论文部分内容阅读
【摘 要】机械设计具有较悠久的历史和完整的系统，是机械工程的一个关键组成部分。机械设计技术的发展和技术水平的不断提高使得过去传统的机械设计技术无法满足当前设计动态化和创新化得要求。本文在综述了传统机械设计技术与现代机械设计技术的应用、内涵及它们之间内在联系的基础上，阐述了机械设计技术未来的发展趋势，同时指出开发、应用现代机械设计技术是当前机械工业的发展关键，而优化机械设计技术已势在必行。
【关键词】机械设计；技术；发展现状；趋势
机械设计技术在我国机械制造业领域使用得比较普遍，其是机械制造工程的重要组成部分，与机械产品的质量性能、研究周期、技术经济效益、社会环境效益以及生态效益等息息相关。随着经济社会的进一步向前推进，我国机械制造业的工作原理、结构、力和能量传递方式、零件材料、形状尺寸以及运动方式等都发生了本质变化。在新的时代发展形势下，现代电子计算机技术、网络技术以及现代管理技术等都赋予了机械设计技术新理论和新方法。我国的机械设计技术无論是在直觉设计、静态设计还是在经验设计等方面都得到了极大发展。
一、常规设计技术及应用
（一）理论设计
理论设计是指根据长期总结出来的设计理论和实验数据所进行的设计。下面以简单受拉杆件的强度设计为例来讨论理论设计的概念。杆件必须的横截面积可以利用公式直接求解，也可以按其它方法先初步设计杆件的横截面尺之后再用强度计算公式去校核。由于实际情况复杂多变，必须根据实际需要来选择合适的安全系数，才能保证安全性。
（二）经验设计
经验设计是指根据设计者个人的工作经验用类比的办法，或根据对某类零件已有的设计与使用实践而归纳出的经验关系式所进行的设计。经验设计常用于那些像机架、箱体、传动零件的各结构要素等结构形状己典型化而使用要求不大变动的零件。随着设计产品的技术系统越来越复杂，产品更新发展速度加快，技术含量不断提高，经验类比的设计方法已不能满足市场需要。
（三）模型实验设计
模型实验设计适用于一些结构很复杂而尺寸又巨大的重要零件，尤其是一些重型整体机械零件，可以有效提高设计质量。即把初步设计的零、部件或机器做成小模型或小尺寸样机，经过实验的手段对其各方面的特性进行检验，根据实验结果对设计进行逐步的修改直至达到完善。由于这个设计方法昂贵、费时，因此一般用于特别重要的设计中。
二、现代设计技术及应用
（一）优化设计
优化设计可以成功地解决解析法等其他方法难以解决的复杂问题，它是建立在数学规划理论和计算机程序设计基础上，通过计算机的数值计算出一切可能的方案，并在一切可能的方案中寻求最优方案，使期望的指标达到最优的设计方法。
（二）可靠性设计
可靠性设计从20世纪60年代以来逐渐进入机械工程领域，是近几十年发展起来的一门新兴学科。在规定的条件下，规定的时间内，完成规定功能的能力称为零件的可靠性设计。将常规设计方法中所涉及的设计变量如材料强度、疲劳寿命、尺寸、应力等，看成服从某种分布的随机变量是可靠性设计的主要特征。然后根据产品的可靠性指标要求，用概率统计的方法得出零部件的主要结构参数和尺寸。
三、现代设计技术与常规设计技术的关系
（一）产品结构分析的定量化
常规设计技术只能对复杂结构的零部件或整机进行类比或定性的估算。现代设计技术引入了边界元及有限元方法，可实现对任何产品结构的定量化分析。
（二） 产品工况分析的动态化
常规设计技术对产品的工作状况仅限于动态的估算和静态的计算。而现代设计技术中的动态设计方法可以同时利用实际工况相符的数学模型与理论和测试数据建造，在通过计算机进行分析计算的基础上预测出产品的动态性能和改进效果。
（三）产品质量分析的可靠性化
常规设计技术中采用的安全系数法仅仅依靠经验，不能定量给出产品质量的可靠性预测。而现代设计技术中的可靠性设计法基于概率论建造模型并进行分析计算，把零部件或整机的各种具有离散性的性能参数均视为随机变量，从而定量的做出产品质量的可靠性预测。
（四） 产品设计结果的最优化
常规设计技术比较依赖设计者的经验和主观判断，主要通过近似系数、经验公式或类比等方法进行校核、设计。而现代设计技术中的优化设计法是根据产品的性能要求和设计目标构造数学模型，应用数值计算方法和数学规划理论，通过计算机求得最优化结果。
（五） 产品设计过程的高效化和自动化
