關(guān)于現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計方法的探討

牟力波

（哈爾濱電氣股份有限公司北京核電設(shè)備設(shè)計院，北京 100045）

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，在當(dāng)前我國機(jī)械設(shè)計過程中，一些新工藝、新材料和新方法不斷涌現(xiàn)，使機(jī)械設(shè)計的方法越來越多樣化。在這種情況下，我國機(jī)械設(shè)備也更具有競爭力，設(shè)計出來的產(chǎn)品不僅易于操作、而且具有較強(qiáng)的可靠性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。這也對當(dāng)前機(jī)械設(shè)計師提出了較高的要求，做為一名優(yōu)秀的設(shè)計師，需要精通多專業(yè)的知識，確保自身技術(shù)具有綜合性的特點(diǎn)，只有這樣才能確保設(shè)計出現(xiàn)的機(jī)械產(chǎn)品無論是性能還是價格上都具有一定的優(yōu)勢。

1 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計的特點(diǎn)

近年來隨著工業(yè)的快速發(fā)展，對現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)備具有了更高的要求。同時現(xiàn)代化機(jī)械也開始多樣化、復(fù)雜化及差別化的方向發(fā)展，而且現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備更是兼具多項功能，在其所組成的機(jī)械系統(tǒng)中還可以細(xì)分為更小的子系統(tǒng)。同時作為機(jī)械設(shè)計，其需要具有鮮明的特性，設(shè)計過程中，設(shè)計師需要計算、分析和構(gòu)思機(jī)械工作的原理、運(yùn)動方式和能量傳遞，同進(jìn)還需要運(yùn)用多學(xué)科的專業(yè)知識，如美學(xué)、仿生學(xué)、價值工程等，這些專業(yè)知識雖然與機(jī)械無關(guān)，但在機(jī)械設(shè)計中進(jìn)行應(yīng)用，可以有效的突顯出機(jī)械產(chǎn)品的鮮明的特性，使設(shè)計出來的產(chǎn)品在市場上具有更強(qiáng)的競爭力。

2 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計方法

2.1 計算機(jī)輔助設(shè)計

計算機(jī)輔助設(shè)計也稱為CAD，這是電子信息技術(shù)的一種，在機(jī)械設(shè)計中充分的利用計算的高速運(yùn)算能力及快速繪圖的功能，不僅有效的提高產(chǎn)品設(shè)計的速度，而且降低了設(shè)計人員的勞動強(qiáng)度，有利于更好的開拓設(shè)計人員的智慧。在計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)中，有效的將計算機(jī)運(yùn)算能力、記憶、邏輯判斷、圖形顯示及繪圖等特殊功能與設(shè)計人員的經(jīng)驗和智慧有效的結(jié)合在一起，確保了設(shè)計質(zhì)量提升，而且設(shè)計周期得以大幅度的縮短。

計算機(jī)輔助設(shè)計由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成，硬件系統(tǒng)作為計算機(jī)輔助設(shè)計的物質(zhì)基礎(chǔ)，而軟件系統(tǒng)屬于計算機(jī)輔助設(shè)計的核心，其對計算機(jī)資源進(jìn)行自主管理和控制。在整個設(shè)計過程中，通過建立數(shù)字模式、設(shè)計程度框架、編程及程度調(diào)試等來完成整體設(shè)計工作。

2.2 系統(tǒng)化設(shè)計

現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計過程中已不再為滿足單一的功能而進(jìn)行設(shè)計，而開始向信息化、系統(tǒng)化、智能化和柔性化的方向發(fā)展，開始將傳統(tǒng)的產(chǎn)品性能、功能和設(shè)計技術(shù)進(jìn)行提升，通過現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計方法來改變產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)向多樣化和復(fù)雜化的方向發(fā)展，更好的體現(xiàn)出機(jī)械產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)價值和社會效益。所以在當(dāng)前，利用現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計方方法來對傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行改造已成為機(jī)械行業(yè)發(fā)展的必然要求。特別是在當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展的新形勢下，人們已不再滿足機(jī)械產(chǎn)品的單一性功能，對其功能需求不斷提升，這也導(dǎo)致機(jī)械構(gòu)造越來越復(fù)雜化，而且機(jī)械產(chǎn)品的更新速度也在不斷加快。目前雖然在產(chǎn)品的設(shè)計、加工制造過程中都開始利用計算機(jī)來進(jìn)行輔助，而且進(jìn)行了廣泛的推廣，所取得的成效也十分顯著，但在產(chǎn)品開始初期，計算機(jī)輔助設(shè)計方案還不能更好的滿足設(shè)計的預(yù)期需求，在這種情況下，系統(tǒng)化設(shè)計方法應(yīng)運(yùn)而生。

