机械设计方法及创新研究

【摘 要】现代机械设计技术的产生，有效的缓解了很多企业以及工厂长期存在的根本性问题。机械设计作为机械设备制造使用中最基础环节，其发展关系到社会对机械工程设备的需求和自身质量性能。本文简要阐述现代机械设计概述、现代机械设计创新要求与原则、创新方法等内容，以此提升现代机械设计应用优势和所设计的产品质量，满足现代化社会发展需要。

【关键词】现代机械设计；设计原则；创新方法

引言

现代工业技术革新、应用对机械设计带来前所未有的发展机遇和挑战。现代机械设计是涉及机械原理、机械形式、力与运动、材料结构等内容的一门综合性、复杂程度高的学科，是理论知识联系实践应用最佳的表现载体。为适应现代化、智能化、信息化的社会发展，更好地服务于人类生活生产活动，对现代机械设计进行创新与研究就显得意义重大。本文简要阐述现代机械设计概述、现代机械设计创新要求与原则、创新方法等内容，以此提升现代机械设计应用优势和所设计的产品质量，满足现代化社会发展需要。

1现代机械设计概述

1.1现代机械设计内涵分析

机械设计根据预想产品使用要求和功能对机械的工作原理、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、润滑方法等结合机械设计学、哲学、信息科学、人工结构学、哲学、美学等各类学科和原理进行构思、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。现代机械设计有别于传统机械设计主要体现在：一是技术的运用不同；二是设计产品性能、功能和结构不同；三是设计效率和设计重复性不同；四是对材料使用要求不同；五是设计理念与创新意识不同。现代机械设计基本步骤组成为：首先研究分析预设计机械产品的功能、工作原理；再次对预设计机械产品结构进行分析、组合；其次完成对预设计机械产品的力学传动、尺寸、精度等参数优选；最后进行组合分析和选取最佳的机械设计方案。

1.2现代机械设计技术与传统机械设计技术的对比

传统机械设计方法多为静态和理论性的，是将设计人员对于设计产品的经验与理论认知作为基础而实施的直觉设计，总体来看，其具备了两方面的特征：首先，产品设计理论认知保持固定，对于复杂而又多变的外界环境存在相对较差的适应性。通常而言，传统机械设计方法理论认知主要来源于设计人员的反复试验以及自身经验，在理论确定以后，通常不会随意变更，并不适用于当前多变的环境。比如，一般安全性能比较高的产品其投入的资金也比较多，会增加谁及的成本，低成本产品则安全系数低，难以满足相关要求[1]。其次，设计理念落后，无法跟上时代发展以及科技进步的步伐。伴随着科技水平的逐渐提升，机械产品技术含量要求也与日剧增，机械设计理论体系呈现出了复杂化的发展态势，传统机械设计方法难以追赶发展的脚步。伴随着科技的提升，机械产品技术含量的相关要求也在不断的提高，机械设计理论体系复杂化程度不断加深，传统机械设计已经无法满足产品使用需求。

2现代机械设计创新要求与原则

现代机械设计要突破传统机械设计模式和思维，需要设计人员有创新意识，敢于标新立异将理论知识和科学技术运用在机械设计实践中，所设计的机械设备种类品种多，结构复杂，可实现多种功能满足现代社会生活生产需求。

2.1现代机械设计创新要求

现代机械设计创新要求是通过创新机械设计理念，突出体现机械设计产品性能和产品技术特点，提高现代机械设计产品的实用性、功能性、可靠性及经济性。也可通过改良现有机械产品设计理念来实现。一是现代机械设计创新需要个性化，敢于破除旧的设计理念，寻求更合理的设计思路、设计方案或机械组合；二是现代机械设计创新要有较强的实用性和标准量化，这需要贴合市场需求，机械设计产品应易批量生产、功能配置合理、人机交互操作性强；三是现代机械设计创新要有可靠性及经济性，机械设计产品的安全可靠、市场价值决定了产品设计价值；四是现代机械设计创新需要有创新思维，要求设计人员具有哲学、美学、人体结构学等基础学科知识修养和逆向思维、跳跃思维等，可从不同学科、不同角度寻求最优化的设计方案[2]。

