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解析新型機械設(shè)計方法論文
新型機械的設(shè)計一方面需要體現(xiàn)對生產(chǎn)力的提高作用，體現(xiàn)在新的經(jīng)濟條件下新的生產(chǎn)形式或表現(xiàn);另一方面從生產(chǎn)者的個人利益而言，機械的設(shè)計與制造應為其帶來可觀的收益，這是機械設(shè)計與制造的動力之一。因此，新型機械的設(shè)計需要兩方面的動力：一是社會的需求;二是個人利益的需求，但并非每一項新型機械的設(shè)計都能滿足社會的發(fā)展需求和個人的利益要求。因此，如何設(shè)計出符合時代要求，體現(xiàn)時代特征，并且能促進經(jīng)濟發(fā)展的機械是每一個機械設(shè)計者要著重解決的問題，也是實現(xiàn)個人利益的根本。本文重點從系統(tǒng)化、動態(tài)化、智能化等方面分析機械設(shè)計的方法，探討在新的條件下如何設(shè)計符合時代要求的新型機械。
1 系統(tǒng)化設(shè)計方法
對于現(xiàn)代機械的設(shè)計而言，許多方法都是無法單獨存在的，或者說在機械設(shè)計中單純運用一種方法進行設(shè)計是不可取的，如利用仿真模擬設(shè)計、專家系統(tǒng)設(shè)計、CAD制圖設(shè)計等，但這些方法只是一種手段，一定程度上只能滿足設(shè)計者在某一方面的需求。如仿真模擬設(shè)計雖然能為設(shè)計者提供一個比較真實的輪廓，并提供相關(guān)的數(shù)據(jù)，但仿真模擬無法做到把所有因素考慮其中。因此，需要綜合運用多種方法，對機械的設(shè)計進行綜合考慮，實現(xiàn)技術(shù)、人和設(shè)備之間的互動協(xié)調(diào)。具體而言：一方面，對機械進行合適的分解，將一個整體合理的系統(tǒng)分解成相互有關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng);另一方面，將各個子系統(tǒng)進行綜合協(xié)調(diào)，使得機械設(shè)計的整體結(jié)構(gòu)達到最大限度的運行和運轉(zhuǎn)，使各部分功能的傳遞達到最大值。如德國的設(shè)計方法學就十分提倡系統(tǒng)化的設(shè)計方法，其以“功能-原理-結(jié)構(gòu)”這樣的框架為模型，設(shè)計各種方案，然后進行最優(yōu)選擇和調(diào)整，得到最好的設(shè)計方案。如美國的創(chuàng)造性設(shè)計方法，其是在沒有其他知識技術(shù)和手段的前提下，通過創(chuàng)造性的方法，充分發(fā)揮想象，來完成新的設(shè)計和假象。與德國設(shè)計方法學不同的是，其更注重辯證思維和靈感、經(jīng)驗和個人的知識體系。而具體哪一種方法更好，則是各有各的選擇，決定于個人的知識經(jīng)驗以及性格等各方面的因素。
另外，系統(tǒng)化的設(shè)計不但可以用來解釋機械設(shè)計中各個子系統(tǒng)之間的關(guān)系，還可以用來解釋機械設(shè)計所考慮的各種變量和常量之間的關(guān)系。因為，系統(tǒng)化的設(shè)計方法意味著對內(nèi)部和外部多種因素的考慮和綜合�？偠灾�，系統(tǒng)化的設(shè)計方法主要是考慮系統(tǒng)內(nèi)部和外部的各種優(yōu)勢和劣勢因素，考慮各部分、各組織系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)和協(xié)同配合，最后對這些因素進行整合和取舍，形成一個完整的整體。
2 動態(tài)化設(shè)計方法
任何機械的設(shè)計都需要考慮在動態(tài)下其功能的運轉(zhuǎn)，因此，不能像傳統(tǒng)設(shè)計那般只有純粹的靜態(tài)分析，更不能只憑經(jīng)驗系數(shù)或參數(shù)進行修正，而是應該在考慮載荷譜和材料強度等條件下進行設(shè)計。
