機(jī)械設(shè)計(jì)方法及創(chuàng)新研究

張繼君

【摘 要】現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的產(chǎn)生，有效的緩解了很多企業(yè)以及工廠長(zhǎng)期存在的根本性問(wèn)題。機(jī)械設(shè)計(jì)作為機(jī)械設(shè)備制造使用中最基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，其發(fā)展關(guān)系到社會(huì)對(duì)機(jī)械工程設(shè)備的需求和自身質(zhì)量性能。本文簡(jiǎn)要闡述現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)概述、現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新要求與原則、創(chuàng)新方法等內(nèi)容，以此提升現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品質(zhì)量，滿足現(xiàn)代化社會(huì)發(fā)展需要。

【關(guān)鍵詞】現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)原則；創(chuàng)新方法

引言

現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)革新、應(yīng)用對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)帶來(lái)前所未有的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)是涉及機(jī)械原理、機(jī)械形式、力與運(yùn)動(dòng)、材料結(jié)構(gòu)等內(nèi)容的一門綜合性、復(fù)雜程度高的學(xué)科，是理論知識(shí)聯(lián)系實(shí)踐應(yīng)用最佳的表現(xiàn)載體。為適應(yīng)現(xiàn)代化、智能化、信息化的社會(huì)發(fā)展，更好地服務(wù)于人類生活生產(chǎn)活動(dòng)，對(duì)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)行創(chuàng)新與研究就顯得意義重大。本文簡(jiǎn)要闡述現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)概述、現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新要求與原則、創(chuàng)新方法等內(nèi)容，以此提升現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品質(zhì)量，滿足現(xiàn)代化社會(huì)發(fā)展需要。

1現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)概述

1.1現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)內(nèi)涵分析

機(jī)械設(shè)計(jì)根據(jù)預(yù)想產(chǎn)品使用要求和功能對(duì)機(jī)械的工作原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式、力和能量的傳遞方式、各個(gè)零件的材料和形狀尺寸、潤(rùn)滑方法等結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)、哲學(xué)、信息科學(xué)、人工結(jié)構(gòu)學(xué)、哲學(xué)、美學(xué)等各類學(xué)科和原理進(jìn)行構(gòu)思、分析和計(jì)算并將其轉(zhuǎn)化為具體的描述以作為制造依據(jù)的工作過(guò)程?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)有別于傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在：一是技術(shù)的運(yùn)用不同；二是設(shè)計(jì)產(chǎn)品性能、功能和結(jié)構(gòu)不同；三是設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)重復(fù)性不同；四是對(duì)材料使用要求不同；五是設(shè)計(jì)理念與創(chuàng)新意識(shí)不同?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)基本步驟組成為：首先研究分析預(yù)設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品的功能、工作原理；再次對(duì)預(yù)設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析、組合；其次完成對(duì)預(yù)設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品的力學(xué)傳動(dòng)、尺寸、精度等參數(shù)優(yōu)選；最后進(jìn)行組合分析和選取最佳的機(jī)械設(shè)計(jì)方案。

1.2現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)與傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的對(duì)比

傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法多為靜態(tài)和理論性的，是將設(shè)計(jì)人員對(duì)于設(shè)計(jì)產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)與理論認(rèn)知作為基礎(chǔ)而實(shí)施的直覺(jué)設(shè)計(jì)，總體來(lái)看，其具備了兩方面的特征：首先，產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論認(rèn)知保持固定，對(duì)于復(fù)雜而又多變的外界環(huán)境存在相對(duì)較差的適應(yīng)性。通常而言，傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法理論認(rèn)知主要來(lái)源于設(shè)計(jì)人員的反復(fù)試驗(yàn)以及自身經(jīng)驗(yàn)，在理論確定以后，通常不會(huì)隨意變更，并不適用于當(dāng)前多變的環(huán)境。比如，一般安全性能比較高的產(chǎn)品其投入的資金也比較多，會(huì)增加誰(shuí)及的成本，低成本產(chǎn)品則安全系數(shù)低，難以滿足相關(guān)要求[1]。其次，設(shè)計(jì)理念落后，無(wú)法跟上時(shí)代發(fā)展以及科技進(jìn)步的步伐。伴隨著科技水平的逐漸提升，機(jī)械產(chǎn)品技術(shù)含量要求也與日劇增，機(jī)械設(shè)計(jì)理論體系呈現(xiàn)出了復(fù)雜化的發(fā)展態(tài)勢(shì)，傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法難以追趕發(fā)展的腳步。伴隨著科技的提升，機(jī)械產(chǎn)品技術(shù)含量的相關(guān)要求也在不斷的提高，機(jī)械設(shè)計(jì)理論體系復(fù)雜化程度不斷加深，傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)已經(jīng)無(wú)法滿足產(chǎn)品使用需求。

2現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新要求與原則

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)要突破傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)模式和思維，需要設(shè)計(jì)人員有創(chuàng)新意識(shí)，敢于標(biāo)新立異將理論知識(shí)和科學(xué)技術(shù)運(yùn)用在機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐中，所設(shè)計(jì)的機(jī)械設(shè)備種類品種多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可實(shí)現(xiàn)多種功能滿足現(xiàn)代社會(huì)生活生產(chǎn)需求。

