機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

任浪浪

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。在新常態(tài)經(jīng)濟(jì)發(fā)展形勢(shì)下，我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)正面向動(dòng)態(tài)化、智能化、創(chuàng)新化方向發(fā)展。文章圍繞我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的具體應(yīng)用現(xiàn)狀，并探索其未來發(fā)展趨勢(shì)，以促進(jìn)我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.233

0 引言

機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)在我國(guó)機(jī)械制造業(yè)領(lǐng)域使用得比較普遍，其是機(jī)械制造工程的重要組成部分，與機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量性能、研究周期、技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)環(huán)境效益以及生態(tài)效益等息息相關(guān)。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的進(jìn)一步向前推進(jìn)，我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的工作原理、結(jié)構(gòu)、力和能量傳遞方式、零件材料、形狀尺寸以及運(yùn)動(dòng)方式等都發(fā)生了本質(zhì)變化。在新的時(shí)代發(fā)展形勢(shì)下，現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及現(xiàn)代管理技術(shù)等都賦予了機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)新理論和新方法。我國(guó)的機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)無論是在直覺設(shè)計(jì)、靜態(tài)設(shè)計(jì)還是在經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)等方面都得到了極大發(fā)展。

1 我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)具體應(yīng)用現(xiàn)狀分析

我國(guó)的機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用包括理論設(shè)計(jì)、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)以及常規(guī)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)在內(nèi)的常規(guī)設(shè)計(jì)技術(shù)和包含優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元設(shè)計(jì)以及可靠性設(shè)計(jì)在內(nèi)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)。兩種不同類別的機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)具有不同的特征，適合用于不同的實(shí)際設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)工作時(shí)，相關(guān)人員需要根據(jù)實(shí)際情況選擇適合的設(shè)計(jì)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的完美化、最優(yōu)化發(fā)展要求。

1.1 我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)中的常規(guī)設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀分析

理論設(shè)計(jì)、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)以及模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是學(xué)習(xí)、應(yīng)用、發(fā)展現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的基礎(chǔ)，其與設(shè)計(jì)的安全性、技術(shù)含量以及費(fèi)用緊密相關(guān)。通常情況下，理論設(shè)計(jì)是在總結(jié)前人工作成就、失誤以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上形成的，相關(guān)的機(jī)械研究工作者對(duì)這些前輩的設(shè)計(jì)情況進(jìn)行規(guī)范化、系統(tǒng)化分析整理之后，形成了理論性較強(qiáng)，能夠被學(xué)習(xí)、傳承的理論設(shè)計(jì)技術(shù)。比如，在對(duì)簡(jiǎn)單受拉桿件的強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，其工作流程主要有以下三步。首先利用相關(guān)的機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)公式對(duì)桿件的橫截面積進(jìn)行分析、計(jì)算并求解。然后采用其他的機(jī)械設(shè)計(jì)方法對(duì)所計(jì)算出來的桿件橫截面積進(jìn)行檢驗(yàn)、驗(yàn)證，以最大限度保證桿件橫截面積計(jì)算的準(zhǔn)確性。最后利用強(qiáng)度計(jì)算公式對(duì)相應(yīng)的計(jì)算驗(yàn)證數(shù)值進(jìn)行再次的審核校對(duì)。理論設(shè)計(jì)技術(shù)遵循的是恒定公式計(jì)算、校對(duì)核查法則，與靈活多變的現(xiàn)實(shí)情況不完全吻合。在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，很難對(duì)機(jī)械的安全系數(shù)進(jìn)行合理把控，使得所設(shè)計(jì)制造出的機(jī)械產(chǎn)品安全性能低。

