【摘 要】機械設計理論與方法在國民經(jīng)濟中占有重要地位，當前的機械設計不僅增強了相關(guān)機械設備的穩定性，而且還使我們認識到在現代發(fā)展情況下，現代機械制造不斷走向了智能化的方向，提高了產(chǎn)品的競爭力。對于機械設計及其自動(dòng)化的重要性不言而喻。因此加強對其的研究非常有必要，基于此本文分析了機械設計方法及發(fā)展方向。
【關(guān)鍵詞】機械設計；方法；發(fā)展方向
1、現代機械設計的特點(diǎn)
在現代，機械的種類(lèi)與結構很多，相對來(lái)說(shuō)比較復雜。從實(shí)現系統功能角度來(lái)看，其主要包含了執行、操作、控制、傳動(dòng)以及動(dòng)力等系統，每個(gè)系統都可以根據需要來(lái)分解更為小的子系統。其中它還具有很多鮮明的特點(diǎn)，也就是要求設計上對機械的工作原理、運行方式、力和量的傳動(dòng)以及物理技術(shù)、各個(gè)零部件上的材料、形狀、尺寸與潤滑方法進(jìn)行相應的計算、分析與構思，同時(shí)還要融入美學(xué)、仿生學(xué)、控制論、創(chuàng )造性工程和機械電子學(xué)等方面的知識，使設計出的產(chǎn)品在市場(chǎng)上有競爭力。
2、機械設計的優(yōu)勢
2.1、優(yōu)化生產(chǎn)方式，提高生產(chǎn)效率。通過(guò)運用機械設計制造及其自動(dòng)化技術(shù)，我們可以更加精準的實(shí)施生產(chǎn)，控制機械運作，提高機械自動(dòng)化程度，加速生產(chǎn)速率，減少人力運作，不但降低生產(chǎn)過(guò)程中可能存在的不當后果對人身所產(chǎn)生的危害，還能節約生產(chǎn)成本，加大產(chǎn)品產(chǎn)出。在大部分生產(chǎn)過(guò)程中，我們都會(huì )遇到一些人力無(wú)法切身控制和操作的情況，在這種情況下，我們便可以應用機械設計制造及其自動(dòng)化技術(shù)來(lái)代替人力本身，在極限環(huán)境和不利于生命體健康的生產(chǎn)過(guò)程中，進(jìn)行操作完成必要的生產(chǎn)工序。除此之外，相對于人力本身，機械操作在某些程度上，會(huì )更加準確無(wú)誤地完成預定工序，也可避免因人為操作不當而產(chǎn)生的相關(guān)損失。
2.2、保障生產(chǎn)安全，履行生產(chǎn)流程。相對于當代的自動(dòng)化機械而言，傳統意義上的機械生產(chǎn)更多的依賴(lài)于人工控制和操作。當機械在生產(chǎn)某一環(huán)節出現問(wèn)題時(shí)，傳統機械生產(chǎn)只能根據有經(jīng)驗的工人對問(wèn)題環(huán)節進(jìn)行主觀(guān)判斷和改良維修等，不但過(guò)分依賴(lài)于主觀(guān)經(jīng)驗，也增加了機使用過(guò)程中損耗的概率；相較于傳統的機械生產(chǎn)，自動(dòng)化機械生產(chǎn)有效避免了因人為判斷失誤而產(chǎn)生的不必要生產(chǎn)損失，大大減少了生產(chǎn)過(guò)程中可能造成的人員傷亡和生產(chǎn)事故的發(fā)生，降低了機械的損耗率，延長(cháng)了機械的使用年限，節約了生產(chǎn)成本。
2.3、簡(jiǎn)化生產(chǎn)過(guò)程，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)改革。在生產(chǎn)過(guò)程中加入自動(dòng)化技術(shù)，各生產(chǎn)工序按照程序的設計運行，而不再依賴(lài)于工人本身的控制，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)過(guò)程，從根本上降低了對操作人員技術(shù)水平的要求和人工操作的難度，也減少甚至避免了人工操作不當的事故。以電子程序對生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制，不但對產(chǎn)品的生產(chǎn)做出了巨大貢獻，也同時(shí)促進(jìn)了整個(gè)機械生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)的改革。
3、機械設計制造及自動(dòng)化的設計原則
3.1、功能的要求
