有哪些现代机械设计方法 现代机械设计方法探究

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现代机械设计方法探究

郭鹏程 程 成

辽宁际华三五二三特种装备有限公司，辽宁 铁岭 112600

摘要：只有掌握好现代科学知识, 运用好现代的科学技术和工具, 保持创新意识, 才能为工业企业的发展和竞争创造一个较宽松的技术环境。既然现代机械设计与传统的机械设计相比, 已经发生了很大的变化, 当然也就必须改革以往的传统教学模式, 才能培养出真正的高素质人才, 以适应现代机械设计的需要。 关键词：现代机械；设计方法；理论；研究 中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1671-5780(2015)19-0169-01

1 导言

机械工程作为一门古老学科, 只有不断地与当代先进的科学技术紧密结合, 才能促进自身不断地向前发展和进步。现代机械的主要特征是什么, 现代机械设计与传统机械设计有何不同之处, 是每一位现代机械设计者必须首先要掌握的问题

2 现代机械设计概述

2.1 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。

2.2 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。

3 结构模块化设计方法

从规划产品的角度提出：定义设计任务时以功能化的产品结构为基础，引用已有的产品解（如通用零件部件等）描述设计任务，即分解任务时就考虑每个分任务是否存在对应的产品解。这样，能够在产品规划阶段就消除设计任务中可能存在的矛盾，早期预测生产能力、费用，以及开发设计过程中计划的可调整性，由此提高设计效率和设计的可靠性，同时也降低新产品的成本。Feldmann 将描述设计任务的功能化产品结构分为四层：3.1产品→3.2功能组成→3.3主要功能组件→3.4功能元件。并采用面向应用的结构化特征目录，对功能元件进行更为具体的定性和定量描述。同时研制出适合于产品开发早期和设计初期使用的工具软件STRAT 。

这种方法认为专用机械中多数功能可以采用已有的产品解，而具有新型解的专用功能只是少数。

这种方法提倡在产品功能分析的基础上，将产品分解成具有某种功能的一个或几个模块化的基本结构，通过选择和组合这些模块化基本结构组建成不同的产品。这些基本结构可以是零件、部件，甚至是一个系统。理想的模块化基本结构应该具有标准化的接口（连接和配合部），并且是系列化、通用化、集成化、层次化、灵便化、经济化，具有互换性、相容性和相关性。我国结合软件构件技术和CAD 技术，将变形设计与组合设计相结合，根据分级模块化原理，将加工中心机床由大到小分为产品级、部件级、组件级和元件级，并利用专家知识和CAD 技术将它们组合成不同品种、不同规格的功能模块，再由这些功能模块组合成不同的加工中心总体方案。

这种方法以设计为目录作为选择变异机械结构的工具，提出将设计的解元素进行完整的、结构化的编排，形成解集设计目录。并在解集设计目录中列出评论每一个解的附加信息，非常有利于设计工程师选择解元素。

根据机械零部件的连接特征，将其归纳成四种类型，元件间直接定位，并具有自调整性的部件；结构上具有共性的组合件；具有嵌套式结构及嵌套式元件的连接；

具有模块化结构和模块化元件的连接，并采用准符号表示典型元件和元件间的连接规则，由此实现元件间联接的算法化和概念的可视化。

在进行机械系统的方案设计时，用“功能建立”模块对功能进行分解，并规定功能分解的最佳“粒化”程度是功能与机构型式的一一对应。“结构建立”模块则作为功能解的选择对象，以便于实现映射算法。

4 现代机械设计方法

进入21世纪以来“, 现代设计方法”已经发展成为一门新的学科或一个新的技术领域, 相当时髦, 应用广泛。

“现代设计方法是对应于传统设计方法”而提出与发展的, 为一种大概念, 有大的范畴, 其下位可有现代机械设计方法、现代模具设计方法等。

《中国机械设计大典》第1 卷第1 篇总论的前言中指出, 什么是“现代设计方法”，很难有一个明确的界限来划分“现代设计方法”和“传统设计方法”之间的区别。“这是因为传统的设计方法会不断发展, 注入新的内容和活力; 而新近涌现出来的设计方法, 可能因为迅速和大面积的普及而被认为是很一般的设计方法”。

目前, 最具权威的《中国机械设计大典》第1 卷“现代机械设计方法”选列了设计方法中的十个题目, 然而它们是创新设计、生命周期设计、有限元设计、虚拟设计、优化设计、稳健设计、并行设计、智能设计、机电一体化设计和计算机辅助设计。

5 结论

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。综合运用文中四种类型设计方法是达到这一目标有效途径。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。

参考文献

[1]邱宣怀等编著. 机械设计[M].北京：高等教育出版社，2007

[2]华同曙. 浅谈现代机械设计的特点及其教育模式[J].江苏石油化工学院学报，2002,3(3):53

[3]中国机械工程学会中国机械设计大典编委会. 中国机械设计大典:第1 卷:现代机械设计方法[M].南昌:江西科学技术出版社, 2002

2015年19期 169