徐海寶 董海亮

摘 要：隨著科學技術、人文和社會的不斷進步，機械在人類進步的步伐中起著積極的作用。然而，機械系統(tǒng)所引入的新材料、新工藝、新方法越來越多，實現(xiàn)這些技術的具體方法也隨著增多，而現(xiàn)代機械設計方法便應運而生。基于此，下文對現(xiàn)代機械設計的特點進行了分析，并闡述了幾種機械設計方法，希望對相關人員提供幫助。

關鍵詞：機械設計；方法；特點

引言

由于生產力的快速發(fā)展，社會生活與生產的各個方面都獲得了巨大進步，各種新工藝和新方法逐步走進了機械設計的領域，而面對競爭日益激烈的市場環(huán)境，機械設計要想在時代的發(fā)展中立于不敗之地就需要注重方法的創(chuàng)新，從而才能適應時代的不斷進步與發(fā)展，推動我國機械設計行業(yè)的長久發(fā)展。

1現(xiàn)代機械設計的概述

1.1現(xiàn)代機械設計的內涵

在研究機械設計的過程中，相關人員可以將機械設計的過程分為三個階段，即體驗階段、設計方案階段及技術設計與工藝設計階段，而這三個階段之間既相互獨立又相互聯(lián)系。同時，隨著科學技術的快速發(fā)展，人們逐漸認識到機械設計不應該割裂開來，而是應該統(tǒng)一起來，進行系統(tǒng)性的設計，以便實現(xiàn)體驗、設計和工藝三者之間的有效融合。因此，在這種理念的指導下，機械設計方法逐漸融合了其他多種方法與理念，并逐漸形成了現(xiàn)代化的機械設計方法，比如信息科學技術、系統(tǒng)科學和計算機技術等都成為了促進現(xiàn)代機械設計方法革新的重要因素，從而不僅保證了計算的精確性，還徹底顛覆了傳統(tǒng)設計方法的理念。

1.2現(xiàn)代機械設計的特點分析

現(xiàn)代機械的種類繁多，并且其結構的形式也千差萬別。而機械系統(tǒng)在功能方面的劃分，可以將其分為傳動系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及執(zhí)行系統(tǒng)等，并且每一個系統(tǒng)又可以根據(jù)不同的需求細化為更小的子系統(tǒng)；在設計目標方面，現(xiàn)代機械設計的目標零件和機械設備更為復雜，所需的設計思路和設計方法也更為先進。同時，現(xiàn)代機械設計與傳統(tǒng)機械設計不同的是，現(xiàn)代機械設計在設計過程中不僅要對機械工作的原理、能量傳遞方式及運動方式等進行計算、構思與分析，還要在進行設計的過程中運用仿生學、控制論、美學、價值工程等多種學科知識，并將這些看似與機械無關的科學知識，運用在機械設計中，從而使得機械在市場中獲得更好的競爭力。

2現(xiàn)代機械設計方法的分析

為了適應科學技術發(fā)展的需求，我國大量的科研工作者也對機械設計理念進行了不斷地探討與研究，而這些新型的設計理念具有一定的實用性，并且能夠有效解決機械設計過程中存在的問題，從而推動機械行業(yè)的長久發(fā)展。下面是對現(xiàn)代機械設計方法的幾點介紹，詳見圖1。

2.1現(xiàn)代機械設計的優(yōu)化

現(xiàn)代機械設計的優(yōu)化是通過不同的方式進行優(yōu)化，也就是說在機械設計的過程中對產品的結構即性能進行優(yōu)化設計，從而保證所設計出的機械產品不僅具有外在的品質保證，還具有較高的質量水平。而設計優(yōu)化一般可以分為兩種方式：一是人工智能實現(xiàn)的設計優(yōu)化?，F(xiàn)代機械設計的過程主要包括任務的明確、設計方案、設計施工及設計技術等四個步驟，并且每一個環(huán)節(jié)都要對所建立的模型進行仔細分析，以便對設計的模型進行修改與合理評價。同時，人工智能優(yōu)化設計活動又包括兩種：第一，對設計數(shù)值的計算，其主要是大量的繪圖與計算分析；第二，對設計方案進行設計以及推理。其主要是方案的提出、方案的優(yōu)化以及設計結構等方面；二是數(shù)學規(guī)劃實現(xiàn)的設計優(yōu)化。數(shù)學規(guī)劃法就是把數(shù)學規(guī)劃的理論作為基礎，并且這種算法不僅對理論依據(jù)有著較高的要求，還對設計流程的規(guī)格有著嚴格的標準要求，所以數(shù)學規(guī)劃法在計算的過程中要進行很多迭代，并且這種優(yōu)化方式的適用范圍比較小，只適用于目標明確、容易建立數(shù)學模型或者結構不復雜的機械設計中。

