淺談現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法研究及其創(chuàng)新

付建偉 杜志猛

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人類的生產(chǎn)工作能力得到了極大的提升。人類歷史的發(fā)展也是由傳統(tǒng)工作手段逐漸向自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備進(jìn)步。可以說，在現(xiàn)在這個(gè)社會(huì)機(jī)器是輔助人類工作的必不可少的工具?？萍嫉陌l(fā)展速度達(dá)到了前所未有的程度。在這樣的背景下，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法也必須要與時(shí)俱進(jìn)，不斷創(chuàng)新，為生產(chǎn)力提高及更好的服務(wù)大眾做出必要的貢獻(xiàn)。在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法及創(chuàng)新研究的過程中，創(chuàng)新工作的推進(jìn)能夠大大加快現(xiàn)代機(jī)械的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代機(jī)械;設(shè)計(jì)方法;創(chuàng)新研究

目前是科學(xué)技術(shù)高度發(fā)達(dá)的時(shí)代，人們的生活也借助于科技變得日新月異。因此，在這個(gè)追求個(gè)性化以及科技化的時(shí)代。為了進(jìn)一步滿足人們想法和需求的不同，必須對現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法進(jìn)行改良，進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)工作除了設(shè)計(jì)人員必須要對機(jī)械設(shè)計(jì)的原理具有極為扎實(shí)的基礎(chǔ)之外，還需要靈活多變的思維方式，在設(shè)計(jì)理念上積極創(chuàng)新;在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上與產(chǎn)品的功能相輔相成，有機(jī)結(jié)合;在實(shí)現(xiàn)上通過計(jì)算機(jī)設(shè)備進(jìn)行高度融合，設(shè)計(jì)出令人滿意的機(jī)械產(chǎn)品。

1.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新的重要性及途徑

1.1現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新的重要性

機(jī)械設(shè)計(jì)方法的發(fā)展就如同一個(gè)池塘，若長期缺乏活躍且有生命力的活水流進(jìn)來，則會(huì)導(dǎo)致污染日益加劇，最終使這個(gè)池塘喪失生機(jī)。不僅僅是機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)，任何一個(gè)行業(yè)都離不開創(chuàng)新的推動(dòng)。創(chuàng)新就是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展的源動(dòng)力和生命力。離開了創(chuàng)新，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法研究就會(huì)長期缺乏新的生命力，極容易被其他行業(yè)所取代。因此，必須積極響應(yīng)國家號(hào)召，不斷的發(fā)展現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)的研究與創(chuàng)新，開辟出新的機(jī)械設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)思路，做到現(xiàn)代化工業(yè)的多元化發(fā)展，不斷提高我國在機(jī)械設(shè)計(jì)層面的整體能力和研究能力。

1.2現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新的途徑

充分明確現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新的重要性之后，必須將創(chuàng)新工作落實(shí)到實(shí)處。進(jìn)行現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法的創(chuàng)新，首先必須明確自身所具備的能力和資源，對自身有一個(gè)合理且理性的認(rèn)識(shí)。然后充分整合現(xiàn)有一切資源，真正做到物盡其用，將物資的利用率達(dá)到最高。除此之外，在設(shè)計(jì)目標(biāo)的制定上必須要確保所設(shè)計(jì)出來的機(jī)械產(chǎn)品能夠?yàn)閲宜?，為市場所用。最后，必須積極利用國家出具的各種政策，進(jìn)行開源節(jié)流利用政策資源提高自身研發(fā)能力和研發(fā)保障。

2.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論及的方法過程

2.1現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論

傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法是一種比較注重設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)的靜態(tài)化、純手工且被動(dòng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法。而現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法則要求設(shè)計(jì)者必須積極主動(dòng)、動(dòng)態(tài)化、計(jì)算機(jī)化的設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論基于機(jī)械設(shè)計(jì)理論科學(xué)，涵蓋多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)。智能化、信息技術(shù)、離散控制、藝術(shù)等范疇皆包含于其中。對于組成較為復(fù)雜的產(chǎn)品，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)能夠完全發(fā)揮自身的優(yōu)勢，利用控制論方法中的動(dòng)態(tài)分析法，離散論方法中的有限元方法和邊界方法，藝術(shù)論方法中的研究藝術(shù)造型和審美方法等等。通過這一系列現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)方法，能夠幫助設(shè)計(jì)人員充分理解設(shè)計(jì)需求和設(shè)計(jì)目標(biāo)，設(shè)計(jì)出令人滿意的作品?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論基于傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)理論，是對后者的升華與進(jìn)化。要想設(shè)計(jì)出一個(gè)完美的機(jī)械作品，既需要傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，也需要對現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理念的深度理解。

