呂鴻鈞

摘 要：機(jī)械設(shè)計(jì)作為機(jī)械產(chǎn)品研發(fā)制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，既決定著產(chǎn)品的性能，還關(guān)系著產(chǎn)品質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)，因此，對其研究具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)；計(jì)算機(jī)；三維體系；機(jī)械構(gòu)造

中圖分類號：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.11.120

1 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法概述

近幾十年來，出現(xiàn)了新的現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法，比如創(chuàng)造性、系統(tǒng)性、優(yōu)化性、綜合性、CAD等設(shè)計(jì)方法，與傳統(tǒng)的、靜態(tài)的、手工的機(jī)械設(shè)計(jì)方法相比，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法是動(dòng)態(tài)的、科學(xué)的、系統(tǒng)的，且可設(shè)計(jì)出產(chǎn)品參數(shù)。

2 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法的發(fā)展

隨著計(jì)算機(jī)行業(yè)發(fā)展的日新月異和現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法的不斷改革，由傳統(tǒng)的以經(jīng)驗(yàn)為主的設(shè)計(jì)理念轉(zhuǎn)變成了以系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法為主。

3 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法特點(diǎn)鮮明，設(shè)計(jì)時(shí)不僅要對機(jī)械的工作原理、構(gòu)造、運(yùn)作方式、力和能量的轉(zhuǎn)換方式、物流技術(shù)，以及各零部件的材料、形狀、大小和潤滑方法等進(jìn)行思考、核對、研究，還要結(jié)合創(chuàng)造性工程、仿生學(xué)、控制論和機(jī)械電子學(xué)等眾多學(xué)科知識進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，從而使設(shè)計(jì)出的機(jī)械產(chǎn)品在市場中具有競爭力。

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法以傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法為基礎(chǔ)，經(jīng)過改進(jìn)和發(fā)展，使現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法更加科學(xué)、合理?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的綜合性非常強(qiáng)，且設(shè)計(jì)的知識領(lǐng)域廣泛，將控制技術(shù)、機(jī)械技術(shù)和科技信息技術(shù)等理論相結(jié)合，并實(shí)現(xiàn)了對整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)置?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)屬于三維體系，包括時(shí)間維、邏輯維和方法維。其中，時(shí)間維主要體現(xiàn)在對產(chǎn)品策劃、產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案等其他設(shè)計(jì)流程的步驟上；邏輯維是指解決問題的邏輯順序；方法維是指對設(shè)計(jì)過程中的思維和方法的具體體現(xiàn)，從而使現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)更高效、更優(yōu)質(zhì)的目標(biāo)。

4 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法分析

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)行業(yè)的突飛猛進(jìn)和普遍應(yīng)用，為現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的理論研究、數(shù)據(jù)計(jì)算和物理模擬等創(chuàng)造了捷徑和有利條件。同時(shí)，生產(chǎn)技術(shù)的需要和先進(jìn)設(shè)計(jì)理念的出現(xiàn)，大大推動(dòng)了機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)的改進(jìn)和發(fā)展，這對現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)而言是一場革命，使人們認(rèn)識到了傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)的不足之處，開始注重使用科學(xué)動(dòng)態(tài)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法替代經(jīng)驗(yàn)的、手工的設(shè)計(jì)方法，從而促進(jìn)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)更新?lián)Q代。

4.1 可靠性設(shè)計(jì)方法

可靠性設(shè)計(jì)方法指在機(jī)械設(shè)計(jì)中不僅要引用數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論和概念論概率論，還要運(yùn)用可靠度指標(biāo)進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的安全系數(shù)設(shè)計(jì)方法檢驗(yàn)是否安全的標(biāo)準(zhǔn)是零部件強(qiáng)度設(shè)計(jì)是否達(dá)標(biāo)，但隨著機(jī)械不斷向高溫、高速和大負(fù)荷的趨勢發(fā)展，機(jī)械構(gòu)造越來越復(fù)雜，所處的使用環(huán)境也越來越陳舊，難以保證所設(shè)計(jì)的零件具有安全性。而現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法中的可靠性設(shè)計(jì)方法認(rèn)為載荷、材料性能、強(qiáng)度和零件的尺寸都屬于某種概論分布的統(tǒng)計(jì)值，并運(yùn)用概率統(tǒng)計(jì)理論和強(qiáng)度分析理論，求出在設(shè)定條件下零件不會(huì)受損的概率計(jì)算公式，分析在設(shè)定的可靠度范圍內(nèi)零件的尺寸或該尺寸下零件的安全系數(shù)。