系統(tǒng)化設(shè)計法，就是將需要設(shè)計的任務(wù)，先抽象、再具體，以達(dá)到層次的劃分，從而規(guī)劃出每一層的既定目標(biāo)和所采取的方法，整個設(shè)計由抽象到具體，由淺入深的將各個層級都有機(jī)的結(jié)合在一起，從而使得整個機(jī)械設(shè)計能夠系統(tǒng)化，讓設(shè)計過程中更具規(guī)律性，能夠為計算機(jī)輔助設(shè)計提供相應(yīng)的便利。系統(tǒng)化設(shè)計法自身所主要具有的特性是：必須要將機(jī)械設(shè)計看做是由多個設(shè)計要素相組合而成的一個系統(tǒng)設(shè)計，并且每一個設(shè)計自身還必須要具有相應(yīng)的獨(dú)立性，各個要素之間必須保持著有機(jī)的聯(lián)系。在系統(tǒng)化機(jī)械設(shè)計過程中，為使設(shè)計工作更為科學(xué)合理，常把一個機(jī)械系統(tǒng)分解為若干個相聯(lián)系的比較簡單的子系統(tǒng)，可使設(shè)計和分析比較簡便。根據(jù)需要和可能，各子系統(tǒng)還可再分解為更小的子系統(tǒng)，依次分解，直至能進(jìn)行適宜的設(shè)計和分析。系統(tǒng)分解時就注意以下幾點(diǎn)：

首先，分解數(shù)和層次應(yīng)適宜。分解數(shù)太少，子系統(tǒng)仍很復(fù)雜，不便于模型化和優(yōu)化工作，分解數(shù)和層次太多又會給總體系統(tǒng)的綜合造成困難；

其次，避免過于復(fù)雜的分界面。應(yīng)盡可能選擇在要素間結(jié)合枝數(shù)較少和作用較弱的地方；

再次，保持能量流、物料流和信息流的合理流動途徑。通常機(jī)械系統(tǒng)工作時都存在著能量、物料和信息三種轉(zhuǎn)換，它們從系統(tǒng)輸入到系統(tǒng)輸出的過程中，按一定的方向和途徑流動，即使分解成各個子系統(tǒng)，它們的流動途徑仍應(yīng)明確和暢通；

最后，了解分系統(tǒng)分解與功能分解的關(guān)系與不同。在進(jìn)行系統(tǒng)分解時，第一個系統(tǒng)都可以看作是一個單獨(dú)的系統(tǒng)，其具有緊密結(jié)合關(guān)系的要素有效的結(jié)合在一起，盡管結(jié)構(gòu)較為簡單，但還具有較多項的功能。功能分解是按功能進(jìn)行逐級分解的，直至分解到單元功能為止。

結(jié)語

在當(dāng)前現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計中，隨著設(shè)計水平的不斷提升，智能化設(shè)計軟件、媒體和超媒體工具、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等都開始在機(jī)械設(shè)計中進(jìn)行廣泛的應(yīng)用，而且發(fā)揮出了十分顯著的作用，當(dāng)前機(jī)械設(shè)計也開始向著智能化、異地協(xié)同和計算機(jī)輔助設(shè)計等方向發(fā)展，各種新技術(shù)也不斷的涌現(xiàn)出來，但由于許多新技術(shù)應(yīng)用的時間還較短，相對來講技術(shù)還不十分成熟，所以還需要業(yè)內(nèi)人士加大研究的力度，確保將機(jī)械設(shè)計水平提升到一個更高的水平。

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

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