试探机械设计技术的现状及发展趋势

摘要:机械设计是机械制造的重要环节，在现代科学技术高速发展的时期，机械设计也有了新的内涵，了解机械设计的当前现状与今后的发展前景，对于机械设计的水平的提高具有重要意义。

关键词：机械制造；设计；数字化；并行化；智能化

中图分类号：TD404 文献标识码：A 文章编号：

机械设计对质量有很大影响，随着技术的发展，传统的机械设计已不能满足现代产品功能的需要，在当前计算机技术高速发展的新时期，应当运用全新的设计理念和方法，制定科学的设计模式，提高我们的设计水平。

一、当前机械制造业设计的方法及内容

当前机械制造业设计方法是在对过去传统的机械设计理念进行深刻反思的基础上,综合运用现代化的设计技术手段实施的相应机械设计,可以概括为以下三个方面主要内容。

1、数字化成为当前机械设计的核心特点。随着科技的进步,尤其是数字化技术的高速发展,在机械设计进行之前久能够围绕整个设计生命周期进行相应的建模工作。同时可以充分利用计算机技术进行模拟设计,并对产品设计的整个生命周期进行过程模拟,给实际机械设计提供最佳的参考素材。在设计当中,还能够综合运用大量的数字化的设计技术及方法,广泛应用计算机辅助设计以及数字管理手段对全部设计的过程进行科学管理,确保资源配置最优化、设计效率最大化。

2、并行化成为当前机械设计的最大趋势。依托计算机支持,机械制造设计团队能够实现更多信息的共享,从而打破了时间和空间阻隔障碍。不同地区的机械设计工作者能够在同一平台下实现协同设计工作。在机械设计的过程中能够更多地赢得技术方面的支持和帮助,实现各种优势的互助互补,不断提高设计能力和设计水平。随着当前机械大型化、综合化的发展,各种机械的构造及功能都变得更加多样和复杂,机械设计开发初期确立的思路对于后期影响较大,由于设计过程比较复杂,如果前期的设计思路一旦出现纰漏,那么将很难进行及时的修正。因此在开发设计的的开始阶段就必须进行更加充分的实验及论证,充分考虑设计过程中可能产生的各种因素,这样能够有效减少产品后期的修正频次,缩短产品的开发周期。

3、智能化成为当前机械设计的迫切要求。随着自动化技术在机械设计领域的广泛应用,机械的自动化程度已经变得越来越高,相应地对机械自动化设计进程也提出了更高的要求。机械设计师需要充分利用智能技术进行相应的机械设计工作,构建完善的智能化的体系。在机械设计智能化系统中,可以实现独立计算和智能逻辑推理功能,从而有效减轻机械设计师的工作量,进一步提高工作效率。伴随着智能化技术在机械设计领域的不断深入,机械设计正向模糊化方向发展,也就是机械设计师无需过分关注机械设计过程中的一些基础环节,仅需将精力集中在理论和方向上,具体细节可以通过计算机辅助完成,从而有效提高设计工作效率。

二、现代机械设计技术及应用情况

随着社会的进步和科技的发展,尤其是计算机网络的普及,新的机械设计技术被广泛应用以下几种技术方法均为当前机械设计应用较普遍的技术。

1、有限元设计

有限元分析技术FED(Finite Element Design)是当前广泛应用的一项工程分析技术,是上世纪60年展后逐步发展和健全的数值计算方式。近年来,随着计算机技术的普及,有限元设计在机械设计领域的应用变得更为普遍。该技术十分精确地计算出形状复杂构件的应力变化和分布情况,是当前复杂构件强度及刚度计算分析的常用工具。该方法的最大特征为灵活性很强,仅需改变单元的数目,就能够完成对解的精确度变化,可以获得和实际情况十分接近的解。有限元法基本理论需要综合运用数学和力学等多方面知识。目前国内外已经有ANSYS、SAP、AD INA等大量成熟的有限元分析软件,通过相应的软件,也可以依托这些软件来进行机械问题求解。在机械设计中,有限元法的广泛应用使在机械设计发生了深刻变革,实现了从经验设计到理论设计的飞跃。

