現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法研究與創(chuàng)新

張成文

摘? ?要：機(jī)械設(shè)備是社會(huì)現(xiàn)代化進(jìn)程的眾多應(yīng)用工具之一，而機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)和使用的最基本方面之一，它關(guān)系到機(jī)械設(shè)備的使用需求及其質(zhì)量性能?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)是對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法跨學(xué)科的繼承、創(chuàng)新和發(fā)展。長期以來，機(jī)械設(shè)計(jì)作為設(shè)計(jì)技術(shù)來研究，已經(jīng)發(fā)展成為一門設(shè)計(jì)學(xué)科。設(shè)計(jì)理念隨著時(shí)間的推移而改變，將設(shè)計(jì)與創(chuàng)新結(jié)合起來，緊跟時(shí)代發(fā)展的步伐，為人類文明和社會(huì)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。本文簡要介紹了現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的概況、創(chuàng)新要求以及現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)原則和創(chuàng)新方法。

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

中圖分類號(hào)：TH122? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）09（c）-0080-02

機(jī)械工程作為一門古老的學(xué)科，應(yīng)該與現(xiàn)代先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)相結(jié)合，不斷促進(jìn)自身的發(fā)展，緊跟科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是計(jì)算機(jī)科學(xué)和系統(tǒng)科學(xué)的發(fā)展，使得機(jī)械設(shè)計(jì)的水平發(fā)展提高的非?？?。機(jī)器本身就是一個(gè)巨大的硬件，它的設(shè)計(jì)過程不僅需要專業(yè)知識(shí)，而且還須具備非常好的耐心。在新的時(shí)代，也需要用創(chuàng)新的設(shè)計(jì)理念與現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)有效結(jié)合，分析運(yùn)用創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念、方法以及開發(fā)創(chuàng)新設(shè)計(jì)對(duì)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的重要意義，掌握和運(yùn)用現(xiàn)代機(jī)械創(chuàng)新的理論，以便實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益雙重收獲?，F(xiàn)代工業(yè)的創(chuàng)新、應(yīng)用給機(jī)械設(shè)計(jì)帶來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械原理、機(jī)械形式、力、運(yùn)動(dòng)和材料結(jié)構(gòu)最全面和最復(fù)雜的結(jié)合。為了適應(yīng)現(xiàn)代化、智能化、計(jì)算機(jī)化的社會(huì)發(fā)展，為人類生活及生產(chǎn)活動(dòng)提供更好的服務(wù)，開展現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新和研究具有重要意義[1]。

1? 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)概述

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論是在機(jī)械設(shè)計(jì)理論科學(xué)的基礎(chǔ)上形成的，也就是說，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論是一種在傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法和基礎(chǔ)上的再創(chuàng)造。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)趨向于靜態(tài)和被動(dòng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，不僅消耗大量的人力和物力，而且隨著生產(chǎn)效率和設(shè)計(jì)成本的提高，已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代化的生產(chǎn)要求?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論涵蓋了更多的信息技術(shù)和其他科學(xué)技術(shù)、優(yōu)化、信息和藝術(shù)等多個(gè)方面。例如，離散化方法中的有限元方法和邊界方法可以通過這些現(xiàn)代新的設(shè)計(jì)方法來實(shí)現(xiàn)以滿足人們的需要。機(jī)械設(shè)計(jì)基于預(yù)期產(chǎn)品的需求和功能、機(jī)床原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方法、力和能量的傳遞、各部件的材料和形狀尺寸、潤滑方法、機(jī)械設(shè)計(jì)、原理，信息科學(xué)，人工結(jié)構(gòu)，進(jìn)行概念、分析和計(jì)算，將其轉(zhuǎn)化為具體的方案設(shè)計(jì)解釋說明，并制定一個(gè)基于制造的工作流程。現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)不同于傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的基本步驟是研究預(yù)先設(shè)計(jì)的機(jī)械產(chǎn)品的功能和工作原理，然后分析和組合預(yù)先設(shè)計(jì)的機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，預(yù)設(shè)計(jì)的機(jī)械傳動(dòng)、尺寸、精度等參數(shù)，最后結(jié)合分析選擇最佳方案，形成機(jī)械設(shè)計(jì)方案[2]。

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)打破了傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)模式和思維，設(shè)計(jì)人員需要有創(chuàng)新意識(shí)，相關(guān)的理論知識(shí)和科學(xué)技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐中，質(zhì)量控制對(duì)生產(chǎn)來說非常重要，可以說是機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和依據(jù)。應(yīng)考慮質(zhì)量控制，因?yàn)樵谥圃爝^程和使用過程中，質(zhì)量控制受到各種因素的限制。質(zhì)量控制工作是一個(gè)系統(tǒng)中的復(fù)雜過程，任何問題的出現(xiàn)，直接決定著機(jī)械產(chǎn)品的效果和功能。提高機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量控制，是提高公司的質(zhì)量控制水平的方式，也是防止產(chǎn)品失效的主要手段。在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，展示了主觀能動(dòng)性、想象力和創(chuàng)造力，運(yùn)用現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法和思想，設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品以計(jì)算機(jī)技術(shù)或其他信息技術(shù)作為輔助的工作。

