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機械的設(shè)計方法范文第1篇

關(guān)鍵詞:現(xiàn)代設(shè)計方法;機械創(chuàng)新設(shè)計;研究

中圖分類號:TH12 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:1671－1602(2016)10－0044－02

1現(xiàn)代設(shè)計的定義和方法

現(xiàn)代設(shè)計是把傳統(tǒng)的設(shè)計理論和設(shè)計方法作為基礎(chǔ)，把計算機的應(yīng)用作為標(biāo)志，是具有信息化時代特征的新型設(shè)計技術(shù)。目前，現(xiàn)代設(shè)計已經(jīng)逐漸發(fā)展到產(chǎn)品規(guī)劃、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品營銷、產(chǎn)品運行、產(chǎn)品回收等各個層面，除開傳統(tǒng)設(shè)計的理論和方法外，與設(shè)計相關(guān)連的技術(shù)和學(xué)科，特別是自動化的技術(shù)、制造工藝、材料知識、自然科學(xué)的知識、系統(tǒng)的管理技術(shù)等在現(xiàn)代設(shè)計中也是十分必要的內(nèi)容?，F(xiàn)代設(shè)計的方法是對把產(chǎn)品作為目標(biāo)的知識的總稱，其涵蓋的內(nèi)容和方法非常廣泛，主要包括可靠性的設(shè)計、優(yōu)化的設(shè)計、有限元的設(shè)計、計算機的輔助設(shè)計、價值工程等。

2機械設(shè)計

機械設(shè)計是屬于綜合性較強的工程技術(shù)，其在社會生活和生產(chǎn)中有著無可替代的重要作用。例如:人類生活所需的各種用品和工具，工業(yè)生產(chǎn)中所需的各種儀器和設(shè)備等都和機械設(shè)計緊密相連。在機械設(shè)計中，主要把機械設(shè)計的過程分為以下四個階段:①產(chǎn)品規(guī)劃的階段;②方案設(shè)計的階段;③技術(shù)設(shè)計的階段;④制造和試驗的階段。

3機械創(chuàng)新設(shè)計的思路

機械的創(chuàng)新設(shè)計是設(shè)計者在對創(chuàng)造力充分發(fā)揮的前提下，使用現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)造性的構(gòu)思，從而設(shè)計出實用性、創(chuàng)造性、新穎性的產(chǎn)品。在機械創(chuàng)新設(shè)計中要著重解決的問題是對機械產(chǎn)品的創(chuàng)造模式、機理、方法、過程等進(jìn)行探討，通過對機械產(chǎn)品的程式化、算法化、符號化、定量化來強化機械設(shè)計的質(zhì)量、效率、可靠性。雖然機械創(chuàng)新設(shè)計要基于機械設(shè)計的傳統(tǒng)方法，但是機械創(chuàng)新設(shè)計更追求創(chuàng)造性，因為要加強機械產(chǎn)品的競爭力就必須強調(diào)設(shè)計的創(chuàng)新性。在機械創(chuàng)新設(shè)計中，雖然設(shè)計的投入只有產(chǎn)品總投入的5%，但是設(shè)計的決策在產(chǎn)品投入中占70%。由于在設(shè)計階段就要對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、性能、成本、質(zhì)量、維護等因素進(jìn)行確定，且創(chuàng)新設(shè)計不僅是關(guān)于產(chǎn)品使用周期的設(shè)計，還是關(guān)于用戶和市場的設(shè)計，因此只有通過機械設(shè)計的創(chuàng)新才能使機械產(chǎn)品具有更加良好的競爭力。機械的創(chuàng)新設(shè)計不僅繁雜、耗時、費腦力，還緊張、繁重、費體力，要有效地提升創(chuàng)新設(shè)計的效率，就要使用科學(xué)的設(shè)計工具和設(shè)計方法，而設(shè)計的自動化便是創(chuàng)新設(shè)計的理想目標(biāo)。在機械的創(chuàng)新設(shè)計中，其科學(xué)性一方面可以讓設(shè)計者從系統(tǒng)的層面認(rèn)識設(shè)計，從而有效地避免不良設(shè)計;另一方面可以實現(xiàn)設(shè)計工具的尋求愿望，因此機械創(chuàng)新設(shè)計不僅是設(shè)計工作的實際需求，更是機械設(shè)計中CAD技術(shù)的未來發(fā)展趨勢。

