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现代机械设计方法研究刘晨

发表时间：2020/7/3 来源：《基层建设》2020年第6期作者：刘晨

[导读] 摘要：人类科学技术水平的加速发展，特别是计算机软硬件性能的持续提高，以及计算机技术对各行各业全面深入的渗透，各技术领域的思维、观念和方法不断得以更新。

        浙江兰溪市海钜智能装备有限公司浙江兰溪 321100
        摘要：人类科学技术水平的加速发展，特别是计算机软硬件性能的持续提高，以及计算机技术对各行各业全面深入的渗透，各技术领域的思维、观念和方法不断得以更新。机械设计作为一个具有几百年历史的技术领域，也在世界科技进步的大潮中获得了新生。目前，计算机辅助产品的设计绘图、设计计算、加工制造、生产规划已得到了比较广泛和深入的研究，并初见成效。
        关键词：现代机械设计；系统化；结构模块化；产品特征；智能化
        一、现代机械设计概述
        1、现代机械设计的内涵
        当前，随着我国经济、科技的发展迅速，产品技术的发展不再单纯依赖于设计者的思想灵感或经验技术，而是逐渐发展成为一门科学，并且是以知识为基础，具有科学设计手段的现代机械设计技术。随后，现代机械设计又引进了多种不同的设计方法理念，例如系统科学、信息科学、计算机技术等，这些都为我国的机械设计理念增色不少。
        2、现代机械设计的特点
        现代机械设计种类繁多，其结构也越来越复杂。现代机械设计可以从实现功能的角度来考查，其中包括系统功能、传统功能、执行功能和操作功能等，这些功能都可以用来协助机械的运作，每一种功能都有其自身的特点。现代机械设计方法一般都是凭借计算机网络或其他一些现代化机械设备，引进先进的现代化设计理念及方法，创造出具有现代化机械设计特点的作品。现代机械设计的主要工具也是计算机，如利用计算机计算、分析、绘图等，可以大大提高现代机械设计的效率。
        二、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高速运算和快速绘图的强大功能为工程设计及产品设计服务，彻底改变了传统的手工设计绘图方式，极大地提高了产品开发的速度和精度，使得科技人员的智慧和能力得到了延伸。它把计算机所具有的运算快、计算精度高、有记忆、逻辑判断、图形显示以及绘图等特殊功能与人们的经验、智慧和创造力结合起来，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系统包括硬件系统和软件系统两大部分。硬件系统是计算机辅助设计技术的物质基础；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。硬件和软件的组合形成了CAD系统：1）软件可分为系统软件、支撑软件和应用软件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，主要包括操作系统和数据通信系统等；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，亦称为软件开发工具；4）应用软件是用户利用计算机以及它所提供的各种系统软件和支撑软件，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：根据程序框图来编程；4）程序调试：程序编好后，先仔细检查源程序，然后将其输入计算机进行试算，再对程序适用范围的边界、转折点进行试算，要求与手算结果完全吻合。
        三、系统化机械设计方法
        传统的机械设计比较关注产品的功能，对于其他方面的关注度则比较低。现代机械设计则打破了传统机械设计的理念，在机械设计的过程中使用了很多先进性的技术，从而使得现代机械设计逐渐向系统化的发现发展，设计出的机械产品更加先进。

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机械设计的实质就是通过对现有机械产品的改造来提高机械产品的性能。而改造的方式和手段是多种多样的，可以改变机械产品的结构，可以使用新的技术等，但无论是哪一种方式都可以带来巨大的效益。也正是因为现代机械设计具有这样的优势，它才能获得快速的发展，成为促进工业发展的源动力之一。
        现代科技的不断发展，使得人们对于机械产品的要求不断提高，进而使得机械产品的结构愈加复杂、更新换代的速度不断加快。在这种背景下，机械设计面临着巨大的挑战。虽然机械设计的手段有很多，但其中有很多机械设计的方法和手段已经不能满足时代发展的需要。
        系统化的机械设计方法和普通的机械设计方法和手段不同，系统化的设计方法是多种机械设计方法的统称，是将机械设计理念从抽象概念转化为具体内容的一种方法。采用系统化机械设计方法需要对设计过程进行细分，将其分成不同的层次，并且要明确每一层的具体任务和目标，从而按照由浅到深的原则逐渐将抽象的设计理念具象化。相比于其它的机械设计方法而言，系统化机械设计方法也具有一定的特点。其中最为突出的特点就是将机械设计过程看成是由多个子过程组合成的一个系统。而系统化机械设计的过程则是针对这些子系统进行设计。但在进行子系统划分时还应掌握一定的技巧。第一，子系统划分的数量要控制在合理的范围内，过多或者过少都不利于设计工作的进行：第二，在选择子系统分界点时应尽量选择一些要素组成比较简单的地方：第三，要保证机械系统工作时涉及到的物流、信息流处于流通状态，不能出现物流、信息流中断的现象；第四，在进行子系统划分时应明确每一子系统的具体功能和想要实现的目标。而且还应根据具体的功能要求对子系统进行分解，直到不能再分为止。
        四、智能化设计方法
        智能化设计方法的主要特点是：根据设计方法学理论，借助于三维图形软件、智能化设计软件和虚拟现实技术，以及多媒体、超媒体工具进行产品的开发设计、表达产品的构思、描述产品的结构。在利用数学系统理论的同时，我们考虑了系统工程理论、产品设计技术和系统开发方法学VDI2221，研制出适合于产品设计初期使用的多媒体开发系统软件MUSE。上述各种方法并不是完全孤立的，各类方法之间都存在一定程度上的联系。
        机械产品的方案设计正朝着计算机辅助实现、智能化设计和满足异地协同设计制造需求的方向迈进，由于产品方案设计计算机实现方法的研究起步较晚，目前还没有成熟的、能够达到上述目标的方案设计工具软件。我认为，综合运用文中四种类型设计方法是达到这一目标的有效途径。虽然这些方法的综合运用涉及的领域较多，不仅与机械设计的领域知识有关，而且涉及系统工程理论、人工智能理论、计算机软硬件工程、网络技术等各方面的领域知识，但仍然是产品方案设计必须努力的方向。
        五、我国现代机械设计理论和方法的发展方向
        随着市场需求的多元化与产品质量标准的不断提高，我国现代机械设计理论方法的发展也在不断的发生变化。总体来说，我国现代机械设计理论方法将在以下几个方向进行发展：1）在性能上向高精度、高效率、智能化的方向发展；2）在功能上向小型、轻型、多功能化方向发展；3）在层次上向集成化方向发展。具体来说，我国现代机械设计理论方法的发展机械设计对象由单机走向系统，设计要求由单目标走向多目标，产品设计周期缩短；设计所涉及的领域由单一领域走向多个领域；产品设计由自由发展走向有计划的发展；设计工作的人员从单人走向小组；设计的发展要适应科学技术的发展；绿色设计思想。
        六、结束语：
        随着现代机械设计理论的更新，现代机械设计技术也将会不断进步，现代机械产品的高性能高质量实用环保是现代设计方法先进性、科学性的最好体现。加强对现代机械设计理论方法的研究力度，促进机械设计水平的提高，对我国制造行业和国民经济的发展有着重要意义。
        参考文献：
        [1]黄乾欢，柴睿，黄磊.现代机械设计方法初探[J].中国科技信息，2014