劉愛華　黃鼎圖

摘要：在當前科學技術飛速發(fā)展的過程中，各種生產(chǎn)單位不斷的增多，各種生產(chǎn)器械和生產(chǎn)設備的要求也在不斷地增加。隨著計算機技術與信息技術在各個領域的不斷應用，機械設計也展現(xiàn)出日新月異的變化，特征明顯的現(xiàn)代機械設計方法越來越受到推崇。

1.現(xiàn)代機械設計的特征

現(xiàn)代設計是傳統(tǒng)設計的深入、豐富和完善，而非獨立于傳統(tǒng)設計的全新設計。雖然目前對現(xiàn)代設計尚無確切定義，但可從以下特征來理解。

1.1以計算機技術為核心

這是現(xiàn)代設計的主要特征。計算機技術的發(fā)展對設計產(chǎn)生的影響，表現(xiàn)為以下幾方面：

①使設計手段從“手工”向“自動”的轉(zhuǎn)變。

②推動產(chǎn)品表示從“二維”向“三維”的轉(zhuǎn)變。

③促進一些新的設計方法的出現(xiàn)。有限元分析、優(yōu)化、模態(tài)分析等，都涉及大量復雜計算。并行設計、虛擬設計、計算機仿真這些新方法已經(jīng)開始推廣使用。

④使設計方式從“串行”到“并行”的變化。

⑤提高了產(chǎn)品開發(fā)的效率。設計與制造一體化存在于計算機內(nèi)的產(chǎn)品模型可直接進入CAPP系統(tǒng)進行工藝規(guī)劃和NC編程，進而加工代碼可直接傳入NC機床、加工中心進行加工。產(chǎn)品模型加強了設計與制造兩個環(huán)節(jié)的連接。

⑥提高了設計管理水平。數(shù)據(jù)庫技術的發(fā)展改變了傳統(tǒng)的手工管理模式，各種MIS、PDM系統(tǒng)的廣泛應用大大提高了設計的管理水平，保證了設計過程的高效、協(xié)同和安全。

⑦提高了設計效率和水平。組織模式的開放網(wǎng)絡技術的發(fā)展加快了數(shù)據(jù)通訊速度，形成了不受行政隸屬關系約束的、多企業(yè)共同參與的異地設計，達到了優(yōu)勢互補和資源共享。

1.2以設計理論為指導

傳統(tǒng)設計是以生產(chǎn)經(jīng)驗為基礎，以運用力學和數(shù)學形成的計算公式、經(jīng)驗公式、圖表、手冊等作為依據(jù)進行的。而現(xiàn)代設計方法是基于科學理論形成的，這樣能減小經(jīng)驗設計的盲目性和隨意性，提高設計的主動性、科學性和準確性。因此，現(xiàn)代設計是以理論指導為主、經(jīng)驗為輔的一種設計。

1.3技術上的特征

（1）智能化

大型復雜機械的設計必須完成“分析一分解一綜合”的過程，其中包含了大量創(chuàng)造性思維過程和智能活動。

（2）經(jīng)濟性

市場的競爭、用戶的選擇使對產(chǎn)品的經(jīng)濟性要求越來越高。

（3）并行性

必須超前考慮后續(xù)的過程，實現(xiàn)DFM、DFA，以壓縮廢品、庫存的消耗，確保經(jīng)濟性。

（4）集成化

樹立人一機一體化、機電一體化、硬一軟件一體化的觀念，綜合多方面測試分析數(shù)據(jù)指導、評價設計，融多種現(xiàn)代科技成果和技術，特別是CAD技術于產(chǎn)品設計之中。

（5）精確性

機械產(chǎn)品復雜度、綜合性提高的必然結(jié)果要求設計過程中要采用先進的計算技術、計算理論和計算分析工具，使設計的分析更為準確、設計參數(shù)更為精確。

（6）動態(tài)性

設計對象處在動態(tài)環(huán)境中，把握其動態(tài)過程對于提高產(chǎn)品的可靠性具有重要意義，同時設計組織的協(xié)調(diào)也具有動態(tài)性，所以要求設計數(shù)據(jù)集成和設計系統(tǒng)必須無縫連接。

2.現(xiàn)代機械設計的方法

2.1結(jié)構(gòu)模塊化設計方法

從規(guī)劃產(chǎn)品的角度提出：定義設計任務以功能化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為基礎，引用已有的產(chǎn)品解如通用零件部件等描述設計任務，即分解任務時就考慮每個分任務是否存在對應的產(chǎn)品解。這樣，能夠在產(chǎn)品規(guī)劃階段就消除設計任務中可能存在的矛盾，早期預測生產(chǎn)能力、費用，以及開發(fā)設計過程中計劃的可調(diào)整性，由此提高設計效率和設計的可靠性，同時也降低成本。理想的模塊化基本結(jié)構(gòu)應該具有標準化的接口聯(lián)接和配合部，并且是系列化、通用化、集成化、層次化、靈便化、經(jīng)濟化，具有互換性、相容性和相關性。我國結(jié)合軟件構(gòu)件技術和CAD技術，將變形設計與組合設計相結(jié)合。根據(jù)分級模塊化原理，將加工中心機床由大到小分為產(chǎn)品級、部件級、組件級和元件級。并利用專家知識和CAD技術將它們組合成不同品種和規(guī)格的功能模塊，再將這些功能模塊組合成不同的加工中心總體方案。

2.2基于產(chǎn)品特征知識的設計方法

用計算機能夠識別的語言描述產(chǎn)品的特征及其設計領域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗，建立相應的知識庫及推理機，再利用已存儲的領域知識和建立的推理機制實現(xiàn)計算機輔助產(chǎn)品的方案設計。機械系統(tǒng)的方案設計主要是依據(jù)產(chǎn)品所具有的特征，以及設計領域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗進行推量和決策，完成機構(gòu)的型、數(shù)綜合。欲實現(xiàn)這一階段的計算機輔助設計，必須研究知識的自動獲取、表達、集成、協(xié)調(diào)、管理和使用。 2.3系統(tǒng)化設計方法

將設計看成由若干個設計要素組成的一個系統(tǒng)，每個設計要素具有獨立性，各要素間存在著有機的聯(lián)系，并具有層次性。所有的設計要素結(jié)合后，即可實現(xiàn)設計系統(tǒng)需完成的任務。 2.4智能化設計方法 根據(jù)設計方法學理論，借助于三維圖形軟件、智能化設計軟件和虛擬現(xiàn)實技術，以及多媒體、超媒體工具進行產(chǎn)品的開發(fā)設計、表達產(chǎn)品的構(gòu)思、描述產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。機械產(chǎn)品的方案設計通常無法采用純數(shù)學演算的方法進行，也難以用數(shù)學模型進行完整的描述，而需根據(jù)產(chǎn)品特征進行形式化的描述，借助于設計專家的知識和經(jīng)驗進行推理和決策。目前，智能化設計方法主要是利用三維圖形軟件和虛擬現(xiàn)實技術進行設計，直觀性較好，開發(fā)初期用戶可以在一定程度上直接參與到設計中，要求軟件具有較高的智能化程度，或者有豐富經(jīng)驗的設計者參與。

3.結(jié)束語

機械設計的過程中，各種手段和設計手法是一個系統(tǒng)化的過程，各類方法之間都存在一定程度上的聯(lián)系，保證設計過程中的規(guī)范化，簡單化，更能夠提高設計質(zhì)量與效率，降低其成本，我們只有充分利用各種設計方法，才可以更精確、更經(jīng)濟，更有效率的進行產(chǎn)品設計。

參考文獻

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