4現(xiàn)代設(shè)計創(chuàng)新的研究

機械創(chuàng)新設(shè)計是在設(shè)計者對創(chuàng)造力充分發(fā)揮的前提下，使用現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)創(chuàng)造性的構(gòu)思，從而設(shè)計出實用性、創(chuàng)造性、新穎性的產(chǎn)品。機械的優(yōu)化設(shè)計、計算機的輔助設(shè)計、有限元設(shè)計、系統(tǒng)設(shè)計、創(chuàng)新設(shè)計等形成了現(xiàn)代設(shè)計的系統(tǒng)方法庫，且現(xiàn)代設(shè)計對利于設(shè)計思想和設(shè)計方法的學(xué)科不斷吸收。專家系統(tǒng)、思維科學(xué)、人腦研究、人工智能等的發(fā)展使創(chuàng)新設(shè)計在機械設(shè)計中越來越重要，因為不僅專家系統(tǒng)、思維科學(xué)、人腦研究、人工智能等已經(jīng)給創(chuàng)新設(shè)計奠定了理論基礎(chǔ)，而且創(chuàng)新設(shè)計的發(fā)展還能促進(jìn)創(chuàng)造思維的機理解釋和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。在機械的創(chuàng)新設(shè)計中，創(chuàng)新設(shè)計的內(nèi)容主要包括兩個方面:①完善機械產(chǎn)品的經(jīng)濟性、技術(shù)性、適用性、可靠性;②設(shè)計和創(chuàng)造滿足生活和生產(chǎn)需求的新產(chǎn)品。在機械的創(chuàng)新設(shè)計中，其關(guān)鍵的核心主要是對機械產(chǎn)品的創(chuàng)造模式、機理、方法進(jìn)行探索，并對機械產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計進(jìn)行定量化和程式化。

5現(xiàn)代設(shè)計未來的發(fā)展趨勢

現(xiàn)代設(shè)計是把分析軟件和工程設(shè)計作為基礎(chǔ)，把計算機作為工具，通過現(xiàn)代的設(shè)計理念進(jìn)行設(shè)計的新型方法。ADAMS、PRO－E、SolidEdge、I－DEAS、UG、SolidWorks、NASTRAN、ADINA等都是現(xiàn)代設(shè)計中使用較多的分析軟件?，F(xiàn)代設(shè)計的方法中，在使用分析軟件和計算機的同時，要遵循常規(guī)設(shè)計的內(nèi)容，且在現(xiàn)代設(shè)計的方法強調(diào)中，不能忽視了常規(guī)設(shè)計的重要作用?，F(xiàn)代設(shè)計的方法較多，且涉及學(xué)科較廣，虛擬的設(shè)計、優(yōu)化的設(shè)計、計算機輔助的設(shè)計、可靠性的設(shè)計、并行的設(shè)計、有限元的設(shè)計等都是現(xiàn)代設(shè)計中經(jīng)常使用的設(shè)計方法。由于現(xiàn)代設(shè)計方法的通用性較強，比如:在優(yōu)化的設(shè)計方法中，其理論基礎(chǔ)不僅可以在機構(gòu)的和零件的優(yōu)化設(shè)計中使用，還能在建筑工程和電子工程等領(lǐng)域中使用，因此現(xiàn)代設(shè)計的發(fā)展較為快速?，F(xiàn)代設(shè)計發(fā)展迅速的表現(xiàn)如下:1、機構(gòu)的計算機輔助設(shè)計和計算機輔助設(shè)的并行發(fā)展。2、機械的優(yōu)化化設(shè)計和優(yōu)化設(shè)計。3、機械的可靠性設(shè)計和可靠性設(shè)計。4、設(shè)計過程更為數(shù)字化，既要對工程中確定性變量的數(shù)學(xué)建模和描述進(jìn)行完善，還要對非確定性變量的數(shù)學(xué)建模和描述進(jìn)行研究。5、設(shè)計過程更為智能化和自動化，不僅要對各種方法庫、數(shù)據(jù)庫、知識庫進(jìn)行研究、健全、發(fā)展，還要對商品軟件的研發(fā)自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自編程，例如:對信息、數(shù)據(jù)、知識獲取和處理技術(shù)的研究。6、對多目標(biāo)和不可微模型進(jìn)行優(yōu)化、對工程的不確定模型和動態(tài)的多變量進(jìn)行優(yōu)化等優(yōu)化程序和優(yōu)化方法的研究，并且優(yōu)化程序和優(yōu)化方法的研究已經(jīng)發(fā)展到了對廣義工程系統(tǒng)領(lǐng)域的優(yōu)化。7、對網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同設(shè)計和并行設(shè)計的技術(shù)研究、方法研究、軟件研究。8、對仿真虛擬的試驗研究、對虛擬設(shè)計的研究、對快速形成仿真虛擬的研究，這種研究是把計算機的仿真作為研究基礎(chǔ)，集智能技術(shù)、人機工程、成形技術(shù)、多媒體技術(shù)、光電傳感的技術(shù)、并行工程、材料、計算機的圖形學(xué)等為一體的綜合性研究。9、對CAD技術(shù)應(yīng)用、推廣、發(fā)展的研究，在CAD技術(shù)的研究中其關(guān)鍵內(nèi)容是對功能性較強的商品軟件進(jìn)行研發(fā)。10、對微型機電系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)、設(shè)計方法、設(shè)計理論進(jìn)行研究，例如:智能計算、納米技術(shù)、微型機械的系統(tǒng)和微型機器人的系統(tǒng)的設(shè)計與計算。11、對關(guān)于生態(tài)設(shè)計的理論研究和方法研究，例如:對綠色的產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計、對生產(chǎn)過程的清潔化進(jìn)行設(shè)計、對產(chǎn)品的可回收進(jìn)行設(shè)計等。12、對基礎(chǔ)的設(shè)計理論和共性的設(shè)計技術(shù)進(jìn)行研究。

