關于機械設計技術中若干問題的思考

張軍杰

【摘 要】近年來，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展和社會工業(yè)化建設進程的不斷加快，機械工具作為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的基礎，起到了不可替代的作用，它是以質(zhì)量、效益以及競爭力的提高為主要目標，其中又包含著信息流、物質(zhì)流以及能量流的方面的內(nèi)容，是一個系統(tǒng)的工程。本文將對現(xiàn)代機械設計特點進行分析，并在此基礎上就機械設計技術、設計方法談一下自己的認識和觀點，以供參考。

【關鍵詞】機械設計；技術；方法；研究

0.前言

所謂機械設計，實際上就是根據(jù)應用要求，對機械設備的原理、結(jié)構(gòu)、運動以及能量傳遞等問題進行分析、研究，對零部件的規(guī)格、形狀以及潤滑狀況等，進行構(gòu)思，從而將給機械設備制作出來。從實踐來看，機械設計是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展進程中不可或缺的關鍵環(huán)節(jié)，機械設計是現(xiàn)代機械制造業(yè)快速發(fā)展的核心所在。雖然當前的機械設計理念較之于傳統(tǒng)的機械設計理念、模式，有了很大程度的提升和突破，但實踐中我們依然要正視國內(nèi)實際情況，即我國底層基礎非常的薄弱，較之于西方工業(yè)發(fā)達國家，國內(nèi)制造業(yè)仍表現(xiàn)出階段性的整體不足。國內(nèi)機械設備制造業(yè)的發(fā)展，通常是依靠于國外先進技術的引進，嚴重缺乏自主創(chuàng)新環(huán)節(jié)，這在很大程度上成為國內(nèi)機械設計制造業(yè)快速發(fā)展的桎梏，加之研發(fā)資金嚴重短缺，導致機械制造業(yè)科研工作非常的滯后。據(jù)調(diào)查顯示，雖然當前國內(nèi)機械產(chǎn)品制造數(shù)量已達世界前列水平，但仍多是依賴傳統(tǒng)的勞動密集型產(chǎn)品，而具有自主產(chǎn)權的現(xiàn)代高、精、尖產(chǎn)品數(shù)量非常的少，缺乏國際競爭力。雖然國內(nèi)機械制造業(yè)產(chǎn)品數(shù)量和質(zhì)量都有了一定程度的提升，但機電產(chǎn)品自身的質(zhì)量、安全可靠性以及外觀設計和性能等方面，依然還存在著很多的問題與不足。這些問題的存在，將成為我國機械設計與制造也發(fā)展的瓶頸，因此在當前的形勢下，加強對機械設計技術的研究，具有非常重大的現(xiàn)實意義。

1.當前機械設計特點分析

隨著電子計算機技術的廣泛應用與現(xiàn)代科學信息技術的快速發(fā)展，使得現(xiàn)代機械設計技術和方法較之于傳統(tǒng)的技術方法有了很大的改變，其特點主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）傳統(tǒng)機械設計過程中，實踐經(jīng)驗占較大的比重，而且設計思維也表現(xiàn)出一定的被動性特點。然而，當前的機械設計技術已經(jīng)有了很大程度的提升，激烈的市場競爭要求人們應當有更為大膽的設想，對設計目標進行創(chuàng)新和改進；同時，還要求充分利用當前最前沿的科技技術去對機械產(chǎn)品進行創(chuàng)新設計。

（2）傳統(tǒng)機械設計的重點在于機械自身預設功能的實現(xiàn)，而當前的機械設計則主要是要求將設計對象放在一個大系統(tǒng)環(huán)境之中，對其進行系統(tǒng)化的設計，并且將預定的功能在人、機以及環(huán)境間合理分配。同時，還對人進行了非常深入的心理學，甚至生理學研究，目的在于真正實現(xiàn)人與機械的界面最優(yōu)設計。在此過程中，要求充分考慮機械設備自原材料到加工裝配，再到最后的投入使用和報廢回收處理，即對其全生命周期進行研究，以確保自然與生態(tài)之間的平衡發(fā)展，只有這樣才能實現(xiàn)人類社會的可持續(xù)發(fā)展。

（3）傳統(tǒng)機械設計的重點在于強度準則，而當前則更注重優(yōu)限單元法和斷裂力學的應用，強化了人的設計能力。當前的機械設計，可根據(jù)給定條件，采用優(yōu)化設計理論與方法，通過計算機技術的應用來獲得最佳設計方案。同時，傳統(tǒng)機械設計主要是依賴于手工操作，人的思維進度通常被該種緩慢操作所約束，實踐中必須利用二維圖形對其進行表達。而現(xiàn)代機械設計過程中則對其進行了創(chuàng)新，比如CAD技術的應用，即可有效解決上述問題，只需利用計算機及相關程序，就能夠快速獲得計算結(jié)果及相關信息數(shù)據(jù)；當前的計算機仿真技術可以對未來機器運轉(zhuǎn)狀態(tài)進行有效的描述，借助計算機網(wǎng)絡獲得后續(xù)信息，從而使設計人員可以及時對方案進行修正，以確保設計方案的全面性與綜合性。

