李才運(yùn)

摘要：隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)更加強(qiáng)調(diào)創(chuàng)造性，在注重整體功能的基礎(chǔ)上以現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)作為工具，提高了設(shè)計(jì)的質(zhì)量、效率和精度，滿足了產(chǎn)品對(duì)經(jīng)濟(jì)性、適應(yīng)性和可靠性統(tǒng)一的要求。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)在功能、結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)。

中圖分類號(hào)：TP39文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791 （2010)04(a)-0000-00

機(jī)械設(shè)計(jì)是根據(jù)使用要求對(duì)機(jī)械的工作原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式、潤(rùn)滑方法等進(jìn)行構(gòu)思、分析和計(jì)算并將這些轉(zhuǎn)化為具體的描述以人為制造依據(jù)的工作過(guò)程。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)也稱常規(guī)設(shè)計(jì)，是一種以強(qiáng)度和低壓控制為中心的安全系數(shù)設(shè)計(jì)、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)、類比設(shè)計(jì)和機(jī)電分離設(shè)計(jì)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)更加強(qiáng)調(diào)創(chuàng)造性，在注重整體功能的基礎(chǔ)上以現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)作為工具，提高了設(shè)計(jì)的質(zhì)量、效率和精度，滿足了產(chǎn)品對(duì)經(jīng)濟(jì)性、適應(yīng)性和可靠性統(tǒng)一的要求。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)在功能、結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)。

一、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法比較

1、傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法以直覺(jué)設(shè)計(jì)、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)、靜態(tài)設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，所使用的設(shè)計(jì)方法有理論設(shè)計(jì)和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)兩種。（1)根據(jù)長(zhǎng)期總結(jié)出來(lái)的設(shè)計(jì)理論和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所進(jìn)行的設(shè)計(jì)稱為理論設(shè)計(jì)。實(shí)際情況往往復(fù)雜多變，理論設(shè)計(jì)對(duì)問(wèn)題的考慮不夠全面，若安全系數(shù)選擇過(guò)大，則產(chǎn)品可能超大。若安全系數(shù)過(guò)小，又很難保證產(chǎn)品的安全性。（2)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)指根據(jù)某類零件已有的設(shè)計(jì)方法與經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，或者按照設(shè)計(jì)者個(gè)人的工作經(jīng)驗(yàn)用類比方法進(jìn)行的設(shè)計(jì)。隨著設(shè)計(jì)產(chǎn)品的技術(shù)含量不斷提高，技術(shù)系統(tǒng)變得越來(lái)越復(fù)雜，產(chǎn)品更新的速度也在逐漸加快，經(jīng)驗(yàn)類比的設(shè)計(jì)方法已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)的需求。

2、現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法。現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法是以思維科學(xué)、設(shè)計(jì)理論系統(tǒng)工程為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)作為工具的各種技術(shù)和程序的總和。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法比較，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是靜態(tài)系統(tǒng)、以經(jīng)驗(yàn)作為方法，純手工手段的；現(xiàn)代設(shè)計(jì)是動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，以科學(xué)為方法，用計(jì)算機(jī)手段。在設(shè)計(jì)方法上，與傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)相比現(xiàn)代設(shè)計(jì)在機(jī)械零件的設(shè)計(jì)上更可靠、更優(yōu)化。

現(xiàn)代設(shè)計(jì)將傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中涉及到的設(shè)計(jì)變量如材料強(qiáng)度、尺寸、應(yīng)力等，當(dāng)成服從某種分布的隨機(jī)變量，并根據(jù)產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)要求，用概率統(tǒng)計(jì)的方法得出零部件和元器件的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)和尺寸。根據(jù)概率論的觀點(diǎn)，安全系數(shù)必須和對(duì)應(yīng)的可靠性聯(lián)系起來(lái)才有意義。如：按傳統(tǒng)設(shè)計(jì)法，安全系數(shù)大于1的零件是不應(yīng)該失效的，而實(shí)際應(yīng)用中，安全系數(shù)很大的零件也有可能發(fā)生失效。按傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，對(duì)絕大多數(shù)零件(如齒數(shù)、輪齒寬、螺旋角等)的設(shè)計(jì)結(jié)果雖然在剛度、強(qiáng)度兩方面滿足了設(shè)計(jì)要求，往往因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)性和盲目性，很難達(dá)到最優(yōu)化結(jié)果?，F(xiàn)代優(yōu)化設(shè)計(jì)跳出了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思維，在符合一系列條件的前提下，求出滿足最優(yōu)效果的設(shè)計(jì)參數(shù)解。

此外，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)往往需要人工資料檢索、手工計(jì)算和繪圖，需要耗費(fèi)較多的時(shí)間和人力，設(shè)計(jì)質(zhì)量受到影響。計(jì)算機(jī)輔助集合人的經(jīng)驗(yàn)和智慧，將計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算功能和人的創(chuàng)造力結(jié)合起來(lái)，加速了設(shè)計(jì)進(jìn)程。