參考文獻(xiàn):

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機械的設(shè)計方法范文第2篇

前言：

機械設(shè)計發(fā)展的三個階段的是將預(yù)定的目標(biāo)，經(jīng)過一系列的規(guī)劃與分析決策產(chǎn)生一定的信息形成設(shè)計，并通過制造，使設(shè)計成為產(chǎn)品，造福人類。機械設(shè)計的發(fā)展史按時間來分，可分為三個階段：從古代社會到17世紀(jì)為機械設(shè)計起源和古代機械設(shè)計階段，由17世紀(jì)至第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束為近代機械設(shè)計，第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束直到現(xiàn)在為現(xiàn)代設(shè)計階段。如果按其內(nèi)容可分為：直覺設(shè)計階段，經(jīng)驗設(shè)計階段和理論設(shè)計階段。兩種劃分是一一對應(yīng)的，是從不同角度來劃分機械設(shè)計的發(fā)展史。每一個階段在設(shè)計理論，方法和制造工藝方面都有明顯的特色。

1.機械設(shè)計的發(fā)展史

在我國古代，機械發(fā)明，設(shè)計者與制造者是統(tǒng)一的。有許多著名的人物，他們的成果代表了當(dāng)時我國的機械的設(shè)計水平。唐代的時侯我國與許多國家開展了經(jīng)濟，文化和科學(xué)技術(shù)的交流，對中國和世界其它的一些國家有很大的影響。由于貿(mào)易的發(fā)展，要求商品增加，從而改進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備，使機械設(shè)計有了很大的發(fā)展，造紙，紡織，農(nóng)業(yè)，礦業(yè)，陶瓷，印染，兵器等都有了新的進(jìn)展，機械設(shè)計水平也提高了一大步。

在1854年學(xué)者勞萊克斯發(fā)表了著作《機械制造中的設(shè)計學(xué)》把過去溶在力學(xué)中的機械設(shè)計學(xué)獨立出來，建立了以力學(xué)和制造為基礎(chǔ)的新科學(xué)體系，由此放生了“機構(gòu)學(xué)”，“機械零件設(shè)計”，成為機械設(shè)計中的基本的內(nèi)容。在這一基礎(chǔ)上，機械設(shè)計學(xué)得到了很快的發(fā)展。在疲勞強度，接觸應(yīng)力，斷裂力學(xué)，高溫蠕變，流體動力，齒輪接觸疲勞強度計算，彎曲疲勞強度計算，滾動軸承強度理論等方面都取得了大量的成果，新工藝，新材科的，新結(jié)構(gòu)的不斷涌現(xiàn)機械設(shè)計的水平也取得了很大的發(fā)展。機器的尺寸減少，速度增加，性能提高，機械設(shè)計的計算方法和數(shù)據(jù)積累也相應(yīng)有了很大的發(fā)展，反映了時代的特色。

