现代机械设计的特点与方法

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【摘 要】机械工程作为一门古老学科,必须不断加强与现代先进科学技术的紧密结合,从而促进自身不断向前发展和进步.当下,机械设计已然进入现代设计阶段,它要求在继承和发展传统设计的基础上,融合相关学科知识,形成一门新的设计知识体系.

【关 键 词】现代机械设计特点；现代机械设计方法

1.机械设计的概述

所谓机械设计就是指对机械的零部件和整体的设计的过程.这个过程主要是指根据使用要求对机械的工作原理、结构、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、润滑方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程.机械设计是机械工程的重要组成部分,是机械生产的第一步,是决定机械性能的最主要的因素.

2.传统机械的局限性

传统机械主要是由动力机、传动机构、执行机构和操控装置等组成,基本上分为动力机械、能量转化机械、工作机械这三类.传统机械设计的特点是：以长期的实践总结出来的设计理论和实验数据等累积经验为基础,通过力学、数学建模及试验等所形成的经验公式、图表、标准及规范作为依据,运用条件性计算或类比等方法所进行的设计.传统设计在长期运用中得到不断的完善和提高,目前在大多数情况下仍然是有效的设计方法.但它与现代机械设计方法相比,还是有着一定的局限性：

（1）方案设计时凭借设计者有限的直接经验或间接经验,通过计算、类比分析等,按照惯性思维方式,过早地确定方案.这种方案设计不考虑设计创新,因此难以做出最优设计方案.

（2）零部件设计中,仅对重要零部件根据简化的力学模型或经验公式进行静态或近似的设计计算,其他零部件只作类比设计或是微小的改动,与实际工作有时会相差甚远,从而造成失误.

（3）传统设计偏重于考虑产品自身的功能的实现,忽略人-机-环境之间关系的重要性.

（4）传统设计采用手工计算、绘图,设计的准确性差、工作周期相对较长、效率也低下.

3.现代机械设计

3.1现代机械概念

现代设计技术是由计算机信息网络协调与控制的,建立在现代管理技术之上,运用工程设计的新理论和新方法,实现设计过程高效化和自动化以及计算结果最优化的设计技术.它是一种定量的、动态的和科学的设计技术.现代设计技术是常规设计技术的延伸与发展,是相关科学技术综合应用于设计领域的产物.现代设计不仅要实现产品的基本功能,还应体现人性化和环境保护的先进设计思想.

3.2现代机械设计的特点

现代机械设计的特点是面向市场、面向用户的设计,即不但要求设计对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式,物流技术、各零部件的材料、形状、尺寸、润滑方法等进行构思、分析、计算,而且还需融通多门科学知识,如创造性工程、美学,仿生学、控制论、机械电子学、价值工程等,从而使设计出的产品在市场中具有竞争力.现代机械设计与传统机械设计在设计思想、设计准则、设计过程等方面都有着不同.现代机械设计在技术上具备智能性、经济性、并行性、集成化、精确性、动态性等特点,具体表现为：

（1）机械应是一种有“头脑”的工具,是人造的解放人类的工具.

（2）不仅仅只是处理物质和能量,而且更关注处理信息.

（3）满足人们的综合需求,所有的机器都将是机器人,机械将具有更强的智能功能.

3.3现代机械设计方法

a.机械创新设计

机械创新设计是指利用已有的相关科学技术成果,充分发挥设计者的创造力,设计出新颖、有创造性及实用性的机械产品的实践活动.与传统设计相比,创新设计强调人在设计过程中,特别是在总体设计阶段中的主导性及创造性作用,采用新的技术手段、技术原理,从所要求的机械性能出发,改进完善现有的机械或创造发明新机械,实现预期的功能,使其具有良好的工作品质及经济性.

b.机械优化设计

优化设计就是在处理各种事物的一切可能的方案中寻求最优的方案,是面向产品的全过程、全系统、全性能的优化设计方法.机械优化设计不是单纯地追求创新的设计,而是面向市场争取竞争优势的设计.正由于要面向市场,因此需更善于进行产品方向的预测和技术方向分析,寻求在当前及以后的市场上起主导地位的产品和技术方向,使产品实现过程建立相互协调的联系,并且开发吸收有效的设计技术到整个产品的各环节中去,从而增强产品的市场竞争力.

c.计算机辅助机械设计

计算机辅助设计(简称CAD)是把计算机技术引入设计过程,利用计算机完成选型、计算、绘图及其他方面的工作的现代设计方法,它是电子信息技术的一个重要组成部分.这一新兴学科能充分运用计算机高速运算和快速绘图的强大功能为工程设计及产品设计服务,彻底改变了传统的手工设计绘图方式,把计算机所具有的运算快、计算精度高、逻辑判断强等特殊功能与人们的经验、智慧、和创造力结合起来,从而提高了设计的质量,缩短了设计周期.

d.稳健设计

稳健设计是指所设计的产品无论在制造和使用中,当结构参数发生变化或在规定寿命内结构发生老化和变质时,都能保持产品性能稳定的一种工程设计方法.它的作用是提高所设计产品的质量和减少质量损失.随着市场竞争,设计和制造高质量、低成本的产品越来越受到关注,稳健设计已逐渐成为提高和改进产品质量的一种有效的工程方法.

e.虚拟设计

虚拟设计属于新兴的多学科交叉技术,它是虚拟现实技术应用于产品的开发设计.借助这样的设计手段,设计人员可通过多种传感器与多维的信息环境进行自然的交互,达到彼此交迭、融为一体的程度,从而设计出一个虚拟的机械产品,然后再系统的对所设计的产品进行研究、检查以及分析,以检验产品是否满足相应的设计要求,并对可能出现的问题及缺陷进行及时修改,从而使产品的设计更为完善.虚拟设计技术充分利用了模拟仿真技术,它比现行的CAD系统具有更强的人机交互能力,设计人员可通过视觉、听觉、触觉及语音、手势等与设计的对象在虚拟的环境中进行直观地交互,并实现对虚拟产品设计的完成.

f.绿色设计

绿色设计通常也称为生态设计、环境设计、环境意识设计等.它是以提高产品的“绿色程度”为目标,在满足环境目标要求的同时,也需保证产品应有的功能、使用寿命和质量等.在绿色设计过程中,设计人员更多地考虑对产品的维护性、拆卸性、回收性、淘汰废弃产品的处理及对生态环境的影响等.

随着科学和技术的迅速发展,特别是计算机技术和信息技术的发展和应用,从而使机械产品设计和制造有了革命性的变化,常规设计技术发生了质的飞跃.在机械设计已进入现代设计阶段,计算机辅助实现、智能化设计是现代机械产品方案设计的发展方向.发展现代机械设计方法,应综合运用系统工程理论、计算机软硬件工程、网络技术等各方面的知识,不断实现最优设计.[科]

【参考文献】

［1］3edu教育网.机械项目常规与现代设计技术对比.l.

［2］豆丁网.机械现代设计方法简介.l.

［3］宋宏文等著.机械设计中虚拟技术的应用研究.西南科技大学制造科学与工程学院.

［4］路庆仁等.浅析现代机械设计方法及研究进展.中国科技博览.