可以充分運用有限元法或者可靠性設(shè)計法等一系列的方法進行設(shè)計，同時，動態(tài)的設(shè)計不僅可以從機械本身功能的角度來闡述，更重要的是，機械的設(shè)計和制造需要和這個動態(tài)的、變化的、發(fā)展的社會相適應，需要和社會的多樣化需求相適應。因此，某種程度上來說，動態(tài)化設(shè)計方法不僅是要實現(xiàn)機械在物理上的動態(tài)，更重要的是要實現(xiàn)機械在社會需求層次和社會發(fā)展層次上的動態(tài)。一種機械只有經(jīng)得起社會的考驗，才能說是科學合理的設(shè)計�；蛘哒f，動態(tài)化的設(shè)計方法主要是針對這個變化的社會和機械本身所要面對的動能問題而提出的一種設(shè)計方法，在其他領(lǐng)域也可以稱之為可協(xié)調(diào)性。另外，從一定程度上來說，動態(tài)的意味著不確定的，意味著一種模糊性。簡單而言，產(chǎn)品設(shè)計的好壞與其使用的范圍相對稱，而不能用一種普遍的設(shè)計標準來進行衡量。如產(chǎn)品在性能、使用壽命、可靠性上都存在不同的界限，即存在模糊性現(xiàn)象。因此，在設(shè)計時，可以帶入一種模糊學理念，使用模糊的量而非精確的分析。這種模糊性主要是用來處理不確定性因素。這可以說是一種動態(tài)的設(shè)計方法，也可以說是一種模糊設(shè)計方法，這里把動態(tài)理解成一種廣義上的含義，因此把模糊性設(shè)計方法看成是動態(tài)設(shè)計方法的一種特例。
3 優(yōu)化設(shè)計和可靠性設(shè)計方法
在日常生活中，人們都會自覺或不自覺地對一些事情進行最優(yōu)的選擇，通過各種因素的優(yōu)劣對比，形成一種利弊分析，從而做出最符合個人利益的抉擇，并且一般是符合個人的最大化利益。從這一角度出發(fā)，在機械設(shè)計中，同樣需要我們對機械的設(shè)計進行最優(yōu)選擇。優(yōu)化設(shè)計方法是優(yōu)化理論在機械領(lǐng)域的延伸，其基本的理念是根據(jù)機械設(shè)計的各種理論學說和設(shè)計規(guī)則等標準來建立所需的數(shù)學模型。然后，在此基礎(chǔ)上運用數(shù)學規(guī)劃和數(shù)字處理等技術(shù)來優(yōu)化所建模型，直至達到最優(yōu)的方案。當然，優(yōu)化設(shè)計的前提是有可優(yōu)化的方案，這代表不僅要有一些方案，而且必須是可行的，空談不可行的方案是沒有優(yōu)化意義的。具體而言，如線性優(yōu)化和導數(shù)優(yōu)化方法。在某些方面來說，優(yōu)化設(shè)計方法和系統(tǒng)化的設(shè)計方法有一些相似，但最大的不同是系統(tǒng)化設(shè)計方法形成的合理可行方案可以是多個，而且一般要求必須有多個方案。但優(yōu)化設(shè)計方法形成的方案一般而言只有一個，即最優(yōu)方案。
優(yōu)化的目的是使設(shè)計實現(xiàn)其最大的價值和最大的功效，但這其中蘊含了不同的意義：一是可行，優(yōu)化設(shè)計需要在可行的方案上進行，或者說提出一個可行的可優(yōu)化的方案，這也是上一段的意義所在;二是優(yōu)化設(shè)計的結(jié)果必須是可靠的，否則優(yōu)化設(shè)計方法沒有正確的意義。可靠性的設(shè)計是指機械在規(guī)定或給定的條件和時間內(nèi)，能完成所要求的工作任務(wù)。其是在機械設(shè)計過程中，對結(jié)構(gòu)和子系統(tǒng)的組合和各自功效發(fā)揮進行分析和調(diào)整。簡單來說，就是機械設(shè)計必須能達到設(shè)計的目標，就像大型客機的設(shè)計必須能載更多的乘客。這是設(shè)計的目的，如果不行，那就說明設(shè)計不可靠。具體而言，如簡化系統(tǒng)的方法、裕度設(shè)計和可維修設(shè)計。
4 智能化設(shè)計方法
