现代机械设计方法研究及其创新

李铁，孙俊鸽

（洛阳职业技术学院，河南 洛阳 471000）

在科学技术与信息技术飞速发展的时代背景下，对机械设计尤其是工业设计提出了严格要求。机械设计人员不仅需要具备扎实的理论基础，还需要具备较强的创新思维与创新能力。在设计理念上要不断创新，设计出符合人们需求的产品。文章首先分析了现代机械设计的理论基础，然后对机械设计方法和过程进行深入分析，最后提出了现代机械设计创新方法，以此促进设计水平的不断提高，满足人们多样化需求。

1 现代机械设计理论

21 世纪初期，随着建筑施工工艺与施工材料的不断提高，对机械产品的需求量与日俱增，这几年，建筑施工企业得到快速发展，使得机械产品市场变得更加复杂、多变，市场竞争越来越激烈。随着技术的进步和质量管理水平的不断提高，机械产品的可靠性也得到提高，但是机械产品在应用过程中还存在诸多问题，市场竞争恶劣，安全事故频频发生，企业管理不科学、不规范，经济效益与社会效益都不理想。

相比传统机械设计方法与设计产品，现代机械设计更注重主动的、计算机化的设计产品。传统机械设计由于多方面原因经常导致产品失效，也就是说所设计出的产品并不符合相应标准与要求，甚至失去使用功能，经常出现各种故障，降低产品的使用寿命。探究机械设计方法就是为了研究产品失效的原因，确定失效的机理和模式，从而采取针对性措施或者预防措施进行技术生产与管理活动，避免发生同类事故。

现代机械设计理论是在机械设计理论科学的基础之上形成的，也就是说现代机械设计理论是在借鉴与继承传统机械设计方法与学科基础之上的一种再创造。传统机械设计倾向于静态地、手工地、被动地设计产品，不仅需要消耗大量的人力与物力，工作效率极低，还加大了生产与设计成本。而现代机械设计理论涵盖了更多的信息技术与其他科学技术，优化、信息以及艺术等多方面内容，尤其对于复杂的产品具有一定优势。比如离散论方法中的有限元方法和边界方法，通过这些现代新型的设计方法，能够设计出更符合人们需求的产品。可以说，现代机械设计理论是源于传统机械设计，又高于机械设计的一种完美机械产品设计，当前还需要先进的科学设计理论与丰富的设计经验。

2 机械设计方法原则和过程

随着科学技术与经济的不断发展与推进,机械制造行业得到快速发展，对于我国制造业来说，机械产品的可靠性与质量是长期发展的重要内容。但是由于其设计、生产制造以及使用维护等多方面因素的限制，使得我国机械产品存在不同程度的失效问题。在机械产品制造过程中，由于产品具有较大的抗剪能力和较强的延展性，这对于机械产品制造技术与质量管理的要求非常高。对于产品失效我们将其划分为状态失效、完全失效和仍然可以工作或者运行3 种，但是所产生的效益与预期的功能存在较大差异。随着人们想法和需求的变化，对设计方法和生产工艺的要求越来越高，对机械设计人员的要求也越来越严格。如何不断与先进的科学技术与设计理念相结合，高效、完美地完成机械设计工作成为当前需要研究的重要课题。一般来说，我们将机械设计分为4 个步骤，包括项目设计前期、方案分析与设计、技术设计以及施工设计。机械设计步骤如图1。

图1 机械设计步骤

项目设计前期是整个机械设计的基础与前提，只有做好项目设计前期工作，才可以为后续机械设计环节奠定良好基础，对于项目设计前期工作来说，必须做好市场调研和实地考察，进行可行性研究与市场因素分析，从而制定科学的计划方案。其次，方案设计与分析，这是机械设计最重要的环节，主要对功能总体、功能组合要素以及系统运行原理进行分析，对这些要素进行综合分析之后，再确定最佳设计方案。技术设计对机械设计各个环节所运用的结构部署、实验数据模型以及选型设计等进行分析，为施工设计提供数据支持。机械设计的每个环节都直接或者间接影响着机械设计的合理性与经济效益，这就需要设计人员充分利用科学技术进行创新设计，以满足人们的多样化需求。

3 机械设计方法创新分析

质量管理对生产制造的影响是十分巨大的，可以说是机械创新设计的前提与基础，由于在产品制造过程中或者使用中会受到多方面因素限制，因此，必须重视质量管理。质量管理并不是针对企业生产与经营活动的某个环节，而是贯穿于生产经营的各个环节与各个阶段。质量管理工作是一项系统又复杂的工程，任何一个环节出现问题都直接决定着机械产品的效益与功能，直接影响着产品质量，成为产品失效的主要根源。搞好机械产品的质量管理，全面提高企业质量管理水平，保证相关人员的人身安全，也是预防产品失效的主要手段。在机械设计过程中，要充分发挥人的主观能动性，人的想象力与创造力，运用现代的机械设计方法与理念，将计算机技术或者其他信息技术作为辅助工作进行机械产品设计。

随着机械产品需求不断增加，我国对产品失效分析的理论研究与实践研究不断加大，并且在各个领域中得到广泛应用。产品结构的开发与应用对产品的延展性质与抗剪能力提出了更严格的要求。产品失效之后对其进行失效原因分析，不仅是找出技术与生产工艺上的问题，更是通过深入分析与研究发现设计中存在的问题。其设计应该使用现代的科学思维模式来分析，利用现代科学方法和工具来实现，其设计应该具有创新性和新颖性，尤其在新产品的设计与开发中，更应该凸显创新性。我们可以将机械创新设计分为4 个步骤，研究机械产品的工作原理和本质、对产品结构以及出现失效原因进行分析、对机械产品的运动机理和参数数据进行优选、最后综合分析与调优。机械创新设计具体过程如图2。

其次，机械创新设计分类。我们就产品失效的实际情况来分析，大部分产品失效都是由于设计不合理、不科学引起的。而设计因素引起的产品失效具体表现在，材料的选择、加工制造导致的缺陷或者装配调试以及日常维护等诸多方面。所以，机械创新设计技术，除了基础的机械设计科学基础外，还包括计算机辅助设计、有限元设计以及并行设计等。其中计算机设计是主要方法，现代机械设计与计算机设计密不可分。利用其建模技术、图形处理技术以及工程分析方法等实现机械的系统设计，需要不断优化产品设计，对产品出现失效的部位或者原因进行综合分析与评估，还需要相关机械制造人员经过长期探索与反复实践，在产品加工成型过程中，需要重点控制好产品加工的细节操作。

另外，有限元分析方法。有限元分析方法是利用数学近似的方法对物理系统进行模拟的一种机械设计工作，我们都知道任何技术手段或者设计上的问题都直接影响着产品质量。通过有限元分析方法，用已知量来探求未知量，用简单问题代替实际复杂问题，不断优化设计方案，通过对比、分析探索出最佳的设计方案。

4 结语

图2 机械创新设计具体过程

综上所述，随着科学技术与经济的不断发展与推进,机械制造行业得到快速发展。文章对现代机械设计理论进行探究，对机械设计以及设计方法进行分析，从而对现代机械设计的创新方法进行深入分析，希望为相关人员提供帮助与借鉴。