现代机械设计方法

摘 要：与传统机械设计只单纯的注重实现产品预期功能不同,现代机械设计正朝着系统化、信息化、柔性化、智能化方向发展.本文在传统机械的基础上,对现在机械设计的特点、现代计算机辅助设计方法进行了详细的介绍.

关 键 词：传统机械设计；预期功能；智能化；计算机辅助

0引言

随着社会经济的发展,中国的科学取得了长足的进步,现代机械也发生了飞跃性的发展.现代机械在继承了传统设计的原则、步骤、造型设计标注、类比设计等基础上,将迅速发展的计算机技术、电子学技术、测试分析等多种技术融入到机械设计中,同时在机械系统中引入新材料、新工艺,实现了同一种技术功能所具有的载体功能和技术手段的多样性.现代社会对机械系统提出了更高的要求,为了使产品能够立足于市场,机械系统不仅需要能够在实现预期功能的基础上,还需要设计的机械系统满足物美价廉、操作方便、安全性能高、污染小等特点.因此现代机械系统对机械设计这提出了更高的要求,只有通晓机电、液压技术、计算机技术等才能够设计出性价比高的优良现代机械系统.

1现代机械设计的特点

机械设计是实现某一种功能,同时综合制造产品的经济性、制造可能性等,从而构思的一种具有创新性机械产品过程.与传统机械设计相比,现代机械设计有着其自身独有的特点,为了使得设计的产品具有更大的市场竞争力,现代机械在设计时不仅仅需要对系统的机械工作原理、运动形式、力量的传递方式、零部件结构尺寸、外部阻力、摩擦力、各零部件间的耦合方式等等进行考虑,还需要综合融入多门新的科学知识,比如计算机学、机械电子、控制理论、仿生学、美术学等等,是一种融入多门科学知识的综合性设计过程.随着社会的发展以及科技的进步,现代机械的种类越来越多,机械系统的结构复杂度也是逐年的增加.但是从系统功能角度上来说,机械系统可以分为动力系统、执行系统、控制系统、动力传输系统等等,如果再进行细分,每个系统在原系统的基础上仍可进行划分.

2计算机辅助机械设计方法

计算机辅助技术简称CAD技术,它属于计算机技术,是电子信息技术的重要组成部分之一.作为当代机械设计过程中最具灵活的技术手段之一,CAD技术这一新兴的学科颠覆了传统手工设计效率低下的方式,充分利用计算机所具有的运算快、记忆力强、逻辑判断高、计算精度高、绘图能力强等特殊功能,并结合设计人员的经验、智慧以及创造力来计产品,极大的降低了产品的开发周期,提高了产品设计精度,减轻了设计人员的劳动强度,提高了产品的设计质量,使得设计人员的创造性以及个人能力得到延伸.

CAD系统由硬件系统和软件系统两部分组成,硬件系统是支撑计算机辅助系统的物质基础,而软件系统决定了CAD系统所具有的功能,它是系统的核心技术,软件系统和硬件系统联合在一起共同组成了计算机辅助系统.从软件的功能上来划分的话,系统软件可以分为系统软件、支撑软件和应用软件三部分.其中,系统软件主要包括操作系统、数据通信系统等,它是整个软件的核心内层,能够自动管理和控制计算机资源；支撑软件亦成为开发软件,它能够帮助设计人员更高效率的开发其他应用软件；应用软件是在系统软件和支撑软件的基础上,设计人员进行自行编制用于解决实际问题的程序.

利用计算机辅助技术进行机械设计的步骤主要包含以下几部分,首先就是建立数学模型,在cad系统中常规的机械零部件都具有自己的数学模型,如果设计的模型在系统中不存在,则需要重新建立正确的数学模型；其次是设计程序流程图,根据机械系统的工作原理对零部件的控制步骤进行设计；后根据程序流程图的工作步骤,利用计算机语言进行程序的编制；最后在相关开发软件系统下进行程序的调试,并检查程序是否能够正确运行,如果不能,则需要发现错误并进行程序修改.