“智能”這個詞是隨著信息時代和網(wǎng)絡(luò)時代的發(fā)展而出現(xiàn)的，因此智能設(shè)計方法在一定程度上來說，可以借指所有通過計算機網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的設(shè)計方法。其基本的要素是基于計算機技術(shù)，運用信息技術(shù)，實現(xiàn)計算機對人類思維活動的模擬或設(shè)計。在這個過程中，計算機承擔越來越多的復雜任務(wù)，如數(shù)字計算、三維展示等。并且，隨著時代的發(fā)展，計算機技術(shù)也在不斷向前，通過計算機能實現(xiàn)的設(shè)計空間越來越大，越來越多的設(shè)計者或科學家更依賴計算機進行一系列的設(shè)計活動。如模擬技術(shù)的運用可以使設(shè)計者在不生產(chǎn)實物的情況下，就能對產(chǎn)品性能、使用壽命和使用強度等進行分析和估測，從而不斷對其進行優(yōu)化和改進，最終能夠快速制造最終產(chǎn)品，這是用數(shù)字模型取代實物模型的一大優(yōu)勢，也可以說是新型機械設(shè)計方法中最為先進和重要的方法�；蛘哒f，智能化的設(shè)計方法在一定程度上代表了機械設(shè)計的未來走向和機械行業(yè)的發(fā)展方向。具體而言，如RT技術(shù)，即快速原型技術(shù)。另外，從社會的角度而言，智能不僅僅是通過電子信息技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)品的一次性設(shè)計，更重要的是，產(chǎn)品所具有的智能功能，產(chǎn)品在設(shè)計時所具有的智能特征，如飛機和汽車制造中的智能設(shè)計。可以說，隨著人類的發(fā)展，人們對智能化的設(shè)計越來越期待，智能化的設(shè)計方法也越來越普及。
5 其他設(shè)計方法
除了上述的四種主要的設(shè)計方法以外，在機械設(shè)計制造中，其實還有許多的設(shè)計理論和設(shè)計方法，如并行設(shè)計方法。這種設(shè)計方法主要是改變傳統(tǒng)設(shè)計方法中的階段性設(shè)計問題。傳統(tǒng)設(shè)計對設(shè)計之后的問題很少考慮，也因此出現(xiàn)了設(shè)計和制造、制造和維修等方面的脫節(jié)。而并行設(shè)計方法和系統(tǒng)化的設(shè)計方法有點相似，需要將產(chǎn)品使用中的各種因素考慮進去。將產(chǎn)品的設(shè)計和產(chǎn)品的制造和使用結(jié)合起來考慮，形成集成開發(fā)。但與系統(tǒng)性設(shè)計方法不同的是，這種方法更注重考慮縱向上的眾多因素，而系統(tǒng)化的設(shè)計更多的是橫向的考慮。此外，還有摩擦學的設(shè)計方法，需要將摩擦學知識以及潤滑學的知識結(jié)合起來，對產(chǎn)品進行設(shè)計，其主要目的也就是要盡可能地減少摩擦，增大效用。此外，還有諸如參數(shù)設(shè)計方法等。
6 結(jié)語
機械設(shè)計是一個復雜而又龐大的工程，需要對各種數(shù)據(jù)進行分析和計算，需要將創(chuàng)新點和已有的機械設(shè)備進行重組和結(jié)合，需要考慮社會的不同需求，并將其轉(zhuǎn)化為機械的內(nèi)在機理。人類自從有了系統(tǒng)的力學和機械學以后，各種設(shè)計理論的出現(xiàn)彌補了機械設(shè)計的真空地帶，使得傳統(tǒng)的盲目的設(shè)計正變得有計劃、有目的地進行。同時，不同的設(shè)計者從不同的角度出發(fā)，運用不同的學科知識，結(jié)合各自的實際經(jīng)驗，進行了不同的設(shè)計和設(shè)想。也正是因為如此，需要我們進一步學習不同的設(shè)計方法和不同的設(shè)計理論，不斷創(chuàng)新和改進機械設(shè)計的方法和流程，使新型機械的設(shè)計和制造成為可能。
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