談現代機械設計方法與未來機械設計

鄧云虎 徐進

摘要：在社會經濟飛速發展，各種機械工業產品的品種、結構復雜程度也是不斷增加，需求商對產品質量要求也是更高，需求供貨周期逐漸的縮短，還要求低價格。傳統機械工藝設計方法逐漸的暴露出不足之處，比如其設計的周期長，準備過程復雜，要求的成本高等等，因此現代機械設計應運而生，它突破了傳統機械設計的只關注實現產品預期功能的要求，引導機械設計系統化、智能化的發展。下面就結合作者實際工作經驗，分析機械設計方法與未來機械設計，以供借鑒。

關鍵詞：機械設計;智能化;發展

1 現代機械設計的特點

機械設計是實現某一種功能，同時綜合制造產品的經濟性、制造可能性等，從而構思的一種具有創新性機械產品過程。與傳統機械設計相比，現代機械設計有著其自身獨有的特點，為了使得設計的產品具有更大的市場競爭力，現代機械在設計時不僅僅需要對系統的機械工作原理、運動形式、力量的傳遞方式、零部件結構尺寸、外部阻力、摩擦力、各零部件間的耦合方式等等進行考慮，還需要綜合融入多門新的科學知識，比如計算機學、機械電子、控制理論、仿生學、美術學等等，是一種融入多門科學知識的綜合性設計過程。隨著社會的發展以及科技的進步，現代機械的種類越來越多，機械系統的結構復雜度也是逐年的增加。但是從系統功能角度上來說，機械系統可以分為動力系統、執行系統、控制系統、動力傳輸系統等等，如果再進行細分，每個系統在原系統的基礎上仍可進行劃分。

2 國內外現代機械設計方法概述

2.1 國外現代機械設計方法

2.1.1 普適設計理論方法

普適設計理論源自于德國，該理論方法的精髓是設計經驗的積累和總結。現代機械設計方法種類很多，這就需要一個比較系統的理論方法對那些設計種類進行歸納總結。普適設計理論方法就收納了一系列的設計理論方法，從規則到實施方法都有具體的模型。普適設計理論的重點就是創建機械設計的整體結構，對每一次的能量輸入輸出都以以前的經驗為基礎，因此基于經驗的普適設計理論方法是一種很實用的方法。

2.1.2 公理化設計理論方法

公理化設計理論方法發源于美國，該方法是一種基于決策來進行設計的方法。公理化設計理論方法基于普適法經驗的累積總結，利用系統理論和自身的科學決策，因此它是一種具有科學基礎和法律公則的設計理論方法。公理化設計理論方法是一種很傳統的方法，即使是在沒有系統知識經驗的情況下也是可以使用的。如果有的機械設計理論較復雜，而且根據其他的理論設計方法無法進行很好地加工，利用公理化設計理論方法就能對其進行優化完善，來達到簡便、相對較完美的設計效果。

2.1.3 三次設計法理論方法

三次設計法理論產生于日本，該方法主要由三個過程組成，即系統、參數和容差三方面的設計。

（1）系統設計是整個理論設計的核心關鍵，也是整個機械設計的基礎，一切后續設計加工都是由它開始的;（2）參數設計，顧名思義就是對每個設計步驟進行優化的參數設計，讓每個功能都能優化組合，系統的參數組合達到最佳，以減少設計產品的負面影響;（3）容差設計，簡單的說就是負責對整個設計過程進行檢驗，通過對每個參數的范圍控制來減少設計的成本。以上整個過程就是三次設計。三次設計法理論是目前公認的精度最高，質量最好的機械設計方法，每一步都是提高加工質量的有效工具。