（1）現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新要求?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新需求，通過創(chuàng)新的機(jī)械設(shè)計(jì)原理，突出機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品的性能和技術(shù)的特點(diǎn)，提高現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品的實(shí)用性、功能性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新需要個(gè)性化，需要強(qiáng)大的實(shí)用性和標(biāo)準(zhǔn)量化創(chuàng)新，同時(shí)也要滿足市場需求。機(jī)器設(shè)計(jì)產(chǎn)品應(yīng)便于批量生產(chǎn)和功能部署，人機(jī)交互的合理性和可操作性強(qiáng)，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新需要可靠性和經(jīng)濟(jì)性，機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品的安全性和市場價(jià)值決定了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)價(jià)值[3]。

（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)械功能多樣性，經(jīng)濟(jì)效益最大化，對(duì)現(xiàn)有單機(jī)產(chǎn)品的生產(chǎn)成本、制造成本等功能進(jìn)行折現(xiàn)，使現(xiàn)代機(jī)械的功能多樣化，滿足增長的市場需求。功能性、健康安全的機(jī)械產(chǎn)品市場將逐步形成，注重機(jī)械設(shè)計(jì)和制造成本的控制，應(yīng)使產(chǎn)品生產(chǎn)和銷售的經(jīng)濟(jì)效益最大化。

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

3.1 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，英文是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的縮寫。它利用計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助機(jī)器的設(shè)計(jì)，從而大幅提高了現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)效率。通常，對(duì)以前設(shè)計(jì)的機(jī)器模型進(jìn)行建模，并進(jìn)行圖形處理和工藝分析，而CAD將機(jī)械設(shè)計(jì)的物理模型轉(zhuǎn)換為數(shù)字模型，以便對(duì)每個(gè)產(chǎn)品的狀態(tài)和工作參數(shù)進(jìn)行分析。

3.2 變形設(shè)計(jì)（VD）

變形設(shè)計(jì)是以現(xiàn)有的機(jī)械產(chǎn)品為基礎(chǔ)，或通過系列設(shè)計(jì)，使機(jī)械產(chǎn)品的衍生出的品種多種多樣，產(chǎn)品市場普及到可以滿足用戶需求不同的要求。該設(shè)計(jì)方案在工作原理、結(jié)構(gòu)形式、功能、原機(jī)產(chǎn)品尺寸等方面進(jìn)行了再創(chuàng)新設(shè)計(jì)，故設(shè)計(jì)制造成具有多種功能、參數(shù)系列可調(diào)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，產(chǎn)品功能齊全，操作功能完善，機(jī)型系統(tǒng)優(yōu)化合理。

3.3 并行設(shè)計(jì)（CD）

并行設(shè)計(jì)有一種不同于傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)的串行模式。并行設(shè)計(jì)是一種對(duì)產(chǎn)品及其相關(guān)過程（包括制造過程和支持過程）進(jìn)行并行和集成設(shè)計(jì)的系統(tǒng)化工作模式。是在產(chǎn)品開發(fā)的初始階段（即規(guī)劃和設(shè)計(jì)階段），就以并行的方式綜合考慮其壽命周期中所有后續(xù)階段，降低產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)周期長，設(shè)計(jì)順序不跳步，相比較來說設(shè)計(jì)成本高，而現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)充分體現(xiàn)了節(jié)約設(shè)計(jì)成本和周期，提高機(jī)械設(shè)計(jì)質(zhì)量以及效率[4]。

4? 現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢

隨著世界工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，環(huán)境污染日益嚴(yán)重。為此，機(jī)械制造企業(yè)引進(jìn)了工藝創(chuàng)新、新能源、除塵系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)等一系列環(huán)保系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)的清潔生產(chǎn)和合法排放，同時(shí)也為企業(yè)創(chuàng)造了良好的環(huán)境效益。對(duì)產(chǎn)品而言，清潔生產(chǎn)包括產(chǎn)品生命周期的各個(gè)階段，從原材料的提取到產(chǎn)品完成最終工藝，包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、包裝、運(yùn)輸、分銷、銷售和處置，以及資源的合理利用，減少對(duì)人類和環(huán)境的不利影響。

現(xiàn)在人們?cè)絹碓秸J(rèn)識(shí)到環(huán)境保護(hù)對(duì)社會(huì)發(fā)展的重要性。所謂機(jī)械設(shè)計(jì)的生態(tài)開發(fā)系統(tǒng)，是研究開發(fā)設(shè)計(jì)人員在提交產(chǎn)品概念時(shí)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品綠色生態(tài)的設(shè)計(jì)理念，并對(duì)出現(xiàn)的產(chǎn)品明確環(huán)保性能。在產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)過程中，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的，機(jī)械設(shè)計(jì)越來越重視生態(tài)學(xué)問題，并在設(shè)計(jì)過程中加強(qiáng)了生態(tài)學(xué)的研究和實(shí)踐。

5? 結(jié)語

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)是一門復(fù)雜的學(xué)科，涉及面廣，理論面廣，過程復(fù)雜，隨著機(jī)械設(shè)計(jì)得到了較好的發(fā)展，創(chuàng)新設(shè)計(jì)也得到了加強(qiáng)，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)過程的探索加強(qiáng)學(xué)習(xí)，掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的規(guī)律，提高設(shè)計(jì)的整體性和創(chuàng)新性。設(shè)計(jì)出完美的機(jī)械產(chǎn)品，隨著時(shí)代的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步，設(shè)計(jì)人員勇敢地挑戰(zhàn)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，打破慣性思維，運(yùn)用科學(xué)有效的設(shè)計(jì)創(chuàng)新，設(shè)計(jì)出更符合時(shí)代、更先進(jìn)、更好地為社會(huì)和人民服務(wù)的機(jī)械產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)

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