2.2现代机械设计创新原则

现代机械设计创新原则包括：机械产品功能多样性、最大经济效益。即抛弃原有单一机械产品功能单一化，制造成本高昂等劣势，使现代机械产品功能多样，增加市场需求，同时功能健全、安全性高的机械产品市场逐渐成型，应注意机械设计制造成本控制，实现产品生产销售的经济利润最大化。

3现代机械设计创新方法

当前，随着科学技术和社会经济的快速发展，机械设计追求产品质量和设计精度要求，将高科技和各类学科融合深度交互知识、先进的设计理念运用在机械设计中，使得现代机械设计更加简单、高效[3]。例如：计算机辅助设计（CAD）、优化设计、变形设计（VD）、并行设计（CD）等等。

3.1变形设计（VD）

变形设计（VariantDesign）是指在原有机械产品基础上进行创新设计，或系列化设计使得其机械产品衍生品品种多样，满足产品市场通用化和使用者不同需求[4]。其方式为对原有机械产品工作原理、结构形式、功能和尺寸等进行再次创新设计，以拓扑形式设计并制造功能多样、参数可调的系列产品。归根到底达到机械产品的功能完善、操作完美、优化类型体系。

3.2并行设计（CD）

并行设计（Concurrent Design）有别于传统机械设计的串行模式，摒弃了传统机械设计周期长、设计次序不可跳跃、成本高等缺点，以计算机辅助设计和工程数学为基础，采用系统化、集成化的设计模式从而实现现代机械设计制造一体化，充分节约设计成本和周期，提高机械设计质量。

3.3优化设计

优化设计类似于现代机械设计的变形设计，但形式和方法有区别[5]。优化设计是指以计算机和数学规划理论为基础，在产品等方面约束前提下，寻求满足设计目标的创新设计方法。运用数学函数进行线性或非线性分析、优化设计策略层层逼近达到最佳的设计方案。

3.4计算机辅助设计（CAD）

计算机辅助设计，英文为ComputerAidedDesign简称为CAD。是利用计算机技术来辅助机械设计，使得现代机械设计高效化、可修改性强、规范设计等。通常是对预设计机械产品进行建模、图形处理、工程分析等来实现的，因CAD属于将机械设计物理模型转化为数字模型，可以分析产品在各使用狀态下的情况和工作参数，通过修改和调整可优化机械产品满足各工况需求。

结束语

现代机械设计因需要与多学科进行深度融合和技术交互应用，在设计理念、设计周期、设计成本、设计产品性能等方面有别于传统机械设计，并给予对应改善和提升。从计算机辅助设计（CAD）、优化设计、变形设计（VD）、并行设计（CD）等对其进行创新研究，可促使现代机械设计产品性能更优、质量可靠、安全性好，并实现设计产品应易批量生产、功能配置合理、人机交互操作性强满足现代社会发展进程的需要。

参考文献：

[1]李彦.现代设计方法在机械创新设计中的应用探讨[J].湖北农机化，2018（05）：60-61.

[2]申永红.探讨机械设计制造中创新设计方法[J].山东工业技术，2018（14）：40.

[3]任玉灿，马轶群，张永清，刘春东.机械创新设计与机械设计课程设计衔接式教学方法初探[J].电子测试，2016（17）：160+93.

[4]高建，孙建广，祝岳铭.现代设计方法在机械创新设计中的研究[J].西部皮革，2016，38（10）：44-45.

[5]刘巍巍，邵文达，刘晓冰.面向机械产品创新与快速设计的知识建模方法研究[J].组合机床与自动化加工技术，2014（05）：27-30

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