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摘要：机械工程门类属于较为传统和古老的一种所以应当适时补充新的手段和方法相互配合，现代机械设计的点所在就是能够吸收新的方式方法，使得工艺的发展更为全面。这是优于旧的机械设计工作的一个有效方面。
关键词：现代机械设计；特点；创新；
中图分类号：F407.4 文献标识码：A
一、机械设计
机械设计（machine design），根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。
现代机械设计的特点
现代机械种类很多，结构也越老越复杂，但从实现系统功能的角度角度上看，它主要包括动力系统、传动系统、执行系统、操纵及控制系统等，每个系统又可根据需要继续分解为更小的子系统，现代机械设计有其鲜明的特点，既不但要求设计对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、物流技术、各零部件的材料、形状尺寸、润滑方法等进行构想、分析、计算，而且还需融通多门科学知识，如创造性工程、美雪、仿生学、控制论、机械电子学、价值工程等，使设计出的产品在市场中具有竞争力。
三、传统机械设计方法
传统的机械设计过程:
1、市场(用户)对产品的需求调查；
2、工程设计问题的归纳定义;
3、工程设计问题的综合；
4、设计问题的分析和方案的优化;
5、已有设计方案的反复评价修改;
6、是绘制工程图样和撰写设计文件。
上述设计过程分别涉及以下各方面的工作和相关的技术人员:市场预测、科学思维方法学、相似理论和模型试验、价值工程、可靠性设计、测试与分析技术、类比设计和设计信息管理。传统的设计技术受低劣的设备条件和落后的技术方法所限,只能在保守的观念下,依据粗略的验算甚至估计,通过大量的简化和静止化假设完成机械工程设计,它必然使设计存在随意性，灵感和经验的成分占有很大的比例，思维带有很大的被动性。对个人的经验和习惯的依赖性极大,极难实现合理、准确和高效的设计。
传统的机械设计过程, 往往是根据任务和目标先做出第一方案,甚至造出样机,然后通过评定与考核进行修改形成第二方案;如此反复直到满意为止。这一设计过程历时长,耗费大。所谓满意,往往带有很大的主观性。
四、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。该书中指出,以上这些选题分为两大类:一类是过去的设计手册中曾经出现的选题,另一类则是在以前的手册中未曾出现过的选题。
现代机械设计方法的分类基于上述认识，按照分类学的基本原理,應该选择一个划分标准来进行分类。从应用成熟度的角度,对现代设计方法进行分类,可以将它们分成相对应的两类:
①比较成熟,应用正普及类:有限元设计(有限元分析)、优化设计(最优化方法)、机电一体化设计(或光机电一体化设计)、计算机辅助设计(CAD)......
②比较新颖,内容正发展类:有创新设计、生命周期设计、虚拟设计、稳健设计、并行设计、智能设计……参见图1。
图1 现代设计方法一级分类
其次,从工程领域角度,现代设计方法可以分为:现代机械设计方法、现代模具设计方法、现代材料设计方法……[5]
计涵盖范围的角度可将现代设计方法划分为:广义设计类:设计内容针对其对象实体化的全过程。狭义设计类:设计内容仅为完成图样(包括计算机绘图)。
中义设计类:设计内容介于两者之间。比如,当今数字化时代着重于数学计算的现代工程分析设计方法,比较时兴的有:有限元分析、最优化方法、数值仿真、动态设计。其原理与特点参考图2。
图2 着重数字设计的设计方法
现代设计技术具有以下特点:
一是智能化。大型复杂机械的设计必须完成“分析—分解—综合”的过程。其中包含了大量创造性思维过程和智能活动。
二是经济性，市场的竞争、用户的选择使对产品的经济性要求越来越高。
三是并行性。必须超前考虑后续过程,实现DFM、DFA,以压缩废品、库存的消耗,确保上述经济性。
四是集成化。即树立人—机一体化、机—电一体化、硬件—软件一体化观念,综合多方面测试分析数据指导、评价设计,融多种现代科技成果和技术,特别是CAD技术于机械产品之中。
五是精确性。这是机械工程产品复杂度、综合性提高的必然结果,现代先进的计算技术、计算理论和计算分析工具的使用也使之得以迅速提高。
六是动态性。不仅分析设计对象要从动态的观点出发,设计组织的合作协调也具有动态性,后者要求设计数据集成、设计系统无缝连接。
现代机械设计的规律:
在进行新的设计或改进老的设计过程中,设计者应遵循一种理性化的规律,一步步地进行设计,这样才有利于对设计工作进行科学的管理。现代机械设计规律分四个步骤:①确定设计的逻辑关系;②确定设计的物理关系;③确定设计的结构关系;④确定总体设计。四个步骤中各含七个过程:①将机械基础特性化;②确定计算数据;③应用收集数据;④确定处理数据的原则;⑤确定应用的数学方法;⑥优化准则;⑦将计算结果具体化。
优化设计
选定设计目标(单个或多个),找出目标与设计变量的函数关系式,列出各项设计要求所对应的约束条件,对这个数学模型求它的最优解。如一个圆柱形容器,求容积一定的条件下,用料最省。其数学模型如下:
极小化满足于: 其中, 分别表示容器的半径和高度,为容积常数。计算后得出时,用料一定最省,但在设计中能满足的设计方案有无数个。
五、结束语
总之,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。
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
［4］卢险峰.现代设计方法的定义及一级分类［J］. 南昌大学学报·工科版，2009， 31（1）
