機械設計方法研究

劉正賓

（秦皇島博碩光電設備股份有限公司，河北 秦皇島 066000）

機械設計方法研究

劉正賓

（秦皇島博碩光電設備股份有限公司，河北 秦皇島 066000）

機械設計方法作為一門基礎性工作，有著不可替代的重要作用。隨著經濟的發(fā)展，機械設計方法更應該不斷創(chuàng)新，協(xié)調各生產要素，為生產力發(fā)展打下堅實基礎。

機械設計；方法；智能化

1 機械設計方法之特征

何謂機械設計方法？機械設計方法即根據機械設備的工作目的，結合工作原理、機械結構、運轉方式、配件材料的形狀、尺寸等進行整體設計和計算，并將其描述為具體的步驟，以作為機械制造依據的過程的方式方法。工程師通過機械設計形成圖紙，工人們再通過具體的制造、組裝、調試而完成機械產品。機械設計的兩類設計方法分別是專業(yè)的設計方法和通用的設計方法，具有如下特征：

（1）機械設計方法具有鮮明的時代性。機械設計活動不僅是工程師的個人思想體現(xiàn)，更是時代的產物。在微觀意義上，機械設計方法是一個創(chuàng)造性個體的才能表達；在宏觀意義上，機械設計方法是一個公司、行業(yè)乃至全社會生產力發(fā)展程度的體現(xiàn)。所有的機械設計活動都具有鮮明的時代特征。比如我們從遠古時代的青銅劍上就能夠看出當時的冶金水平；我們從司母戊鼎上就能夠看出當時的鍛造技術。機械設計方法受到當時、當?shù)氐臍夂驐l件、物質條件、生活條件、技術條件等諸多要素綜合影響。所以，機械設計方法具有鮮明的時代烙印，是一個時代鮮活的工業(yè)生態(tài)標本。

（2）機械設計方法蘊含豐富的知識性。傳統(tǒng)的機械設計方法，單純依靠空間想像，利用工程師的空間想象力，來完成機械設計。這樣的原始、傳統(tǒng)機械設計方法已經不能夠滿足當代飛速發(fā)展的市場要求和訊息萬變的技術革新。一個好的機械設計方法，不僅要將理論與實際相結合，更要具備豐富的知識內涵。各種高科技手段、高精尖技術、實用新方法、前沿理論，綜合加以運用方能形成一個成功的機械設計方法。一些出色的機械設計方法有：發(fā)明問題解決理論TR IZ、QFD設計法、三次設計法和普適設計理論與方法等。這些機械設計方法理論蘊含了豐富的知識，在實際的生產實踐中都取得了斐然的成績。

（3）機械設計方法體現(xiàn)強烈的創(chuàng)造性。機械設計方法在本質上是一種創(chuàng)新性的設計活動方法。我們機械設計行業(yè)同樣也要重視創(chuàng)新。這里所說的創(chuàng)新并不是天馬行空的無邊想像；而是依據現(xiàn)有的技術生產條件與工程師的創(chuàng)造性思維，結合出來的產物。我們既要在合理的框架內進行創(chuàng)造性活動，又要打破限制不拘泥于教條。新的機械設計方法提出的是可行而合理的方法，它就可以改變機械產品的結構和性能，從而提高生產效率，提升產品質量，降低管理成本，縮短生產周期，減少對環(huán)境的不良影響。

2 機械設計方法之現(xiàn)狀

（1）機械設計方法廣義化。當前機械設計方法的范疇己經不僅僅局限于對機械產品的研發(fā)進行設計，而是將機械設計方法幾乎無限擴大到機械產品的整個生命周期中來。工程師們在機械設計方法中需要同時考慮機械產品的前期制造、后期維修、運行成本、設備包裝、設備運輸、廢物回收、產品質量等諸多因素。因此，機械設計方法的內涵和外延都在擴展，機械設計方法的意義趨于廣義化。

（2）機械設計方法與多學科重疊。在機械設計方法中，越來越多地需要不同學科之間的交叉與融合。在機械設計中不僅僅要應用傳統(tǒng)的基礎機械、加工基礎知識，還不可或缺材料學、化學、信息學、圖形學等其他學科的知識。機械設計方法是集試驗設計技術、可靠性設計技術、計算機輔助設計技術、現(xiàn)代設計方法學等多領域、多門類之研究大成。這就要求機械設計的工程師們不僅要引進來，還要走出去，積極廣泛涉獵各學科的最新科研成果。如是，方滿足較高的機械設計質量要求。