由于人們的某種需求，就會(huì )去制造能滿(mǎn)足人們需求的產(chǎn)品。所以說(shuō)任何一種產(chǎn)品它一定是能滿(mǎn)足人們的某一種需求的，所對應的是這種產(chǎn)品必須具備某一種功能。不同的產(chǎn)品有不同的功能就能滿(mǎn)足人們不同的需求。正因如此，機械自動(dòng)化系統也必須具有一定的能滿(mǎn)足人們需求的功能。
3.2、利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)不斷的改革
創(chuàng )新科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，為機械制造業(yè)及自動(dòng)化的發(fā)展提供了技術(shù)支持，也使發(fā)展機械制造業(yè)及自動(dòng)化成為可能。在21世紀這個(gè)科學(xué)技術(shù)日新月異的時(shí)代，一定要利用好科學(xué)技術(shù)，使得科學(xué)技術(shù)成果為機械制造業(yè)及自動(dòng)化的發(fā)展提供服務(wù)?？茖W(xué)技術(shù)促進(jìn)了機械業(yè)的發(fā)展，機械業(yè)又反過(guò)來(lái)會(huì )推動(dòng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，它們兩是相輔相成、互相促進(jìn)。
4、現代機械設計方法
4.1、現代機械設計的優(yōu)化
設計的優(yōu)化就是通過(guò)不同的方式進(jìn)行方式的優(yōu)化，這樣的優(yōu)化是為了保證設計出的機械產(chǎn)品一方面具有外在的品質(zhì)保證，另一方面是保證產(chǎn)品的內在的質(zhì)量。優(yōu)化設計一般分為兩種方式。
4.1.1、數學(xué)規劃實(shí)現的設計優(yōu)化
我們說(shuō)的數學(xué)規劃法，就是把數學(xué)規劃的理論作為基礎，是一種嚴格意義上的優(yōu)化方法。這種算法對理論依據有很高的要求，同時(shí)對設計流程的規格也有著(zhù)嚴格的標準。因為這種規劃方法在計算的過(guò)程中要進(jìn)行很多的迭代，并對數學(xué)模型要求高性態(tài)。所以這樣的優(yōu)化方式的適用范圍很小，適用于目標明確，容易建立數學(xué)模型或者結構不復雜的機械設計中。
4.1.2、人工智能實(shí)現的設計優(yōu)化
現代機械設計是我國人民創(chuàng )造型勞動(dòng)中的一種，機械設計的過(guò)程需要進(jìn)行以下四個(gè)步驟，任務(wù)的明確，設計方案，設計技術(shù)以及設計施工，并且每個(gè)環(huán)節都要及時(shí)地對建立的模型進(jìn)行仔細分析，對設計的模型進(jìn)行修改與合理性評價(jià)。人工智能優(yōu)化設計活動(dòng)有下面兩種，一直對設計數值的計算，內容主要是大量的繪圖與計算分析；二是對設計方案進(jìn)行設計以及推理，內容主要是方案的提出，方案的優(yōu)化以及設計結構等方面。因為思考和推理是這種優(yōu)化活動(dòng)的基礎，所以這就要求設計人員要有豐富的專(zhuān)業(yè)知識和設計經(jīng)驗。
作為機械設計重要的內容，設計方案的設計以及推理設計的結果對產(chǎn)品的質(zhì)量起著(zhù)關(guān)鍵性的作用，在這種情況下使用人工智能技術(shù)能為設計中的非數值計算工作提供保障。
4.2、現代機械設計的并行設計
我們說(shuō)的機械設計的并行設計就是在對機械產(chǎn)品進(jìn)行設計的時(shí)候，通過(guò)應用IT技術(shù)中的CAM或者CAD技術(shù)，以集成或者并成的方式對產(chǎn)品設計出合適的生產(chǎn)步驟。這種設計方法要求機械設計人員，從設計的最初階段就要對機械產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，包括生產(chǎn)周期內的設計，測試，工藝規劃以及配置進(jìn)行細致的考慮和規劃，將產(chǎn)品的概念設計到產(chǎn)品的報廢等一切可能發(fā)生的問(wèn)題進(jìn)行分析，最大限度地對用戶(hù)的需求進(jìn)行把握。根據設計的效果，通過(guò)對并行設計進(jìn)行全面的評價(jià)，對產(chǎn)品的設計進(jìn)行改進(jìn)，能有效地保證產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的一次成功率，還能夠增強企業(yè)的自身管理以及提高資源的利用率，減少生產(chǎn)成本提高生產(chǎn)效益。
