浅谈现代机械设计方法

摘要：在当前科学技术飞速发扎的过程中，各种生产单位不断的增多，对当前各种生产器械和生产设备的要求也在不断地增加之中。随着计算机技术与信息技术在各个领域的不断应用，在现代机械构造的过程中也实现除一个日新月异的变化过程。根据当前我国的经济建设中的现实情况，各种机械产品的设计随着科学技术与经济技术的不断发展也在不断的促进，目前国内外设计学者进行机械产品设计时的主要思维特点，主要是将机械的设计方案记性系统化，结构化和产品特征以及智能化的设计模式，应用先进的计算机技术和信息技术进行综合的设计流程与设计过程。

关键词：机械产品;方案设计方法;计算机辅助软件

当前社会是一个科学技术高度发达的社会，是一个信息化社会。在当前社会发展的过程中，人们日益增长的物质文化需求与落后的生产技术成为制约当前社会发展的主要因素。在社会发展的过程中，各个产品功能和产品需求不断增加为当期社会发展提供了前提基础，是社会发展过程中的主要因素，随着产品功能要求的日益增多，复杂性增加，寿命期缩短，更新换代速度加快。在当前各种产品的设计过程中，机械产品设计已成为设计的重点和中心环节。在机械设计过程中，由于人们对各个机械要求的不断增加，使得设计手段就显得优点力不从心，跟不上时展的需要。在当前的设计中，主要是采用计算机技术的辅助进行设计和研制，主要的手段是通过设计绘图、设计计算、加工制造、生产规划来进行系统化和流程化的设计方法，这种方法在当前设计中已得到了比较广泛和深入的研究，并初见成效，但是由于当前各种更新的不断增加使得当前产品开发初期方案的计算机辅助设计却远远不能满足设计的需要。因此在当前的设计过程中提高计算机技术的发展是实现机械设计的前提与基础。

一、结构模块化设计方法

从规划产品的角度提出：定义设计任务时以功能化的产品结构为基础，引用已有的产品解如通用零件部件等描述设计任务，即分解任务时就考虑每个分任务是否存在对应的产品解，这样，能够在产品规划阶段就消除设计任务中可能存在的矛盾，早期预测生产能力、费用，以及开发设计过程中计划的可调整性，由此提高设计效率和设计的可靠性，同时也降低新产品的成本。将描述设计任务的功能化产品结构分为四层，1产品2功能组成3主要功能组件4功能元件。并采用面向应用的结构化特征目录，对功能元件进行更为具体的定性和定量描述。同时研制出适合于产品开发早期和设计初期使用的工具软件STRAT。 认为专用机械中多数功能可以采用已有的产品解，而具有新型解的专用功能只是少数，因此，在专用机械设计中采用功能化的产品结构，对于评价专用机械的设计、制造风 险十分有利。 提倡在产品功能分析的基础上，将产品分解成具有某种功能的一个或几个模块化的基本结构，通过选择和组合这些模块化基本结构组建成不同的产品。这些基本结构可以是零件、部件，甚至是一个系统。理想的模块化基本结构应该具有标准化的接口联接和配合部，并且是系列化、通用化、集成化、层次化、灵便化、经济化，具有互换性、相容性和相关性。我国结合软件构件技术和 CAD 技术，将变形设计与组合设计相结合，根据分级模块化原理，将加工中心机床由大到小分为产品级、部件级、组件级和元件级，并利用专家知识和 CAD技术将它们组合成不同品种、不同规格的功能模块，再由这些功能模块组合成不同的加工中心总体方案。

二、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。

三、系统化设计方法 系统化设计方法的主要特点是

将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。 制定的机械产品方案设计进程模式，基本上沿用了德国标准 VDI2221的设计方式。除此之外，我国许多设计学者在进行产品方案设计时还借鉴和引用了其他发达国家的系统化设计思想，其中具有代表性的是：

1.将用户需求作为产品功能特征构思、结构设计和零件设计、工艺规划、作业控制等的基础，从产品开发的宏观过程出发，利用质量功能布置方法，系统地将用户需求信息合理而有效地转换为产品开发各阶段的技术目标和作业控制规程的方法。

2.将产品看作有机体层次上的生命系统，并借助于生命系统理论，把产品的设计过程划分成功能需求层次、实现功能要求的概念层次和产品的具体设计层次。同时采用了生命系统图符抽象地表达产品的功能要求，形成产品功能系统结构。

3.将机械设计中系统科学的应用归纳为两个基本问题：一是把要设计的产品作为一个系统处理，最佳地确定其组成部分单元及其相互关系；二是将产品设计过程看成一个系统，根据设计目标，正确、合理地确定设计中各个方面的工作和各个不同的设计阶段。

4.智能化设计方法 智能化设计方法的主要特点是：根据设计方法学理论，借助于三维图形软件、智能化设计软件和虚拟现实技术，以及多媒体、超媒体工具进行产品的开发设计、表达产品的构思、描述 产品的结构。 机械产品的方案设计通常无法采用纯数学演算的方法进行，也难以用数学模型进行完整的描述，而需根据产品特征进行形式化的描述，借助于设计专家的知识和经验进行推理和决策。因此，欲实现计算机辅助产品的方案设计，必须解决计算机存储和运用产品设计知识和专家设计决策等有关方面的问题，由此形成基于产品特征知识的设计方法。 目前，智能化设计方法主要是利用三维图形软件和虚拟现实技术进行设计，直观性较好，开发初期用户可以在一定程度上直接参与到设计中，要求软件具有较高的智能化程度，或者有丰富经验的设计者参与。

四、总结

在机械设计的过程中，各种手段和设计手法是一个系统化的过程，并不是完全孤立的，各类方法之间都存在一定程度上的联系，是通过以个完整的系统化设计方案对产品特征进行分析，结合当前各种先进技术进行统一的探究与研发的过程。在设计的过程中建立产品特征及设计方法知识库和推理机时，通常也需运用系统化和结构模块化方法，这样有利于在设计的过程中提高设计效果，增加产品的特性，保证设计过程中的规范化，简单化，更能够提高设计质量与效率，降低其成本，我们只有充分利用各种设计方法，才可以更精确、更经济，更有效率的进行产品设计。