現(xiàn)代機械設(shè)計方法的特征是，它具有自己的學(xué)科體系和專門的內(nèi)容。其核心技術(shù)有3個方面：

（1）以產(chǎn)品的“功能”作為機械設(shè)計的核心目標(biāo)。美國麥爾斯提出了“顧客購買的不是產(chǎn)品的本身，而是產(chǎn)品所具有的功能”，說明了“功能”是產(chǎn)品的本質(zhì)和靈魂。原理的提出大大解放了設(shè)計師的思想，為了實現(xiàn)功能，可以采用不同的原理和結(jié)構(gòu)。我們可以從近年來的計時裝置，文件復(fù)制設(shè)備，通訊方法等方面的飛速發(fā)展看出，設(shè)計師的聰明才智得到了發(fā)揮，多方面滿足了社會需要。

（2）“人機學(xué)”的形成和發(fā)展。機械的工作與人是不可分的，有些操縱的信號要靠人輸入。必須考慮操縱者的反應(yīng)速度和能力限制，還必須考慮操縱者和乘客的舒適性。雖然許多產(chǎn)品已經(jīng)向自動化發(fā)展，許多民用產(chǎn)品對使用者的技術(shù)要求日益降低。但是機械產(chǎn)品畢竟是為了人類設(shè)計的?？紤]“人機學(xué)”是提高產(chǎn)品的競爭能力的重要方面。實際上“傻瓜化”就是當(dāng)前處理人機問題的一個重要的途徑。

（3）建立系統(tǒng)的“工業(yè)設(shè)計”學(xué)科體系。工業(yè)設(shè)計是設(shè)計者使產(chǎn)品在外觀，色彩，形狀，尺寸比例等方面的合理設(shè)計，使產(chǎn)品與人，環(huán)境更協(xié)調(diào)，以得到更好的使用效果與況爭力。

2.現(xiàn)代代機械制造業(yè)設(shè)計的發(fā)展趨勢

2.1現(xiàn)代化機械設(shè)計的核心是數(shù)字化

隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，在設(shè)計之前可以對整個生命周期進(jìn)行建模。利用計算機進(jìn)行模擬，利用計算機定義產(chǎn)品設(shè)計的整個生命周期的完整過程，為機械設(shè)計提供參考：設(shè)計中可以采用大量的數(shù)字化的設(shè)計工具和手段。利用數(shù)字化的管理手段對整個設(shè)計的過程進(jìn)行科學(xué)的管理，從而確保資源的優(yōu)化配置，提高設(shè)計效率。

2.2現(xiàn)代化機械設(shè)計的大趨勢是并行化

通過計算機平臺的支持，設(shè)計團隊可以共享相關(guān)的信息，不在一個地方的設(shè)計人員和可以進(jìn)行協(xié)同設(shè)計工作。在設(shè)計的過程中可以最大限度的獲得技術(shù)支持，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，提升設(shè)計能力。而傳統(tǒng)意義上的機械設(shè)計是一種串行的設(shè)計理念，將產(chǎn)品分成幾個步驟，然后一個環(huán)節(jié)完成了才能進(jìn)行下個環(huán)節(jié)。并且在設(shè)計過程中各個階段的設(shè)計缺乏溝通手段，不能夠?qū)Πl(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行及時的修正，從而極大的延長了機械設(shè)計的開發(fā)周期，增加了大量的工作量。

