浅析现代机械设计方法及研究进展

孙运森

摘 要：当前机械设计方法的基础是机械设计方法学，通过采用计算机技术，从定量、动态、优化多方面发展机械设计。这样做的好处是可以明显加强设计质量，减小设计周期，同时保证研制费用的合理利用，良好的开始等于设计成功的一半，另一方面还可以让机械产品在本行业中多一份竞争力。

关键词：机械设计方法；发展；趋势

根据对机械产品的使用要求，有很多方面需要构思、分析并计算机械，其中包括机械的结构、工作原理、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸等，同时把详细说明这些内容，这就是机械产品制造的依据，按照这个过程去操作就可以完成机械的制造。完全按照各方面的规定条件去设计最佳的机械，也叫做优化设计。近年来，我国经济发展迅速，科学技术也突飞猛进，尤其是计算机科学和系统科学发展尤为突出，这也有助于机械水平的提高和发展；通过结合设计技术和理论知识，进一步发展了机械设计方法，同时从设计手法上看，也可以发现设计更精确和智能。

1 现代机械设计方法的发展过程及其面临的形势

1.1 现代机械设计方法的发展过程

顺应机械设计发展的需求，面对科学技术的迅速发展，机械设计要跟上步伐，加强现代化设计工作要求，并且在保质保量的同时，产生了探讨和研究现代设计方法的思想。机械设计中蕴含了现代设计方法，通常采用的方法包括，预测技术的方法，分析信号，设计系统，模糊设计，有限元和边界元分析设计法，设计可靠性，优化设计和计算机辅助设计法等。很久以前就产生了设计和设计方法，然而将机械设计转变成为传统的设计方法和理论的时间仅有一百多年。由于传统设计方法中存在很多局限性限制着机械设计的发展，因此传统方法已经逐渐消失在人们的视野里。社会主义经济发展浪潮牵动着科技的发展水平和人们对生活水平的要求，通过普及和应用计算机科学，转变了现代机械设计的方式方法，使其迈向全面利用优化设计、仿真模拟、计算机辅助设计，这样可以保证计算更精确，并且看到清晰的图片内容，彻底颠覆了传统设计方法的理念。

1.2 现代机械设计面临的形势

现代机械设计的发展趋势主要有以下几个方面。首先，设计领域涉及多种学科，多元化发展；其次，设计对象由单一内容转向系统内容；第三，设计人员的变化，从单人设计变成多人设计；第四，新产品更新速度快，产品设计有序可循；第五，由于科技在不断进步，同时对现代设计也提出新要求。

2 现代机械设计方法的特征

2.1 与传统机械设计方法的对比

传统设计方法受到一定的局限，一般来讲，其设计过程主要是针对产品需求展开调查；找出相关问题并归纳总结；问题综述；针对问题进行分析并提出最优方案；点评并完善方案；最后确定图样并编辑文件。这里体现的局限性有很多方面，通过经验分析，发现传统设计方法设计水平不高；以测试凑到的参数和指标不精确、设计成功几率低，成本高；得不到及时有效的反馈信息。在传统设计方法的基础上，现代设计方法继承并发展了传统方法，结合系统科学理念，将设计水平提高到一个新的层次，并且保证了设计的合理性。现在机械设计涉及范围广泛，综合性强，涉及多门学科，通过系统工程学将机械设计、信息技术和控制机械重新整合，得以优化整个机械系统。谈到系统，时间维、方法维、逻辑这三位系统构成了现代机械设计。其中时间维指设计流程按照时间顺序排列，一般从产品规划到方案设计，设计加工再到加工设计；逻辑维指按照逻辑思维解决问题，一般是先分析-综合-评价-决策；方法维指在工作中和设计过程中使用的思维方法。现代化先进的设计理论、方法和工具得到有效利用，有利于使机械设计提高效率，同时保质保量。

