浅析现代机械设计技术与方法进展

摘要：机械设计是机械设备开发过程最重要的—个环节，其设计效果的好坏直接影响机械设备的最终使用情况。摸索出先进实用的设计理念与设计方法对机械设备的设计工作的开展有很大的推进作用，因而使得机械设计技术备受科研人员和企业的高度重视。

1 现代机械设计方法的发展过程及其面临的形势

1.1 现代机械设计方式的发展历程

迎合科学技术的发展是现在机械设计理念的重要要求，实现机械设计工作的现代化标准。同时要求机械设计的产品质量得到保障，进一步加快机械设计产业链条的生产速度，逐步摸索出了对现代机械设计的方法，形成了相关的理论与实践基础。将这样的理论实践基础与传统的机械设计向结合，形成了当前的设计方法，也即现代机械设计方法。由于机械设备的设计和设计方法存在已久，对于机械设计的形成，可以分为传统设计方法和传统设计理论，它的存在仅有100多年的历史。由于传统的机械设计方法存在着诸多的局限性，导致其已经逐渐的推出了机械设计的历史舞台。随着社会经济环境的不断发展，人们的生活水平也得到了显著提升计算机科学也得到了广泛地普及和应用，以致人们对设计的要求更加的严格，这使得人们对现代机械设计理念的产生了巨大的转变。传统的经验设计方法向现代化的设计理念发展，全面利用优化设计、计算机辅助设计和机械仿真模拟等方法进行更加精确的计算和图形显示进而使机械设计更加的人性化合理化。

1.2 现代机械设计所面临的形势

对于现代机械设计来说它所面临的主要形势为：设计领域逐渐由单一性趋向于多元化发展，机械领域多学科渗透，机械设备的设计由单机转向系统，从业人员由原来的单人扩大到群体合作分工明确，产品的更新速度加快，出产的设计更加稳定，面对当今先进的科技技术发展有进一步对现代化机械设计理念提出了全新的设计要求。

2 现代机械设计方法的特征

2.1 与传统机械设计方法的对比

对于传统的机械设计过程我们可以把它分为：分析和方案优化、评价修改、绘制图样和撰写文件、问题综述、产品需求调查、问题归纳定义。传统的机械设计依赖于设计人员或者行业经验以及类比，而当今的机械设计则上升到理性逻辑以及系统的方式。由于传统的机械设计方法存在着很多的局限性：利用经验类比进行数据的分析，致使机械设计的水平低下；人员通过试凑的方式得到参数以致设计的指标不准；采取静态假设为基础，致使机械的设计成功率低，花费较大，而且对于信息的反馈周期较长效率差。对于现代机械设计来说是以传统的机械设计为基础进行继承和发展的，期间现代设计又将系统科学引入机械设计，这使得机械设计的技术水准更加准确，技术水平更为先进。所需要设计的产品被视为一个总的系统，在CAD的基础上使得从事设计的人员、计算机和现场工况等有充分的互相促进；也就是把一个设计产品划分为几个部分，在当今的设计理念和方法基础上，在各部分独自设计基础上，最终协调配合，完成整个系统的设计。就目前而言，我们可以看出现代机械设计技术是一门综合性强、多学科交叉渗透的基础科学，它将信息技术、机械技术、设计方式、控制技术等通过系统的工程设计把它们更加有效的结合，最终通过系统的结合实现整个机械设计技术的最有配置。

2.2 现代机械设计方法分类

现代机械设计的方法可从多层面多角度进行划分。

2.2.1.从机械的工程学角度分类：机械模具设计方法、机械材料设计方法等。

2.2.2.从其是否成熟得到应用分类：应用计算机数据设计、模型一优化设计、机电一体化设计等：

2.2.3.从其涵盖范围的角度对现代机械设计方法进行分类：可分为狭义设计类和广义设计类。

2.3.机械设计的两类现代机械设计方法

2.3.1.专业的现代机械设计方法

随着现代科技技术的不断进步和高速发展，由计算机系统专业从业人员和专业的机械设计人员共同协作开发设计的计算机应用软件，使的该应用软件可以快速准确的反应机械产品在工况中的损伤、失效以及破坏机理，根据这些数据定量出针对各零件和机械的动态行为的分析，形成稳定的机械设计程序，即专业的现代机械设计方法。例如：摩擦学设计、强度设计和温度场分析等。