現(xiàn)代化機械朝著大型化、綜合化的方向發(fā)展，機械自身的構(gòu)造和功能將變得越來越復(fù)雜，產(chǎn)品在開發(fā)初期做出的相應(yīng)的設(shè)計思路將會直接影響到后期的設(shè)計。所以在開發(fā)設(shè)計的初級階段一定要進(jìn)行充分的論證和實驗，考慮產(chǎn)品面臨的各種因素，這樣可以極大的降低在產(chǎn)品后期的修改的次數(shù)，縮短開發(fā)周期?，F(xiàn)代機械設(shè)備的科技含量不斷的增加，其所涉及到多個部門的知識，一個企業(yè)往往沒有能力獨立完成一個機械的完整的設(shè)計，就需要將相關(guān)領(lǐng)域的企業(yè)或者是研究機構(gòu)的設(shè)計人員集中起來共同設(shè)計，通過并行工程的強大支持，各個領(lǐng)域的設(shè)計人員同時進(jìn)行機械的設(shè)計，優(yōu)勢互補，強強聯(lián)合，最終設(shè)計出滿意的機械產(chǎn)品。

2.3現(xiàn)代化機械設(shè)計的要求是智能化

隨著自動化技術(shù)在機械領(lǐng)域的使用，機械的自動化程度越來越高。設(shè)計師充分利用智能技術(shù)展開機械的設(shè)計工作，組成一套智能化的體系。智能化系統(tǒng)能夠獨立的進(jìn)行計算以及邏輯推理，大大減少設(shè)計師的工作量，提高設(shè)計工作效率。

3.結(jié)束語

發(fā)展我國的機械設(shè)計科學(xué)研究，必須集中探討機械設(shè)計各主要環(huán)節(jié)的正確工作方法和解決問題的途徑，收集開發(fā)新產(chǎn)品的成功經(jīng)驗和范例，積累大量的設(shè)計資料，了解世界有關(guān)行業(yè)的發(fā)展動向，致力于提高我國機械工業(yè)的水平，生產(chǎn)具有國際競爭力的機械產(chǎn)品。相信我國學(xué)者們要總結(jié)過去設(shè)計經(jīng)驗并吸收外國先進(jìn)的學(xué)術(shù)思想和科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)上，定能研究出一套適合我國的國情。高效優(yōu)質(zhì)，經(jīng)濟地進(jìn)行設(shè)計的規(guī)律和方法來為加速現(xiàn)代化建設(shè)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)

參考文獻(xiàn)

[1]李潤方，林騰蛟，陶澤光，韓西.現(xiàn)代機械設(shè)計方法及其應(yīng)用[J].機械工藝師，2000，（09）.

機械的設(shè)計方法范文第3篇

【關(guān)鍵詞】機械設(shè)計；機械制造；設(shè)計理念

機械設(shè)計，是指根據(jù)產(chǎn)品的使用功能要求，對機械的工作原理、結(jié)構(gòu)形式、運動方式、力和能量的傳遞方式，各個零件的材料和形狀尺寸、精度、配合形式和技術(shù)要求，方法等進(jìn)行構(gòu)思、綜合分析和計算并將其轉(zhuǎn)化為具體的設(shè)計方案，以作為生產(chǎn)制造依據(jù)的指導(dǎo)文件之一。

1現(xiàn)代機械設(shè)計概述

1.1.現(xiàn)代機械設(shè)計的現(xiàn)狀。機械產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)中，機械設(shè)計是十分重要的一步，是機械生產(chǎn)的起始段，決定了機械的性能，質(zhì)量和品質(zhì)。機械設(shè)計對于人類社會的進(jìn)步，起到了不可磨滅的作用，極大提高了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和生產(chǎn)的進(jìn)步。現(xiàn)代機械設(shè)計理論，總結(jié)了現(xiàn)代機械產(chǎn)品生產(chǎn)的經(jīng)驗和原理，是現(xiàn)代機械設(shè)計的指導(dǎo)方針和設(shè)計綱領(lǐng)。而現(xiàn)代機械設(shè)計方法，則確保了現(xiàn)代機械產(chǎn)品能夠滿足設(shè)計初衷和功能需要?，F(xiàn)代機械設(shè)計理論是現(xiàn)代機械設(shè)計方法的根本和核心，是機械設(shè)計中必須面對的基礎(chǔ)和要求?，F(xiàn)代社會對與機械設(shè)計水平的要求越來越高，對現(xiàn)代機械設(shè)計的需求也越來越大，這就決定了現(xiàn)代機械設(shè)計必須要不斷進(jìn)步，與時俱進(jìn)，同時社會生產(chǎn)力水平的提高，科技水平的進(jìn)步，在客觀上也推動了現(xiàn)代機械設(shè)計的進(jìn)步，為機械設(shè)計理論和方法的發(fā)展提供了動力。

