机械现代化设计理论与方法

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1、机械现代化设计理论与方法21世纪机械制造业竞争的是国际化的、动态化的和多元化的，它面临着新的机遇，同时又存在着极大的危机。随着社会的不断发展，市场对机械产品的质量、结构、功能、性价比以及外形的多样化和个性化提出了更高的要求，同时由于环境资源的制约，要求市场上有更多资源节约型、可持续发展的机械产品不断涌现。因此，制造业的竞争焦点，实际上就是设计的竞争，目前进行机械现代化设计理论与方法的研究比以往任何时期都更加显得十分重要。1机械现代化设计理论与方法的发展进程机械设计理论与方法的发展经历了二个历史阶段。一是17世纪前的“直觉设计阶段”和1

2、7世纪后的“经验设计阶段”、“传统设计阶段”，通常人们把它们统称为“传统设计阶段”。传统的机械设计是以经验为基础，运用设计手册、数学和力学公式进行设计，这种设计方法的特点是：设计水平低、成功率低、花费大、信息反馈周期长，它已远远不能满足产品的功能需求和市场需求，必将逐渐淡出历史的舞台。二是目前的现代设计阶段。随着社会的发展，人们生活水平的不断提高，人类对机械产品提出了越来越高的要求，这就使得机械设计的理论和方法不断向前推进。同时科学技术的不断进步，也为现代机械设计的理论和方法提供了手段。而设计理论和方法的进步往往会带动产品的革新，从而

3、形成良性循环。目前国内外设计科学形成了不同的流派，主要有以下几个主要流派：一是英、美、日的创造性设计学派。他们认为设计包含创造、分析和决策三要素。强调创新性方法研究，系统工程、价值分析、安全技术、人机工程，市场分析及CAD技术等。二是德国、北欧机械设计方法学学派。他们强调系统总体设计，层次细、规范详细。三是俄罗斯、东欧的新设计法学派。他们强调基础，提倡发散、变性、收验三步设计程式。四是中国的设计学。他们强调综合、系统和适用性相统一。机械现代化设计方法是基于现代机械设计理论形成，而现代机械设计理论是对现代机械产品原理的科学总结，是判断产

4、品能否满足设计要求的依据。随着科学技术的发展，机械设计理论和方法也在不断前进，因此现代设计理论和方法有种类较多，目前主要有下列四种：(1)现代设计方法学。-11-包括并行设计、系统设计、功能设计、模块化设计、模糊设计、价值工程、反求工程技术、质量功能配置、绿色设计、面向对象的设计、工业造型设计。(2)计算机辅助设计。包括优化设计、有限元法、智能计算机辅助设计、工程数据库、虚拟设计和模拟仿真。(3)可信性设计。包括安全设计、可靠性设计、动态分析与设计疲劳可靠性设计、防断裂设计、减摩耐磨设计、防腐蚀设计、健壮设计、耐环境设计、维修性设计、

5、测试性设计、人机工程设计。(4)设计试验技术。包括环保性能试验、仿真与虚拟试验、可靠性试验。2我国机械现代化设计理论和方法的现状及发展方向据2010年统计，我国制造业的工业增加值已居世界第二位，这说明中国已经成为世界制造大国，但远不是世界制造强国。这是因为我国的机械产品不仅缺乏自主知识产权，缺乏自主创新产品，而且在产品的性能和质量上与发达国家的差距较大。据韩国产业银行最近发表的《韩、中主要产业技术竞争力分析》报告称，我国的技术竞争力落后韩国3～8年，中韩在汽车和一般机械的差距在四年以上。改革开放后，我国的机械设计水平虽然有较大的进步，

6、但与发达的美、德、日等工业化强国相比，仍然相当于他们六七十年代的水平。我国机械制造业的落后说明了我国在机械产品设计理论、方法和技术领域的落后，这也说明了加快发展我国机械产品现代设计理论方法研究的重要性和紧迫性。二十世纪八九十年代，我国机械行业为了打造“数字化”和“信息化”工厂，许多企业花巨资购买了世界高端的CAD／CAM／CAE软件，如AUTOCAD、PR0/E、UG、ANSYS和ADAMS等，并培训了一大批机械设计人员。但很多企业在CAD应用的深度和广度仍有很大局限性，他们仅仅是利用CAD进行工程绘图，只实现了机械设计的“甩图板”目

7、的，而三维CAD/CAM/CAE、仿真设计等应用却很少。采用先进的CAD软件进行工程绘图或做产品结构优化计算，确实能减轻设计人员的工作强度，提高机械设计效率，但机械设计不等于计算，也不等于机械制图加计算，它并不能从根本上解决中国目前机械设计水平低下的问题。在机械产品生命全周期中，由于设计成本只占制造总成本的3%左右，而设计阶段决定了产品的结构、功能、质量、成本、可制造性、可维修性等主要性能指标，所以设计阶段决定了产品整个成本的70%左右，制造阶段及后续其他相关阶段只决定约30%的总成本。因此大力开展现代设计理论方法的研究，并把现代设计

8、理论方法在我国制造业中推广使用，对于提高我国机械制造业在世界市场上的竞争能力，具有重要的意义。-11-目前机械现代化设计理论与方法的发展趋势是：在性能上向高精度、高效率、智能化的方向发展；在功能上向小型、轻型、多功能化方