機械設計方法及創新研究

張繼君

【摘 要】現代機械設計技術的產生，有效的緩解了很多企業以及工廠長期存在的根本性問題。機械設計作為機械設備制造使用中最基礎環節，其發展關系到社會對機械工程設備的需求和自身質量性能。本文簡要闡述現代機械設計概述、現代機械設計創新要求與原則、創新方法等內容，以此提升現代機械設計應用優勢和所設計的產品質量，滿足現代化社會發展需要。

【關鍵詞】現代機械設計；設計原則；創新方法

引言

現代工業技術革新、應用對機械設計帶來前所未有的發展機遇和挑戰?，F代機械設計是涉及機械原理、機械形式、力與運動、材料結構等內容的一門綜合性、復雜程度高的學科，是理論知識聯系實踐應用最佳的表現載體。為適應現代化、智能化、信息化的社會發展，更好地服務于人類生活生產活動，對現代機械設計進行創新與研究就顯得意義重大。本文簡要闡述現代機械設計概述、現代機械設計創新要求與原則、創新方法等內容，以此提升現代機械設計應用優勢和所設計的產品質量，滿足現代化社會發展需要。

1現代機械設計概述

1.1現代機械設計內涵分析

機械設計根據預想產品使用要求和功能對機械的工作原理、結構、運動方式、力和能量的傳遞方式、各個零件的材料和形狀尺寸、潤滑方法等結合機械設計學、哲學、信息科學、人工結構學、哲學、美學等各類學科和原理進行構思、分析和計算并將其轉化為具體的描述以作為制造依據的工作過程?，F代機械設計有別于傳統機械設計主要體現在：一是技術的運用不同；二是設計產品性能、功能和結構不同；三是設計效率和設計重復性不同；四是對材料使用要求不同；五是設計理念與創新意識不同?，F代機械設計基本步驟組成為：首先研究分析預設計機械產品的功能、工作原理；再次對預設計機械產品結構進行分析、組合；其次完成對預設計機械產品的力學傳動、尺寸、精度等參數優選；最后進行組合分析和選取最佳的機械設計方案。

1.2現代機械設計技術與傳統機械設計技術的對比

傳統機械設計方法多為靜態和理論性的，是將設計人員對于設計產品的經驗與理論認知作為基礎而實施的直覺設計，總體來看，其具備了兩方面的特征：首先，產品設計理論認知保持固定，對于復雜而又多變的外界環境存在相對較差的適應性。通常而言，傳統機械設計方法理論認知主要來源于設計人員的反復試驗以及自身經驗，在理論確定以后，通常不會隨意變更，并不適用于當前多變的環境。比如，一般安全性能比較高的產品其投入的資金也比較多，會增加誰及的成本，低成本產品則安全系數低，難以滿足相關要求[1]。其次，設計理念落后，無法跟上時代發展以及科技進步的步伐。伴隨著科技水平的逐漸提升，機械產品技術含量要求也與日劇增，機械設計理論體系呈現出了復雜化的發展態勢，傳統機械設計方法難以追趕發展的腳步。伴隨著科技的提升，機械產品技術含量的相關要求也在不斷的提高，機械設計理論體系復雜化程度不斷加深，傳統機械設計已經無法滿足產品使用需求。

2現代機械設計創新要求與原則

現代機械設計要突破傳統機械設計模式和思維，需要設計人員有創新意識，敢于標新立異將理論知識和科學技術運用在機械設計實踐中，所設計的機械設備種類品種多，結構復雜，可實現多種功能滿足現代社會生活生產需求。

2.1現代機械設計創新要求

現代機械設計創新要求是通過創新機械設計理念，突出體現機械設計產品性能和產品技術特點，提高現代機械設計產品的實用性、功能性、可靠性及經濟性。也可通過改良現有機械產品設計理念來實現。一是現代機械設計創新需要個性化，敢于破除舊的設計理念，尋求更合理的設計思路、設計方案或機械組合；二是現代機械設計創新要有較強的實用性和標準量化，這需要貼合市場需求，機械設計產品應易批量生產、功能配置合理、人機交互操作性強；三是現代機械設計創新要有可靠性及經濟性，機械設計產品的安全可靠、市場價值決定了產品設計價值；四是現代機械設計創新需要有創新思維，要求設計人員具有哲學、美學、人體結構學等基礎學科知識修養和逆向思維、跳躍思維等，可從不同學科、不同角度尋求最優化的設計方案[2]。

