探究机械设计技术的现状与发展

2013-08-15巫伟

中国新技术新产品 2013年11期

关键词：机械设计可靠性机械

巫伟

（郑州市污水净化有限公司，河南郑州 450000）

一、概述

机械设计(machine design)是将机械各个零件的材质、形状、尺寸、结构、工作原理、运行方式等进行分析、计算尽而转换成具体的描述，并且作为以后机械生产制造依据的工作过程。

二、当前机械制造业设计的具体内容当前机械制造业设计方法是将传统的机械设计理念进行总结分析，再加上现代化的设计技术而实施的机械设计。其中有以下几个方面的主要内容。

1 数字化

数字化技术是当前机械设计的核心特点，在机械设计工作开展之前我们就需要利用数字化技术对整个设计生命进行建模工作，进行模拟设计，以便在实际机械设计中可以有最完美的设计技术和方案。同时在设计过程中，也可以利用计算机辅助设计和数字管理手段对整个设计过程进行检查、管理和分析，从而保障资源配置最优化、还能最大化的提高设计效率，节约时间。

2 并行化

并行化技术的运用是当前机械设计的最大趋势，由于计算机技术的普及，在很多方面实现信息共享，还可以打破时间和空间的阻碍，让不同地方的工作者可以在同一平台工作。传统的机械设计都是单方面的设计，只能一个步骤一个步骤的进行，并且在设计过程中每个设计环节之间缺少必要的沟通，有问题也不能在第一时间进行修正，增加设计人员的工作量。当前机械设备的科技含量很高，涉及到的知识范围也比较广，单单只依靠个人是无法完成完整的机械设计，迫切的需要有相关的技术人员来一起探讨解决。

通过计算机综合平台，可以实现多个领域的优势互补，信息共享，集思广益，从而可以在最短的时间内，最终实现机械设计最完美的效果，所以并行化是当前机械设计的最大趋势。

3 智能化

自动化技术在机械设计方面，己随处可见，机械的自动化程度也越来越高，机械设计师只有充分利用智能技术进行相应的设计工作，机械设计智能化系统，具有独立计算和智能逻辑推理功能，可以很大成度的减轻设计师的工作量，大大提高工作效率。因此智能化技术的运用已经成为当前机械设计的迫切需要。

三、现代机械设计技术及应用情况

随着社会科学技术的发展，尤其是计算机网络的普及，机械设计技术也在不断的更新。其中包括有限元、最优化、模糊、可靠性、仿真、专家系统，CAD等方法，比较常见的技术有以下五种。

1 有限元设计

有限元分析技术FED（Finite Element Design）是当前被广泛应用的一项工程分析技术，它是利用数学近似的方法对真实物理系统进行模拟，以有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。该技术不仅能用于工程中复杂的非稳态问题和非线性问题，而且还可以用于工程设计复杂结构的静态和动态研究，并能准确的计算出形状复杂零件的应力变化和分布情况，是当前复杂构件强度和刚度计算的有力分析工具，是上世纪60年代，渐渐发展和健全的数值计算方式。

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，机械优化设计是最优化技术在机械设计领域的移植和应用，其基本思想是根据机械设计的理论、方法和标准建立一反映工程设计问题和符合数学规划要求的数学模型。然后通过对数学规划方法和计算机计算技术，对相应的数学模型进行求解运算，选择最合理的优化方法。这一方式的出现比较晚，但是其发展相当的快速。在各种工程设计中都被广泛的应用。最优化设计不公可以改变机械产品的性能，还可以有效的降低成本。是当前机械设计的发展趋势之一。

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设计方式。机械设计中就存在大量的模糊信息，随着科学技术的不断发展，其结构变的越来越庞大和复杂，其有存在的变量很多，在很多情况下我们无法对所设计的产品进行十分精确的描述。例如机械产品使用寿命和承载力等都是模糊现象，其系数往往从保守观点出发，取较大值，但是在它充许的范围内存在有比较大的模糊区间。在各工程设计过程中会有很之类似的问题，对于这类问题就需要采取糊数学的方法进行解决。就是把模糊技术和其他重量的设计方法进行结合运算，最终形成模糊优化、模糊可靠性等多种方式。

