萬侖侖鄭州大學(xué)機(jī)械自動(dòng)化2012級(jí)

淺談機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展方向

萬侖侖
鄭州大學(xué)機(jī)械自動(dòng)化2012級(jí)

機(jī)械設(shè)計(jì)是一個(gè)國家制造業(yè)的基礎(chǔ)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用和普及，我國由制造大國逐漸發(fā)展成制造強(qiáng)國。計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)的應(yīng)用為機(jī)械設(shè)計(jì)開辟了新的思路，帶來新的發(fā)展契機(jī)，而計(jì)算機(jī)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械繪圖軟件的產(chǎn)生更是更新了機(jī)械設(shè)計(jì)的手段，豐富了機(jī)械設(shè)計(jì)的理念，為機(jī)械設(shè)計(jì)提供了更廣闊的空間。

機(jī)械設(shè)計(jì)；發(fā)展

作為一名機(jī)械專業(yè)的研究生，在學(xué)習(xí)的過程中就感覺到了機(jī)械行業(yè)的發(fā)展之快，已超出了我們的想像。隨著我國制造業(yè)觀念的變化，人們由原來的追求生產(chǎn)的數(shù)量到現(xiàn)在的開始重視生產(chǎn)質(zhì)量的轉(zhuǎn)變，而在機(jī)械設(shè)計(jì)新理念的指引下，機(jī)械設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)的結(jié)合，更是讓機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展提高了一個(gè)層次，像原來不能精確分析研究的部位，現(xiàn)在可以通過計(jì)算機(jī)準(zhǔn)確計(jì)算復(fù)雜結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、傳熱等數(shù)據(jù)；在機(jī)械設(shè)計(jì)中最優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的應(yīng)用更是讓產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更合理，更注重對產(chǎn)品的質(zhì)量和成本的控制；在理念上設(shè)計(jì)方法學(xué)已作為一個(gè)獨(dú)立的分支被列入研究行列，這會(huì)使機(jī)械設(shè)計(jì)的研究更有依據(jù)。

隨著人們對環(huán)保認(rèn)識(shí)的加深，機(jī)械設(shè)計(jì)也注重機(jī)械制造過程中的機(jī)械噪音及環(huán)境污染對操作人員的影響，也更加注重機(jī)械產(chǎn)品的輕量化及自動(dòng)化發(fā)展的方向，使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)更合理、更環(huán)保，更符合人性化的特點(diǎn)。

一、傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)基本方法的局限性

事物都是發(fā)展變化的，傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)比較長的時(shí)期，它是由直觀的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)開始，逐步到直接經(jīng)驗(yàn)，形成理論指導(dǎo)，最后達(dá)到的實(shí)踐和理論相結(jié)合的設(shè)計(jì)過程。它是由直觀設(shè)計(jì)、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)、經(jīng)驗(yàn)反饋再改進(jìn)的一個(gè)過程，可以充分發(fā)揮前人的研究成果和設(shè)計(jì)理論，利用已有的設(shè)計(jì)公式、圖表、經(jīng)驗(yàn)公式等并結(jié)合自己的思想進(jìn)行設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法主要體現(xiàn)在細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)和分析上，它的基本思路由以下幾個(gè)部分組成：首先決定設(shè)計(jì)方案，然后進(jìn)行實(shí)際分析，最后是落實(shí)設(shè)計(jì)方案。它基本上是停留在靜態(tài)、經(jīng)驗(yàn)、手工的設(shè)計(jì)狀態(tài)，而在設(shè)計(jì)時(shí)的著重點(diǎn)是經(jīng)驗(yàn)、數(shù)據(jù)的計(jì)算和校核，但是簡單實(shí)用，因此，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)成為所有機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

在設(shè)計(jì)的過程中，傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)為工業(yè)大生產(chǎn)的順利進(jìn)行奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，這種方法操作簡單、目標(biāo)明確、并且具有比較成熟的理論依據(jù)和可執(zhí)行的工藝，而且一旦設(shè)計(jì)成功，它的可靠性比較高。但是隨著電子技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)理論在傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)的一些缺陷也日益突出，嚴(yán)重影響著機(jī)械設(shè)計(jì)在實(shí)際中的應(yīng)用。它的局限性體現(xiàn)在以下方面：首先是設(shè)計(jì)方案過早確定，而且完全是憑借設(shè)計(jì)者的直接經(jīng)驗(yàn)和間接經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行，設(shè)計(jì)創(chuàng)新性不強(qiáng)，得到的方案不是最優(yōu)方案；第二是零部件的設(shè)計(jì)很多只作類比設(shè)計(jì)，與實(shí)際工況相差較大；最后采用手工計(jì)算、繪圖、設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性差、工作周期長、效率低。