2.當前機械設計技術與方法

2.1機械設計技術

第一，節(jié)能環(huán)保技術。這一技術主要考慮的是高效益、低能耗與環(huán)境保護。

設計過程中確保能源利用率的最大化，充分考慮機械產(chǎn)品自身的結(jié)構(gòu)布局、工藝和重復利用性，在材料選擇時要注意滿足節(jié)能之要求；在產(chǎn)品全生命周期中，可回收與否，對人體健康、環(huán)境等不會造成嚴重的損害，同時還要適當?shù)丶骖櫃C械產(chǎn)品質(zhì)量。在機械材料設計過程中，應當充分考慮機械材料自身，以確保材料利用的最大化。同時，還要充分考慮人機合一、以人為本，兼顧科學合理性。

第二，優(yōu)良的性能技術。當前機械設計過程中，應當充分考慮到機械產(chǎn)品自身的綜合性能，具體包括以下內(nèi)容。首先，實驗技術及其可靠性設計。實踐中，應當注意監(jiān)測產(chǎn)品與系統(tǒng)不出現(xiàn)故障問題，分析檢測故障，對預防、處治故障方法進行研究，以確保其性能可靠。其次，要對機械設計材料、結(jié)構(gòu)性能以及載荷、溫度等作用條件進行充分的考慮，確保其具有足夠抗破壞性。

第三，系統(tǒng)動態(tài)技術。實踐中，為確保全過程都能運行監(jiān)測機械，對動態(tài)響應、頻率以及運動等情況和結(jié)構(gòu)的動態(tài)性特征進行分析研究，確保機械產(chǎn)品沒有磨損，保證機械產(chǎn)品能夠正常運行。

第四，全壽命周期技術。機械產(chǎn)品設計過程中，一方面要充分地考慮機械產(chǎn)品自身的功能性與結(jié)構(gòu)特點，另一方面還要充分考慮被設計產(chǎn)品全壽命周期，其中包括產(chǎn)品設計規(guī)劃、設計、生產(chǎn)加工、市場營銷以及運行應用和維修保養(yǎng)，同時還包括最后的回收再利用。對機械設備進行全壽命周期設計，具有非常大的意義，即在整個設計過程中，都要充分地考慮被設計產(chǎn)品自身的生命歷程及其各個環(huán)節(jié)，以確保產(chǎn)品全壽命周期設計過程中的綜合優(yōu)化。具體而言，全壽命周期設計技術又可分為以下三種，即并行設計技術、基于制造的新技術和被設計產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息管理技術。在機械產(chǎn)品規(guī)劃與設計階段，采用并行方式對其全生命周期中所有后續(xù)階段進行考慮，其中有規(guī)劃、生產(chǎn)制造、裝配、設備試驗和檢驗、運輸、營銷以及應用維修和日常保養(yǎng)等環(huán)節(jié)；基于制造方法的全面評價與產(chǎn)品設計方案的改進，可得到目標較優(yōu)的一系列設計方案，爭取將被設計產(chǎn)品的設計與制造的一次完成。

2.2機械設計方法

實踐中可以看到，機械產(chǎn)品設計方法有很多中，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

第一，智能化方法。機械產(chǎn)品的智能化設計，其表現(xiàn)出以下幾個方面的特點：基于設計理論，利用三維圖形、智能化設計以及虛擬現(xiàn)實等技術，采用多媒體技術和工具，對機械產(chǎn)品進行開發(fā)設計，對產(chǎn)品構(gòu)思進行表達、對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行描述。

第二，系統(tǒng)化方法。機械產(chǎn)品系統(tǒng)化設計，其表現(xiàn)出以下幾個方面的特點：將設計作為由若干設計要素構(gòu)成的一個整體系統(tǒng)，其中每一個設計要素不僅要求獨立，而且還要存在一定的聯(lián)系，同時還要具有一定的層次性，將全部設計要素有機地結(jié)合在一起，從而實現(xiàn)機械設計系統(tǒng)化。

第三，模塊化方法。機械產(chǎn)品模塊化設計，其表現(xiàn)出以下幾個方面的特點：將具有部分功能的實現(xiàn)作為結(jié)構(gòu)模塊，然后將各結(jié)構(gòu)模塊進行優(yōu)化組合，從而實現(xiàn)機械產(chǎn)品方案的有效設計。

3.結(jié)語

隨著現(xiàn)代科技水平的不斷提高，機械產(chǎn)品功能要求也在不斷的增加，尤其是機械產(chǎn)品自身的復雜性在不斷的提高，加之機械設備服役時間縮短，對機械產(chǎn)品設計水平提出了更高的要求。現(xiàn)代化機械設計主要是要面向市場與用戶客觀需求，當前的機械設計既要能夠確保產(chǎn)品自身的基本功能實現(xiàn)，又要體現(xiàn)人性與環(huán)保設計理念。

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