现代设计技术在机械设计中的应用探析

万强+王庆辉+夏文静

【摘 要】随着科技的不断进步与发展，机械设计对技术的要求越来越高，要想使设计的产品满足全球化经济市场的竞争与需求，必须将现代科学技术应用于机械设计的领域。相关的工程技术人员也应适应时代的需求，拓展设计思维，灵活运用现代设计技术，提高产品的市场竞争力。

【关键词】现代设计技术；机械设计；绿色创新

机械设计在机械工程建设的过程一直都扮演着非常关键的角色，设计的质量和水平直接决定了机械整体的性能，而随着市场经济的不断发展，我国机械设计产品之间的竞争也在不断的加强，所以要想自己的产品能够更好的面向市场，就一定要在设计的过程中更好的应用现代的科学技术，只有这样，才能使得产品更具市场的竞争力。

一、基于IT技术的设计技术

（一）仿真与虚拟设计技术

计算机的不断发展，出现的大量的设计软件，如：PROE、CAD、ANSYS、SOLIDWORKS等。这些仿真画图软件形成了更为强大的人机交互系统。所谓仿真便是以计算机为工具，通过软件模拟出与实际想适应的系统模型，通过改变控制条件研究模型运行结果的计算机与机械相结合的技术。当然，工具不是无所不能的，而是为人所用的，软件只是辅助设计师进行设计工作，没有设计师的工作，软件是不会自动完成任何设计的。虚拟设计即是在这种多维化人机交互信息环境中从事设计的技术。目前投入使用的虚拟设计采用的是通过对数据格式进行适当的转换输出利用现有的CAD系统进行建模的环境系统。

（二）网络协同技术

网络协同设计是在支撑平面和高效的协同工作机制下完善信息管理将分散的设计工作流和资源有机的统一起来从而完成产品的开发设计。网络技术的发展使得网络上大量数据传输和分布的数据库管理成为现实，从而解决了数据在网络上的访问、传输、修改等问题，构造一个三维的网络机械设计平台。

（三）并行设计

传统的机械设计每下一个分支工作必须等上一个结束后才能开始，这是低效的串行设计，这种设计缺乏信息交换以及可操作性。并行设计作为一种设计哲理，是在原有信息集成基础上，集成地、并行地设计产品。并行设计更强调功能上和过程上的集成，在优化和重组产品开发过程的同时，实现多学科领域专家群体协同工作。从任何产品设计来看，并行设计采用每个时刻可容纳的设计过程相应增加，使整个设计过程尽可能同时进行。并行设计的特点是并发个协同，并发是指设计活动的并发进行，协同是指多学科设计队伍活动的协作。网络技术的发展以使得并行设计成为机械设计的重要方法之一。

（四）智能设计

智能设计的发展，从根本上取决于对设计本质的理解，智能设计系统不仅仅是对人脑某些思维特征的模拟，而且需要具有自学习适应的能力，能够较好地支持设计过程自动化。我国市场经济的发展对产品设计与开发提出了强烈的创新要求。在当前的市场经济体系中，对产品设计不仅要求特立独行，还要求简单方便效率的设计。

二、基于数学知识的设计技术

（一）有限元设计

有限元法又称有限单元法，是求解偏微分方程的一种有效的数值方法。有限元法发展至今天，已经成为工程数值分析的有力工具，取得了巨大的进展，利用它成功地解决了一大批有重大意义的问题，很多通用程序和专用程序投入了实际应用，而且应用愈加广泛，已拓展到诸多领域。

（二）优化设计

优化设计就是在满足特定的约束条件下，利用建立数学模型的方法来求取设计的最佳值。优化设计的目标就是最优化设计对象，其手段便是依靠先进的计算机辅助软件。因此，优化设计还可以被看作为通过计算机语言来模拟达到最佳设计方案的现代科技手段。

优化设计大体上包括两点内容：首先，建立符合实际的数学模型，把设计要求抽象为约束条件和函数；其次，根据所建立的模型利用计算机进行数学模型的求解从而得到优化设计方案。任何机械设计问题，总是要求满足一定的工作条件、载荷和工艺等方面要求，并在强度、刚度、寿命、尺寸范围及其他一些技术要求的限制条件下寻找一组设计参数。

（三）可靠性设计

产品可靠性设计是指在产品的开发设计阶段将载荷、强度等有关设计量及其影响因素作为随机变量对待，应用可靠性数学理论与方法，使所設计的产品满足预期的可靠性要求。产品开发设计阶段的主要内容还包括预测设计对象的可靠度、找出并消除薄弱环节、不同设计方案之间的可靠性指标比较等，可分为定量分析与定性分析两个方面。

定量分析是应用概率统计方法、布尔代数、马尔可夫过程理论、故障树分析等计算产品的失效概率。定性分析是通过故障模式、影响及致命度分析、事件树分析、故障树分析等对事故种类、原因、后果等进行罗列和分析。

三、基于新概念的设计技术

（一）绿色产品设计

由于绿色产品设计是一个新的改变，因此无论在国外或在国内，人们对于这一新概念有着各种不同的称呼。有绿色设计、生态设计、面向环境的设计，也有人根据产品生命周期不同阶段所进行的绿色设计，而分别称为“面向包装的设计”、面向使用的设计、面向维修的设计、面向拆卸的设计、面向回收的设计等。绿色产品设计从产品安全生命周期出发，考虑了生命周期各个阶段对环境的影响。特别是在产品生命终止后，绿色产品设计必须考虑废弃产品如何回收。再生和利用。只有这样才能使废弃产品对环境的影响减至最小，才能最大限度地提高资源的循环利用率。

（二）机械创新设计

机械创新设计可以分为三个过程：直觉思维、逻辑思维、创造过程。直觉思维对事物内部各种关系的领悟过程是一种在下意识状态下完成的过程，具有强烈的灵感凸显特点。逻辑思维是运用逻辑推理的思维对自己提出的创造目标进行分析，把复杂问题分解为若干小问题，求出每个分支的解，再将各个分支综合起来从而逼近目标。创造过程是提出一个创造目标，这个目标本身也可能就是一个创造灵感；为了实现这个目标，必须进行分析和逻辑推理；这个过程中出现的技术难关，必须经过反复实验才能找到最终解；而这些解法的发现，往往又带有突发性、直觉性，最终实现创造目标。

四、结束语

伴随着科技日新月异的发展，各个领域技术的相互融合，工程技术人员需要不断提高自己的能力，在机械设计中灵活运用各种现代设计技术，只有这样设计出来的产品才能满足社会市场的需求。

参考文献：

[1]张海筹.基于IT技术的现代机械设计方法[J].机械设计与制造，2005，5（5）：145-146.

[2]罗绍新.机械创新设计[M].北京：机械工业出版社，2003.

[3]李伟光.现代制造设计[M].北京：机械工业出版社，2001.

[4]张文成.浅谈工业设计发展的现状及其未来发展趋势研究分析[J].商情.2009（23）.

[5]崔玉宝.张晓军浅论现代设计技术在农机工程设计中的应用[J].中国科技财富.2010（12）.endprint