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分析機械設(shè)計技術(shù)的現(xiàn)狀與趨勢研究

謝 晉/江蘇華正環(huán)?？萍加邢薰?/p>

機械設(shè)計作為機械工程的一個關(guān)鍵組成部分。隨著機械設(shè)計技術(shù)的發(fā)展和技術(shù)水平的不斷提高,過去傳統(tǒng)的機械設(shè)計技術(shù)已經(jīng)無法滿足當前設(shè)計動態(tài)化和創(chuàng)新化得要求。因此對于機械制造而言，研究機械設(shè)計技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢是有一定必要性的。基于此，本文就針對機械設(shè)計技術(shù)的現(xiàn)在與趨勢展開分析與研究。

機械；設(shè)計技術(shù)；現(xiàn)狀；趨勢

一、導言

機械設(shè)計在機械工程中起到重要作用，設(shè)計的質(zhì)量直接影響機械工程的質(zhì)量，機械設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用提高了機械工程的質(zhì)量，機械工程在施工過程中，對機械設(shè)計提出新的要求，同時促進機械設(shè)計技術(shù)不斷革新，以適應(yīng)機械工程的發(fā)展需要。因此，本文首先介紹機械設(shè)計及分析機械設(shè)計技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，然后探討現(xiàn)代機械設(shè)計技術(shù)及應(yīng)用情況，最后推測其發(fā)展趨勢，從而把握好機械設(shè)計技術(shù)的發(fā)展方向。

二、機械設(shè)計的概況

機械設(shè)計是依據(jù)使用要求,針對機械工作結(jié)構(gòu)原理及運動方式,兼顧力和能量的傳遞和各器件的材質(zhì)及尺寸,同時統(tǒng)籌考慮潤滑方法等情況,進行綜合分析和計算,最終轉(zhuǎn)化成為具體的描述的相應(yīng)工作設(shè)計過程。機械設(shè)計作為機械工程的一個關(guān)鍵組成部分,在機械性能方面起著十分重要的作用。機械設(shè)計工作的質(zhì)量和機械產(chǎn)品的質(zhì)量性能等直接相關(guān)聯(lián),并與研究周期以及技術(shù)經(jīng)濟效益有著十分重要的關(guān)系。傳統(tǒng)的機械設(shè)計技術(shù)往往以經(jīng)驗總結(jié)作為設(shè)計基礎(chǔ),統(tǒng)籌運用數(shù)學及力學既有公式和圖表等作為實際為設(shè)計依據(jù),根據(jù)經(jīng)驗公式以及近似系數(shù)等方式進行設(shè)計,在設(shè)計方法選擇上,多以靜態(tài)設(shè)計為主,多采用直覺設(shè)計和經(jīng)驗設(shè)計,這種方式已經(jīng)無法滿足當前產(chǎn)品的功能需要以及市場要求。

三、分析機械設(shè)計技術(shù)的現(xiàn)狀

（一）機械設(shè)計技術(shù)制約了我國機械制造業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

我國機械制造產(chǎn)業(yè)引進國外先進技術(shù)的背景下，機械設(shè)計的水平?jīng)Q定機制制造業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，在勞動力的帶動下，中國的勞動密集型產(chǎn)品數(shù)量眾多，但擁有高科技含量的高、精、尖產(chǎn)品數(shù)量不多。機械制造業(yè)的質(zhì)量得到一定提高，但質(zhì)量仍不能令人滿意，主要是外觀設(shè)計、產(chǎn)品性能和穩(wěn)定性方面還有很大不足。我國現(xiàn)在機械產(chǎn)品基本都以中小型機械產(chǎn)品為主，現(xiàn)在還沒有制造大型機械產(chǎn)品的能力，需要機械設(shè)計能力在不斷提升的能力下，以適合現(xiàn)代機械制造行業(yè)的發(fā)展，提高機械制造產(chǎn)品的質(zhì)量。

（二）機械設(shè)計技術(shù)制約了我國機械制造業(yè)的生產(chǎn)投入結(jié)構(gòu)

一般競爭性行業(yè)，機械制造業(yè)競爭力的條件和福利狀況直接影響生產(chǎn)投入的結(jié)構(gòu)。企業(yè)之間的競爭，實際上是科技實力和創(chuàng)新能力的競爭，科技實力和技術(shù)創(chuàng)新能力在很大程度上取決于研究和開發(fā)的投資。發(fā)達國家為了保持市場競爭力的機械制造行業(yè)，增加投資在科學和技術(shù)方面的努力。一些大型企業(yè)技術(shù)開發(fā)費用占銷售額的4%－8%，甚至要高于10%。如此高的投資，以進一步擴大其領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢，使企業(yè)充分競爭的情況下變成了“壟斷競爭”，在許多關(guān)鍵領(lǐng)域中占據(jù)了有利的戰(zhàn)略位置。

四、現(xiàn)代機械設(shè)計技術(shù)及應(yīng)用的情況

（一）模糊設(shè)計

模糊設(shè)計(FuzzyDesign)是把模糊數(shù)學知識應(yīng)用于機械設(shè)計的一種方式。隨著科技發(fā)展,機械設(shè)計的結(jié)構(gòu)變得日益龐大和復雜,在機械設(shè)計中涉及的變量也變得更多,關(guān)系也更為復雜,在一系列變量關(guān)系中,存在很多模糊現(xiàn)象,很多時候無法精確對所設(shè)計的產(chǎn)品進行描述。在具體設(shè)計當中,不僅要對“非此即彼”類的精確現(xiàn)象進行識別,還要對“亦彼亦此”類的的模糊現(xiàn)象進行識別。例如機械產(chǎn)品使用壽命較長和承載力較強都是模糊現(xiàn)象。對于這類問題就需要采取糊數(shù)學的方法進行解決。在具體的機械設(shè)計過程中,通常把模糊技術(shù)和其他重量的設(shè)計方法進行有機結(jié)合,最終形成模糊優(yōu)化、模糊可靠性等方式。

