陈卓其
广东省东莞市寮步镇小坑村达成机械设备制造有限公司
摘要：作者主要从事机械设计。作者主要从现代机械设计的特点、现代机械设计方法的种类、计算机辅助机械设计方法、系统化机械设计方法。介绍了题目，本文旨在同行探讨学习，共同进步。
关键词：特点；种类；械设计方法
一、现代机械设计的特点
现今机械种类很多，结构也愈来愈复杂。但从实现系统功能的角度上看，它主要包括传动系统、动力系统、执行系统、控制系统及操纵等，每个系统又可依据需继续分解为更小的子系统。目前机械设计有其鲜明的特点，即不但要求设计对机械的工作原理、运动方式、结构、能量和力的物流技术、传递方式、各零部
件的材料、尺寸、形状、润滑方法等进行构思、计算、分析，并且还需要融通多门科学知识，如创造性工程、仿生学、美学、机械电子学、控制论、价值工程、机械电子学等，使设计出的产品在市场中具有竞争力。
二、现代机械设计方法的种类
2.1 优化设计
机械优化设计是最优化技术在机械设计领域的应用和移植，其基本思想是依据机械设计的标准规范和理论方法等建立反映符合数学规划要求和工程设计问题的数学模型，然后采取数学规划方法和计算机数字处理技术自动找出设计问题的最优方案。不仅可行，并且最优，是机械优化设计追求的目标，可行性方案的建模与提出是优化设计的基础。常用优化处理方法有：线性优化法、一维搜索法、非导数优化法、导数优化法等。常见优化软件有ANSYS、MATLAB等。
2.2 并行设计
传统的设计方法是依照制造、设计等过程串行进行，设计阶段很少考虑设计以后的问题，这种设计方法使产品设计与以后的制造，使用，维修等环节相互脱节。并行设计是在产品开始设计时，就考虑到产品从设计到使用过程中整个寿命周期的所有元素，产品的设计过程和加工制造、工艺设计和销售等各个阶段并行地进行，实行集成开发，力争使所设计的产品具有较高的综合性能。
2.3 可靠性设计
可靠性是指产品在规定的时间和规定的条件内，完成规定功能的能力。可靠性设计是对结构和系统进行可靠性预测和分析，采取简化结构和系统、可维修设计和裕度设计等措施以提高结构和系统可靠度的设计。它不仅直接反映产品各组成部件的质量，并且还影响到整个产品质量性能的优劣。可靠性分为使用可靠性、固有可靠性和环境适应性。可靠性的度量指标一般有无故障率、可靠度、失效率三种。
2.4 模糊设计
机械设计领域普遍存在模糊性现象，例如产品性能的坏与好、使用寿命的短与长、可靠性的低与高等，都是一些模糊量。模糊设计是把模糊理论引入到设计领域中而形成的一种崭新的设计方法。模糊设计不是建立在对系统进行精确的数学分析基础上，而是依据模糊性的实际经验确定设计参数。模糊设计通常是与别的设计方法相结合，处理设计中的不确定性因素，使设计方法更加完善、合理。
2.5 摩擦学设计
摩擦学是研究具有相对运动表面磨损、摩擦与润滑理论的一门学科。摩擦学设计就是充分运用摩擦学知识，合理设计机械零部件，采取先进工艺和材料，正确选用装置和润滑方式，减小机械设备的摩擦损耗，降低失效时间延长产品寿命，提高设备的运行可靠性和工作效率。尽管摩擦学问题普遍大量存在于所有机械设备中，但以往机械设计很少考虑摩擦学问题。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆摩擦学设计是继运动学设计、强度设计之后又一重要的设计内容。
2.6 参数化设计
参数化设计分为两个部分，为参数化修改引擎和参数化图元。参数化设计中的图元都是以构件的形式出现，这些构件之间的不同，是通过参数的调整反映出来的。参数化修改引擎提供的参数更改技术使用户对机械设计做的任何改动都可以自动在其他相关联的部分反映出来，使每一个机械零件都通过一个变更传播引擎互相关联。参数化设计可大大提高模型的修改和生成的速度，在产品的系列设计、相似设计及专用CAD系统开发方面都具有较大的应用价值。
2.7 智能设计
智能设计是指应用现代信息技术，采用计算机模拟人类的思维活动，提高计算机的智能水平，从而使计算机能够更好、更多地承担设计过程中各种复杂任务，成为设计人员的重要辅助工具。前些年智能设计仅仅停留在计算机辅助设计即CAD水平上，计算机的不断发展而产生的基于知识库的专家系统以及具有联想记忆功能和自学习功能的人工神经网络技术得到迅速发展，推动智能设计迈上新台阶。
2.8 虚拟产品设计