3系统化机械设计方法

伴随着科技的迅速发展,人们对产品的功能需求也是日益的增多,产品的设计复杂性也随之增加.现代产品具有寿命周期短,更新速度快等特点,利用传统的机械设计手段来设计现代机械产品则显得有点力不从心,传统机械设计手段已跟不上现代产品发展的步伐.基于传统机械设计的缺点,现代机械在继承前者的基础上发展而来.现代机械设计突破传统只注重实现产品预期功能的需求,并结合现代先进的计算机等其他综合技术,使得现代机械设计向信息化、系统话、柔性化和智能化方向发展.由于现代机械产品设计融入了多种综合性技术,当代的设计技术使得原有的机械产品机构发生重大变化,将机械产品性能、功能及其制造技术提高到了一个崭新的水平,带来了巨大的经济效益和社会效益.机械产品的系统化设计和多种控制技术的运用是未来机械行业发展的趋势.

目前,计算机辅助技术已经在产品的设计绘图、加工制造、生产规划等环节得到了广泛而深入的研究,并且也取得了一定的成果.但是其在产品开发初期设计环节上运用的相对较少,远远不能够满足现代设计需求,而系统化设计能够解决该问题.系统化设计能够将任务实现由具体到抽象的层次划分,并能够拟出实现该方案的目标方法,由浅入深、由抽象到具体的将各层次紧密的联系在一起,最终是产品设计规划化、系统化,易于实现计算机辅助技术在整个机械产品的设计.在系统化设计中,将产品的设计系统看作由多个设计要素组成,并且每个设计要素具有一定的独立性,各个要素具有层次性,每个要素之间存在着一定的联系,当所有的要素设计完成后,将他们有机的整合在一起即实现所需的机械系统.为了更加

科学合理化的进行机械系统设计,在系统化设计过程中,常常将一个机械系统分解为许许多多比较简单的系统,从而使得机械设计变得更加的简单、方便.有时候,为了需要,可能将划分后的系统进行划分为更加简单的更小子系统,直至能够进行适宜的设计和分析.

但是在系统设计时需要注意以下问题：

（1）系统分解数和层次数应适宜.如果分解的子系统数目太少,则子系统复杂度稍高,不便于产品的模型化,同时也给设计工作增加难度；如果分解数和层次数过多,则容易造成系统臃肿,给最终的系统整合带来难度.

（2）避免过分的复杂面.在系统设计时,尽量选择要素间联系数较少和作用较弱的地方.

（3）使得系统中能量流、信息流、物料流的合理的流动.在机械系统中,一般包含能量流、信息流、物料流,并且该三部分间可实现相互转换.他们在系统的输入到系统的输出工作过程中,按一定的方向和途径不间断的流动着.即使在划分的各个子系统中,他们的流动途径也是不变的.

（4）系统分解与功能分解的不同.在系统分解中,存在子系统分解和功能分解,这两者间的分解是不相同的.虽然系统被分解为各个子系统,但是每个子系统仍是一个单独的系统,子系统虽然相对简单,但是可能具有多项功能,并且每个子系统间仍是具有紧密联系的.功能分解不一样,系统按照功能逐一分解,直至不能够再次分解系统功能.

4结束语

伴随着网络技术的发展以及异地的协同设计制造,使得产品的功能需求、设计、加工、装配并行工程具有一定的可行性.但是产品设计方案的三维可视化是实现这一目标的前提条件,因此,近些年来,智能化软件设计、三维图形设计、虚拟技术等等越来越多的被应用到现代产品的设计中.目前,机械产品的设计正朝着智能化设计、计算机辅助实现以及能够满足异地系统设计的方向发展,并且随着人们对产品功能性越来越高的要求,人工智能理论、系统工程理论、计算机软硬件工程等多技术融合技术也是未来机械产品设计的发展方向.