2.2 现代机械设计方法分类

现代机械设计方法可从多角度进行划分。

2.2.1 从工程领域角度将现代设计方法分为：现代模具设计方法、现代材料设计方法等。

2.2.2 按应用成熟度对现代设计方法进行分类：应用正普及类一优化设计、计算机辅助设计、机电一体化设计等；内容正发展类一创新设计、虚拟设计、并行设计、智能设计等。

2.2.3 中义设计类：设计内容介于广义设计和狭义设计之间。目前应用较广的有：最优化方法、数值仿真和动态设计等。

2.3 机械设计中专业的现代设计方法

当前我国社会不断发展进步，科学技术也不甘落后，紧随步伐，计算机专业人员同机械设计人员共同开发设计计算机软件，应用此软件的机械产品可以随时掌握产品的损伤、失效和破坏运行原理，并且产品的各零部件和机械的动态行为可得到定量分析，使得设计程序保持稳定，这就是专业的现代设计方法。一些例子可以说明，如摩擦学的设计、强度设计和温度场的分析。

3 现代机械设计的发展趋势

3.1 智能化

由于广泛使用范例推理和约束满足的设计方法，智能CAD技术得以诞生。人们为了继续推进CAD系统的创造力，结合人工智能和CAD技术，得到很好的效果。当前社会把有智能的专家系统用在了方案综合和设计评价当中，同时这几年也产生了模糊设计和模糊评定方法，主要用于机械设计的多解性。现代机械设计普遍存在智能化和技能化优点，由于这些特性的存在，使得只有将人工智能和专家系统等技术通CAD技术有机结合，才可以让CAD技术本身也具有智能化的特点，通过这样的途径提高计算机系统之间的集成率。就目前机械设计的发展方向来看，计算机是设计师们首选的工具，计算机可以将机械产品的各种情况通过建立模型的方式直观的表现出来，接着进行智能化操作，最终可以实现提高产品设计方案的效率，因此，机械设计智能化是现在机械设计的必经之路。

3.2 绿色化

随着社会经济的不断发展，人们的生活水平也在不断提高，对生活质量也出现的更高的要求，好的生活质量首先是要有个健康的生活环境，因此，当愈来愈多的人们注意到发展程度和环境好坏有着千丝万缕的联系时，便产生了绿色设计的观念。所谓绿色设计是指在进行产品设计的同时将节约有限能源和资源并有效利用能源和资源的观念考虑进去，这样得到的设计就可以成为是绿色设计。例如，在设计产品的过程中，首先要将产品的环境属性考虑其中，必须让产品设计保证符合环境的要求，并且保留产品的基本功能、质量和经济效益。通常人们听到的绿色产品就是产品本身有一定的特定功能，同时在使用此产品时不会威胁到人们的身体健康，更不会对人们的生活环境造成污染的产品。绿色设计的产生符合社会发展的需求，能够让人们在健康的环境下享受美好生活，同时让社会走可持续发展之路。采用绿色设计既可以缩小企业投资过程中遇到的风险，同时能够提高工作效率，促进产品在市场上的良性竞争，这正是未来技术的发展方向。

4 结束语

现代机械设计方法与传统的设计相比，发生了巨大的变化，其优势在于博取纵各科之长，综合运用并加以整体优化。现代机械设计方法以设计方法学为基础，利用计算机技术，提高设计质量，缩短设计周期，降低研制费用，保证一次设计成功率，增强机械产品的竞争力。现代机械设计的发展趋势表现为智能化、绿色化，系统和定量化。随着计算机技术、检测技术和控制技术的快速发展，现代机械设计的内容进一步扩展，设计出的产品将更加新颖和实用。

参考文献

[1]郝玉龙，徐泰燕.现代包装机械设计方法[J].农村经济与科技，2011，22（4）.

[2]邢爱红.浅析现代机械设计管理[J].商品与质量：学术观察，2011（9）.

[3]李晓宁.设计方法学在标志设计中的应用[J].现代交际，2011（3）.

[4]王莉.关于现代机械设计方法的探讨[J].中国科技博览，2011（8）.