是指在不生产实物产品的状况下，利用计算机技术在虚拟状态下设计、制造、构思、测试和分析产品的设计方法，它建立在用计算机完成产品整个开发过程的基础上。工程师完全是在计算机上建立产品模型，对模型进行分析，然后改进产品设计方案，用数字模型代替实物原型，进行试验、分析、改进原有的设计。这样通常只需要制作一次最终的实物原型，使新产品开发一次获得成功。快速原型即ＲP技术是虚拟产品设计的主要技术手段，目前，已发展到快速模具制造即ＲT 技术。
三、计算机辅助机械设计方法
计算机辅助设计（Computer Aided Design，简称CAD）技术是电子信息技术的一个重要组成部分。这一新兴学科能充分运用计算机快速绘图和高速运算的强大功能为产品设计服务及工程设计，彻底改变了传统的手工设计绘图方式，大大地提高了产品开发的精度和速度，使得科技人员的能力和智慧得到了延伸。它把计算机所具有的计算精度高、逻辑判断、运算快、有记忆、图形显示以及绘图等特殊功能与人们的智慧、经验和创造力结合起来，从而减轻设计人员的体力劳动，提高设计质量，缩短设计周期。CAD系统包括软件系统和硬件系统两大部分。软件系统是计算机辅助设计技术的核心，它决定了系统所具有的功能。硬件系统是计算机辅助设计技术的物质基础；软件和硬件的组合形成了CAD 系统：
1）软件可分为支撑软件、系统软件和应用软件3 个层次；
2）系统软件对计算机资源进行自动管理和控制，它处于整个软件的核心内层，主要包括数据通信系统和操作系统等；
3）支撑软件是帮助人们高效率开发应用软件的软件工具系统，也称为软件开发工具；
4）应用软件是用户利用计算机及它所提供的各种支撑软件和系统软件，自行编制的用于解决各种实际问题的程序。
计算机辅助机械设计的一般过程包括：
1）建立数学模型：一般机械零件基本都有现成的数学模型，但对没有数学模型的则首先要建立正确的数学模型；
2）设计程序框图：程序框图根据手工计算的步骤来设计；
3）用高级语言编制程序：依据程序框图来编程；
4）程序调试：程序编好后，先仔细检查源程序，再将其输入计算机进行试算，再对程序适用范围的转折点、边界进行试算，要求与手算结果完全吻合。
四、系统化机械设计方法
现代机械设计已经突破传统的机械设计只重视机械产品单纯能实现预期功能的要求，使机械设计向自系统化、柔性化、信息化和智能化的方向发展。从系统的观点出发，机械系统设计以及其控制技术把原有机械产品的功能、性能以及制造技术提高到一个崭新的水平，甚至使原有的机械产品结构发生变化，所带来的社会效益和经济效益是巨大的。
所以机构产品的系统化设计以及其控制技术是机械工业发展的必然趋势，也是用新兴技术改造传统机械工业的有力措施。科学技术的飞速发展，产品功能要求的复杂性增加、日益增多、更新换代速度加快、寿命期缩短。然而，产品的设计，尤为机械产品方案的设计手段，则显得力不从心，跟不上时代发展的需要。
目前，计算机辅助产品的设计绘图、加工制造、设计计算、生产规划已得到了比较深入和广泛的研究，并且初见成效，而产品开发初期方案的计算机辅助设计却远远不能满足设计的需要。系统化设计方法的主要特点是：将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，各个要素间存在着有机的联系，每个设计要素具有独立性，并且具有层次性，所有的设计要素结合之后，即可实现设计系统所需要完成的任务。在系统化机械设计过程中，为使设计工作更为科学合理，常把一个机械系统分解为若干个相联系的比较简单的子系统，可使分析和设计比较简便。依据需要和可能，各子系统还可再分解为更小的子系统，依次分解，直至能进行适宜的分析和设计。
结束语：
机器的性能品质不但取决于机器装配质量和零件制造质量，更取决于机械设计质量。传统的常规机械设计方法有理论计算设计、模型实验设计、经验类比设计等，在复杂设计条件下往往受到局限，现代设计方法的推广应用势在必行。
参考文献：
[1]邹德平.普通高校专业计算机房的管理模式[J].山东工商学院学报，2005（2）.
[2］赵松年.现代设计方法学［M］．北京：机械工业出版社，2010．
[3］孙靖民．机械优化设计［M］． 北京：机械工业出版社，2004．
论文作者:陈卓其
论文发表刊物:《基层建设》2015年20期供稿
论文发表时间:2016/3/17
标签：机械设计论文; 方法论文; 系统论文; 产品论文; 机械论文; 可靠性论文; 摩擦论文; 《基层建设》2015年20期供稿论文;