现代机械设计方法及其发展探讨

【摘 要】所谓机械设计，是指根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式以及各个零件的材料和形状尺寸、方法等进行构思，分析和计算并将其转化为具体的描述，以作为制造依据的工作过程。

【关键词】机械设计方法；发展；

1 现代机械设计的特点

现代机械种类很多，结构也越来越复杂。但从实现系统功能的角度来看，它主要包括动力系统、传动系统、执行系统、操纵及控制系统等，每个系统又可根据需要继续分解为更小的子系统。现代机械设计有其鲜明的特点，不但要求设计对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、物流技术、各零部件的材料、形状、尺寸、方法等进行构思、分析、计算，而且还需融通多门科学知识，如创造性工程、美学、仿生学、控制论、机械电子学、价值工程等，使设计出的产品在市场中具有竞争力。

2 现代机械设计方法

2.1 计算机辅助设计

利用计算机运算速度快、存储量大、运算准确、逻辑判断功能强等优点，通过人机交互进行信息的处理，完成设计工作。主要有以下特点：

2.1.1 由于可以存储大量的设计信息和设计经验。可以帮助缺乏设计经验的新手顺利完成工作。

2.1.2 计算机辅助设计与计算机辅助制造（CAM）、计算机自动化管理结合起来形成计算机集成制造系统，进行产品设计、市场预测、生产计划、制造和销售等一系列工作。以企业的最高效益为目标，综合对人力、物力和时间各种资源进行最有效的利用。

2.1.3 可以大大提高设计的效率，加快产品的更新速度，缩短设计周期，增强市场竞争力。

2.1.4 设计人员不仅能在很短时间里给出多种设计方案，分析比较后获得最佳设计方案，还可以从繁重的重复性工作中得到解脱，有更多的时间和精力进行创造性工作。

2.2 机械设计中的绿色产品设计技术

现代机械设计中的绿色产品设计技术是指在设计机械产品时要符合低耗能、高效益、环境保护等要求。绿色产品设计技术主要包括以下几个方面：第一，针对能源利用的机械设计技术。产品设计是减少能源消耗最重要最关键的环节，这要求在现代机械设计当中以最小的能源消耗来达到最大的能源利用率，同时符合对环境影响最小的环保要求。产品的结构布局、加工工艺以及重复使用性和材料选择等都是在产品功能和各项基本要素确定之后，在设计阶段就考虑好的。第二，针对环境设计的机械设计技术。主要是指在整个产品的生命周期内，考虑的重点和关键是产品是否可以回收、是否可以重复利用、是否可以维护，以及是否有利于使用者的身体健康和安全性等方面的属性。第三，针对材料设计的机械设计技术。在这方面，设计的诉求点在材料身上，即要充分发挥材料的利用价值，并且以最小的材料消耗达到最大的利用率。

2.3 模糊设计

模糊设计是将模糊数学知识应用到机械设计中的一种设计方法。随着科技的深入发展，需要设计的机构越来越大、也越来越复杂，设计中涉及的变量越来越多且变量间的关系也越来越复杂，这些变量中存在大量的模糊现象，许多情况下并不能精确描述所设计的产品。在设计中除了识别“非此即彼”的精确现象，还要能识别“亦此亦彼”的模糊现象，这就要求采用模糊数学的方法来解决这些问题。模糊数学的研究领域非常广泛，其包括模糊变换、模糊综合评判、模糊模式识别、模糊决策、模糊拓扑、模糊专家系统等综合理论。在机械设计中，一般将模糊技术与其它设计方法相结合，对机构进行研究。如利用模糊综合评判进行机械制造、机械设计参数、传动方案等的优化选择；将模糊技术与可靠性设计、优化设计相结合，形成了模糊可靠性设计、模糊优化设计、模糊可靠性优化设计等方法。随着人们对模糊现象的进一步深化认识，对模糊现象定量处理方法的逐渐掌握，模糊技术必将得到进一步的发展与完善，并广泛用于工程设计中去。