4.3、現代機械的網(wǎng)絡(luò )協(xié)同設計
一般來(lái)說(shuō)，所謂的網(wǎng)絡(luò )協(xié)同設計，就是通過(guò)利用現代的網(wǎng)絡(luò )機制，將分布在不同地方的設計資源以及設計任務(wù)進(jìn)行統一，以協(xié)同工作中的機制以及平面支撐工具為基礎對信息進(jìn)行有效的管理，進(jìn)而完成對機械產(chǎn)品的研發(fā)以及設計工作。隨著(zhù)現代IT技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，網(wǎng)絡(luò )時(shí)代中的寬帶也得到了很大程度上的提高，所以利用現代化中多媒體實(shí)時(shí)數據的傳輸特性，一方面能夠對機械設計中的相關(guān)數據進(jìn)行了解，另一方面還能建立起數據平臺，這個(gè)數據平臺是以web為基礎的，進(jìn)而解決web中數據的修改、訪(fǎng)問(wèn)以及傳輸工作，從而進(jìn)一步實(shí)現數據的共享，進(jìn)一步滿(mǎn)足現代機械設計過(guò)程中的技術(shù)要求。
5、現代機械設計的發(fā)展趨勢
5.1、智能化
由于廣泛使用范例推理和約束滿(mǎn)足的設計方法，智能CAD技術(shù)得以誕生。人們?yōu)榱死^續推進(jìn)CAD系統的創(chuàng )造力，結合人工智能和CAD技術(shù)，得到很好的效果。當前社會(huì )把有智能的專(zhuān)家系統用在了方案綜合和設計評價(jià)當中，同時(shí)這幾年也產(chǎn)生了模糊設計和模糊評定方法，主要用于機械設計的多解性?，F代機械設計普遍存在智能化和技能化優(yōu)點(diǎn)，由于這些特性的存在，使得只有將人工智能和專(zhuān)家系統等技術(shù)通CAD技術(shù)有機結合，才可以讓CAD技術(shù)本身也具有智能化的特點(diǎn)，通過(guò)這樣的途徑提高計算機系統之間的集成率。就目前機械設計的發(fā)展方向來(lái)看，計算機是設計師們首選的工具，計算機可以將機械產(chǎn)品的各種情況通過(guò)建立模型的方式直觀(guān)的表現出來(lái)，接著(zhù)進(jìn)行智能化操作，最終可以實(shí)現提高產(chǎn)品設計方案的效率，因此，機械設計智能化是現在機械設計的必經(jīng)之路。
5.2、綠色化
隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們的生活水平也在不斷提高，對生活質(zhì)量也出現的更高的要求，好的生活質(zhì)量首先是要有個(gè)健康的生活環(huán)境，因此，當愈來(lái)愈多的人們注意到發(fā)展程度和環(huán)境好壞有著(zhù)千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系時(shí)，便產(chǎn)生了綠色設計的觀(guān)念。所謂綠色設計是指在進(jìn)行產(chǎn)品設計的同時(shí)將節約有限能源和資源并有效利用能源和資源的觀(guān)念考慮進(jìn)去，這樣得到的設計就可以成為是綠色設計。例如，在設計產(chǎn)品的過(guò)程中，首先要將產(chǎn)品的環(huán)境屬性考慮其中，必須讓產(chǎn)品設計保證符合環(huán)境的要求，并且保留產(chǎn)品的基本功能、質(zhì)量和經(jīng)濟效益。通常人們聽(tīng)到的綠色產(chǎn)品就是產(chǎn)品本身有一定的特定功能，同時(shí)在使用此產(chǎn)品時(shí)不會(huì )威脅到人們的身體健康，更不會(huì )對人們的生活環(huán)境造成污染的產(chǎn)品。綠色設計的產(chǎn)生符合社會(huì )發(fā)展的需求，能夠讓人們在健康的環(huán)境下享受美好生活，同時(shí)讓社會(huì )走可持續發(fā)展之路。采用綠色設計既可以縮小企業(yè)投資過(guò)程中遇到的風(fēng)險，同時(shí)能夠提高工作效率，促進(jìn)產(chǎn)品在市場(chǎng)上的良性競爭，這正是未來(lái)技術(shù)的發(fā)展方向。
綜上所述，現代的工作設計者想要讓自己設計出的產(chǎn)品可以立足于市場(chǎng)，除了使機械系統實(shí)現預期的功能以外，還要達到機械系統的運行可靠、操作方便以及對環(huán)境的污染小等一些要求，因此加強對其的研究非常有必要。
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