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

婁陽洋

摘 要：隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)變得越來越成熟和完善。在當(dāng)前社會(huì)發(fā)展形勢(shì)下，我國機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)變得越來越智能化、網(wǎng)絡(luò)化、綠色化等?；诖?，本文對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了深入研究，首先對(duì)我國機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的運(yùn)用現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，然后詳細(xì)闡述了我國機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，包括微型化、網(wǎng)絡(luò)化、綠色化等，具有重要意義。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù) 運(yùn)用現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：TH16 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）07（b）-0029-02

1 我國機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的運(yùn)用現(xiàn)狀

1.1 現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的運(yùn)用現(xiàn)狀

在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)中，有限元設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)非常重要的設(shè)計(jì)技術(shù)。其中，有限元設(shè)計(jì)，本質(zhì)上就是一種數(shù)值計(jì)算方法，在現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)分析中常常會(huì)運(yùn)用有限元設(shè)計(jì)技術(shù)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)水平的不斷提高，在整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，有限元設(shè)計(jì)技術(shù)的運(yùn)用變得更為深化和廣泛。有限元設(shè)計(jì)技術(shù)的重要思想，就是協(xié)調(diào)條件求解、有限節(jié)點(diǎn)銜接、結(jié)構(gòu)離散法。對(duì)于有限元設(shè)計(jì)技術(shù)來說，節(jié)點(diǎn)數(shù)量是固定的，在對(duì)有限元設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行運(yùn)用，進(jìn)行有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，只要將實(shí)際情況作為依據(jù)，對(duì)單元數(shù)目進(jìn)行改變，便能夠?qū)C(jī)械設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確度進(jìn)行有效調(diào)整，同時(shí)能夠和機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)際解進(jìn)行無限接近。有限元設(shè)計(jì)技術(shù)中包含多種學(xué)科自身，如高等數(shù)學(xué)、工程數(shù)學(xué)、工程力學(xué)等，在求解非線性問題和非穩(wěn)態(tài)問題、分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)動(dòng)力等，可以運(yùn)用有限元設(shè)計(jì)技術(shù)。而高等數(shù)學(xué)中的線性規(guī)劃理論是優(yōu)化設(shè)計(jì)學(xué)科的理論基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)數(shù)值程序設(shè)計(jì)時(shí)主要技術(shù)支撐。根據(jù)最優(yōu)化思想，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)變得越來越成熟和完善。在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，為能夠進(jìn)行合理的機(jī)械設(shè)計(jì)，應(yīng)運(yùn)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)學(xué)優(yōu)化思維，優(yōu)化分析各種機(jī)械設(shè)計(jì)方案，以能夠獲取最佳的設(shè)計(jì)方案，同時(shí)能夠?qū)Χ喾N復(fù)雜問題進(jìn)行有效解決。在對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用過程中，必須要對(duì)一些重要內(nèi)容進(jìn)行全面考慮，包括機(jī)械設(shè)計(jì)方法、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、機(jī)械設(shè)計(jì)理論、數(shù)學(xué)規(guī)劃要求等，這樣才能夠?qū)ψ顑?yōu)化的機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造。