2.2現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法原則及過程

現(xiàn)在機(jī)械設(shè)計(jì)的主要流程可分為四大步驟，分別是前期準(zhǔn)備工作、方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)以及施工設(shè)計(jì)。前期準(zhǔn)備工作主要進(jìn)行實(shí)地調(diào)查和需求分析，并對客戶提出的需求進(jìn)行可行性研究，而后制定可行計(jì)劃。進(jìn)行方案設(shè)計(jì)主要的內(nèi)容包括，對功能需求的總體進(jìn)行分析，并對功能分解進(jìn)行組合，對系統(tǒng)原理進(jìn)行理解和模擬實(shí)驗(yàn)，最終確定最佳的實(shí)施方案。進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)則包含總體設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、選型設(shè)計(jì)。施工設(shè)計(jì)則是對裝配圖紙和零件圖紙進(jìn)行繪制整理，并撰寫相關(guān)技術(shù)實(shí)施方案，嘗試研制和機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)。

3.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法的創(chuàng)新

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)是一個(gè)需要充分發(fā)揮設(shè)計(jì)師想象力以及主觀能動(dòng)性的工作。在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)制造的過程中，設(shè)計(jì)師必須充分利用現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法，理解機(jī)械設(shè)計(jì)理論，并使用計(jì)算機(jī)等輔助工具進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)?，F(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)理論的設(shè)計(jì)模式應(yīng)使用現(xiàn)代的科學(xué)思維進(jìn)行思考，分析整個(gè)設(shè)計(jì)過程。整個(gè)周期必須充分使用現(xiàn)代科學(xué)的方法和工具來進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)整個(gè)設(shè)計(jì)方案具有創(chuàng)造性和新穎性。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，創(chuàng)新則顯得更加重要。創(chuàng)新設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)人員對機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)具有扎實(shí)而可靠的基礎(chǔ)，在設(shè)計(jì)過程中能夠充分發(fā)揮自身有價(jià)值的富有創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)思想。引入人的主觀能動(dòng)性，創(chuàng)造性思維，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)的重構(gòu)，聯(lián)想疊加以及歸納綜合。

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新主要涵蓋兩大方面，一個(gè)是通過創(chuàng)新對現(xiàn)有的機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行改良升級(jí)，提高其可用性，功能性，經(jīng)濟(jì)性等。從消費(fèi)者的角度上出發(fā)，提高產(chǎn)品的性能，確保其能夠滿足人們的日常生活需要。第二個(gè)則是通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出全新的機(jī)器產(chǎn)品，滿足市場的需求。這兩類設(shè)計(jì)創(chuàng)新都離不開創(chuàng)新的思維模式，現(xiàn)代的設(shè)計(jì)技術(shù)以及設(shè)計(jì)工具

3.1機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)步驟

現(xiàn)代機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)步驟主要分為四步。首先，對機(jī)械產(chǎn)品的工作原理的本質(zhì)進(jìn)行研究分析，其次是對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，對其類型進(jìn)行歸類總結(jié);而后對機(jī)械產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)原理，具體尺寸和性能參數(shù)進(jìn)行篩選設(shè)計(jì)，最后則是對需求進(jìn)行綜合分析，并對設(shè)計(jì)的性能進(jìn)行調(diào)優(yōu)。

整個(gè)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的流程可分為產(chǎn)品設(shè)計(jì)任務(wù)及設(shè)計(jì)要求的明確、研究工作原理及本質(zhì)確認(rèn)、機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析類型綜合、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動(dòng)機(jī)理尺度及參數(shù)優(yōu)化、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)、綜合分析以及動(dòng)力學(xué)分析。通過這樣一系列的流程，最終形成一個(gè)技術(shù)實(shí)施方案。

