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浅析现代机械设计

发表时间：2021/4/22 来源：《基层建设》2020年第33期作者：戴冲

[导读] 摘要：所谓的机械设计，是指根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式，各个零件的材料和形状尺寸，润滑方法等进行构思，分析和计算并将其转化为具体的描述，以作为制造依据的工作过程。

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        摘要：所谓的机械设计，是指根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式，各个零件的材料和形状尺寸，润滑方法等进行构思，分析和计算并将其转化为具体的描述，以作为制造依据的工作过程。本文就现代机械设计的特点及设计原则进行阐述，并提出自己的观点。
        Abstract: the so-called mechanical design means to conceive the working principle, structure, movement mode, force and energy transfer mode of the machine, the material and shape size of each part, and the lubrication method according to the use requirements. the working process is analyzed and calculated and transformed into a specific description, which can be used as the basis for manufacturing. This paper expounds the characteristics and design principles of modern mechanical design, and puts forward its own point of view.
        关键词:现代机械；设计；机械工程；特点原则
        机械工程的工作对象是动态的机械，机械是现代社会进行生产和服务的五大要素之一。机械是现代社会的一个基础，任何现代产业和工程领域都需要应用机械。而机械设计是机械工程的重要组成部分，是机械生产的第一步，是决定机械性能的最主要的因素。机械设计方面包括：力学、机械制图、机械制图的相关软件、机械设计、机械原理、互动性与技术测量、液气压传动与控制以及机电一体化控制设计。
        一、现代机械设计的内涵
        现代机械设计是在传统的设计方法上的继承、创新和发展，是一门多专业和多学科交叉，其综合性很强的基础技术科学，即将机械技术、微电子技术、信息技术、控制技术等在系统工程的基础上有机地加以综合，实现整个机械系统的最佳化。若从系统的观点分析，现代机械设计是一个由时间维、逻辑维和方法维共同组成的三维系统：时间维。是反映按时间顺序的设计过程，分为产品规划、方案设计、技术设计和加工设计四个阶段；逻辑维。是解决问题的逻辑步骤，在现代机械设计过程中解决问题的合理步骤是：分析一综合一评价一决策；方法维。是指设计过程中的各种思维方法和工作方法。现代机械设计采用各种先进的设计理论、方法和工具。使机械设计进入高效、优质和创新的新时代。
        二、现代机械设计的特点
        各个领域科学技术的发展，都是现代机械设计理论和方法发展的基础，这里包含哲学、思维科学、心理学和智能科学的研究成果；现代应用数学、物理学与应用化学等基础科学领域的研究成果；机械电子学、控制理论与技术、检测技术和自动化领域的研究成果；特别是电子计算机的广泛应用和现代信息科学的发展，造就了现代设计技术的理论方法体系，使现代的机械设计建立在与传统方法迥然不同、全新的层次之上。与传统的机械设计相比，现代机械设计有以下一些具体的特点。
        1、传统的机械设计中，灵感和经验的成分占有很大的比重，思维带有很大的被动性。但是今天，技术的飞速发展和市场竞争的激烈化，要求人们不断地提出大胆的设想和新的开发目标，要求运用现有的最新技术去创造出前所未有的产品。传统设计过程明显地不能适应这一要求。

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      2、传统的机械设计偏重于强度准则，现代的优限单元法、断裂力学等领域的研究成果，进一步强化了人们强度设计的能力。在此基础上，现代机械设计的准则拓宽到产品设计的更多领域。
        3、传统的机械设计着重于实现机械本身预定的功能，现代机械设计则要求把对象置于大系统中，进行系统的设计，将预定功能在人-机-环境之间进行科学合理的分配。对人开展了深入地生理学、心理学研究，要求在人与机之间做出最佳的界面设计。还要考虑机械从原材料提取、加工装配、投入使用，直到报废回收全生命周期各阶段与环境的关系，保证自然资源与生态的平衡，实现人类的可持续发展。
        4、传统的设计建立在手工操作的基础上，人脑的思维进度在很大程度上被这种缓慢的操作过程所约束，许多原始发生于人脑的三维构思，在传统的设计中必须用抽象的二维图形加以表达，而代表现代机械设计的cad技术则很好地解决了这些问题，技术人员从计算机那里可以很快地获得为进一步思维所必需的理论计算结果和信息；大量的绘图工作有计算机代理；屏幕上的三维图形可以直接与人脑中的构思接轨。
        5、传统的机械设计过程往往是根据任务和目标，先做出第一个方案，甚至造出样机，然后通过评定与考核，进行修改，形成第二轮方案，如此反复，直到满意为止。这一设计过程历时长，消耗大，所谓满意往往带有很多的主观性。现代机械设计则可根据各种给定的条件，运用优化设计理论和方法，借助计算机求得最佳设计参数和方案，因此设计的耗费低，周期短，而且科学地反映设计的最佳状态。
        三、现代机械设计原则
        功能满足原则：顾客要购买的不是产品本身而是产品的功能，功能实际上是体现了顾客的某种需要。机械设计的目的是构造能够实现规定功能的机械产品。如果产品不具备要求的功能，设计就会失去价值。满足功能是各类产品设计的首要原则。
        经济合理原则：传统的机械设计原材料消耗大，设计周期长，反复多，浪费严重。现代机械设计要求产品具有较低的开发成本、制造成本、使用成本和维护成本。
        质量保障原则：质量是产品的生命，保证质量是产品设计的重要原则。产品质量主要由性能和可靠性决定，故这类原则主要包括：性能指标、可靠性、强度原则、刚度原则、稳定性、抗磨损性、抗腐蚀性、抗蠕变性、动态特性、平衡特性、热特性等。
        可持续原则：要求考虑产品投放市场后的表现行为，包括环境友好性、环境适应性、人机友好性、可维护性、可安装性、可拆卸性、可回收性等。工艺优良原则：现代机械设计，工艺为本。工艺优良原则要求设计能够并且容易通过生产过程实现，它包括：可制造性、可装配性、可测试性等。现代机械设计是许多学科和领域的技术交融后的捷径，这些技术在现实机械中实现了完美的结合，其前提是相关知识在设计者的头脑中首先实现完美的结合，构成一个有序的知识体系。现代机械设计不可能是个人行为，在设计群体中，所有成员都应掌握现代机械设计的有关知识，这样才能做到相互了解和配合，才能建立全局观念，最终实现现代机械的完美设计。结束语：目前，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的方案设计工具软件。因此，机械设计方法的发展趋势是综合运用系统工程理论、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，以产品方案设计为方向。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。
        参考文献
        【1】丁继斌，封士彩：机械系统设计及其控制技术[m].，北京：化学工业出版社，2007
        【2】魏玉新：现代机械设计的创新方法研究[j]，装备制造，2009