分析機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的現(xiàn)狀與趨勢(shì)研究

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分析機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的現(xiàn)狀與趨勢(shì)研究

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機(jī)械設(shè)計(jì)作為機(jī)械工程的一個(gè)關(guān)鍵組成部分。隨著機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展和技術(shù)水平的不斷提高,過去傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)無法滿足當(dāng)前設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)化和創(chuàng)新化得要求。因此對(duì)于機(jī)械制造而言，研究機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)是有一定必要性的?；诖耍疚木歪槍?duì)機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的現(xiàn)在與趨勢(shì)展開分析與研究。

機(jī)械；設(shè)計(jì)技術(shù)；現(xiàn)狀；趨勢(shì)

一、導(dǎo)言

機(jī)械設(shè)計(jì)在機(jī)械工程中起到重要作用，設(shè)計(jì)的質(zhì)量直接影響機(jī)械工程的質(zhì)量，機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用提高了機(jī)械工程的質(zhì)量，機(jī)械工程在施工過程中，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)提出新的要求，同時(shí)促進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)不斷革新，以適應(yīng)機(jī)械工程的發(fā)展需要。因此，本文首先介紹機(jī)械設(shè)計(jì)及分析機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，然后探討現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)及應(yīng)用情況，最后推測(cè)其發(fā)展趨勢(shì)，從而把握好機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展方向。

二、機(jī)械設(shè)計(jì)的概況

機(jī)械設(shè)計(jì)是依據(jù)使用要求,針對(duì)機(jī)械工作結(jié)構(gòu)原理及運(yùn)動(dòng)方式,兼顧力和能量的傳遞和各器件的材質(zhì)及尺寸,同時(shí)統(tǒng)籌考慮潤(rùn)滑方法等情況,進(jìn)行綜合分析和計(jì)算,最終轉(zhuǎn)化成為具體的描述的相應(yīng)工作設(shè)計(jì)過程。機(jī)械設(shè)計(jì)作為機(jī)械工程的一個(gè)關(guān)鍵組成部分,在機(jī)械性能方面起著十分重要的作用。機(jī)械設(shè)計(jì)工作的質(zhì)量和機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量性能等直接相關(guān)聯(lián),并與研究周期以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益有著十分重要的關(guān)系。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)往往以經(jīng)驗(yàn)總結(jié)作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ),統(tǒng)籌運(yùn)用數(shù)學(xué)及力學(xué)既有公式和圖表等作為實(shí)際為設(shè)計(jì)依據(jù),根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式以及近似系數(shù)等方式進(jìn)行設(shè)計(jì),在設(shè)計(jì)方法選擇上,多以靜態(tài)設(shè)計(jì)為主,多采用直覺設(shè)計(jì)和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì),這種方式已經(jīng)無法滿足當(dāng)前產(chǎn)品的功能需要以及市場(chǎng)要求。

三、分析機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的現(xiàn)狀

（一）機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)制約了我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

我國(guó)機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的背景下，機(jī)械設(shè)計(jì)的水平?jīng)Q定機(jī)制制造業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，在勞動(dòng)力的帶動(dòng)下，中國(guó)的勞動(dòng)密集型產(chǎn)品數(shù)量眾多，但擁有高科技含量的高、精、尖產(chǎn)品數(shù)量不多。機(jī)械制造業(yè)的質(zhì)量得到一定提高，但質(zhì)量仍不能令人滿意，主要是外觀設(shè)計(jì)、產(chǎn)品性能和穩(wěn)定性方面還有很大不足。我國(guó)現(xiàn)在機(jī)械產(chǎn)品基本都以中小型機(jī)械產(chǎn)品為主，現(xiàn)在還沒有制造大型機(jī)械產(chǎn)品的能力，需要機(jī)械設(shè)計(jì)能力在不斷提升的能力下，以適合現(xiàn)代機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展，提高機(jī)械制造產(chǎn)品的質(zhì)量。