［5］卢险峰编.最优化方法应用基础［M］.上海:同济大学出版社,2003
［6］商昌桥.现代机械设计的特点及设计手段的未
关键词：现代机械设计；特点；创新；
中图分类号：F407.4 文献标识码：A
一、机械设计
机械设计（machine design），根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。
现代机械设计的特点
现代机械种类很多，结构也越老越复杂，但从实现系统功能的角度角度上看，它主要包括动力系统、传动系统、执行系统、操纵及控制系统等，每个系统又可根据需要继续分解为更小的子系统，现代机械设计有其鲜明的特点，既不但要求设计对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、物流技术、各零部件的材料、形状尺寸、润滑方法等进行构想、分析、计算，而且还需融通多门科学知识，如创造性工程、美雪、仿生学、控制论、机械电子学、价值工程等，使设计出的产品在市场中具有竞争力。
三、传统机械设计方法
传统的机械设计过程:
1、市场(用户)对产品的需求调查；
2、工程设计问题的归纳定义;
3、工程设计问题的综合；
4、设计问题的分析和方案的优化;
5、已有设计方案的反复评价修改;
6、是绘制工程图样和撰写设计文件。
上述设计过程分别涉及以下各方面的工作和相关的技术人员:市场预测、科学思维方法学、相似理论和模型试验、价值工程、可靠性设计、测试与分析技术、类比设计和设计信息管理。传统的设计技术受低劣的设备条件和落后的技术方法所限,只能在保守的观念下,依据粗略的验算甚至估计,通过大量的简化和静止化假设完成机械工程设计,它必然使设计存在随意性，灵感和经验的成分占有很大的比例，思维带有很大的被动性。对个人的经验和习惯的依赖性极大,极难实现合理、准确和高效的设计。
传统的机械设计过程, 往往是根据任务和目标先做出第一方案,甚至造出样机,然后通过评定与考核进行修改形成第二方案;如此反复直到满意为止。这一设计过程历时长,耗费大。所谓满意,往往带有很大的主观性。
四、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。该书中指出,以上这些选题分为两大类:一类是过去的设计手册中曾经出现的选题,另一类则是在以前的手册中未曾出现过的选题。
现代机械设计方法的分类基于上述认识，按照分类学的基本原理,應该选择一个划分标准来进行分类。从应用成熟度的角度,对现代设计方法进行分类,可以将它们分成相对应的两类:
①比较成熟,应用正普及类:有限元设计(有限元分析)、优化设计(最优化方法)、机电一体化设计(或光机电一体化设计)、计算机辅助设计(CAD)......
②比较新颖,内容正发展类:有创新设计、生命周期设计、虚拟设计、稳健设计、并行设计、智能设计……参见图1。
图1 现代设计方法一级分类
其次,从工程领域角度,现代设计方法可以分为:现代机械设计方法、现代模具设计方法、现代材料设计方法……[5]
计涵盖范围的角度可将现代设计方法划分为:广义设计类:设计内容针对其对象实体化的全过程。狭义设计类:设计内容仅为完成图样(包括计算机绘图)。
中义设计类:设计内容介于两者之间。比如,当今数字化时代着重于数学计算的现代工程分析设计方法,比较时兴的有:有限元分析、最优化方法、数值仿真、动态设计。其原理与特点参考图2。
图2 着重数字设计的设计方法
现代设计技术具有以下特点:
一是智能化。大型复杂机械的设计必须完成“分析—分解—综合”的过程。其中包含了大量创造性思维过程和智能活动。
二是经济性，市场的竞争、用户的选择使对产品的经济性要求越来越高。
三是并行性。必须超前考虑后续过程,实现DFM、DFA,以压缩废品、库存的消耗,确保上述经济性。
四是集成化。即树立人—机一体化、机—电一体化、硬件—软件一体化观念,综合多方面测试分析数据指导、评价设计,融多种现代科技成果和技术,特别是CAD技术于机械产品之中。
五是精确性。这是机械工程产品复杂度、综合性提高的必然结果,现代先进的计算技术、计算理论和计算分析工具的使用也使之得以迅速提高。
六是动态性。不仅分析设计对象要从动态的观点出发,设计组织的合作协调也具有动态性,后者要求设计数据集成、设计系统无缝连接。
现代机械设计的规律:
在进行新的设计或改进老的设计过程中,设计者应遵循一种理性化的规律,一步步地进行设计,这样才有利于对设计工作进行科学的管理。现代机械设计规律分四个步骤:①确定设计的逻辑关系;②确定设计的物理关系;③确定设计的结构关系;④确定总体设计。四个步骤中各含七个过程:①将机械基础特性化;②确定计算数据;③应用收集数据;④确定处理数据的原则;⑤确定应用的数学方法;⑥优化准则;⑦将计算结果具体化。
优化设计
选定设计目标(单个或多个),找出目标与设计变量的函数关系式,列出各项设计要求所对应的约束条件,对这个数学模型求它的最优解。如一个圆柱形容器,求容积一定的条件下,用料最省。其数学模型如下:
极小化满足于: 其中, 分别表示容器的半径和高度,为容积常数。计算后得出时,用料一定最省,但在设计中能满足的设计方案有无数个。
五、结束语
总之,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。
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
［4］卢险峰.现代设计方法的定义及一级分类［J］. 南昌大学学报·工科版，2009， 31（1）
［5］卢险峰编.最优化方法应用基础［M］.上海:同济大学出版社,2003
［6］商昌桥.现代机械设计的特点及设计手段的未