2.2現代機械設計創新原則

現代機械設計創新原則包括：機械產品功能多樣性、最大經濟效益。即拋棄原有單一機械產品功能單一化，制造成本高昂等劣勢，使現代機械產品功能多樣，增加市場需求，同時功能健全、安全性高的機械產品市場逐漸成型，應注意機械設計制造成本控制，實現產品生產銷售的經濟利潤最大化。

3現代機械設計創新方法

當前，隨著科學技術和社會經濟的快速發展，機械設計追求產品質量和設計精度要求，將高科技和各類學科融合深度交互知識、先進的設計理念運用在機械設計中，使得現代機械設計更加簡單、高效[3]。例如：計算機輔助設計（CAD）、優化設計、變形設計（VD）、并行設計（CD）等等。

3.1變形設計（VD）

變形設計（VariantDesign）是指在原有機械產品基礎上進行創新設計，或系列化設計使得其機械產品衍生品品種多樣，滿足產品市場通用化和使用者不同需求[4]。其方式為對原有機械產品工作原理、結構形式、功能和尺寸等進行再次創新設計，以拓撲形式設計并制造功能多樣、參數可調的系列產品。歸根到底達到機械產品的功能完善、操作完美、優化類型體系。

3.2并行設計（CD）

并行設計（Concurrent Design）有別于傳統機械設計的串行模式，摒棄了傳統機械設計周期長、設計次序不可跳躍、成本高等缺點，以計算機輔助設計和工程數學為基礎，采用系統化、集成化的設計模式從而實現現代機械設計制造一體化，充分節約設計成本和周期，提高機械設計質量。

3.3優化設計

優化設計類似于現代機械設計的變形設計，但形式和方法有區別[5]。優化設計是指以計算機和數學規劃理論為基礎，在產品等方面約束前提下，尋求滿足設計目標的創新設計方法。運用數學函數進行線性或非線性分析、優化設計策略層層逼近達到最佳的設計方案。

3.4計算機輔助設計（CAD）

計算機輔助設計，英文為ComputerAidedDesign簡稱為CAD。是利用計算機技術來輔助機械設計，使得現代機械設計高效化、可修改性強、規范設計等。通常是對預設計機械產品進行建模、圖形處理、工程分析等來實現的，因CAD屬于將機械設計物理模型轉化為數字模型，可以分析產品在各使用狀態下的情況和工作參數，通過修改和調整可優化機械產品滿足各工況需求。

結束語

現代機械設計因需要與多學科進行深度融合和技術交互應用，在設計理念、設計周期、設計成本、設計產品性能等方面有別于傳統機械設計，并給予對應改善和提升。從計算機輔助設計（CAD）、優化設計、變形設計（VD）、并行設計（CD）等對其進行創新研究，可促使現代機械設計產品性能更優、質量可靠、安全性好，并實現設計產品應易批量生產、功能配置合理、人機交互操作性強滿足現代社會發展進程的需要。

參考文獻：

[1]李彥.現代設計方法在機械創新設計中的應用探討[J].湖北農機化，2018（05）：60-61.

[2]申永紅.探討機械設計制造中創新設計方法[J].山東工業技術，2018（14）：40.

[3]任玉燦，馬軼群，張永清，劉春東.機械創新設計與機械設計課程設計銜接式教學方法初探[J].電子測試，2016（17）：160+93.

[4]高建，孫建廣，祝岳銘.現代設計方法在機械創新設計中的研究[J].西部皮革，2016，38（10）：44-45.

[5]劉巍巍，邵文達，劉曉冰.面向機械產品創新與快速設計的知識建模方法研究[J].組合機床與自動化加工技術，2014（05）：27-30