1.2.現(xiàn)代機械設(shè)計的特征?，F(xiàn)代機械不僅應(yīng)用于物質(zhì)于能量方面，更多的進(jìn)步體現(xiàn)在對信息的處理，不再只注重于單一功能而傾向于綜合作用，換而言之，機械不再僅僅是一種工具，而進(jìn)一步應(yīng)用了智能技術(shù)使其具有了自主處理能力和信息接受交換能力。上述現(xiàn)代機械的進(jìn)步與變化，也使現(xiàn)代機械設(shè)計與傳統(tǒng)機械設(shè)計有了很大不同，相對于傳統(tǒng)機械設(shè)計更多的靠以前的經(jīng)驗和設(shè)計師突發(fā)的靈感，現(xiàn)代機械設(shè)計則更多的運用新興技術(shù)，綜合各學(xué)科內(nèi)容，以現(xiàn)代機械設(shè)計理論為基礎(chǔ)和準(zhǔn)則，展現(xiàn)出了機械設(shè)計在現(xiàn)代的新面貌。傳統(tǒng)機械設(shè)計是在存在需求的情況下設(shè)計出方案進(jìn)而做出樣品進(jìn)行實驗并根據(jù)實驗成果改進(jìn)方案繼續(xù)制作樣品進(jìn)行實驗，如此循環(huán)不僅費時費力，制作出的產(chǎn)品性能，適用性等均不能達(dá)到最優(yōu)化?，F(xiàn)代機械設(shè)計則可以在計算機的使用下直接進(jìn)行虛擬實驗，在對實驗現(xiàn)代機械設(shè)計方法的分類。從工程領(lǐng)域方面劃分現(xiàn)代機械設(shè)計方法，可分為現(xiàn)評估后優(yōu)化參數(shù)改進(jìn)虛擬樣機，在達(dá)到最有效果之后，再進(jìn)行設(shè)計制作，不僅節(jié)約材料，降低成本，且方便快捷，設(shè)計效果較好。

1.2現(xiàn)代機械設(shè)計的理念。設(shè)計過程要遵循一些理性的、科學(xué)的基本原則，一般來說包括邏輯關(guān)系的確定，物理關(guān)系的確定，結(jié)構(gòu)關(guān)系的確定，總體層面設(shè)計的最終確定。現(xiàn)代機械設(shè)計的理念是把信息技術(shù)、計算機輔助技術(shù)、智能技術(shù)和機械工程技術(shù)相結(jié)合，通過建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行優(yōu)化，融合數(shù)學(xué)、電子信息學(xué)、化工學(xué)、人體心理學(xué)等學(xué)科知識，從形象思維開始，綜合運行各種思維方式，經(jīng)過邏輯推理和判斷及相應(yīng)的綜合、分析與決策，產(chǎn)生設(shè)計創(chuàng)意，經(jīng)過精確的數(shù)據(jù)分析和操作，反復(fù)操作循環(huán)，最終完成設(shè)計方案。設(shè)計過程要充分考慮到設(shè)計任務(wù)，清晰設(shè)計目標(biāo)，充分收集資料和數(shù)據(jù)，要設(shè)計出新結(jié)構(gòu)和新方案，還要和客戶進(jìn)行討論，注重各專業(yè)知識的配合，力求方案的科學(xué)性，要以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度對待設(shè)計圖，不斷修改方案，直到最佳，最后，現(xiàn)代機械設(shè)計的一個重要理念就是要將設(shè)計的過程貫徹于機械制造的始終，即使是草圖結(jié)束以后也要動態(tài)進(jìn)行調(diào)整?，F(xiàn)代機械設(shè)計的理念秉承創(chuàng)新精神，注重邏輯和思維方式，運用科學(xué)合理的設(shè)計方法，結(jié)合最先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，并且還要綜合考慮經(jīng)濟性、穩(wěn)定性、智能性等相關(guān)因素，充分融合環(huán)保設(shè)計、人性化設(shè)計、低能耗設(shè)計等理念，并且借鑒國內(nèi)外的相關(guān)理論，實現(xiàn)設(shè)計理念的創(chuàng)新和發(fā)展。

