淺談現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

張銳

摘 要：在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程中，只有全面的考慮到機(jī)械各個(gè)方面的結(jié)構(gòu)，才能使機(jī)械設(shè)備更加高效和節(jié)能。打破傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式，機(jī)械設(shè)計(jì)必須朝著系統(tǒng)化、信息化、柔性化、智能化的方向發(fā)展，而不能是僅僅只注重機(jī)械設(shè)備某一功能的實(shí)現(xiàn)。文章對(duì)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)；系統(tǒng)化設(shè)計(jì)；CAD

時(shí)代在發(fā)展，科技在進(jìn)步，各項(xiàng)新工藝、新材料、新方式也越來(lái)越多地應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域。為了一種功能的實(shí)現(xiàn)，可以有多種方法和載體可供選擇，面對(duì)激烈的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，要讓設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在市場(chǎng)上占有一席之地，除了讓自己的機(jī)械系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的相應(yīng)功能之外，還要具有操作方便、運(yùn)行可靠、物美價(jià)廉、環(huán)保性強(qiáng)等特性。因此，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)師的要求也日益提高，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)理念已經(jīng)不能滿足設(shè)計(jì)需求，設(shè)計(jì)師必須完全精通電、機(jī)、液等各個(gè)方面的綜合性技術(shù)，才能夠設(shè)計(jì)出同時(shí)兼顧性能和價(jià)格的機(jī)械系統(tǒng)。

1 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

現(xiàn)代機(jī)械種類繁多，其結(jié)構(gòu)形式千差萬(wàn)別，結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性也在逐漸增大。機(jī)械系統(tǒng)在功能上劃分，可以分為傳動(dòng)系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等，而每一個(gè)系統(tǒng)又可以根據(jù)需求的不同來(lái)細(xì)化為更小的子系統(tǒng)。與傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)不同的是，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)過(guò)程中不僅要對(duì)機(jī)械工作的原理、運(yùn)動(dòng)方式、能量傳遞方式等各個(gè)方面進(jìn)行計(jì)算、分析、構(gòu)思，同時(shí)還必須要在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中運(yùn)用仿生學(xué)、控制論、美學(xué)、價(jià)值工程等多種科學(xué)知識(shí)，將這些看似與機(jī)械無(wú)關(guān)的科學(xué)知識(shí)，運(yùn)用在機(jī)械設(shè)計(jì)中，從而使得機(jī)械在市場(chǎng)中獲得更好的競(jìng)爭(zhēng)力。

2 計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)方法

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design，簡(jiǎn)稱CAD）技術(shù)是電子信息技術(shù)的一個(gè)重要組成部分。因其具有計(jì)算機(jī)高速運(yùn)算和快速繪圖的強(qiáng)大功能而被廣泛應(yīng)用到工程設(shè)計(jì)及產(chǎn)品設(shè)計(jì)服務(wù)中，從根本上改變了傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)繪圖方式，讓設(shè)計(jì)人員從繪圖板、繪圖鉛筆、丁字尺這些傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)工具中解脫出來(lái)，不僅降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，更是極大地提高了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的速度和精度，使得科技人員的智慧和能力得到了延伸。計(jì)算機(jī)具有運(yùn)算快、計(jì)算精度高、有記憶、邏輯判斷、圖形顯示以及繪圖等功能，而人們則具有豐富的經(jīng)驗(yàn)、無(wú)窮的智慧和非凡的創(chuàng)造力，兩者相結(jié)合，有效地提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短設(shè)計(jì)周期，極大地創(chuàng)造社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，推動(dòng)社會(huì)文明的進(jìn)步。CAD系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。硬件系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)；軟件系統(tǒng)作為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的核心，決定了系統(tǒng)所具有的功能。軟件分為系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件處于整個(gè)軟件的核心內(nèi)層，它的作用是對(duì)計(jì)算機(jī)資源進(jìn)行自動(dòng)管理和控制，主要包括操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)等。支撐軟件又稱為軟件開(kāi)發(fā)工具，是一種軟件工具系統(tǒng)，它的作用是幫助人們高效率開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件。應(yīng)用軟件是用于解決各種實(shí)際問(wèn)題的程序，它是用戶利用計(jì)算機(jī)以及它所提供的各種系統(tǒng)軟件和支撐軟件自行編制的。計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)首先要建立數(shù)學(xué)模型，雖然對(duì)于一般的機(jī)械零件有現(xiàn)成的數(shù)學(xué)模型可以使用，但對(duì)于沒(méi)有數(shù)學(xué)模型的就需要建立正確的數(shù)學(xué)模型，這是成功進(jìn)行設(shè)計(jì)的第一步；接下來(lái)，根據(jù)手工計(jì)算的步驟設(shè)計(jì)程序框圖；然后根據(jù)程序框圖用高級(jí)語(yǔ)言編制程序；最后進(jìn)入程序調(diào)試環(huán)節(jié)，程序編好后，要對(duì)源程序及程序適用范圍的邊界、轉(zhuǎn)折點(diǎn)進(jìn)行試算，試算與手算結(jié)果要完全吻合。