常规设计技术在设计过程中虽然重复性高，但是设计方案却不一定最优。而现代设计技术在整个设计过程中均是教会计算机，让计算机去完成，从而为实现制造的自动化做好了准备，并且实现了设计过程的高效化和自动化。
四、现代设计技术与传统设计技术的关系及比较
现代设计技术是相关科学技术综介应用于设计领域的产物，是传统设计技术的延伸与发展，它使常规设计技术发生了质的飞跃。传统机械产品设计也称常规设计，是一种以低压控制和强度为中心的经验设计、安全系数设计、类比设计。而现代机电产品设计方法则在注重产品整体功能基础上，以现代设计方法和计算机技术为工具的一体化系统设计，强调创造性，这种设计小但可以大大提高设计的质量、精度和效率，而且可以将产品的经济性、适应性、可靠性统一起来，从而高效率、高水平地设计出市场欢迎、性能优良、效益显著的新型产品。
从常规设计方法到现代设计方法有以下转变：从静态分析道动态分析，从定性分析道定量分析，从安全性设计向优化设计，从手工计算向自动设计计算等转变。
五、机械设计技术的发展趋势
具体来说现代设计技术的发展趋势主要有：第一，设计中的快速响应市场的竞争策略将代替产品质量成本第一的竞争策略。第二，设计将从满足产品功能属性向同时满足环境与生态属性发展。第三，设计将从需求的同时面向经营管理和制造发展。第四，设计将从传统的串行向协同工作方式、并行工作模式发展。第五，设计将激发主动创造性，使人们从设计过程数字化中逐步确立主动地位。顺应此趋势，目前主要研究和应用的现代设计技术有：优化设计、设计方法学、可靠性设计、动态设计、计算机辅助设计、有限元设计、摩擦学设计、工业产品造型设计、模型试验设计、模块化设计、创新设计、三次设计、价值工程设计、智能工程设计、反求工程设计、并行工程等。
六、结束语
机械设计技术与我国机械制造业在国际竞争中处于的位置紧密相关。在社会主义现代化建设中，为了有效提升我国机械产品的国际竞争力，提升我国的综合国力，需要对机械设计技术进行改革，发挥其在现代企业设计中的应有作用。
参考文献：
[1]吕明.机械设计技术的现状与趋势研究[J].广东石油化工学院学报，2012（06）：46-49.
[2]胡晓波.机械设计技术的发展现状与趋势[J].轻工机械，2005（03）：4-7.
[3]陈静.机械设计技术的发展现状与趋势[J].中国石油和化工标准与质量，2011（01）：54.
【关键词】机械设计；技术；发展现状；趋势
机械设计技术在我国机械制造业领域使用得比较普遍，其是机械制造工程的重要组成部分，与机械产品的质量性能、研究周期、技术经济效益、社会环境效益以及生态效益等息息相关。随着经济社会的进一步向前推进，我国机械制造业的工作原理、结构、力和能量传递方式、零件材料、形状尺寸以及运动方式等都发生了本质变化。在新的时代发展形势下，现代电子计算机技术、网络技术以及现代管理技术等都赋予了机械设计技术新理论和新方法。我国的机械设计技术无論是在直觉设计、静态设计还是在经验设计等方面都得到了极大发展。
一、常规设计技术及应用
（一）理论设计
理论设计是指根据长期总结出来的设计理论和实验数据所进行的设计。下面以简单受拉杆件的强度设计为例来讨论理论设计的概念。杆件必须的横截面积可以利用公式直接求解，也可以按其它方法先初步设计杆件的横截面尺之后再用强度计算公式去校核。由于实际情况复杂多变，必须根据实际需要来选择合适的安全系数，才能保证安全性。
（二）经验设计
经验设计是指根据设计者个人的工作经验用类比的办法，或根据对某类零件已有的设计与使用实践而归纳出的经验关系式所进行的设计。经验设计常用于那些像机架、箱体、传动零件的各结构要素等结构形状己典型化而使用要求不大变动的零件。随着设计产品的技术系统越来越复杂，产品更新发展速度加快，技术含量不断提高，经验类比的设计方法已不能满足市场需要。
（三）模型实验设计
模型实验设计适用于一些结构很复杂而尺寸又巨大的重要零件，尤其是一些重型整体机械零件，可以有效提高设计质量。即把初步设计的零、部件或机器做成小模型或小尺寸样机，经过实验的手段对其各方面的特性进行检验，根据实验结果对设计进行逐步的修改直至达到完善。由于这个设计方法昂贵、费时，因此一般用于特别重要的设计中。
二、现代设计技术及应用
（一）优化设计