二、現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)比較

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，使現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)形成了自己的理論方法和體系，匯集了多個(gè)專業(yè)和領(lǐng)域的知識(shí)，成為一門交叉學(xué)科。與傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)相比，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)具有很多明顯的優(yōu)點(diǎn)。

1、傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)思維比較被動(dòng)，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)的主動(dòng)性。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)依靠靈感和經(jīng)驗(yàn)，思維往往比較被動(dòng)。而隨著現(xiàn)代技術(shù)的迅速發(fā)展和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，人們必須不斷的提出新的、大膽的開發(fā)目標(biāo)和設(shè)想，并運(yùn)用現(xiàn)有的最新科學(xué)技術(shù)創(chuàng)造出全新的產(chǎn)品。傳統(tǒng)依靠經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)已經(jīng)不能適應(yīng)這一需求。現(xiàn)代設(shè)計(jì)在進(jìn)行研究創(chuàng)造設(shè)計(jì)思維本身的規(guī)律時(shí)，運(yùn)用靈感、方案、優(yōu)化設(shè)計(jì)產(chǎn)生的內(nèi)在邏輯，并由此產(chǎn)生了創(chuàng)造學(xué)、價(jià)值工程、設(shè)計(jì)方法學(xué)等理論。

2、傳統(tǒng)設(shè)計(jì)注重機(jī)械本身預(yù)定功能的實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)要求把對(duì)象置身于大系統(tǒng)中，并對(duì)系統(tǒng)作出設(shè)計(jì)，將預(yù)定的功能在人—機(jī)—環(huán)境之間進(jìn)行合理分配。充分考慮到人的生理和心理因素，力求在人際之間做出最佳設(shè)計(jì)。此外，現(xiàn)代設(shè)計(jì)還考慮到機(jī)械從原料圖區(qū)、加工裝配、投入使用至報(bào)廢回收等全部生命周期中各個(gè)階段與環(huán)境的關(guān)系，以減少對(duì)自然環(huán)境的傷害并保證生態(tài)平衡。

3、現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)強(qiáng)化了傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)對(duì)強(qiáng)度準(zhǔn)則的要求。有限單元法和斷裂力學(xué)等領(lǐng)域的研究成果在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，強(qiáng)化了設(shè)計(jì)者強(qiáng)度設(shè)計(jì)的能力，現(xiàn)代設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則也因此拓寬到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的更多領(lǐng)域?，F(xiàn)代消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的需求從實(shí)用需求上升到物質(zhì)與精神享受并重的層次，對(duì)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)提出了藝術(shù)和美學(xué)方面的要求。

4、傳統(tǒng)設(shè)計(jì)歷時(shí)長(zhǎng)、耗費(fèi)大，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)周期短，耗費(fèi)低。傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)一般先根據(jù)目標(biāo)和任務(wù)做出第一個(gè)方案并造出樣機(jī)，然后對(duì)樣機(jī)評(píng)定、考核，進(jìn)行修改，形成第二套方案，如此反復(fù)，到滿意為止，設(shè)計(jì)過(guò)程周期長(zhǎng)、耗費(fèi)高。現(xiàn)代設(shè)計(jì)根據(jù)各種給定的條件，運(yùn)用優(yōu)化設(shè)計(jì)的原理和方法，借助計(jì)算機(jī)求取最佳設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)方案。在現(xiàn)代設(shè)計(jì)中，優(yōu)化意識(shí)還延伸到產(chǎn)品的總體方案論證，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)各個(gè)方面，并產(chǎn)生了遺傳算法、模糊算法等許多新的理論方法。

5、傳統(tǒng)設(shè)計(jì)受思維進(jìn)度的約束，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)利用計(jì)算機(jī)改變了這一缺陷。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，從概念設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)到編制工藝、計(jì)算工時(shí)成本，有許多部門用串行工作方法參與，需要一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，而現(xiàn)代的并行設(shè)計(jì)技術(shù)，使人們?cè)谧鞒鲆粋€(gè)方案的設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)同時(shí)獲得后續(xù)過(guò)程相關(guān)信息，使設(shè)計(jì)者有可能及時(shí)修改方案，尋求一個(gè)全面、綜合的優(yōu)化方案。

三、小結(jié)

現(xiàn)代機(jī)械與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，在功能、結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)，改變并完善了傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)的缺陷。它將許多學(xué)科和領(lǐng)域融合，并將這些技術(shù)在現(xiàn)實(shí)機(jī)械中實(shí)現(xiàn)了完美的結(jié)合。但現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)不僅僅個(gè)人行為，在設(shè)計(jì)群體中，所有成員都應(yīng)掌握現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的有關(guān)知識(shí)，做到相互了解和配合，并建立全局觀念，才能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代機(jī)械的完美設(shè)計(jì)。

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