3 系統(tǒng)化機(jī)械設(shè)計(jì)方法

現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)正在向智能化、柔性化、系統(tǒng)化、信息化發(fā)展，而不再是把實(shí)現(xiàn)機(jī)械某一個(gè)單一的功能來(lái)作為設(shè)計(jì)的目標(biāo)。從系統(tǒng)的角度為著眼點(diǎn)，機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了讓機(jī)械產(chǎn)品能夠創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，必須要在產(chǎn)品制造技術(shù)、功能、性能等方面，充分利用先進(jìn)的技術(shù)，讓產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。在對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備改造的過(guò)程中，系統(tǒng)化設(shè)計(jì)和控制技術(shù)的應(yīng)用成為了不可或缺的重要因素。

人們對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品的功能的需求隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展日益增多，這就導(dǎo)致了機(jī)械構(gòu)造變得越來(lái)越復(fù)雜，產(chǎn)品壽命期逐漸縮短，機(jī)械產(chǎn)品更替的頻率逐漸加快。盡管如此，機(jī)械產(chǎn)品實(shí)際上所展現(xiàn)出的功能仍然無(wú)法滿足現(xiàn)代社會(huì)的需要?，F(xiàn)在，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過(guò)程中，從最初的設(shè)計(jì)計(jì)算，到設(shè)計(jì)繪圖，再到生產(chǎn)規(guī)劃和加工制造，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)都充分表現(xiàn)了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)并且成果喜人。然而，對(duì)于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)初期方案的設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)還是有著不足，不能完全滿足設(shè)計(jì)的預(yù)期需求。

如何讓整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)更加系統(tǒng)化，設(shè)計(jì)過(guò)程更有規(guī)律性，從而更好的應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，這是必須要考慮的問(wèn)題。于是，系統(tǒng)化設(shè)計(jì)法應(yīng)運(yùn)而生，采用這種設(shè)計(jì)方法，可以將設(shè)計(jì)任務(wù)由抽象到具體，由淺入深進(jìn)行層次的劃分，然后對(duì)每一層次的既定目標(biāo)和所采取的方法進(jìn)行規(guī)劃。系統(tǒng)化設(shè)計(jì)法的優(yōu)勢(shì)在于，每一個(gè)設(shè)計(jì)都是相對(duì)獨(dú)立卻又保持著有機(jī)的聯(lián)系，這些個(gè)設(shè)計(jì)結(jié)合在一起，就構(gòu)成了完整的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

為使設(shè)計(jì)工作科學(xué)有效的進(jìn)行，在機(jī)械系統(tǒng)過(guò)程中，首先要把一機(jī)械系統(tǒng)分解為若干個(gè)子系統(tǒng)，各個(gè)子系統(tǒng)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，相互之間存在著聯(lián)系，各子系統(tǒng)還可再分解為更小的子系統(tǒng)，以此類推，直至可以滿足設(shè)計(jì)和分析的需要。系統(tǒng)分解時(shí)需要注意：首先要把握好分解數(shù)和層次。分解數(shù)太少和太多都不可以，太少則導(dǎo)致子系統(tǒng)仍很復(fù)雜，不利于進(jìn)行模型化和系統(tǒng)優(yōu)化，太多又會(huì)對(duì)總體系統(tǒng)的綜合造成難題。其次，分界面不能過(guò)于復(fù)雜，可以在要素間結(jié)合枝數(shù)（聯(lián)系數(shù)）較少和作用較弱的地方選擇分界面。此外，通常機(jī)械系統(tǒng)工作時(shí)，能量、物料和信息三者之間存在著轉(zhuǎn)換關(guān)系，從系統(tǒng)輸入到系統(tǒng)輸出的過(guò)程中，按一定的方向和途徑流動(dòng)，不可以中斷或產(chǎn)生紊流，即便分解成各個(gè)子系統(tǒng)，它們的流動(dòng)途徑仍應(yīng)暢通和明確，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須保持能量流、物料流和信息流的合理流動(dòng)途徑。最后，需要了解到，系統(tǒng)分解與功能分解的不同。系統(tǒng)分解時(shí)，它把具有比較密切結(jié)合關(guān)系的要素結(jié)合在一起，其結(jié)構(gòu)組成雖稍微簡(jiǎn)單，但其功能往往還有多項(xiàng)，每個(gè)系統(tǒng)仍是一個(gè)系統(tǒng)。而功能分解時(shí)，是按功能體系進(jìn)行逐級(jí)分解，直至不能再分解的單元功能。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，智能化的設(shè)計(jì)軟件、媒體、超媒體工具、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域并展現(xiàn)出了優(yōu)勢(shì)。目前，智能化設(shè)計(jì)、異地協(xié)同設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)這些技術(shù)還處在起步的階段，還需要不斷的深入研究，擴(kuò)展領(lǐng)域知識(shí)，提高技術(shù)水平，從而讓機(jī)械設(shè)計(jì)得到更大的提升，以適應(yīng)快速增長(zhǎng)的經(jīng)濟(jì)需求。

參考文獻(xiàn)

[1]丁繼斌，封士彩.機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其控制技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007（3.）.

[2]魏玉新.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新方法研究[J].裝備制造，2009（5）.