2關(guān)于是機械設(shè)計其中的一個方面的探討

設(shè)計一部機器，其產(chǎn)品性能如何，關(guān)鍵在于其設(shè)計的質(zhì)量。機械設(shè)計是機械工程的重要組成部分，是機械生產(chǎn)的第一步，是決定機械性能的最主要的因素。制造一部機器，在滿足預(yù)期功能的前提下，要求性能好、效率高、成本低、造型美觀，同時要滿足人類工程的使用要求，在設(shè)計使用期限內(nèi)要安全可靠、操作方便，維修簡單。機械設(shè)計是一個創(chuàng)造性的工作，同時也是充分利用已有的成功經(jīng)驗的工作。因此，要很好的把繼承與創(chuàng)新有機結(jié)合起來，才能設(shè)計出高質(zhì)量的機器。設(shè)計程序有以下幾個階段：

2.1調(diào)研階段。在調(diào)研階段應(yīng)對所需要設(shè)計的機器的技術(shù)和使用要求情況做充分的調(diào)查研究和分析，通過分析，能夠進(jìn)一步明確機器所應(yīng)具有的功能，并為以后的決策提出由環(huán)境、經(jīng)濟、加工以及時限等方面所確定的約束條件。

2.2方案的初步設(shè)計階段。方案的初步設(shè)計不單單是滿足產(chǎn)品功能的需要和本產(chǎn)品行業(yè)的發(fā)展方向，更重要的是檢驗設(shè)計者對于產(chǎn)品的開發(fā)的認(rèn)識，以及“四新”運用的能力。初步設(shè)計的主要步驟是：確定工作原理和基本結(jié)構(gòu)型式、運動形式設(shè)計、設(shè)計主要零部件，繪制初步總裝配圖，初步設(shè)計審查。

2.3產(chǎn)品設(shè)計階段。產(chǎn)品設(shè)計階段分三步：首先，是設(shè)計總裝配草圖及部件裝配草圖。根據(jù)總裝配草圖和部件裝配草圖對產(chǎn)品進(jìn)行整體設(shè)計。再者，在產(chǎn)品設(shè)計階段要根據(jù)審查意見修改設(shè)計，設(shè)計全部零部件，繪制新的總圖，技術(shù)設(shè)計總審。最后的設(shè)計階段，要根據(jù)審查意見修改設(shè)計，繪制全部工作圖和制定全部技術(shù)文件。對于大型設(shè)備，需要多名設(shè)計人員分工合作、密切配合，總設(shè)計師要密切關(guān)注結(jié)合部分的連接設(shè)計，做到連接科學(xué)、簡單。而相對于批量或大量生產(chǎn)的產(chǎn)品，還要進(jìn)行定型設(shè)計，考慮采取工裝設(shè)計，提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率、降低成本。

2.4技術(shù)文件編制階段：其種類較多，常用的有產(chǎn)品的設(shè)計計算說明書、使用說明書、標(biāo)準(zhǔn)件、常用件、易損件的明細(xì)表等等。

計算機在機械設(shè)計中得到了日益廣泛的使用，并出現(xiàn)了許多高效率的設(shè)計分析軟件，如：（三維：PRE、UGNX、solidWorks等；二維：AutoCAD、CAXA電子圖版等、CAM：Cimatron、SolidCAM等）。運用計算機軟件設(shè)計，使設(shè)計變得更加快捷、標(biāo)準(zhǔn)化強，同時，利用此類軟件可以在設(shè)計階段進(jìn)行多方案的對比，以及可以對不同的方案其結(jié)構(gòu)強度，剛度和動力特性進(jìn)行精確的分析。因此，計算機軟件繪圖在機械設(shè)計進(jìn)程中替代了手工繪圖。

在繪制零件圖的同時還需要進(jìn)行兩項工作，其一、工藝性審核，要考慮本企業(yè)的設(shè)備加工能力和工人的技術(shù)水平，使零件便于加工并降低制造成本。其二、標(biāo)準(zhǔn)審核，使零件結(jié)構(gòu)要素、尺寸、公差配合，熱處理條件以及標(biāo)準(zhǔn)和通用零件等符合標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。零件圖完成后開始圖紙核對，經(jīng)過仔細(xì)校對的圖紙，能保證加工后裝配順利和滿足技術(shù)要求。最可靠的校對方法是根據(jù)已繪制好的零件圖重繪出一張總裝配圖，所有的矛盾之處就會體現(xiàn)出來。