2.2計算機輔助機械設計方法

計算機輔助機械設計方法是隨著計算機科學技術的不斷發(fā)展而興起的一種機械設計方法，其是機械設計人員在畫圖、構思和高速運算等方面利用計算機來協(xié)助工作的方法。在傳統(tǒng)的機械設計方法中，除了科學的設計理念，其設計步驟也是非常重要的，并且傳統(tǒng)的機械設計方法是利用圖紙或者手繪來進行設計方案的制作，不僅浪費了大量的勞動力，還可能因人工誤差而對機械設計產生極大影響，而計算機輔助方法出現(xiàn)后，設計人員可以利用計算機對產品進行有效設計，不僅減少了設計人員的勞動力量，還提高了設計質量。此外，對于計算機輔助機械設計的過程主要分為四個步驟：第一，建立數(shù)學模型。一般的機械零件基本都有現(xiàn)成的數(shù)學模型，但對于沒有數(shù)學模型的首先要建立正確的數(shù)學模型；第二，根據(jù)手工計算的步驟對程序框圖進行設計；第三，根據(jù)程序框圖并利用高級語言來編制程序；第四，在程序編好后，相關人員要先仔細檢查源程序，然后將其輸入計算機進行試算，再對程序適用范圍的邊界、轉折點進行試算，從而保證其與手算結果完全吻合。

2.3系統(tǒng)化機械設計方法

從系統(tǒng)的角度分析，機械系統(tǒng)設計過程中，為了讓機械產品能夠創(chuàng)造更高的經濟效益和社會效益，必須要在產品制造技術、性能及功能方面充分利用先進的技術，并讓產品的結構產生質的飛躍，并且在對傳統(tǒng)機械設備改造的過程中，系統(tǒng)化設計的應用成為了不可或缺的重要因素。同時，在系統(tǒng)化機械設計的過程中，為了使設計工作更加科學性、合理性，在對系統(tǒng)進行分解時要注意以下幾點：第一，分解數(shù)與層次應適宜。如果分解數(shù)太少，那么子系統(tǒng)就會很復雜，從而不利于對機械產品的優(yōu)化工作，并且分解數(shù)和層次太多也會給總體系統(tǒng)的綜合造成一定的困擾；第二，對系統(tǒng)分解與功能分解之間的關系與不同進行熟練掌握。其中，在系統(tǒng)分解時，是將具有比較密切結合關系的系統(tǒng)結合在一起，其結構組成較為簡單，而在功能分解時，是按照功能體系進行逐級分解；第三，避免過于復雜的分界面。相關人員要盡可能選擇在要素間結合枝數(shù)較少和作用較弱的地方；第四，保持能量流、物料流和信息流的合理流動途徑。通常機械系統(tǒng)工作時都存在著能量、物料和信息3種轉換，它們從系統(tǒng)輸入到系統(tǒng)輸出的過程中，是按一定的方向和途徑流動的，所以即使分解成各個子系統(tǒng)，它們的流動途徑仍應明確和暢通。

結束語

綜上所述，現(xiàn)代機械設計方法是以設計方法學為基礎，利用計算機技術，不斷提高設計質量、縮短設計周期，從而增強機械產品的競爭力。同時，現(xiàn)代機械設計的發(fā)展趨勢表現(xiàn)為智能化、綠色化及定量化，而隨著計算機技術、檢測技術的快速發(fā)展，現(xiàn)代機械設計的內容得到了進一步的擴展，所設計出的產品也將會更加新穎和實用。

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