4 可靠性设计

可靠性设计RD（Reliability Design）也是一门新兴的学科，在机械设计领域当中是20世纪60年代兴起并逐渐进入的。机械零件的可靠性设计就是指在特定的时间和条件下，实现规定功能的能力。概率论和数理统计是可靠性设计的理论基础，而失效分析和预测（包括可靠性试验）是可靠性设计的依据，确保产品的可靠性是可靠性设计的根本目标。目前人们对机械产品的安全性和可靠性比较关心，只有给人安全保障，使用起来会比较可靠。所以各企业都把机械设计的重心放在产品的安全性和可靠性上，所以可靠性设计技术成为当前机械设计十分重要的组成部分之一。

5仿真和虚拟设计

仿真技术是以计算机为工具“建立实际或联想的系统模型”并且可以在不同情况下对模型进行动态运行实验的一种综全性技术。其本质是以计算机的仿真技术，并行化的模拟出产品开发的全部过程和产品设计各个环节的影响。对产品性能、成本进行预测，分析其可制造性、可维护性和可拆卸性，不仅可以提高产品设计的成功率，而且还可以大大的减少产品的设计时间，同时也增加了用户之间的距离。

四、当前机械设计方法发展趋势探索

在科技发展迅速的今天，新的技术在不断的涌现，机械产品设计的科技含量也越来越高，其技术水平的竞争已经达白热化的状态。在如此激烈的竞争中，如果想脱颖而出，在这个行业占有一席之地，我们只有不断的改进技术、降低成本、提高工作效率，这些不仅是我们需要努力的方向，同是也是目前机械设计方法的发展趋势和方向。

1 信息系统化

未来机械设计方法研究的趋势将会越来越信息系统化，因为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，用来解决工程问题最优化设计及控制的科学。传统的机械设计，我们都是把设计对象当作独立的事物进行分析、试验、研究，其得到的结论局限性非常大。我们把信息系统工程学运用在机械设计中，把整个机械设计过程作为统一的系统进行研究和探索，这样对系统的每个部分都进行研究，得到的结构很全面，也很有科学依据，同时大大的节省了人力、时间。对产品的开发有很大的优势，在工程设计中被争相使用，其发展前景十分的可观。

2 人才创造潜力的培养和挖掘

创造潜力挖掘的发展趋势将会越来越精英化，虽然现在科学技术越来越发达，在各个工业设计中计算机技术已经被告广泛应用，但是世界的核心依然是人类，人才创造潜力的发掘才是最核心，最重要的。以培养高级工程技术人才为主，综合培养能熟练掌握现代科学技术，并且具有现代科技观念，从事机械设计、管理等方面的高级工程技术人才。如果可以最大限度的发挥、引导、开启机械设计师们的想象力，激发其创造力，运用其独特的设计灵感和创造能力再辅助现化代科学技术来解决工作上的问题，一定会呈现出事半功倍的效果，所以说在市场如此激烈的形势下，人才创造潜力的培养和挖掘，是当前机械设计生命力最基本的保证措施。

3 产品商品化的设计趋势

机械产品设计是一种以机械产品为主要对象，将机械各个零件的材质、形状、尺寸、结构、工作原理、运行方式等进行分析、计算尽而转换成具体的描述，并且作为以后机械生产制造依据的工作过程。但是现在很多的企业都清楚的认识到在竞争如此激烈的现代社会，如果想要更好的生存发展必须要不断的创新，但是却有很多的新产品投入了大量的财力、物力、人力和时间，却在商品化这一环节上出现问题。商品化是所有机械设计开发的最后一个环节，也是检验机械设计成果最好的方法，所以在设计开始就应该做好市场调研和产品定位。机械产品设计不是单单对机械产品进行"美化"设计，还要充分表现产品的功能、实用性、工艺设计和人机、环境之章的协调统一，最终创造出造型美观形式新颖，并具备有现代工业美感，可以扩大产品销路，创造出更高的经济、环境效益。提高市场竞争力，从而推动产品设计持续发展。