王曉楓，尚國棟

（合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)械與汽車工程學(xué)院，安徽 合肥230009）

現(xiàn)如今，隨著全球化趨勢的發(fā)展，信息傳播在計算機(jī)技術(shù)的幫助下，以更高速的傳輸方式，更大的傳輸量，更廣泛的受眾面深刻地影響著人類生活?，F(xiàn)代設(shè)計概念中豐富的信息，在全球化浪潮的作用下充斥著人類的物質(zhì)生活和精神生活。這種趨勢正在迅速地向各個行業(yè)蔓延，其中就包括機(jī)械設(shè)計行業(yè)。當(dāng)前制造業(yè)的競爭焦點(diǎn)實際上就是設(shè)計的競爭，目前進(jìn)行現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計理論方法的研究比以往任何時期都更加顯得十分重要。

1 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計理念形成經(jīng)歷

17世紀(jì)前的“直覺設(shè)計階段”和17世紀(jì)后的“經(jīng)驗設(shè)計階段”，我們也稱它為傳統(tǒng)設(shè)計階段。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計，主要依據(jù)于公式、經(jīng)驗、圖表、手冊等方法來進(jìn)行靜態(tài)分析、近似計算、經(jīng)驗設(shè)計等半經(jīng)驗半理論的設(shè)計。傳統(tǒng)設(shè)計在設(shè)計過程中只考慮產(chǎn)品本身，面對包括產(chǎn)品整個生命周期的質(zhì)量、成本、服務(wù)等方面考慮不足，往往供選的方案少，設(shè)計不合理，計算誤差大造成浪費(fèi)。這種設(shè)計方法的缺點(diǎn)是：設(shè)計水平低、成功率低、花費(fèi)大、信息饋周期長。其以經(jīng)驗為基礎(chǔ)，運(yùn)用設(shè)計手冊、數(shù)學(xué)和力學(xué)公式進(jìn)行設(shè)計。由于其先天存在缺陷導(dǎo)致其無法滿足產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和功能的多樣化要求繼而慢慢退出機(jī)械設(shè)計的歷史舞臺。

當(dāng)今的現(xiàn)代設(shè)計階段。近幾十年來，科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，設(shè)計工作所需的理論基礎(chǔ)和手段有了很大的進(jìn)步。特別是電子計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用。其計算速度不斷加快，存儲能力不斷加強(qiáng)、工程軟件水平不斷提高。數(shù)據(jù)庫的完備和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)，對設(shè)計工作產(chǎn)生了革命性的影響，為設(shè)計工作提供了實現(xiàn)設(shè)計自動化和精密計算的條件。

隨著城市和社會的發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，人類對機(jī)械產(chǎn)品提出了越來越高的要求，這就使得機(jī)械設(shè)計的理論和方法不斷向前推進(jìn)。科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，也為現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計的理論和方法提供了手段。而設(shè)計理論和方法的進(jìn)步往往會帶動產(chǎn)品的革新，從而形成良性循環(huán)。

總之，不同階段的設(shè)計方法各有特點(diǎn)：傳統(tǒng)設(shè)計采用的是靜態(tài)的、經(jīng)驗的、手工式的方法，而現(xiàn)代設(shè)計采用的是動態(tài)的、科學(xué)的計算化的方法。

2 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計理念概述

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計是面向市場、面向用戶的設(shè)計。熟悉市場，了解客戶需求是設(shè)計成敗的首要環(huán)節(jié)。用戶滿意的標(biāo)準(zhǔn)常常受到多重因素的左右，歸根到底還是性價比的問題。在爭取用戶滿意的競爭中現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計要求對產(chǎn)品進(jìn)行全壽命周期設(shè)計。這就是說在設(shè)計時要考慮設(shè)計、制造、安裝、運(yùn)行、維護(hù)、報廢每一個階段中用戶的要求。

因此，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計理念的最主要特點(diǎn)即以滿足客戶需求為原則。掌握機(jī)械設(shè)計理論的程度將直接反應(yīng)機(jī)械設(shè)計的水平?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計理論與方法是相對于傳統(tǒng)設(shè)計理論方法而言的。

在產(chǎn)品設(shè)計中應(yīng)用CAD/CAE,優(yōu)化設(shè)計，動態(tài)設(shè)計等技術(shù)方法廣泛應(yīng)用試驗和計算機(jī)技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計。應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計方法使新產(chǎn)品的開發(fā)周期大大縮短。產(chǎn)品生產(chǎn)過程的自動化程度得到了提高，降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，增強(qiáng)了產(chǎn)品的競爭力。據(jù)目前國內(nèi)外設(shè)計學(xué)者進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計所使用的方法，現(xiàn)代設(shè)計方法可以概括為四類：

（1）系統(tǒng)化設(shè)計方法

系統(tǒng)化設(shè)計的主要特征方法是：將設(shè)計的幾個設(shè)計元素組成的一個系統(tǒng)，每一個設(shè)計擁有獨(dú)立的設(shè)計元素，各元素之間存在有機(jī)的聯(lián)系，并具有層次性。這樣的話，所有的設(shè)計要素進(jìn)行組合后，可以達(dá)到設(shè)計系統(tǒng)所需的任務(wù)。