二、現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展?fàn)顩r

1.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)已成為一門新的知識(shí)體系

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，給機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造帶來了一系列的變革。現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)雖然有了計(jì)算機(jī)的輔助，但是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)還是以傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的，是在傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上的發(fā)展和提高，是對傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)不足的改進(jìn)與改良。現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)更注重了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)理念的更新，只有創(chuàng)新思維，才能有新的設(shè)計(jì)方法和技術(shù)。

在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要考慮產(chǎn)品自身的性能，還要充分考慮系統(tǒng)和環(huán)境的影響。而且在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)數(shù)字化技術(shù)能為機(jī)械設(shè)計(jì)提供全新的感覺，可以在計(jì)算機(jī)上模擬設(shè)計(jì)產(chǎn)品的特點(diǎn)、性能和進(jìn)行改進(jìn)；還可以完成各種試驗(yàn)和測試，極大地方便了設(shè)計(jì)的檢測。使設(shè)計(jì)成為一門新的知識(shí)體系。

2.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的特征

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)并不是一個(gè)單純的機(jī)械設(shè)計(jì)的概念，它是各學(xué)科知識(shí)的交叉滲透，由于學(xué)科理論的交叉整合，使它的基礎(chǔ)理論知識(shí)更加深化、擴(kuò)展；它由傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)的靜態(tài)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)的技術(shù)也已有最初的人工的手段發(fā)展到由計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD），而設(shè)計(jì)的產(chǎn)品本身也出現(xiàn)了重大的變化，由傳統(tǒng)的機(jī)械特性發(fā)展到機(jī)電一體化、智能化的特點(diǎn)。

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了人—機(jī)—環(huán)境的和諧統(tǒng)一發(fā)展，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)必須全面考慮、綜合平衡、妥善處理系統(tǒng)的各種問題。可以采用基于功能原理的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)、人機(jī)工程學(xué)、產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)和基于環(huán)保理念的綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)等方法。機(jī)械學(xué)理論和方法及計(jì)算機(jī)輔助分析的不斷發(fā)展，對產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)、動(dòng)力設(shè)計(jì)和工作能力的設(shè)計(jì)等關(guān)鍵性的問題能做出很好的處理，一系列新型的設(shè)計(jì)方法和工藝正在形成。

3.可靠性和優(yōu)化設(shè)計(jì)在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，用來提高產(chǎn)品市場競爭力的關(guān)鍵性指標(biāo)是設(shè)計(jì)產(chǎn)品的可靠性?？煽啃栽O(shè)計(jì)也稱概率設(shè)計(jì)，它是將常規(guī)設(shè)計(jì)中視為常量的設(shè)計(jì)參數(shù)如實(shí)地作為隨機(jī)變量來看待，把數(shù)學(xué)中的概率統(tǒng)計(jì)理論應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)中來，按照機(jī)械系統(tǒng)應(yīng)用的定量的可靠程度來設(shè)計(jì)它們。可靠性設(shè)計(jì)是綜合多種學(xué)科的新興設(shè)計(jì)方法，它通過研究全壽命周期內(nèi)質(zhì)量指標(biāo)的變化規(guī)律，對零部件和整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性的設(shè)計(jì)。全壽命周期包括產(chǎn)品的規(guī)劃、制造、使用、甚至報(bào)廢、回收等各個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)領(lǐng)域，這一設(shè)計(jì)理念從根本上顛覆了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)由于采用了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，提高了設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效果，與之相配套的出現(xiàn)了產(chǎn)品的優(yōu)化理論，而優(yōu)化理論和方法已由最初地憑借人的直覺和邏輯思維的人類智能優(yōu)化階段發(fā)展到了面向產(chǎn)品的全系統(tǒng)、全過程、全性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)階段。這種設(shè)計(jì)綜合了各種設(shè)計(jì)信息，能清晰地了解設(shè)計(jì)的意圖，實(shí)現(xiàn)了極高的設(shè)計(jì)效率。那如何充分利用這個(gè)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)出更符合時(shí)代要求的機(jī)械產(chǎn)品，提高其國際競爭力是對設(shè)計(jì)工作者提出的新的挑戰(zhàn)。

機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過程就是一個(gè)優(yōu)化的過程。產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)涉及的內(nèi)容非常廣泛，它由一個(gè)從宏觀到微觀，從全部到局部，從總體方案到零部件設(shè)計(jì)的優(yōu)化過程，具體地說可分為參數(shù)優(yōu)化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化和總體方案優(yōu)化三個(gè)層次。機(jī)械設(shè)計(jì)者只有依據(jù)這三個(gè)層次，對機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)，才能取得較好的設(shè)計(jì)效果。

總的說來，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)是在傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是對傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)的綜合演繹和延伸，在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域開創(chuàng)了一種全新的設(shè)計(jì)理念，它綜合集成了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，使得設(shè)計(jì)產(chǎn)品的質(zhì)量和綜合性能得到了很大的改善。

[1]李芬.機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展趨勢[J].才智，2011年第17期

[2]胡玲風(fēng).現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析[J].農(nóng)機(jī)化研究，2005年06期