可靠性設(shè)計(jì)主要包括可靠性理論依據(jù)和可靠性設(shè)計(jì)工程兩部分內(nèi)容。可靠性理論基礎(chǔ)即可靠性數(shù)學(xué)和物理；可靠性設(shè)計(jì)工程指可靠性設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、制造、運(yùn)行、修理和監(jiān)管等方面。目前，可靠性預(yù)測是人們集中研究的方向，也就是在設(shè)計(jì)過程中計(jì)算失效率數(shù)據(jù)、預(yù)測零件或系統(tǒng)的可靠度、在設(shè)定的情況下和限定時(shí)間內(nèi)達(dá)到規(guī)定功能的概率?？煽啃苑峙鋵儆诹硪粋€(gè)研究方向，是將系統(tǒng)容許范圍內(nèi)的失效概率合理地安排給該系統(tǒng)的各個(gè)零部件。在系統(tǒng)可靠性分配中應(yīng)用最優(yōu)化方法，即可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)。

4.2 動(dòng)態(tài)性設(shè)計(jì)方法

所有機(jī)械產(chǎn)品的制造過程都是在隨機(jī)動(dòng)態(tài)情況下完成的，但由于傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法存在很多不足之處，限制條件較多，所有傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)的分析設(shè)計(jì)都只能在靜態(tài)狀況下完成，即使想從動(dòng)態(tài)情況入手分析，也只能依據(jù)以往的數(shù)據(jù)做一些簡單的數(shù)據(jù)修改，無法真實(shí)、準(zhǔn)確地反映產(chǎn)品的具體運(yùn)行情況，與現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法存在很大的差距，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法以載荷譜和零件損傷的條件為依據(jù)指導(dǎo)設(shè)計(jì)，大大提高了設(shè)計(jì)的成功概率。

4.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

優(yōu)化設(shè)計(jì)方法依據(jù)最優(yōu)化理論法，結(jié)合各種因素，根據(jù)人機(jī)配合的方法或自動(dòng)搜查的方式，使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行半自動(dòng)或全自動(dòng)設(shè)計(jì)，是一種在現(xiàn)有工程情況下找出最優(yōu)設(shè)計(jì)方案的現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法。優(yōu)化設(shè)計(jì)包括將設(shè)計(jì)中的具體問題抽象化成最優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型，并應(yīng)用最優(yōu)化數(shù)值的方法通過迭代來遙近數(shù)學(xué)模型的解。機(jī)械零件優(yōu)化設(shè)計(jì)的步驟為：建立目標(biāo)函數(shù)、確定設(shè)計(jì)變量、設(shè)定限制條件、運(yùn)用科學(xué)的最優(yōu)化方法和通過計(jì)算機(jī)計(jì)算數(shù)學(xué)模型。

4.4 全局性設(shè)計(jì)方法

我國現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)方法理念與傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法相比更加全面，且實(shí)用性、功能性更高?，F(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)理念越來越科學(xué)、合理，通過這種先進(jìn)的現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法能更加全面地掌控整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)的開展，可系統(tǒng)、全面地對整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)的流程進(jìn)行監(jiān)測或督查，從而提高工作效率。

4.5 并行設(shè)計(jì)方法

并行設(shè)計(jì)方法是一種對產(chǎn)品及其制作過程（包括制造過程和運(yùn)行過程）進(jìn)行并行和集成設(shè)計(jì)的系統(tǒng)化操作模式，也是一種集成、并行地進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行的系統(tǒng)方法。并行設(shè)計(jì)方法的理念是機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研發(fā)者在產(chǎn)品研發(fā)的最初階段，即研究和設(shè)計(jì)階段，根據(jù)并行的設(shè)計(jì)方法全面考慮產(chǎn)品整個(gè)使用周期內(nèi)的所有環(huán)節(jié)，包括設(shè)計(jì)規(guī)劃、研發(fā)、安裝、調(diào)試運(yùn)行、銷售、物流、運(yùn)用、維修、后期保養(yǎng)和最后回收處理等步驟，從而在提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，降低產(chǎn)品的成本，以減少資源消耗。

5 結(jié)束語

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法對推動(dòng)我國機(jī)械產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起著非常重要的作用，尤其是在我國目前經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的趨勢下，科學(xué)先進(jìn)的機(jī)械設(shè)計(jì)有助于幫助我國大踏步跨入機(jī)械強(qiáng)國的行列，也可以縮小我國機(jī)械產(chǎn)業(yè)貿(mào)易與歐美國家的差距，同時(shí)，借鑒其他國家先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，使我國的機(jī)械設(shè)計(jì)水平趕超歐美其他機(jī)械設(shè)計(jì)強(qiáng)國。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：張思楠〕