（2）結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計方法

通過結(jié)構(gòu)模塊的組合，實現(xiàn)產(chǎn)品的方案設(shè)計的方法被稱為結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計方法。其具體的應(yīng)用適用于特定種類的機(jī)械產(chǎn)品。由于其組成部分的功能較為明確且相對穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)模塊的劃分比較容易。結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計方法通過結(jié)構(gòu)模塊的組合，實現(xiàn)產(chǎn)品的方案設(shè)計的方法被稱為結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計方法。其具體的應(yīng)用適用于特定種類的機(jī)械產(chǎn)品。由于其組成部分的功能較為明確且相對穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)模塊的劃分比較容易。

（3）智能化設(shè)計方法

借助于三維圖形軟件、智能化設(shè)計軟件和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，根據(jù)設(shè)計方法學(xué)理論，以及多媒體、超媒體工具進(jìn)行產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計，表達(dá)產(chǎn)品的構(gòu)思、描述產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)是智能化設(shè)計方法的主要特點(diǎn)。

（4）基于產(chǎn)品特征知識的設(shè)計方法

用計算機(jī)能夠識別的語言描述產(chǎn)品的特征是基于產(chǎn)品特征知識設(shè)計方法的主要特點(diǎn)。其特點(diǎn)還有可以表述其設(shè)計領(lǐng)域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗，并建立相應(yīng)的知識庫及推理機(jī)。計算機(jī)輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計可以利用已存儲的領(lǐng)域知識和建立的推理機(jī)制進(jìn)行相關(guān)應(yīng)用。

3 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計理念對機(jī)械行業(yè)的貢獻(xiàn)

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計理念為當(dāng)今機(jī)械行業(yè)的各個分支行業(yè)提供了一個提出問題、分析問題并且解決問題的途徑。經(jīng)過系統(tǒng)化的新理念將機(jī)械設(shè)計這一原本單一的設(shè)計思路拓展為一種立體的、綜合的、新的設(shè)計思想，從而幫助我們更好、更快、更全方位的設(shè)計出符合社會需要的機(jī)械產(chǎn)品。這樣一種新的思想能夠帶領(lǐng)我們這些機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計者在機(jī)械設(shè)計的舞臺上邁上更高的一個層次，從而帶動整個機(jī)械行業(yè)走向更光輝的明天。

4 機(jī)械設(shè)計理論與方法的發(fā)展趨勢

隨著經(jīng)濟(jì)全球化以及知識經(jīng)濟(jì)時代的到來，使得未來的機(jī)械設(shè)計呈現(xiàn)不同于以往的發(fā)展趨勢，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）敏捷化

隨著市場需求的日益多元化，機(jī)械設(shè)計必須要盡可能的符合市場的需求，而市場需求總是處于相對的動態(tài)變化中，所以這就要求機(jī)械設(shè)計能實現(xiàn)敏捷化這樣才能夠保證設(shè)計出來的產(chǎn)品能夠符合市場的需求。

（2）虛擬化

虛擬技術(shù)、計算機(jī)通訊技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被稱為21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)巾的三大核心技術(shù)，是信息技術(shù)最重要的組成部分。熟練地掌握這三大技術(shù)就有可能率先進(jìn)入信息社會。虛擬技術(shù)作為2l世紀(jì)的三大核心技術(shù)之首，其已不僅是一種技術(shù)，而是一個有著影響人類社會發(fā)展和改變?nèi)祟惿畹念I(lǐng)域。虛擬技術(shù)包括虛擬加工、虛擬測試、虛擬控制，利用聲、光、電、機(jī)、計算機(jī)等綜合交叉技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，還可實現(xiàn)各種類型、各種場合的虛擬式環(huán)境模擬。虛擬技術(shù)的出現(xiàn)幾乎可以肯定地說它將大大改變?nèi)祟惉F(xiàn)有的思維模式、工作模式和生活模式。

（3）綠色化

當(dāng)今人類社會面臨的三大主要問題是環(huán)境、資源、人口問題。環(huán)境惡化的程度與日劇增，對人類社會的生存與發(fā)展造成了嚴(yán)重威脅。而資源問題不僅涉及人類世界有限的資源如何利用，更是產(chǎn)生環(huán)境問題的主要根源。于是，近年來一個新的概念已經(jīng)提出：如何最有效地利用資源和最低限度地利用廢棄物。綠色制造是一個綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造模式,包括很多的方面，貫穿于一個機(jī)械產(chǎn)品從設(shè)計到最終的報廢整個生命周期中，保證整個生命周期對于環(huán)境的影響降低到最低。

5 結(jié)束語

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計理念是前輩們在機(jī)械設(shè)計的研究中不斷的努力、不斷試驗、不斷總結(jié)而探索出來的。它對于我們國家機(jī)械行業(yè)的發(fā)展具有非常重要的作用，特別是針對于我國這種機(jī)械大國，其是我們走向機(jī)械強(qiáng)國的一條必經(jīng)之路。同時，也是我們逆轉(zhuǎn)機(jī)械行業(yè)貿(mào)易逆差的好途徑。只要把這條路走好了，我國的機(jī)械設(shè)計水平就能趕超世界上的機(jī)械設(shè)計強(qiáng)國。

[1]孫靖民.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計方法[M].黑龍江：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2003.

[2]劉利軍.談現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計方法[J].包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2003（1）：22-25.

[3]張 鄂.現(xiàn)代設(shè)計理論與方法[M].北京：科學(xué)出版社，2007.

[4]胡勝海.機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計[M].黑龍江：哈爾濱工程大學(xué)出版社，1999.