论现代机械设计的基本特征和一般流程

周二振

摘要：在总结了现代机械设计基本特征的基础上，分别从产品规划环节、产品设计创新环节、物理模型试验以及构型设计这四个环节阐述了现代机械设计的一般流程。

关键词：现代机械设计；基本特征；一般流程

中图分类号：F27文献标识码：A文章编号：16723198（2014）14006802

随着技术的高速发展，较之于传统的机械设计，现代设计更为复杂，不再仅仅依靠既有的经验。而是随着技术进步、市场竞争态势的转换等一系列因素的变化进一步复杂化发展。对于不同类型的机械产品而言，会有相应的不同设计方案，这就会导致该机械产品在设计过程方面迥然不同，可见，机械设计是一个相对复杂而又不断反复的一种创造性活动，是人类为了实现某种既定目标而实施的一系列劳动过程。尤其值得注意的是，现代机械设计比过去任何时候都更加依赖于对新知识的获取，这就决定了现代机械设计和其他领域一样，越来越多地利用计算机这一先进的设计工具。在这现代技术发展的驱动下，有必要认真研究现代机械设计的基本特征，并归纳出现代机械设计的一般流程。

1现代机械设计的基本特征

第一，市场需求是现代机械设计的驱动力。市场需求的首要环节就是对所设计的对象性能的一系列规定。从概念设计向详细设计发展的过程中所产生的驱动力不能再简单地理解为机械设计任务书上对相关产品产品最终要求的一系列规定，在实际设计工作中，每一个设计阶段以及每一个设计步骤都是由附着于构成最终要求的各个层次上的市场需求来驱动的。这一系列需求在基于设计目的的共同指向下，最终形成了完整而统一的市场需求，并由此形成了机械设计的驱动力。

第二，创新是现代机械设计的灵魂。要生产出别人所不能生产的机械产品是机械设计的重要目标之一。对于现代机械设计而言，其工作的成败最终由相应产品在市场上的竞争优势程度作为评价依据，从市场竞争的现实状况来看，现代机械设计的绝大多数关键环节都是由设计阶段的行为决定的，良好的创新活动强调设计出来的机械产品要在确保质量的前提下，表现出现有产品所不具备的功能，这也是创新活动内在价值的外部体现方式。

第三，对知识的获取是现代机械设计的重要支撑。

现代机械设计知识是一个动态的集合，对知识的获取不仅是现代机械设计的功能和质量需要，而且也是现代机械设计过程中最活跃的工作要素。由于功能和质量上创新的需要，在设计过程中，对知识的获取是一个需要不断进行的重要工作。现代机械设计知识的获取能力对于一个机械设计或制造企业而言，不仅决定域企业的技术水平，也决定域企业的经营管理能力，不仅决定域企业的资本实力，也决定域企业的人力资源，不仅离不开企业的先进技术设备，而且更加离不开企业长期研究开发过程中所积累的实际经验，因此是一种综合实力的现实反映。上述重要要素均可作为现代机械设计的重要资源，这一重要资源的有效运转无疑离不开较高的知识获取能力的支撑。例如，CAD(Computer Aided Design)基于计算机强大的数值计算能力，通过对计算机强大的图形处理能力进行利用，能够辅助机械设计人员进行产品的设计与分析，从而能够在手段创新的前提下集成庞大的知识和信息，使产品的设计效率飞速地提高，最终圆满实现机械设计人员的既定目标。

第四，多学科理论和技术的交融是现在机械设计的重要基础。现代机械设计在现代设计方法学的指导下，交叉与融合了注入有限元方法、可靠性设计技术、CAD技术以及工业造型设计等多门学科的多项技术。是一门综合性很强的交叉学科.由于现代机械设计交融了上述多想现代技术，因此能够有效减少传统机械设计中过于依靠经验设计的方法，从而降低了机械设计的主观性和盲目性，提高了机械设计过程的科学性和机械设计结果的准确性。

第五，现代机械设计要注重产品的全生命周期。概括而言，现代机械设计实际上可看作是针对于产品全生命周期的设计，在机械产品生产过程以及使用过程中、直至产品报废等各个环节的处理都离不开环境友好和人际协调这两个大的生态系统，这就决定了现代机械设计的推进过程中，一方面要获取相关机械产品的生产知识，另一方面还要获取所设计的产品与使用者之间相互作用的知识以及机械产品在使用过程中性能出现的动态变化的知识和信息，并且，在产品出乎报废状态下，还要考虑报废品与环境之间的相互作用以及如何妥善处理报废品的相关知识。可见，全生命周期的设计使得设计的对象成为一个时变系统，整个设计过程复杂程度很高，如果在现代机械设计过程中无法满足上述要求，所设计出来的吃的产品也就不具备强大的竞争力。

