机械设计的发展方向探析

一、传统机械设计基本方法的局限性

事物都是发展变化的，传统的机械设计的发展经历了一个比较长的时期，它是由直观的经验设计开始，逐步到直接经验，形成理论指导，最后达到的实践和理论相结合的设计过程。它是由直观设计、经验总结、经验反馈再改进的一个过程，可以充分发挥前人的研究成果和设计理论，利用已有的设计公式、图表、经验公式等并结合自己的思想进行设计。传统的机械设计方法主要体现在细节的设计和分析上，它的基本思路由以下几个部分组成：首先决定设计方案，然后进行实际分析，最后是落实设计方案。它基本上是停留在静态、经验、手工的设计状态，而在设计时的着重点是经验、数据的计算和校核，但是简单实用，因此，传统设计成为所有机械设计的基础。在设计的过程中，传统的机械设计为工业大生产的顺利进行奠定了坚实的基础，这种方法操作简单、目标明确、并且具有比较成熟的理论依据和可执行的工艺，而且一旦设计成功，它的可靠性比较高。但是随着电子技术的发展，计算机理论在传统机械设计中的应用，传统机械设计的一些缺陷也日益突出，严重影响着机械设计在实际中的应用。它的局限性体现在以下方面：首先是设计方案过早确定，而且完全是凭借设计者的直接经验和间接经验来进行，设计创新性不强，得到的方案不是最优方案；第二是零部件的设计很多只作类比设计，与实际工况相差较大；最后采用手工计算、绘图、设计的准确性差、工作周期长、效率低。

二、现代机械设计的发展状况

1.现代机械设计已成为一门新的知识体系

随着计算机技术和信息技术的发展和应用，给机械产品的设计和制造带来了一系列的变革。现代机械设计虽然有了计算机的辅助，但是现代机械设计还是以传统的机械设计为基础的，是在传统机械设计基础上的发展和提高，是对传统机械设计不足的改进与改良。现代机械设计更注重了产品的设计理念的更新，只有创新思维，才能有新的设计方法和技术。在进行机械设计时，不仅要考虑产品自身的性能，还要充分考虑系统和环境的影响。而且在计算机上实现数字化技术能为机械设计提供全新的感觉，可以在计算机上模拟设计产品的特点、性能和进行改进；还可以完成各种试验和测试，极大地方便了设计的检测。使设计成为一门新的知识体系。

2.现代机械设计的特征

现代机械设计并不是一个单纯的机械设计的概念，它是各学科知识的交叉渗透，由于学科理论的交叉整合，使它的基础理论知识更加深化、扩展；它由传统机械设计的静态设计转变为机械系统的动态设计；设计的技术也已有最初的人工的手段发展到由计算机辅助设计（CAD），而设计的产品本身也出现了重大的变化，由传统的机械特性发展到机电一体化、智能化的特点。现代机械设计实现了人—机—环境的和谐统一发展，在进行设计时，现代机械设计必须全面考虑、综合平衡、妥善处理系统的各种问题。可以采用基于功能原理的机械系统设计、人机工程学、产品造型设计和基于环保理念的绿色产品设计等方法。机械学理论和方法及计算机辅助分析的不断发展，对产品的方案设计、运动设计、动力设计和工作能力的设计等关键性的问题能做出很好的处理，一系列新型的设计方法和工艺正在形成。

3.可靠性和优化设计在现代机械设计中的应用

在现代机械设计过程中，用来提高产品市场竞争力的关键性指标是设计产品的可靠性。可靠性设计也称概率设计，它是将常规设计中视为常量的设计参数如实地作为随机变量来看待，把数学中的概率统计理论应用于机械设计中来，按照机械系统应用的定量的可靠程度来设计它们。可靠性设计是综合多种学科的新兴设计方法，它通过研究全寿命周期内质量指标的变化规律，对零部件和整个系统进行可靠性的设计。全寿命周期包括产品的规划、制造、使用、甚至报废、回收等各个环节的技术领域，这一设计理念从根本上颠覆了传统的设计思路。现代机械设计由于采用了计算机辅助设计，提高了设计的质量和效果，与之相配套的出现了产品的优化理论，而优化理论和方法已由最初地凭借人的直觉和逻辑思维的人类智能优化阶段发展到了面向产品的全系统、全过程、全性能的优化设计阶段。这种设计综合了各种设计信息，能清晰地了解设计的意图，实现了极高的设计效率。那如何充分利用这个系统，设计出更符合时代要求的机械产品，提高其国际竞争力是对设计工作者提出的新的挑战。机械产品设计的过程就是一个优化的过程。产品的优化设计涉及的内容非常广泛，它由一个从宏观到微观，从全部到局部，从总体方案到零部件设计的优化过程，具体地说可分为参数优化、结构优化和总体方案优化三个层次。机械设计者只有依据这三个层次，对机械产品进行设计，才能取得较好的设计效果。

总的说来，现代机械设计是在传统机械设计的基础上发展起来的，是对传统机械设计的综合演绎和延伸，在机械设计领域开创了一种全新的设计理念，它综合集成了现代科学技术，使得设计产品的质量和综合性能得到了很大的改善。

作者：万仑仑 单位：郑州大学