（二）機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)制約了我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)投入結(jié)構(gòu)

一般競(jìng)爭(zhēng)性行業(yè)，機(jī)械制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的條件和福利狀況直接影響生產(chǎn)投入的結(jié)構(gòu)。企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)，實(shí)際上是科技實(shí)力和創(chuàng)新能力的競(jìng)爭(zhēng)，科技實(shí)力和技術(shù)創(chuàng)新能力在很大程度上取決于研究和開發(fā)的投資。發(fā)達(dá)國(guó)家為了保持市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的機(jī)械制造行業(yè)，增加投資在科學(xué)和技術(shù)方面的努力。一些大型企業(yè)技術(shù)開發(fā)費(fèi)用占銷售額的4%－8%，甚至要高于10%。如此高的投資，以進(jìn)一步擴(kuò)大其領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，使企業(yè)充分競(jìng)爭(zhēng)的情況下變成了“壟斷競(jìng)爭(zhēng)”，在許多關(guān)鍵領(lǐng)域中占據(jù)了有利的戰(zhàn)略位置。

四、現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)及應(yīng)用的情況

（一）模糊設(shè)計(jì)

模糊設(shè)計(jì)(FuzzyDesign)是把模糊數(shù)學(xué)知識(shí)應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)的一種方式。隨著科技發(fā)展,機(jī)械設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)變得日益龐大和復(fù)雜,在機(jī)械設(shè)計(jì)中涉及的變量也變得更多,關(guān)系也更為復(fù)雜,在一系列變量關(guān)系中,存在很多模糊現(xiàn)象,很多時(shí)候無法精確對(duì)所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行描述。在具體設(shè)計(jì)當(dāng)中,不僅要對(duì)“非此即彼”類的精確現(xiàn)象進(jìn)行識(shí)別,還要對(duì)“亦彼亦此”類的的模糊現(xiàn)象進(jìn)行識(shí)別。例如機(jī)械產(chǎn)品使用壽命較長(zhǎng)和承載力較強(qiáng)都是模糊現(xiàn)象。對(duì)于這類問題就需要采取糊數(shù)學(xué)的方法進(jìn)行解決。在具體的機(jī)械設(shè)計(jì)過程中,通常把模糊技術(shù)和其他重量的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行有機(jī)結(jié)合,最終形成模糊優(yōu)化、模糊可靠性等方式。

（二）有限元設(shè)計(jì)

有限元法的基本思想為用有限個(gè)容易分析的單元用結(jié)構(gòu)離散化進(jìn)行相應(yīng)表示,單元與單元之間用有限個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接,此后依據(jù)變形協(xié)調(diào)條件進(jìn)行求解。因?yàn)閱卧臄?shù)目和相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)目都是有限的,所以該方法被稱為有限元法。該方法的最大特征為靈活性很強(qiáng),僅需改變單元的數(shù)目,就能夠完成對(duì)解的精確度變化,可以獲得和實(shí)際情況十分接近的解。

（三）可靠性設(shè)計(jì)

機(jī)械零件的可靠性設(shè)計(jì)通常是指在特點(diǎn)的時(shí)間和條件下,實(shí)現(xiàn)規(guī)定功能的能力。概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)是可靠性設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ),而失效分析和預(yù)測(cè)(包括可靠性試驗(yàn))是可靠性設(shè)計(jì)的依據(jù),確保產(chǎn)品的可靠性是可靠性設(shè)計(jì)的根本目標(biāo),其基本思路為:用S表示引起機(jī)械零件失效的“應(yīng)力”,確立函數(shù)si(i=1、2、…n),S=f(s1,s2,…,sn)。用R表示表示機(jī)械零件的“強(qiáng)度”確立函數(shù)ri(i=1、2、…、n),R=g(r1,r2,…,rm)?？梢奡和R均為隨機(jī)變量,機(jī)械零件的安全可靠性能,可以用R大于S所發(fā)生的幾率來進(jìn)行表示,即R(t)=P(R〉S)≥[R]。用R(t)來表示機(jī)械零件的運(yùn)行安全可靠度。當(dāng)前市場(chǎng)及消費(fèi)者對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的可靠性和安全性更為關(guān)注,未來機(jī)械設(shè)計(jì)的焦點(diǎn)也必將在產(chǎn)品的可用性和安全性上,可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)已成為當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)的關(guān)鍵組成部分之一。