2.4 基于产品特征知识的设计方法

基于产品特征知识设计方法的主要特点是：用计算机能够识别的语言描述产品的特征及其设计领域专家的知识和经验，建立相应的知识库及推理机，再利用已存储的领域知识和建立的推理机制实现计算机辅助产品的方案设计。机械系统的方案设计主要是依据产品所具有的特征，以及设计领域专家的知识和经验进行推量和决策，完成机构的型、数综合。欲实现这一阶段的计算机辅助设计，必须研究知识的自动获取、表达、集成、协调、管理和使用。

需要强调的是，机械设计技术是基于上述技术有机融合的一种综合性技术，而不是机械技术以及其他新技术的简单组合、拼凑。现代机械设计制造出的产品，不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的延伸。

3 我国机械设计的发展方向

3.1 远程机械设计。我国未来的机械设计要把远程机械设计作为重点发展方向，远程机械设计目前在我国正处于初步发展阶段，它是一个多学科、多技术的研究领域，涉及许多机械工程和计算机方面的知识领域。，因此要大力研究网络环境下设计资源获取及调用，这样设计人员在设计过程中遇到问题，就能通过网络及时的进行分析计算或查询数库，很快的解决问题，进行下一步工作，相对来说降低了成本，节约了时间，有效地提高了工作的效率。

3.2 自动化发展趋势。机械制造技术的自动化发展是必然趋势，科技发展推动了自动化的普及，自动化的发展表现在制造技术中系统技术、集成技术、人机一体化制造等各个系统中，自动化给机械制造技术的快速发展奠定了良好的基础。

3.3 人性化设计。机械控制技术的电子化代表了当今技术的发展趋势，采用微机控制技术，达到发动机的最佳功率匹配，减少发动机的燃油消耗，并自动诊断机器状态，使机器使始终能保持良好状态，因此控制和操纵的人性化能大大提高作业的安全眭和舒适性。

3.4 系统性设计。从系统观点入手，把机械产品看作一个总系统或整体，依赖计算机技术，实现人、机、环境相互协调。在具体实施上，是把总系统分解为若干个子系统，采用各种现代设计理论和方法，追求系统优化为目标协调各子系统的设计和匹配。

3.5 随机和动态性设计。任何机械产品都是在随机动态下完成其功能的。传统设计是在不得已条件下用静态分析设计，即使考虑随机动态，也只是凭经验选取系数进行修正，故不能反映实际工况条件下机械产品运行的行为。而现代设计要考虑载荷谱、材料强度谱，零部件的损伤谱条件下来设计，运用有限元法，可靠性设计法，数学规划法等，达到定量、动态、可靠的设计，以达到满足性能要求、实现最大性能优化，节约能源的目的。

3.6 虚拟化设计。虚拟技术、计算机通讯技术与网络技术是信息技术最重要的组成部分，它们被称21世纪科学技术巾的三大核心技术。虚拟技术作为2l世纪的三大核心技术之首，足以见它在广义上已不仅是一种技术，而是一个有着影响人类社会发展、改变人类生活的具有深层含义的领域。虚拟技术包括虚拟加工、虚拟测试、虚拟控制，利用声、光、电、机、计算机等综合交叉技术的有机结合。虚拟技术的出现几乎可以肯定地说它将大大改变人类现有的思维模式、工作模式和生活模式。

综上所述，机械设计是一个创造性的工作过程，是多门技术学科相互渗透、相互结合的产物，同时也是一个尽可能多地利用已有的成功经验不断创新的过程。因此，只有很好的把继承与创新结合起来，才能更好地设计出多功能、高质量、高可靠性和低能耗的机器，最终满足生产需要。

参考文献

[1]陈静.机械设计技术的发展现状与趋势[J].中国石油和化工标准与质量.2011（1）

[2]黄利民.浅论远程机械设计发展趋势[J].科技资讯.2009（8）