經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)是根據(jù)書本知識(shí)學(xué)到的間接經(jīng)驗(yàn)或者是工作設(shè)計(jì)人員以往積累起來的直接經(jīng)驗(yàn)，而從事的當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)工作。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)主要是針對(duì)變化小、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、形狀不變的諸如機(jī)架、箱體等特征明顯的零部件設(shè)計(jì)。隨著當(dāng)前社會(huì)的迅速發(fā)展、機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品日趨復(fù)雜，市場(chǎng)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的技術(shù)含量要求不斷提升，經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)逐步被淘汰出現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域。模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)也是針對(duì)零部件而言，對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸大的重型整體機(jī)械零件通常采用此技術(shù)。模型實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段能夠?qū)⒋蟛考M(jìn)行小尺寸樣機(jī)模擬，然后根據(jù)小尺寸樣機(jī)的具體情況進(jìn)行調(diào)整修改，以促進(jìn)重型整體機(jī)械零件的不斷優(yōu)化、升級(jí)，進(jìn)而達(dá)到市場(chǎng)要求。模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)耗費(fèi)的時(shí)間成本、經(jīng)濟(jì)成本都較高，然而憑借當(dāng)前的機(jī)械制造設(shè)計(jì)水平，還沒有成型的替代技術(shù)。因此，模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)通常用于特別重大的機(jī)械設(shè)計(jì)中。

1.2 我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)中的現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀分析

優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元設(shè)計(jì)是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)中的最主要的設(shè)計(jì)技術(shù)。優(yōu)化設(shè)計(jì)的學(xué)科理論基礎(chǔ)是高等數(shù)學(xué)中的線性規(guī)劃理論，所憑借的技術(shù)支撐是計(jì)算機(jī)數(shù)值程序設(shè)計(jì)。在最優(yōu)化思想的指導(dǎo)下，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)日趨完美。在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，通過運(yùn)用數(shù)學(xué)優(yōu)化思維和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)所有的機(jī)械設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化分析，進(jìn)而選擇能夠解決各種復(fù)雜問題和指標(biāo)最優(yōu)的優(yōu)化方案進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)，能夠從最大程度上實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)的完美追求。機(jī)械設(shè)計(jì)理論、工程設(shè)計(jì)實(shí)際問題、機(jī)械設(shè)計(jì)規(guī)范要求、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)學(xué)規(guī)劃要求、以及機(jī)械設(shè)計(jì)方法都是運(yùn)用優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)必要考慮的關(guān)鍵點(diǎn)，只有這樣，才能設(shè)計(jì)制造出最優(yōu)化的機(jī)械產(chǎn)品。

有限元設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上是一種數(shù)值計(jì)算方法，被廣泛應(yīng)用與現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)分析中，計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展進(jìn)一步深化了有限元設(shè)計(jì)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用。結(jié)構(gòu)離散法、有限節(jié)點(diǎn)銜接以及協(xié)調(diào)條件求解是有限元設(shè)計(jì)技術(shù)的基本思想。在有限元設(shè)計(jì)技術(shù)中，其節(jié)點(diǎn)數(shù)量是固定不變的，在利用此技術(shù)進(jìn)行相關(guān)的機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，只有根據(jù)真實(shí)情況改變單元的數(shù)目，進(jìn)而調(diào)整設(shè)計(jì)的精確度，并促使其無限接近機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)際解。有限元設(shè)計(jì)技術(shù)包含了工程力學(xué)、工程數(shù)學(xué)以及高等數(shù)學(xué)等相關(guān)學(xué)科知識(shí)，能夠用于解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)的靜態(tài)分析、非線性問題求解、復(fù)雜結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析以及非穩(wěn)態(tài)問題求解。

2 我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)分析

在吸取傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)精華理念，結(jié)合現(xiàn)代化技術(shù)的基礎(chǔ)上，我國(guó)的機(jī)械制造業(yè)逐步邁入數(shù)字化、并行化、智能化發(fā)展軌道。具體而言，隨著數(shù)字化、大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的顯著特點(diǎn)是數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用。數(shù)字化技術(shù)是彰顯機(jī)械設(shè)計(jì)生命力的主要載體，無論是在進(jìn)行設(shè)計(jì)的建模工作還是設(shè)計(jì)的模擬工作時(shí)，都需要運(yùn)用到數(shù)字化技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)計(jì)技術(shù)和設(shè)計(jì)方案的完美追求。此外，為了節(jié)省時(shí)間成本，提升整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)工作的效率，強(qiáng)化對(duì)設(shè)計(jì)工作的管理，促進(jìn)資源的合理配置，在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，也會(huì)運(yùn)用到數(shù)字化技術(shù)。比如現(xiàn)代計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)和數(shù)字化管理技術(shù)等，以檢查、分析并管理整個(gè)設(shè)計(jì)過程。