（二）有限元設(shè)計

有限元法的基本思想為用有限個容易分析的單元用結(jié)構(gòu)離散化進行相應(yīng)表示,單元與單元之間用有限個節(jié)點進行連接,此后依據(jù)變形協(xié)調(diào)條件進行求解。因為單元的數(shù)目和相應(yīng)的節(jié)點數(shù)目都是有限的,所以該方法被稱為有限元法。該方法的最大特征為靈活性很強,僅需改變單元的數(shù)目,就能夠完成對解的精確度變化,可以獲得和實際情況十分接近的解。

（三）可靠性設(shè)計

機械零件的可靠性設(shè)計通常是指在特點的時間和條件下,實現(xiàn)規(guī)定功能的能力。概率論和數(shù)理統(tǒng)計是可靠性設(shè)計的理論基礎(chǔ),而失效分析和預(yù)測(包括可靠性試驗)是可靠性設(shè)計的依據(jù),確保產(chǎn)品的可靠性是可靠性設(shè)計的根本目標,其基本思路為:用S表示引起機械零件失效的“應(yīng)力”,確立函數(shù)si(i=1、2、…n),S=f(s1,s2,…,sn)。用R表示表示機械零件的“強度”確立函數(shù)ri(i=1、2、…、n),R=g(r1,r2,…,rm)?？梢奡和R均為隨機變量,機械零件的安全可靠性能,可以用R大于S所發(fā)生的幾率來進行表示,即R(t)=P(R〉S)≥[R]。用R(t)來表示機械零件的運行安全可靠度。當前市場及消費者對機械產(chǎn)品的可靠性和安全性更為關(guān)注,未來機械設(shè)計的焦點也必將在產(chǎn)品的可用性和安全性上,可靠性設(shè)計技術(shù)已成為當前機械設(shè)計的關(guān)鍵組成部分之一。

五、當前機械設(shè)計的發(fā)展趨勢研究

當今社會科技日新月異,各種新技術(shù)不斷出現(xiàn),機械設(shè)計產(chǎn)品的隨科技含量不斷增強,機械設(shè)計技術(shù)水平的競爭已經(jīng)趨于白熱化,在激烈的市場競爭中,要處于不敗之地,必須不斷改進技術(shù)、降低成本、提高工作效率,這些也是當前機械設(shè)計方法的發(fā)展趨勢和方向。

（一）系統(tǒng)化

機械設(shè)計方法研究的趨勢。系統(tǒng)工程學是依托信息學、控制論、統(tǒng)籌管理等科學方法建立并發(fā)展起來的,解決工程問題最優(yōu)化設(shè)計及控制的科學。過去傳統(tǒng)的機械設(shè)計方法,多將設(shè)計對象視為獨立事物進行分解和研究,其結(jié)論的局限性較強,在機械設(shè)計中通過系統(tǒng)工程學的運用,可以使機械設(shè)計過程作為統(tǒng)一的系統(tǒng)進行研究和探索,以整個系統(tǒng)為研究對象,對系統(tǒng)的各個部分進行關(guān)聯(lián)性研究,其發(fā)展前景十分廣闊。

（二）精英化

創(chuàng)造創(chuàng)造潛力挖掘趨勢。雖然機械設(shè)計中計算機技術(shù)廣泛參與,但人的作用依然是最核心、最關(guān)鍵的,充分發(fā)揮機械設(shè)計師的創(chuàng)造潛力,以其特有的設(shè)計靈感和創(chuàng)造方法解決問題,將起到其他輔助技術(shù)無法實現(xiàn)的作用,在市場競爭日趨劇烈的新形勢下,最優(yōu)秀機械設(shè)計師的培養(yǎng)和挖潛,是當前機械設(shè)計保持強勁生命力的最根本保證。

（三）商品化

機械設(shè)計產(chǎn)品設(shè)計趨勢。當前,大部分企業(yè)已經(jīng)認識到生存和發(fā)展的關(guān)鍵在于不斷創(chuàng)新,而在開發(fā)設(shè)計產(chǎn)品的過程中,很多新產(chǎn)品雖然投入了較多的時間、較大的精力、較多的財力,但在常常在商品化這一最終環(huán)節(jié)上出現(xiàn)問題。商品化是所有機械設(shè)計開發(fā)的最終環(huán)節(jié),也是檢驗機械設(shè)計成果的最好方法,為此應(yīng)在設(shè)計之初就做好市場調(diào)研和產(chǎn)品定位,并大膽創(chuàng)新。

六、總結(jié)

總之，機械設(shè)計是機械制造產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)，提高機械設(shè)計的水平，是提高機械產(chǎn)品的關(guān)鍵因素，機械制造業(yè)的發(fā)展與機械設(shè)計有重要的關(guān)系，我國機械制造業(yè)的技術(shù)水平不如發(fā)達的國家，但我國機械制造業(yè)的發(fā)展前景廣闊，給機械設(shè)計的發(fā)展帶來機遇與挑戰(zhàn)，必須根據(jù)我國機械制造業(yè)的實際情況，及時更新機械設(shè)計水平，以適應(yīng)我國機械制造行業(yè)的發(fā)展要求。

[1]丁帥.淺析機械設(shè)計制造及其自動化中計算機技術(shù)的應(yīng)用[J].2016.

[2]尋耿.芻議計算機輔助設(shè)計技術(shù)在機械設(shè)計中的應(yīng)用[J].2016.