2.1現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新要求

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新要求是通過(guò)創(chuàng)新機(jī)械設(shè)計(jì)理念，突出體現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品性能和產(chǎn)品技術(shù)特點(diǎn)，提高現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品的實(shí)用性、功能性、可靠性及經(jīng)濟(jì)性。也可通過(guò)改良現(xiàn)有機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念來(lái)實(shí)現(xiàn)。一是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新需要個(gè)性化，敢于破除舊的設(shè)計(jì)理念，尋求更合理的設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)方案或機(jī)械組合；二是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新要有較強(qiáng)的實(shí)用性和標(biāo)準(zhǔn)量化，這需要貼合市場(chǎng)需求，機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品應(yīng)易批量生產(chǎn)、功能配置合理、人機(jī)交互操作性強(qiáng)；三是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新要有可靠性及經(jīng)濟(jì)性，機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品的安全可靠、市場(chǎng)價(jià)值決定了產(chǎn)品設(shè)計(jì)價(jià)值；四是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新需要有創(chuàng)新思維，要求設(shè)計(jì)人員具有哲學(xué)、美學(xué)、人體結(jié)構(gòu)學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科知識(shí)修養(yǎng)和逆向思維、跳躍思維等，可從不同學(xué)科、不同角度尋求最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案[2]。

2.2現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新原則

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新原則包括：機(jī)械產(chǎn)品功能多樣性、最大經(jīng)濟(jì)效益。即拋棄原有單一機(jī)械產(chǎn)品功能單一化，制造成本高昂等劣勢(shì)，使現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品功能多樣，增加市場(chǎng)需求，同時(shí)功能健全、安全性高的機(jī)械產(chǎn)品市場(chǎng)逐漸成型，應(yīng)注意機(jī)械設(shè)計(jì)制造成本控制，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)銷售的經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)最大化。

3現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新方法

當(dāng)前，隨著科學(xué)技術(shù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，機(jī)械設(shè)計(jì)追求產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)計(jì)精度要求，將高科技和各類學(xué)科融合深度交互知識(shí)、先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念運(yùn)用在機(jī)械設(shè)計(jì)中，使得現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單、高效[3]。例如：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、優(yōu)化設(shè)計(jì)、變形設(shè)計(jì)（VD）、并行設(shè)計(jì)（CD）等等。

3.1變形設(shè)計(jì)（VD）

變形設(shè)計(jì)（VariantDesign）是指在原有機(jī)械產(chǎn)品基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，或系列化設(shè)計(jì)使得其機(jī)械產(chǎn)品衍生品品種多樣，滿足產(chǎn)品市場(chǎng)通用化和使用者不同需求[4]。其方式為對(duì)原有機(jī)械產(chǎn)品工作原理、結(jié)構(gòu)形式、功能和尺寸等進(jìn)行再次創(chuàng)新設(shè)計(jì)，以拓?fù)湫问皆O(shè)計(jì)并制造功能多樣、參數(shù)可調(diào)的系列產(chǎn)品。歸根到底達(dá)到機(jī)械產(chǎn)品的功能完善、操作完美、優(yōu)化類型體系。

3.2并行設(shè)計(jì)（CD）

并行設(shè)計(jì)（Concurrent Design）有別于傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)的串行模式，摒棄了傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、設(shè)計(jì)次序不可跳躍、成本高等缺點(diǎn)，以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和工程數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，采用系統(tǒng)化、集成化的設(shè)計(jì)模式從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造一體化，充分節(jié)約設(shè)計(jì)成本和周期，提高機(jī)械設(shè)計(jì)質(zhì)量。

3.3優(yōu)化設(shè)計(jì)

優(yōu)化設(shè)計(jì)類似于現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的變形設(shè)計(jì)，但形式和方法有區(qū)別[5]。優(yōu)化設(shè)計(jì)是指以計(jì)算機(jī)和數(shù)學(xué)規(guī)劃理論為基礎(chǔ)，在產(chǎn)品等方面約束前提下，尋求滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法。運(yùn)用數(shù)學(xué)函數(shù)進(jìn)行線性或非線性分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)策略層層逼近達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)方案。

3.4計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，英文為ComputerAidedDesign簡(jiǎn)稱為CAD。是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)，使得現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)高效化、可修改性強(qiáng)、規(guī)范設(shè)計(jì)等。通常是對(duì)預(yù)設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行建模、圖形處理、工程分析等來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因CAD屬于將機(jī)械設(shè)計(jì)物理模型轉(zhuǎn)化為數(shù)字模型，可以分析產(chǎn)品在各使用狀態(tài)下的情況和工作參數(shù)，通過(guò)修改和調(diào)整可優(yōu)化機(jī)械產(chǎn)品滿足各工況需求。

結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)因需要與多學(xué)科進(jìn)行深度融合和技術(shù)交互應(yīng)用，在設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)周期、設(shè)計(jì)成本、設(shè)計(jì)產(chǎn)品性能等方面有別于傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)，并給予對(duì)應(yīng)改善和提升。從計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、優(yōu)化設(shè)計(jì)、變形設(shè)計(jì)（VD）、并行設(shè)計(jì)（CD）等對(duì)其進(jìn)行創(chuàng)新研究，可促使現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品性能更優(yōu)、質(zhì)量可靠、安全性好，并實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)產(chǎn)品應(yīng)易批量生產(chǎn)、功能配置合理、人機(jī)交互操作性強(qiáng)滿足現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展進(jìn)程的需要。

參考文獻(xiàn)：

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