2.3.2.通用的现代设计方法

伴随着计算机技术的应用与普及，为了进一步使产品的设计满足机械性能的需求，厂家在进行机械设计时需要应用计算机技术进行数据分析和机械的辅助设计，这被称为通用的现代机械设计方法。传统的设计停留在静态设计的水平上，基本依靠机械设计人员的经验，对于设计产品的定量分析比较困难，对于产品完成后的工况不能有动态的反应。而计算机辅助设计的产品是在随机动态条件下完成的，定量设计是机械设计的发展方向。这些主要包括的内容有可靠性、最优化、专家系统、仿真和CAD图形分析。

3.计算机辅助机械设计方法

CAD（ComputerAidedDesign，即计算机辅助设计）是计算机技术运用于工程设计的产物，这项技术既发挥了计算机的快速运算能力，也节省了工程制图的时间成本，很大程度上使得工业设计的周期得到缩短，同时绘图的精度也得到了很好的改善。使得工程设计人员有更多的精力放在相关的创意上，很好地解放了工程人员的大脑。考虑所设计产品整个生命周期的运行工况，考虑其裁量强度以及各机械部分的损伤，通过有限元法以及数学规划的方法来达到整个产品设计的目标，既极大地降低了设计时间，又保证了产品设计的可靠性。CAD作为一项计算机基础上的新兴技术，必然要以硬件系统和软件系统为基础，软件则需要有系统软件，支撑软件和应用软件三部分；其中系统软件为了很大的统筹管理计算机资源，完成管理控制和数据通信的功能，支撑软件则是为了便于软件开发者开发应用软件，或者用户依据自身需求对软件进行二次开发；应用软件是用户或者开发者为了所确定的需求开研制的具有特定功能的程序。

而对于计算机辅助设计的机械设计来说，一般过程为：a）建立数学模型，常用的机械零件都有比较成熟的数学模型，对于没有的，则首先要建立其模型；b）设计程序框图，程序框图则是人工设计及计算的步骤来实现；c）使用相应的高级语言编程；d）调试，在经过上一个步骤之后，还需要使程序进行检验性计算，甚至是边界、转折点的计算，要就与手算结果基本相符。

4.现代机械设计的发展趋势

4.1.智能化

随着人工智能的快速发展，计算机辅助设计也随之有了很大的进步。基于范例推理和约束满足的工程设计新方法使得CAD软件有了一定程度的智能性。而专家系统可以对于在设计周期中进行方案综合与设计评价。计算机技术在不断地发展，而现代机械设计也在变得智能化、集成化。计算机正在变得日渐通用，不但可以用来进行对于工程零件的机械设计，还可以经由模型来描述机械产品的各种工况，在智能化的基础上，为设计的工程零件的整个生命周期都有很好地把握。

4.2.注重环保

当前，随着环境问题正在变得日益严峻，人们的环保观念也在变得越来越强。反映在工程设计行业中，人们开始逐步推行了绿色设计的环保理念，也即在整个工程设计周期中，注重所设计产品的环境属性，在达到环保目标后，尽量追求产品的功能可靠、质量稳定以及性价比等目标。环保设计出的产品既要有所需功能，又要使得对人与环境的危害降至最低。环保设计理念是人与自然和谐相处，改造自然同时注意保护环境，这是科技发展的必然，这样既能很好地控制企业的风险，又能迎合消费者的需求，增强市场竞争力。

5.结语

随着计算机技术运用于机械设计的不断进步，机械设计有了质的变化，很好地结合了计算机技术的强大运算能力与图形处理技术，节省了人力，提高了工程设计的产品质量，很好地减少设计时间，开发成本也得到了有效控制，在一定程度上使得产品的竞争力得到提高。计算机辅助设计的发展趋势也变得智能化、注重环保、系统和量化；而随着更深一步与计算机技术的结合，机械设计的内容正在变得更加丰富，而得到的产品也会更加的富有解放人力后的富有新意和精确。

参考文献：

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作者简介：姜亦祥（1974.10.31），男，汉族，大学，讲师，山东寿光，机械制造方向。