现代机械设计方法分析

罗煜林

(湖南文理学院芙蓉学院机械工程,湖南常德 415000)

现代机械设计方法分析

罗煜林

(湖南文理学院芙蓉学院机械工程,湖南常德 415000)

计算机应用于机械产品的设计与研发是顺应科学技术快速发展的必然要求,也是机械产品现代化设计理念的重要标志,计算机在机械产品设计领域的广泛应用也促使机械设计技术、机械设计原理、机械设计方法发生了质的变化,同时也促进了机械产品在生产运用中的智能化和自动化,本文以现代机械设计理念为出发点,着重分析阐述不同现代设计方法的应用原理。

机械产品 现代设计 计算机

1 现代设计理念概述

所谓设计就是根据一定的设计目的和产品应用要求，借助一定媒体将软性思维转化为相关产品信息、产品模型的过程。因此，机械产品的设计必须具有目的性、结构性和严谨性，而现代设计是基于提高设计速度和设计水平为出发点，将智能化和自动化充分运用于产品设计与研发当中的一种设计方法。因此，机械产品现代设计理念的特点就是智能化和自动化。在上世纪80年代以前，我国在设计领域中的一些设计技术、设计方法、设计理念相比国际上相对落后，对于一些先进科学技术的应用知之甚少，而为了强调设计技术的变革，通常把我国过去常用的设计称为传统设计，而把国际上兴起的新兴设计技术称为现代设计。经济的快速发展必然要求生产效率的提高，而生产效率的提高必须要将新兴科学技术充分运用于生产领域中，因此机械产品功能的多样性、机械产品结构的复杂性、机械产品使用寿命的长期性必然会给机械设计提出时代课题。随着科学技术的高速发展，在产品设计绘图、加工制造等方面的研究已经取得了一定的成果，但计算机在产品初期设计中的应用却少之又少，因此计算机在设计中的应用是机械产品现代设计方法的必然选择。

2 机械产品现代设计方法类型

2.1 系统化设计方法

所谓系统就是整体与部分之间相互联系、密不可分的一种构成方式。同时，每个组成部分又具有独立性，每个组成部分发挥的作用也不尽相同，这些不同的作用对于整体而言又是必不可少的，正是由于不同元素之间的相互作用，才维持了整体作用的持续发挥。系统化设计方法正是对系统原理的充分体现，系统化设计方法理论源于德国学者Pahl和Beitz教授，我国多学着在设计实践中充分借鉴西方国家设计理念，同时根据我国实际情况对系统化设计理论不断进行深化，一是从产品开发过程的宏观性为出发点，根据用户需求，利用质量功能布置法，以产品开发阶段技术要求为目标，系统地将客户需求转化为实际产品功能。二是借助生命系统理论将产品视作为层次分明的生命系统，在产品设计过程中进行层次上的划分，以达到产品功能结构的系统性。设计就本质来说是产品要求和设计者自身思想的有效结合，因此不同设计者对待同一产品会有不同的角度和思路，总的来说，具有代表性的系统化设计方法主要包括设计元素法、图形建模法、“构思”—“设计”法、矩阵设计法、键合图法等等。

2.2 结构模块化设计方法

结构模块化设计方法是从规划产品的角度出发而提出的，而这种方法的设计任务又是以产品结构为基础，利用产品通用零部件来确定设计任务，同时在分解设计任务时就要充分考虑好不同零部件之间存在的作用冲突，解决好矛盾，同时还要及早预测生产能力和费用，由此来提高设计效率，从而降低产品研发成本。设计任务的功能化产品结构共分为四层：产品—功能组成—主要功能组件—功能元件。为了更好地评价专用机械设计和更有效地规避制造风险，在专用机械设计中采用功能化的产品结构将充分发挥优势作用。

2.3 基于产品特征知识的设计方法

利用计算机的语言识别功能来描述产品特征及相关专家的知识经验是基于产品特征知识设计方法的主要特点，这种方法实际上是利用知识库和推理机及已储存领域知识来实现计算机辅助产品的方案设计。产品特征是机械系统方案设计的主要依据，而设计领域相关专家的知识和经验又是对机械系统特征的规律性把握，基于产品特征知识的设计就是利用这两个方面来进行推量和决策，从而来完成机构的型、数综合。而知识的自动获取、表达、集成、协调管理和使用，又是实现这一阶段计算机辅助设计的必然前提。综观国内外设计学者针对机械系统方案设计知识的自动化获取的研究，采用的方法主要包括：编码法、知识的混合型表达法、利用基于知识的开发工具、设计目录法、基于实例的方法这五种。

2.4 智能化设计方法

根据设计方法学理论，借助三维图形软件、智能化设计软件和虚拟现实技术，以及多媒体工具来进行产品开发设计是智能化设计方法的主要特点。数学系统理论和系统工程理论是智能化设计方法的理论支柱，在利用这两个理论时，充分利用产品设计技术和系统开发方法学研制出与产品设计初期相适应的多媒体开发系统软件是智能化设计方法的基本原理。

3 结语

机械产品的系统化设计方法、结构模块化设计方法、基于产品特征知识的设计方法、智能化设计方法是机械现代化设计的主要内容，而这四者之间又有着密切的联系。在信息化的时代背景下，科学技术飞速发展带来了机械产品功能与结构的深刻变革，但机械产品功能与结构的变革与机械设计的发展却并不同步，机械产品方案的设计手段显得力不从心，跟不上时代发展的需要。由于这四者之间密切的联系，要想有效的实现机械化设计的现代化，还必须对这四种方法进行综合运用。而计算机辅助功能在机械设计领域的运用也必然会带来新技术、新方法、原理的大量涌现。因此，在机械现代化设计中必须将计算机功能充分运用其中，因为计算机的运用本身就是信息化、智能化的一个重要标志，计算机在机械设计中的应用也必然会在很大程度上提高设计水水平、加快设计速度。所以机械现代化设计是机械设计的必然发展趋势。机械产品作为生产领域的重要生产工具，它的变革往往会带来整个生产领域的变革，从而带动经济的发展，而机械设计已经从传统走向了现代，这是思想变革和技术变革的有效结合，为了实现我国机械设计的现代化，必须完善创新机制，加大科研投资力度，培养机械设计人才队伍，只有通过技术创新才能够保证我国机械设计能够步入世界先进行列。

[1]武丽.机械产品的现代化设计方法及其创新[J].科技创新导报,2008,(33).

[2]向大圣.机械产品方案的现代化设计方法及发展趋势[J].法制与社会,2008,(16).

罗煜林,性别：男,出生年：1992.11,籍贯：湖南湘乡,学历：本科,研究方向：机械设计及其自动化。