2.2 國內現代機械設計方法

2.2.1 CAD，即計算機輔助設計方法

計算機輔助機械設計方法是應計算機技術的飛速發展而生的，機械設計工作人員可以在構思、畫圖、修改和運算等方面利用計算機來輔助。

這一新興的學科充分利用了計算機高速運算和簡便繪圖的功能，提高了機械設計產品的精度和速度。相比于傳統的機械設計方法用手繪或者圖紙的方法來制定設計過程，計算機輔助設計不僅可以減少機械設計人員的體力勞動，更重要的是可以提高機械設計的精確度，操作簡便快速，縮短設計周期，減少設計的成本。

CAD系統由硬件和軟件兩系統組成。所謂硬件系統就是計算機輔助機械設計的物質基礎部分;軟件系統是輔助設計的核心關鍵部分，決定了CAD的所具有的功能。整個CAD系統的系統軟件部分是自動管理和控制計算機的資源，處于軟件的核心內層，包括操作系統和通信系統等;支撐系統就是幫助技術人員開發應用軟件的工具，所以又叫做軟件開發工具;應用軟件就是用戶應用上述系統來自主編制各種解決問題的程序。

CAD的一般設計過程包括：（1）建模。一般常見的機械零件擁有現成的模型，但是沒有的就需要先建立正確的模型;（2）程序框圖。根據手工計算的步驟來設計程序的框圖;（3）編制程序;（4）調試程序。

2.2.2 系統化機械設計方法

系統化的機械設計方法能把現有機械產品的功能和技術水平提高到一個嶄新的高度，甚至還會改變原有機械產品的結構，能夠帶來巨大的經濟效益。所以該方法是機械設計行業發展的趨勢。

系統化設計方法能將整個設計過程進行具體化、層次化，制定出每一個層次需要達到的設計目標，把各層緊密聯系起來，是整個設計系統化、具體化，更易于設計初期方案的計算機輔助設計的實現。

2.2.3 局部或全局設計方法

國內現代的機械設計方法更加的全面實用，而且更加的科學，通過局部或全局設計方法可以全面了解整個設計過程，更加系統的對設計過程進行監控和督查，來達到提高工作效率的目的。

3 未來機械設計的發展研究

面對科技的飛速發展，現代機械設計也必須要跟上時代發展的腳步，面向大眾，適應市場的發展需求。

①全球化。機械行業全面發展，在全球化的趨勢下機械設計占據著很重要的地位，所以在全球化的趨勢下這是現代機械設計的必然發展趨勢。

②網絡化。在機械行業，很多人以為機械化跟網絡沒有很大的聯系，但事實上不是這樣的，在當今網絡普及的現狀下，網絡成了大眾的一個發展交流平臺，當然機械設計也不例外。在未來的發展中我們必須要把機械化設計和網絡緊密聯系，時刻掌握機械行業的最新動向，這樣才能在未來機械設計中取得先機。

③虛擬化。機械設計本來就是一個由抽象到具體的過程，自然會帶有一定的虛擬色彩。

④綠色化。在可持續發展的持續推行下，未來的機械設計也要跟環境和生態聯系在一起。這是較為先進的一種科學理念，設計者在進行設計的時候必須要考慮到該方法、該工藝對環境生態產生的影響，爭取將污染降到最低。在提高工作效率的同時，爭取將能耗降到最低。

結束語：

總之，隨著我國機械設計行業的蓬勃發展，相應的設計理念也需要有所提高。目前機械設計正朝著計算機化、智能化發展，所以一些虛擬三維圖形軟件、智能設計軟件也是未來發展的大勢，但由于這些的研究起步較晚，目前還沒有比較成熟的方案設計工具。另外，無論何種技術和方法，人才是技術創造的核心，人的創造性外加一些輔助手段，必然會對機械設計行業帶來很大的益處。機械設計應朝著智能化、網絡化、綠色化的方向發展。

參考文獻：

[1] ?張前森.淺析現代機械設計方法及研究進展[J].科技資訊，2011，12（18）：56-57.

[2] ?劉亞明.談現代機械設計方法及進展[J].世界家苑，2013，12（10）：88-89.

（作者單位：浙江師范大學行知學院）