2、最优化设计

最优化设计OD(Optimal Design)是当前机械设计中较新颖的设计方式,该方式将机械设计问题经过抽象变换后,转换为一个最优化的数学模型问题,也就是就是选用最为合适的最优化方法,通过电子计算机来搜寻最优处理方案。最优化设计方式的出现虽然较晚,但发展十分迅速,在机械产品中、机械零件、钻用机械等多个方面均有十分广泛的应用,最优化设计是计算机技术、优化数学以及机械设计等多个学科的综合运用,在当前机械设计领域作用发挥日益显著,是当前机械设计的趋势之一,应用最优化设计可以有效改善机械产品性能,同时在降低成本等方面也具有重要意义。

3、模糊设计

模糊设计(Fuzzy Design)是把模糊数学知识应用于机械设计的一种方式。随着科技发展,机械设计的结构变得日益庞大和复杂,在机械设计中涉及的变量也变得更多,关系也更为复杂,在一系列变量关系中,存在很多模糊现象,很多时候无法精确对所设计的产品进行描述。在具体设计当中,不仅要对/非此即彼0类的精确现象进行识别,还要对/亦彼亦此0类的的模糊现象进行识别。例如机械产品使用寿命较长和承载力较强都是模糊现象。对于这类问题就需要采取糊数学的方法进行解决。在具体的机械设计过程中,通常把模糊技术和其他重量的设计方法进行有机结合,最终形成模糊优化、模糊可靠性等方式。

三、当前机械设计方法趋势探索

当今社会科技日新月异,各种新技术不断出现,机械设计产品的随科技含量不断增强,机械设计技术水平的竞争已经趋于白热化,在激烈的市场竞争中,要处于不败之地,必须不断改进技术、降低成本、提高工作效率,这些也是当前机械设计方法的发展趋势和方向。

1、系统化——机械设计方法研究的趋势。系统工程学是依托信息学、控制论、统筹管理等科学方法建立并发展起来的,解决工程问题最优化设计及控制的科学。过去传统的机械设计方法,多将设计对象视为独立事物进行分解和研究,其结论的局限性较强,在机械设计中通过系统工程学的运用,可以使机械设计过程作为统一的系统进行研究和探索,以整个系统为研究对象,对系统的各个部分进行关联性研究,其发展前景十分广阔。

2、精英化——创造创造潜力挖掘趋势。虽然机械设计中计算机技术广泛参与,但人的作用依然是最核心、最关键的,充分发挥机械设计师的创造潜力,以其特有的设计灵感和创造方法解决问题,将起到其他辅助技术无法实现的作用,在市场竞争日趋剧烈的新形势下,最优秀机械设计师的培养和挖潜,是当前机械设计保持强劲生命力的最根本保证。

3、商品化——机械设计产品设计趋势。当前,大部分企业已经认识到生存和发展的关键在于不断创新,而在开发设计产品的过程中,很多新产品虽然投入了较多的时间、较大的精力、较多的财力,但在常常在商品化这一最终环节上出现问题。商品化是所有机械设计开发的最终环节,也是检验机械设计成果的最好方法,为此应在设计之初就做好市场调研和产品定位,并大胆创新。在商品化的创新设计下的机械产品,比其他同类产品中更具竞争力,更加符合市场的要求,从而能创造出较高的经济、社会及环境效益。

四、结语

随着科技的发展,计算机网络技术的普及,机械设计方法已经有了实质性改变,科技新成果,不断丰富着机械设计的思想、理论以及方法,不断促进了机械设计发展和变革。广大机械设计师,应不断更新设计思维和方法,更好地运用现代科技,不断提高设计水平,提升市场竞争力。

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