體等工具進行產品的開發設計、表達產品的構思、描述產品的結構。

2 系統化

系統化設計方法的主要特點是：將設計看成由若干個設計要素組成的一個系統，每個設計要素既具有獨立性又存在著有機的聯系，并具有層次性，所有的設計要素結合后，即可實現設計系統所需完成的任務。

3 模塊化

模塊化設計方法的主要特點是：視具有某種功能的實現為一個結構模塊，通過結構模塊的組合，實現產品的方案設計。

4 基于產品特征知識

基于產品特征知識設計方法的主要特點是：用計算機能夠識別的語言描述產品的特征及其設計領域專家的知識和經驗，建立相應的知識庫及推理機，再利用已存儲的領域知識和建立的推理機實現產品的方案設計。

二、機械自動化的科學技術

機械設計制造及其自動化是機械技術和電子技術為主體，多門技術學科相互滲透、相互結合的產物，是正在發展和逐漸完善的一門新興的邊緣學科，機械自動化使機械工業的技術結構、產品結構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化，使工業生產由"機械電器化"邁入了以"機械自動化"為特征的發展階段。

它的發展至今已經成為一門有著自身體系的新型學科，隨著生產和科學技術的發展，還將不斷被賦予新的內容。但其最基本的特征可概括為：機械自動化的設計制造是從系統的觀點出發，綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感檢測技術、電力電子技術、接口技術、信息變換技術以及軟件編程技術等群體技術，根據系統功能目標和優化組織結構目標，在多功能、高質量、高可靠性，低能耗的意義上實現特定功能價值并使整個系統最優化的系統工程技術。

三、數控加工技術

隨著科技的發展，產品的形狀和結構的優化，對零件加工質量的要求也越來越高。由于產品改型頻繁，在一般機械加工中，單件和中小批量產品所占比重越來越大。為了保證產品質量、提高生產率和降低成本，要求機床不僅具有較好的通用性和靈活性，而且對加工過程中的自動化提出了更高的要求。數控加工技術就是在這種環境下發展起來的，適用于精度高，零件形狀復雜的單件和中小批量生產的高效、柔性的自動化加工技術。目前，數控技術發展迅速，應用領域已從航空航天普及到汽車、機床等制造業及其他中小批量生產的機械制造行業中。

四、精密與超精密加工技術

隨著航空航天、計算機、材料科學、激光和自動控制系統等高科技產業的迅猛發展，綜合應用當今先進的加工技術，使機械加工精度已經提高到了0.01μm的亞納米級，并向納米級發展。精密加工和超精密加工技術是現代制造技術的前沿和主要發展方向之一，它已經成為國際科技競爭中能否取得成功的關鍵技術，尤其是精密加工技術在尖端產品和現代武器制造中有舉足輕重的地位。

五、超高速切削、磨削技術

超高速加工技術是指采用超硬刀具和磨具，利用能可靠實現高速運動的高精度、高自動化和高柔性的制造設備，以提高切削速度來達到提高材料去除率、加工精度和加工質量的先進加工技術。具有切削力小、熱變形小、加工精度高和降低加工成本等優越性。

六、虛擬軸機床

新型并聯構型制造裝備虛擬軸機床實質上是機器人與機床的混合物，其在結構上完全不同于傳統的數控機床，具有模塊化程度高，結構簡單，速度、動態響應快，造價低等優點，克服了傳統的機床設備一些無法避免的固有缺陷。

七、微細制造與納米技術

隨著人們對許多工業產品的功能集成化和外觀小型化的需求，使零部件的尺寸日趨微小化。這些需求導致了自20世紀70年代起出現了微細加工和納米制造技術，他們促使了微型機器向系統化方向發展，并形成了有廣闊發展前景的微機電系統（MEMS）。

八、機械設計的技術發展趨勢分析

現代的機械產品對于機械設計提出了更高的要求，而對于機械設計而言，其技術層面也發生了轉變。

首先，對于產品的設計要求更加傾向于智能化。智能化的特點是利用現代化的設計手段，如CAD設計軟件以及虛擬的設計技術對需要設計的產品進行模擬設計，并能夠通過多媒體等對產品的性能"結構等進行模擬演示。

其次是更加系統化。系統化要求是要將產品的每個部件的有機內在聯系進行整合設計，并要求有一定的層次性，通過系統整體來完成設計任務。然后是模塊化。模塊化的設計理念較為簡單，即將具有一定實現功能的模塊進行組合，并實現產品的方案設計。

最后是產品的特性設計。依據產品的特性，利用計算機的技術對產品進行知識構建與邏輯推理，最終形成產品的方案設計。計軟件以及虛擬的設計技術對需要設計的產品進行模擬設計，并能夠通過多媒體等對產品的性能"結構等進行模擬演示。其次是更加系統化。系統化要求是要將產品的每個部件的有機內在聯系進行整合設計，并要求有一定的層次性，通過系統整體來完成設計任務。然后是模塊化。模塊化的設計理念較為簡單，即將具有一定實現功能的模塊進行組合，并實現產品的方案設計。最后是產品的特性設計。依據產品的特性，利用計算機的技術對產品進行知識構建與邏輯推理，最終形成產品的方案設計。

九、現代機械設計的未來發展與前景分析

第一，性能更加優良。現代的機械產品多要求性能的優良化。因此，在對機械產品設計的過程中，要盡量提高產品設計的性能優良性。其中，優良性能分為可靠性技術設計"動態設計"防腐設計"補償設計以及控制設計技術等。

第二，更適合市場競爭的設計技術。產品的形成最終是要投放市場，在市場要有絕對的競爭力。面對當前的市場經濟體制，要開發新原理以及新技術，給予產品以新技術與新功能。競爭優勢的技術設計包括產品的技術創新"成本的降低"仿真設計與智能設計等等。不斷的創新技術以及競爭需要，讓機械設計更加向市場競爭方向發展。第三，節能環保的綠色設計理念。對于環境的保護，環保意識在當今社會更加深入人心，因此，對于機械設計而言，也應該以綠色設計為設計理念。對于機械設計的產品要以智能化和綠色化為基礎。不僅如此，還要以資源的利用為前提，即通過先進的機械設計技術實現資源利用的最大化。此外，實現資源的循環利用，則是更加先進的機械設計理念。

總之，機械自動化系統就是機電一體化系統。機電一體化的發展就是機械自動化的發展。廣大設計人員應清醒地認識到機械設計制造只有向機械自動化設計制造方向發展，在機械設計的初期，把好技術的質量關，在制造的過程中從安全"質量等不同方面進行把握，從而實現高質量、高標準的機械產品。在機械設計與制造中掌握時代發展的趨勢，不斷地對設計方法與制造技術進行完善，采用先進的機械制造技術，從而推動我國機械制造水平的提升。