浅谈现代机械设计方法

徐海宝 董海亮

摘 要：随着科学技术、人文和社会的不断进步，机械在人类进步的步伐中起着积极的作用。然而，机械系统所引入的新材料、新工艺、新方法越来越多，实现这些技术的具体方法也随着增多，而现代机械设计方法便应运而生。基于此，下文对现代机械设计的特点进行了分析，并阐述了几种机械设计方法，希望对相关人员提供帮助。

关键词：机械设计；方法；特点

引言

由于生产力的快速发展，社会生活与生产的各个方面都获得了巨大进步，各种新工艺和新方法逐步走进了机械设计的领域，而面对竞争日益激烈的市场环境，机械设计要想在时代的发展中立于不败之地就需要注重方法的创新，从而才能适应时代的不断进步与发展，推动我国机械设计行业的长久发展。

1现代机械设计的概述

1.1現代机械设计的内涵

在研究机械设计的过程中，相关人员可以将机械设计的过程分为三个阶段，即体验阶段、设计方案阶段及技术设计与工艺设计阶段，而这三个阶段之间既相互独立又相互联系。同时，随着科学技术的快速发展，人们逐渐认识到机械设计不应该割裂开来，而是应该统一起来，进行系统性的设计，以便实现体验、设计和工艺三者之间的有效融合。因此，在这种理念的指导下，机械设计方法逐渐融合了其他多种方法与理念，并逐渐形成了现代化的机械设计方法，比如信息科学技术、系统科学和计算机技术等都成为了促进现代机械设计方法革新的重要因素，从而不仅保证了计算的精确性，还彻底颠覆了传统设计方法的理念。

1.2现代机械设计的特点分析

现代机械的种类繁多，并且其结构的形式也千差万别。而机械系统在功能方面的划分，可以将其分为传动系统、操纵系统、动力系统、控制系统及执行系统等，并且每一个系统又可以根据不同的需求细化为更小的子系统；在设计目标方面，现代机械设计的目标零件和机械设备更为复杂，所需的设计思路和设计方法也更为先进。同时，现代机械设计与传统机械设计不同的是，现代机械设计在设计过程中不仅要对机械工作的原理、能量传递方式及运动方式等进行计算、构思与分析，还要在进行设计的过程中运用仿生学、控制论、美学、价值工程等多种学科知识，并将这些看似与机械无关的科学知识，运用在机械设计中，从而使得机械在市场中获得更好的竞争力。

2现代机械设计方法的分析

为了适应科学技术发展的需求，我国大量的科研工作者也对机械设计理念进行了不断地探讨与研究，而这些新型的设计理念具有一定的实用性，并且能够有效解决机械设计过程中存在的问题，从而推动机械行业的长久发展。下面是对现代机械设计方法的几点介绍，详见图1。

2.1现代机械设计的优化

现代机械设计的优化是通过不同的方式进行优化，也就是说在机械设计的过程中对产品的结构即性能进行优化设计，从而保证所设计出的机械产品不仅具有外在的品质保证，还具有较高的质量水平。而设计优化一般可以分为两种方式：一是人工智能实现的设计优化。现代机械设计的过程主要包括任务的明确、设计方案、设计施工及设计技术等四个步骤，并且每一个环节都要对所建立的模型进行仔细分析，以便对设计的模型进行修改与合理评价。同时，人工智能优化设计活动又包括两种：第一，对设计数值的计算，其主要是大量的绘图与计算分析；第二，对设计方案进行设计以及推理。其主要是方案的提出、方案的优化以及设计结构等方面；二是数学规划实现的设计优化。数学规划法就是把数学规划的理论作为基础，并且这种算法不仅对理论依据有着较高的要求，还对设计流程的规格有着严格的标准要求，所以数学规划法在计算的过程中要进行很多迭代，并且这种优化方式的适用范围比较小，只适用于目标明确、容易建立数学模型或者结构不复杂的机械设计中。

2.2计算机辅助机械设计方法

计算机辅助机械设计方法是随着计算机科学技术的不断发展而兴起的一种机械设计方法，其是机械设计人员在画图、构思和高速运算等方面利用计算机来协助工作的方法。在传统的机械设计方法中，除了科学的设计理念，其设计步骤也是非常重要的，并且传统的机械设计方法是利用图纸或者手绘来进行设计方案的制作，不仅浪费了大量的劳动力，还可能因人工误差而对机械设计产生极大影响，而计算机辅助方法出现后，设计人员可以利用计算机对产品进行有效设计，不仅减少了设计人员的劳动力量，还提高了设计质量。此外，对于计算机辅助机械设计的过程主要分为四个步骤：第一，建立数学模型。一般的机械零件基本都有现成的数学模型，但对于没有数学模型的首先要建立正确的数学模型；第二，根据手工计算的步骤对程序框图进行设计；第三，根据程序框图并利用高级语言来编制程序；第四，在程序编好后，相关人员要先仔细检查源程序，然后将其输入计算机进行试算，再对程序适用范围的边界、转折点进行试算，从而保证其与手算结果完全吻合。

2.3系统化机械设计方法

从系统的角度分析，机械系统设计过程中，为了让机械产品能够创造更高的经济效益和社会效益，必须要在产品制造技术、性能及功能方面充分利用先进的技术，并让产品的结构产生质的飞跃，并且在对传统机械设备改造的过程中，系统化设计的应用成为了不可或缺的重要因素。同时，在系统化机械设计的过程中，为了使设计工作更加科学性、合理性，在对系统进行分解时要注意以下几点：第一，分解数与层次应适宜。如果分解数太少，那么子系统就会很复杂，从而不利于对机械产品的优化工作，并且分解数和层次太多也会给总体系统的综合造成一定的困扰；第二，对系统分解与功能分解之间的关系与不同进行熟练掌握。其中，在系统分解时，是将具有比较密切结合关系的系统结合在一起，其结构组成较为简单，而在功能分解时，是按照功能体系进行逐级分解；第三，避免过于复杂的分界面。相关人员要尽可能选择在要素间结合枝数较少和作用较弱的地方；第四，保持能量流、物料流和信息流的合理流动途径。通常机械系统工作时都存在着能量、物料和信息3种转换，它们从系统输入到系统输出的过程中，是按一定的方向和途径流动的，所以即使分解成各个子系统，它们的流动途径仍应明确和畅通。

结束语

综上所述，现代机械设计方法是以设计方法学为基础，利用计算机技术，不断提高设计质量、缩短设计周期，从而增强机械产品的竞争力。同时，现代机械设计的发展趋势表现为智能化、绿色化及定量化，而随着计算机技术、检测技术的快速发展，现代机械设计的内容得到了进一步的扩展，所设计出的产品也将会更加新颖和实用。

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