（3）機械設計過程智能化。當前，智能化普遍運用在社會生產的各個領域。機械設計方法的進化，已然悄無聲息地展開。智能化對機械設計方法的要求更高、更嚴。研發(fā)人員只有在短時間內研制出高質量的產品，才能在市場競爭中立于不敗之地。在此背景下，機械設計方法的智能化道路迫在眉睫。與此同時，利用的ADAMS的Plate、Cylinder等基本幾何體建立各式平臺等智能機械設計方法正在被廣泛使用。機械設計方法的智能化，包含了研發(fā)智能化、設計智能化、生產智能化、管理智能化、運行智能化。機械設計方法智能化可以有效的節(jié)約資金，提高效率，已經被越來越多的工程師們所采用。

3 機械設計方法之展望

（1）機械設計方法逐步網絡化。網絡化機械設計方法是基于產品描述的網絡化平臺，建立基于大數(shù)據的網絡化產品模型，并在機械產品研發(fā)全程采用，以期減少或避免使用實物模型的一種機械設計方法。網絡化機械設計方法實際上是CAD、CAE或CAX機械設計方法進一步擴展，涵蓋了機械設計方法的最新成果。虛擬機械設計方法也可歸結為是一種網絡化設計，因為其亦借助于網絡化模型進行機械設計。應用網絡化機械設計方法可以在機械產品未被制造出之前，提前對相應的零部件進行檢查、裝配、模擬、仿真、整機運行以及進行有限元計算等操作。網絡化機械設計方法可以有效降低機械產品研發(fā)成本、縮短機械產品研發(fā)周期、節(jié)約機械產品的原料、提高機械產品的設計質量。因此，發(fā)展網絡化機械設計方法有著重要的意義。目前，在網絡化機械設計方法方面研究成果突出、運用純熟的還是美國、德國、日本等發(fā)達國家，其應用在波音737客機、BMW汽車7系、尖端智能武器等產品的研發(fā)之中，并已取得了顯著的效果。

（2）機械設計方法環(huán)境友好化。隨著五大發(fā)展理念的提出，機械設計方法也隨之確立了綠色設計的理念。環(huán)境友好化的機械設計方法正成為機械設計行業(yè)的主流路線。環(huán)境友好化機械設計方法，在前期，關乎到能否順利進行環(huán)境評價并開展；在中期，關乎到機械運行的效率和成本，能源和動力；在后期，關乎到機械能否被社會認可和環(huán)保部門所允許長時間的持續(xù)運行下去。環(huán)境友好化的機械設計方法更重要的意義在于，可以減少企業(yè)的研發(fā)投資風險，提高機械產品的市場競爭力。機械設計方法的環(huán)境友好化，也體現(xiàn)了設計師和企業(yè)的社會責任感，有利于樹立積極、正面、負責的企業(yè)形象，從而提高產品的品牌知名度和良好的市場口碑。

（3）機械設計方法復合一體化。機械產品設計不僅涉及到機械相關知識，還要求工程師們對材料學、信息學、電子學、液壓學、光學等學科進行掌握，一體化機械設計方法因此應運而生。一體化機械設計方法包括機電機械設計方法一體化、材料結構和環(huán)境機械設計方法一體化等。復合一體化機械設計方法以經驗總結為基礎，基于長期機械設計實踐和理論計算，形成經驗、圖表、公式、設計圖紙等為依據，運用公式、近似系數(shù)或同類比較等方法，融合了創(chuàng)新設計、綠色設計、功能設計、動態(tài)設計、強度設計、可靠性設計、摩擦學設計、優(yōu)化設計、智能設計、虛擬設計、網絡化設計等多方面、多角度的綜合性設計方法，復合成為機械設計一體化方法。

4 結語

經濟的發(fā)展使機械設計方法產生了巨大的變革。工程師們更應該集各學科之所長，利用計算機網絡技術，大數(shù)據原理，提高機械設計方法質量，縮短機械設計方法周期，降低研發(fā)費用，節(jié)約研發(fā)資金，保持環(huán)境友好，保證一次設計成功率，進而設計出受市場歡迎的機械產品。

TH122

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1671-0711（2016）10（上）-0125-02