2现代机械设计的一般流程

为了保证机械产品的质量和性能，现代机械设计的实际操作过程中，会面临一套比较复杂的流程，下文主要针对该流程中的一些重要环节加以论述。

2.1产品规划环节

全面系统的市场信息分析无疑是开发一个具有创新新产品的工作起点。当某个企业瞄准一个细分之后的目标市场时，无论该市场自己是否曾经开发过，首当其冲的一步就是要对该市场中已有的同类产品(或者竞争对手)进行充分研究，并在结合市场需求的基础上，考虑自己的几件设计的产品在满足用户需求方面具有哪些优势以及还存在哪些问题，并在SWOT分析的基础上形成自己产品的竞争策略，在产品设计之前，至少应该考虑如下因素：一是打算如何利用自己的设计优势，从哪些方面去进行市场竞争和取得相对优势，二是自己产品的相对不足之处，应该通过现代机械设计来弥补。从产品本身的角度而言，在构成产品竞争力的多方面要素之中，产品质量和产品功能是两大核心要素，对于机械设计而言，有什么样的产品规划，就会相应产生与此对应的营销活动。一般而言，用户在购买某个机械产品之前，首先考虑的是该产品能否实现其所需要的能够满足某种行为或某种目的的能力，也就是为了购买该产品的功能，因此，机械产品的功能是决定该产品竞争力高低的首要要素。在满足用户功能需求的前提下，质量则是实现这一功能的保证，不仅决定了该机械产品实现其功能的程度，而且决定了该机械产品在用户使用期内的功能一贯性。再结合市场竞争环境，则需要把产品的价格也考虑竟来，进一步可细分为机械产品设计的成本及其收益，此外，产品交货期以及诸如产品维修，产品性能培训、产品升级以及产品的外部环境(含人，机)的相容性等其他因素同样非常重要，同样会对产品的质量、功能及其价格产生直接影响。

2.2产品设计创新环节

在前文提及的诸如产品性能、质量以及价格等众多要素中，尽管其中的任何一个或几个均能明显提高产品竞争力，但是对于一个想要获得持续发展的机械制造企业来说，上述要素均需要良好的产品设计创新机制来推动和实现．因此，产品设计创新是机械设计的灵魂和原动力，首先就需要在设计过程中体现出功能上的创新。对于机械产品质量而言，由于在制造业中，质量这一概念相对宽泛，不同的企业对其的理解各有不同，因此无法从技术层面给出一个严格的定义，尽管如此，机械产品的质量至少包括产品性能、产品可靠性、产品安全性、产品寿命等要素，是产品能够满足用户使用要求所必须具备的重要属性。此外，诸如机械产品的外观、造型、装潢以及表面坪镇度等机械产品的表面状况同样也是影响机械产品质量高低的重要因素，这就为机械产品设计的创新开辟了更多的空间。基于此，机械产品设计在其创新过程中，应该综合考虑上述因素，并在有机整合各要素的前提下让产品设计创新充分体现于该机械产品的整个使用过程之中。由于功能与产品设计的关系是因果关系，需求是以产品的功能来体现的，可以借助多种多样的工作原理来体现同一功能的机械产品。基于此，就需要在功能分析的基础上，通过形成设计理念、构思创新、优化筛选工作方案等步骤来形成最优的工作计划，并在确定工作原理的基础上开展机械工艺动作分解的设计工作，并在机械设计结果中初步拟定各执行构件动作相互协调配合的运动循环图。

2.3物理模型试验

对于机械设计而言，物理模型试验是基于系统条件转换的理论，在不同系统条件下进行的一种非实物试验，或者叫做机械产品的物理模型设计。如果机械设计过程能够通过微分方程组来描述，则一般依据相似理论来作为系统条件转换的准则。在实际工作中，往往会出现如下两类问题：其一，并非所有的机械设计过程都能通过合适的微分方程组来模拟，其二，即使某机械设计过程能够找到可供模拟的微分方程组，但由于边界条件的模拟在大多数情况下是一个难度较高的命题，因此导致物理模型试验只能在有限条件下提供正确的信息。基于此，在实际操作过程中，可通过网络，采取多方合作的方式来开展物理模型试验，首先在网页上由物理模型试验的提供者详细公布自己能提供的服务项目、规格以及委托办法等各方面信息，然后再由需要服务对象通过诸如远程音频交流或视频会议等多种沟通渠道，与信息发布这共同协商机械产品的设计细节，从而通过多方的合力，共同完成物理模型试验。

2.4构型设计

将既定的机械设计方案转化为具体的机械设备及其零部件的合理构形的这一过程可统称为构型设计。在整个构型设计中，要完成如下四方面的工作：一是实现机械产品的总体设计，要满足机械的功能要求。二是要实现机械产品的部件设计和零件设计，要满足机械的功能要求，尤其是对于常用零件而言，要在尽可能标准化、通用化和系列化的前提下便于制造加工。三是要最终完成全部生产图样。四是根据上述成果，形成有关的技术文件，并编制香精的设计说明书，标准件、外购件明细表以及专用工具明细表等。

综上，现代机械设计的实际操作流程相对复杂，本文主要针对其中一些重要环节进行了论述，今后还有必要结合实际操作过程，对这一流程进行更加深入和系统的研究。

参考文献

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