优化设计可以成功地解决解析法等其他方法难以解决的复杂问题，它是建立在数学规划理论和计算机程序设计基础上，通过计算机的数值计算出一切可能的方案，并在一切可能的方案中寻求最优方案，使期望的指标达到最优的设计方法。
（二）可靠性设计
可靠性设计从20世纪60年代以来逐渐进入机械工程领域，是近几十年发展起来的一门新兴学科。在规定的条件下，规定的时间内，完成规定功能的能力称为零件的可靠性设计。将常规设计方法中所涉及的设计变量如材料强度、疲劳寿命、尺寸、应力等，看成服从某种分布的随机变量是可靠性设计的主要特征。然后根据产品的可靠性指标要求，用概率统计的方法得出零部件的主要结构参数和尺寸。
三、现代设计技术与常规设计技术的关系
（一）产品结构分析的定量化
常规设计技术只能对复杂结构的零部件或整机进行类比或定性的估算。现代设计技术引入了边界元及有限元方法，可实现对任何产品结构的定量化分析。
（二） 产品工况分析的动态化
常规设计技术对产品的工作状况仅限于动态的估算和静态的计算。而现代设计技术中的动态设计方法可以同时利用实际工况相符的数学模型与理论和测试数据建造，在通过计算机进行分析计算的基础上预测出产品的动态性能和改进效果。
（三）产品质量分析的可靠性化
常规设计技术中采用的安全系数法仅仅依靠经验，不能定量给出产品质量的可靠性预测。而现代设计技术中的可靠性设计法基于概率论建造模型并进行分析计算，把零部件或整机的各种具有离散性的性能参数均视为随机变量，从而定量的做出产品质量的可靠性预测。
（四） 产品设计结果的最优化
常规设计技术比较依赖设计者的经验和主观判断，主要通过近似系数、经验公式或类比等方法进行校核、设计。而现代设计技术中的优化设计法是根据产品的性能要求和设计目标构造数学模型，应用数值计算方法和数学规划理论，通过计算机求得最优化结果。
（五） 产品设计过程的高效化和自动化
常规设计技术在设计过程中虽然重复性高，但是设计方案却不一定最优。而现代设计技术在整个设计过程中均是教会计算机，让计算机去完成，从而为实现制造的自动化做好了准备，并且实现了设计过程的高效化和自动化。
四、现代设计技术与传统设计技术的关系及比较
现代设计技术是相关科学技术综介应用于设计领域的产物，是传统设计技术的延伸与发展，它使常规设计技术发生了质的飞跃。传统机械产品设计也称常规设计，是一种以低压控制和强度为中心的经验设计、安全系数设计、类比设计。而现代机电产品设计方法则在注重产品整体功能基础上，以现代设计方法和计算机技术为工具的一体化系统设计，强调创造性，这种设计小但可以大大提高设计的质量、精度和效率，而且可以将产品的经济性、适应性、可靠性统一起来，从而高效率、高水平地设计出市场欢迎、性能优良、效益显著的新型产品。
从常规设计方法到现代设计方法有以下转变：从静态分析道动态分析，从定性分析道定量分析，从安全性设计向优化设计，从手工计算向自动设计计算等转变。
五、机械设计技术的发展趋势
具体来说现代设计技术的发展趋势主要有：第一，设计中的快速响应市场的竞争策略将代替产品质量成本第一的竞争策略。第二，设计将从满足产品功能属性向同时满足环境与生态属性发展。第三，设计将从需求的同时面向经营管理和制造发展。第四，设计将从传统的串行向协同工作方式、并行工作模式发展。第五，设计将激发主动创造性，使人们从设计过程数字化中逐步确立主动地位。顺应此趋势，目前主要研究和应用的现代设计技术有：优化设计、设计方法学、可靠性设计、动态设计、计算机辅助设计、有限元设计、摩擦学设计、工业产品造型设计、模型试验设计、模块化设计、创新设计、三次设计、价值工程设计、智能工程设计、反求工程设计、并行工程等。
六、结束语
机械设计技术与我国机械制造业在国际竞争中处于的位置紧密相关。在社会主义现代化建设中，为了有效提升我国机械产品的国际竞争力，提升我国的综合国力，需要对机械设计技术进行改革，发挥其在现代企业设计中的应有作用。
参考文献：
[1]吕明.机械设计技术的现状与趋势研究[J].广东石油化工学院学报，2012（06）：46-49.
[2]胡晓波.机械设计技术的发展现状与趋势[J].轻工机械，2005（03）：4-7.
[3]陈静.机械设计技术的发展现状与趋势[J].中国石油和化工标准与质量，2011（01）：54.