1.2 常規(guī)設(shè)計(jì)技術(shù)的運(yùn)用現(xiàn)狀

現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展、運(yùn)用、學(xué)習(xí)的主要基礎(chǔ)就是模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)、理論設(shè)計(jì)，它們和設(shè)計(jì)費(fèi)用、技術(shù)含量、設(shè)計(jì)安全性之間的關(guān)系是非常密切的。一般來說，在對(duì)前人工作中的失誤、成就、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)后，便能夠形成理論設(shè)計(jì)。有關(guān)機(jī)械研究人員通過進(jìn)一步系統(tǒng)化、規(guī)范化整理分析前人的設(shè)計(jì)情況后，能夠形成理論性更強(qiáng)、可以傳承的理論設(shè)計(jì)技術(shù)。例如：在設(shè)計(jì)簡單受拉桿件的強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)從以下3點(diǎn)著手進(jìn)行：第一，根據(jù)有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)公式、機(jī)械原理，計(jì)算、分析和求解桿件的橫截面積。第二，運(yùn)用其他有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)方法，驗(yàn)證和檢驗(yàn)桿件的橫截面積，進(jìn)而能夠?qū)U件橫截面積計(jì)算的精準(zhǔn)性進(jìn)行最大程度保證。第三，通過對(duì)強(qiáng)度計(jì)算公式進(jìn)行運(yùn)用，計(jì)算出驗(yàn)證數(shù)值，進(jìn)行又一次的審核和校對(duì)。對(duì)于理論設(shè)計(jì)技術(shù)，校對(duì)核查法則、恒定公式計(jì)算是其主要遵循內(nèi)容，但是這和變化多段的額實(shí)際情況并不能后完全相符合。在機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，要想有效控制機(jī)械的安全系數(shù)，其難度是非常高的，進(jìn)而不能夠設(shè)計(jì)出安全性能較高的機(jī)械產(chǎn)品。機(jī)械工作設(shè)計(jì)人員在工作期間不斷積累出來的直接經(jīng)驗(yàn)、從書本知識(shí)中學(xué)習(xí)到的間接經(jīng)驗(yàn)，極為經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)。特征顯著的零部件設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)的主要對(duì)象，包括結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、變化不大的箱體、機(jī)架等。隨著我國社會(huì)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)度，機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品變得越來越復(fù)雜，市場(chǎng)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的技術(shù)含量提出越來越高的要求，在這種情況下，出現(xiàn)了現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)，且逐漸取代經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)。

當(dāng)設(shè)計(jì)尺寸偏大、結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的重型整體機(jī)械零件時(shí)，常常會(huì)選用模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)。通過運(yùn)用模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)，可以對(duì)大部件進(jìn)行小尺寸樣機(jī)的有效模擬，然后將小尺寸樣機(jī)的實(shí)際情況作為主要依據(jù)，進(jìn)行有效修改和調(diào)整，進(jìn)而能夠不斷升級(jí)、優(yōu)化重型整體機(jī)械的零部件，滿足市場(chǎng)的使用要求。但是，運(yùn)用模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)時(shí)，常常需要花費(fèi)較高的經(jīng)濟(jì)成本和時(shí)間成本，但是當(dāng)前我國的機(jī)械制造設(shè)計(jì)水平尚不夠成熟和完善，并不能夠完全取代模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)。所以，在設(shè)計(jì)特大型機(jī)械時(shí)，常常會(huì)選用模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)。

2 我國機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

2.1 微型化

在機(jī)械設(shè)計(jì)制造的發(fā)展中，隨著我國納米技術(shù)的不斷發(fā)展，微型化是一大重要發(fā)展趨勢(shì)。在過去幾年中，我國納米技術(shù)水平并不高，主要出于研究階段，不過在最近幾年中，納米技術(shù)水平迅速上升，機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域便開始對(duì)其進(jìn)行關(guān)注，并對(duì)其進(jìn)行越來越廣泛的運(yùn)用。所以在機(jī)械設(shè)計(jì)制造的發(fā)展中，微型化是一大重要發(fā)展趨勢(shì)。實(shí)際上，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造設(shè)計(jì)發(fā)展過程中，微型化對(duì)其具有非常大的推動(dòng)作用，能夠?qū)C(jī)械生產(chǎn)設(shè)備的靈活性、準(zhǔn)確性進(jìn)行有效提高，能夠有效簡化機(jī)械設(shè)備的復(fù)雜性，有效提高機(jī)械設(shè)計(jì)制造的工作效率，大大提高機(jī)械設(shè)計(jì)制造企業(yè)的競(jìng)爭力。