3.2計(jì)算機(jī)技術(shù)的使用

計(jì)算機(jī)是人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ鬟^程中必不可少的重要工具，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)更是離不開計(jì)算機(jī)技術(shù)的支撐和輔助。通過計(jì)算機(jī)技術(shù)的使用，可以令機(jī)械設(shè)計(jì)和工程設(shè)計(jì)的效率得到新的提高。其中，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是進(jìn)行現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的主要計(jì)算機(jī)工具，該軟件其簡稱為CAD。通過CAD，設(shè)計(jì)人員可以方便的進(jìn)行數(shù)字建模，圖形處理以及工程分析工作。將機(jī)械設(shè)計(jì)的物理問題模型轉(zhuǎn)化為數(shù)字模型，采用數(shù)學(xué)知識(shí)及計(jì)算機(jī)知識(shí)對數(shù)字模型進(jìn)行計(jì)算，從而得到最終的設(shè)計(jì)方案。

有限元分析方法是一種利用數(shù)學(xué)近似的方法對現(xiàn)實(shí)物理世界的物理系統(tǒng)進(jìn)行模擬的一種設(shè)計(jì)工具，其簡稱為FEA。該種方法可以充分利用有限數(shù)量的相互作用元素及已知量對未知量進(jìn)行求解的一種系統(tǒng)。由于是簡單問題代替復(fù)雜的實(shí)際問題，因此求解的未知量只能無限逼近近似值?，F(xiàn)實(shí)生活中存在著許多的未知量，極難計(jì)算，通過這樣的工具可以最大程度上將計(jì)算的精度進(jìn)行提高，是目前主流的機(jī)械工程分析設(shè)計(jì)工具。

3.3可靠性設(shè)計(jì)

機(jī)械設(shè)備的可靠性是衡量綜合性能的重要指標(biāo)，也是機(jī)械設(shè)計(jì)工程師長期追求的一個(gè)共同目標(biāo)?？煽啃栽O(shè)計(jì)與常規(guī)設(shè)計(jì)相對應(yīng)，互相促進(jìn)，常規(guī)設(shè)計(jì)可以憑借設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，而可靠性設(shè)計(jì)則是常規(guī)性設(shè)計(jì)的延伸和發(fā)展，通過更科學(xué)的手段對變量之間的關(guān)系進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。機(jī)械設(shè)備的可靠性是多個(gè)學(xué)科，多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的有機(jī)結(jié)合。包含了數(shù)學(xué)中的概率論，數(shù)理統(tǒng)計(jì)，物理學(xué)中的失效物理學(xué)等。在進(jìn)行常規(guī)設(shè)計(jì)的過程中，往往會(huì)涉及到許多的變量，比如壽命、載荷、強(qiáng)度，維修率等等。將常規(guī)設(shè)計(jì)中的變量作為隨機(jī)變量，遵循某種分布規(guī)律，而后使用概率統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，能夠提高其可靠性。

產(chǎn)品的質(zhì)量與其可靠性息息相關(guān)，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，人們對機(jī)械產(chǎn)品性能上的要求也越來越高，因此，必須在確保功能的前提下最大程度上提高其可靠性。

結(jié)束語：

相較于傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及實(shí)現(xiàn)過程等多方面都具備明顯的優(yōu)勢，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)是與多個(gè)學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行有機(jī)結(jié)合的成果，這為機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新奠定了堅(jiān)實(shí)可靠的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭琳.智能制造時(shí)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化技術(shù)研究[J].科學(xué)與信息化，2021（9）：69.

[2]季永欣.現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)的構(gòu)成及其控制方法研究—在組合模型上的應(yīng)用[D].云南：昆明理工大學(xué)，2005.

[3]周凌撥.現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].商品與質(zhì)量，2017（3）：179.

[4]尤小梅.科學(xué)發(fā)展觀指導(dǎo)下產(chǎn)品各設(shè)計(jì)階段的創(chuàng)新研究及其應(yīng)用[D].遼寧：東北大學(xué)，2011.