五、當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)研究

當(dāng)今社會(huì)科技日新月異,各種新技術(shù)不斷出現(xiàn),機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品的隨科技含量不斷增強(qiáng),機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)水平的競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)趨于白熱化,在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中,要處于不敗之地,必須不斷改進(jìn)技術(shù)、降低成本、提高工作效率,這些也是當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)方法的發(fā)展趨勢(shì)和方向。

（一）系統(tǒng)化

機(jī)械設(shè)計(jì)方法研究的趨勢(shì)。系統(tǒng)工程學(xué)是依托信息學(xué)、控制論、統(tǒng)籌管理等科學(xué)方法建立并發(fā)展起來的,解決工程問題最優(yōu)化設(shè)計(jì)及控制的科學(xué)。過去傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法,多將設(shè)計(jì)對(duì)象視為獨(dú)立事物進(jìn)行分解和研究,其結(jié)論的局限性較強(qiáng),在機(jī)械設(shè)計(jì)中通過系統(tǒng)工程學(xué)的運(yùn)用,可以使機(jī)械設(shè)計(jì)過程作為統(tǒng)一的系統(tǒng)進(jìn)行研究和探索,以整個(gè)系統(tǒng)為研究對(duì)象,對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)部分進(jìn)行關(guān)聯(lián)性研究,其發(fā)展前景十分廣闊。

（二）精英化

創(chuàng)造創(chuàng)造潛力挖掘趨勢(shì)。雖然機(jī)械設(shè)計(jì)中計(jì)算機(jī)技術(shù)廣泛參與,但人的作用依然是最核心、最關(guān)鍵的,充分發(fā)揮機(jī)械設(shè)計(jì)師的創(chuàng)造潛力,以其特有的設(shè)計(jì)靈感和創(chuàng)造方法解決問題,將起到其他輔助技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的作用,在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨劇烈的新形勢(shì)下,最優(yōu)秀機(jī)械設(shè)計(jì)師的培養(yǎng)和挖潛,是當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)保持強(qiáng)勁生命力的最根本保證。

（三）商品化

機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)趨勢(shì)。當(dāng)前,大部分企業(yè)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到生存和發(fā)展的關(guān)鍵在于不斷創(chuàng)新,而在開發(fā)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的過程中,很多新產(chǎn)品雖然投入了較多的時(shí)間、較大的精力、較多的財(cái)力,但在常常在商品化這一最終環(huán)節(jié)上出現(xiàn)問題。商品化是所有機(jī)械設(shè)計(jì)開發(fā)的最終環(huán)節(jié),也是檢驗(yàn)機(jī)械設(shè)計(jì)成果的最好方法,為此應(yīng)在設(shè)計(jì)之初就做好市場(chǎng)調(diào)研和產(chǎn)品定位,并大膽創(chuàng)新。

六、總結(jié)

總之，機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)，提高機(jī)械設(shè)計(jì)的水平，是提高機(jī)械產(chǎn)品的關(guān)鍵因素，機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展與機(jī)械設(shè)計(jì)有重要的關(guān)系，我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的技術(shù)水平不如發(fā)達(dá)的國(guó)家，但我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展前景廣闊，給機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展帶來機(jī)遇與挑戰(zhàn)，必須根據(jù)我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的實(shí)際情況，及時(shí)更新機(jī)械設(shè)計(jì)水平，以適應(yīng)我國(guó)機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展要求。

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