2.2 綠色化

機(jī)械綠化設(shè)計(jì)，從本質(zhì)上來說，就是一個(gè)優(yōu)化機(jī)械設(shè)備的過程。例如：改變焊接道具設(shè)計(jì)，使其變?yōu)闄C(jī)夾式小重磨刀，即為一種機(jī)械綠化設(shè)計(jì)。機(jī)械綠化設(shè)計(jì)，并不會(huì)改變機(jī)械設(shè)備原有的工作原理和功能，僅對(duì)機(jī)械設(shè)備原有的處理方式、材料進(jìn)行改變，能夠有效提高機(jī)械設(shè)備的節(jié)能性。針對(duì)普通原材料，將其優(yōu)化為節(jié)能性環(huán)保材料，充分體現(xiàn)出資源節(jié)約的原則。通過遵守這個(gè)原則，機(jī)械設(shè)計(jì)人員應(yīng)選深入了解和認(rèn)識(shí)機(jī)械設(shè)備的材料、工作原理、運(yùn)行方式等，然后采取有效措施，處理優(yōu)化機(jī)械設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)資源進(jìn)行有效節(jié)約，促使機(jī)械綠色涉及到額真正實(shí)現(xiàn)。

2.3 網(wǎng)絡(luò)化

隨著我國網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)水平的不斷提高，不同技術(shù)在不同領(lǐng)域中互相影響作用的加強(qiáng)，在今后一段時(shí)間中，機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化技術(shù)將會(huì)變得越來越網(wǎng)絡(luò)化。在傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)中，網(wǎng)絡(luò)和自動(dòng)化技術(shù)并沒有任何關(guān)系，從某種角度來說，能夠有效保證機(jī)械設(shè)計(jì)制造中信息暈暈的額安全性，不過這也大大影響了機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)工作效率的提升，同時(shí)提高設(shè)計(jì)人員的工作難度。隨著我國網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)水平的不斷提高，機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化一定是一大重要發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)而有助于機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)中監(jiān)視技術(shù)、遠(yuǎn)程控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，能夠有效降低機(jī)械設(shè)計(jì)制造成本。

2.4 智能化

由于人們對(duì)機(jī)械設(shè)備的質(zhì)量、可靠性、功能、損耗等提出越來越高的要求，智能化勢(shì)必是機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的另一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。另外，在機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展過程中，應(yīng)能夠促使機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)工作系統(tǒng)性的順利實(shí)現(xiàn)。在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將機(jī)械產(chǎn)品的自動(dòng)化、智能化作為一個(gè)系統(tǒng)工程。其中，系統(tǒng)化就是指在機(jī)械設(shè)計(jì)智能化實(shí)現(xiàn)的條件下，應(yīng)能夠保證機(jī)械運(yùn)用環(huán)境、機(jī)械、機(jī)械操作人員的統(tǒng)一協(xié)調(diào)性，對(duì)此必須要不斷推進(jìn)智能化設(shè)計(jì)。如果一些機(jī)械設(shè)備在實(shí)際操作過程中，很難進(jìn)行相關(guān)檢驗(yàn)工作和試驗(yàn)工作，例如：農(nóng)業(yè)機(jī)械，因受地域性、季節(jié)性差異的影響，外部環(huán)境會(huì)在一定程度上影響試驗(yàn)周期和設(shè)計(jì)周期，在這種情況下，在進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)對(duì)智能化的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行充分發(fā)揮，構(gòu)建有效的數(shù)學(xué)模型。

3 結(jié)語

目前，在國際競(jìng)爭環(huán)境中，我國機(jī)械制造業(yè)和機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)二者之間關(guān)系是非常密切的，為能夠?qū)ξ覈鴻C(jī)械產(chǎn)品的國際競(jìng)爭實(shí)力進(jìn)行有效提高，促使我國綜合國力的不斷上升，應(yīng)有效改革機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)，在現(xiàn)代企業(yè)設(shè)計(jì)中，應(yīng)能夠?qū)C(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的作用充分發(fā)揮出來，這樣才能夠保證我國機(jī)械制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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