并行化是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及而出現(xiàn)的，隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，各種信息資源共享平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生，各種數(shù)據(jù)庫資源也日益完備。社會(huì)的眾多行業(yè)都能打破地理空間、時(shí)間的限制，讓不同地區(qū)的人員在同一數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行相應(yīng)的工作。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械制造領(lǐng)域的深入發(fā)展，傳統(tǒng)的受時(shí)空限制的機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)逐漸被淘汰，涉及知識(shí)范圍廣、科技含量高、與現(xiàn)代社會(huì)技術(shù)發(fā)展同步的現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)能夠有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)的不足。邁入并行化發(fā)展軌道的機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)在計(jì)算機(jī)綜合平臺(tái)的支撐下，能夠集思廣益，進(jìn)行機(jī)械制造行業(yè)內(nèi)部的信息共建共享，促進(jìn)機(jī)械制造領(lǐng)域各部分之間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，并能夠從最大限度上節(jié)省時(shí)間成本，達(dá)到最完美的機(jī)械設(shè)計(jì)效果。

智能化是當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)的另一發(fā)展趨勢(shì)，各種智能技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用促進(jìn)了機(jī)械設(shè)計(jì)系統(tǒng)的智能化發(fā)展。在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，為了有效提升機(jī)械的工作效率，減輕工作人員的工作壓力和工作量，大規(guī)模的擁有獨(dú)立計(jì)算和智能邏輯推理功能的智能化機(jī)械設(shè)計(jì)系統(tǒng)已經(jīng)被用于了設(shè)計(jì)師的工作過程中。并且，智能化亦是整個(gè)社會(huì)發(fā)展的大方向，機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的智能化發(fā)展符合社會(huì)發(fā)展潮流，與時(shí)代發(fā)展銜接緊密。

采用可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)，增強(qiáng)機(jī)械設(shè)計(jì)的可靠度?？煽啃栽O(shè)計(jì)技術(shù)使用的主要對(duì)象是機(jī)械工程的零部件設(shè)計(jì)，迄今為止，可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展時(shí)間還比較短，應(yīng)用領(lǐng)域相對(duì)狹窄，還是一門比較新穎的機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)。在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，對(duì)于那些對(duì)工作時(shí)間、工作條件以及所要達(dá)到的機(jī)械功能要求比較嚴(yán)格的機(jī)械零部件，通常需要采用可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)材料強(qiáng)度、零部件材料應(yīng)力、材料尺寸以及機(jī)械產(chǎn)品的疲勞壽命等設(shè)計(jì)變量進(jìn)行可靠性把控，是可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)的主要特征。通常采用的設(shè)計(jì)技術(shù)分析方法是概率中的隨機(jī)變量分析法，通過概率計(jì)算、統(tǒng)計(jì)分析后確定零部件使用的最終材料尺寸和變量的結(jié)構(gòu)參數(shù)，以確保零部件設(shè)計(jì)的可靠性要求。

此外，我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)在未來的發(fā)展中，還需要提升設(shè)計(jì)產(chǎn)品質(zhì)量，轉(zhuǎn)變市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化競(jìng)爭(zhēng)策略。并在環(huán)保意識(shí)、綠色發(fā)展理念的指引下提升機(jī)械產(chǎn)品性能，促進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的生態(tài)化、可持續(xù)性發(fā)展。在后續(xù)的機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展過程中，還需要引進(jìn)現(xiàn)代管理手段，提升經(jīng)營(yíng)管理發(fā)展理念，提升機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的可靠性能和發(fā)展水平。

3 結(jié)束語

機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)與我國(guó)機(jī)械制造業(yè)在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中處于的位置緊密相關(guān)。在社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)中，為了有效提升我國(guó)機(jī)械產(chǎn)品的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，提升我國(guó)的綜合國(guó)力，需要對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行改革，發(fā)揮其在現(xiàn)代企業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)有作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]呂明.機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的現(xiàn)狀與趨勢(shì)研究[J].廣東石油化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2012（06）：46-49.

[2]胡曉波.機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J].輕工機(jī)械，2005（03）：4-7.

[3]陳靜.機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2011（01）：54.

[4]巫偉.探究機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2013（11）：75-76.

[5]李樹臣.機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的現(xiàn)狀與數(shù)字化智能化的發(fā)展趨勢(shì)研究[J].通訊世界，2015（15）：208-209.