綜上所述，現(xiàn)代機械設(shè)計是許多學(xué)科和領(lǐng)域的技術(shù)交融之后的捷徑，這些技術(shù)在現(xiàn)實機械中實現(xiàn)了完美的結(jié)合，前提是相關(guān)的知識在設(shè)計者的頭腦中首先實現(xiàn)完美的結(jié)合，構(gòu)成一個有序的知識體系。現(xiàn)代機械設(shè)計不可能是個人行為，在設(shè)計群體中，所以偶成員都應(yīng)掌握現(xiàn)代機械設(shè)計的有關(guān)知識，這樣才能做到相互了解和配合，才能建立全局觀念，最終實現(xiàn)現(xiàn)代機械的完美設(shè)計。

參考文獻(xiàn)：

機械的設(shè)計方法范文第4篇

【關(guān)鍵詞】機械設(shè)計 發(fā)展階段 設(shè)計方法 設(shè)計過程

一、機械設(shè)計的發(fā)展階段

在17世紀(jì)之前，人們完全憑借自身直覺，結(jié)合自身對自然環(huán)境的一種感受對使用工具進(jìn)行設(shè)計。但由于條件限制，憑借直覺設(shè)計出來的產(chǎn)品構(gòu)造比較簡單；此后，經(jīng)過很長一段的發(fā)展，一些擁有豐富經(jīng)驗的手工制作者憑借自身經(jīng)驗將設(shè)計構(gòu)思明確畫出來，也就是設(shè)計圖紙的最初版樣，設(shè)計圖紙的出現(xiàn)極大地推動了機械設(shè)計的發(fā)展；上世紀(jì)以來，伴隨著研究成果和研究數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，加之人類長久積累的設(shè)計經(jīng)驗及設(shè)計圖標(biāo)、設(shè)計方案和設(shè)計公式等輔助工具開始逐漸運用到不同機械設(shè)計中來；近來來，科技的迅猛發(fā)展特別是計算機硬件及機械設(shè)計技術(shù)和軟件的不斷更新，使得機械產(chǎn)品的設(shè)計取得革命性地發(fā)展。

二、現(xiàn)代化機械設(shè)計的方法

隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，使得機械設(shè)計的方法越來越現(xiàn)代化。在現(xiàn)代化的機械產(chǎn)品設(shè)計中，機械設(shè)計人員普遍運用優(yōu)化設(shè)計、CAD、CAE等計算機技術(shù)和工具來設(shè)計機械產(chǎn)品。而現(xiàn)代化技術(shù)和軟件在機械設(shè)計中的普及，使得機械產(chǎn)品的研發(fā)周期越來越短，生產(chǎn)成本越來越低，生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率越來越高。據(jù)調(diào)查，現(xiàn)代化的機械產(chǎn)品設(shè)計方法主要有以下幾種：

（一）將產(chǎn)品特征進(jìn)行闡述的設(shè)計方法

該類設(shè)計方法需要運用計算機能夠辨識的語言來闡述機械產(chǎn)品的屬性與特點，這一途徑也是該類機械設(shè)計方法的顯著特征。此外，還可以借助于計算機的功能建立設(shè)計相關(guān)的資料庫，在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計時運用已建立的資料輔助進(jìn)行設(shè)計。

（二）將設(shè)計元素有序結(jié)合的設(shè)計方法

該類設(shè)計方法具有明顯的設(shè)計特點，即機械設(shè)計人員將所設(shè)計出的相關(guān)設(shè)計元素有機集合起來，每個設(shè)計都有自己相對獨立的設(shè)計元素，且這些產(chǎn)品設(shè)計元素之間的關(guān)系密不可分。最后，將所有設(shè)計元素進(jìn)行有序組合，才可以完成完整的機械設(shè)計工作。

（三）將結(jié)構(gòu)模塊相互組合的設(shè)計方法

機械設(shè)計人員采用將機構(gòu)模塊相互組合的方法來進(jìn)行產(chǎn)品的方案設(shè)計，該設(shè)計方法因為結(jié)構(gòu)模塊的組合相對穩(wěn)定，并且比較容易將結(jié)構(gòu)模塊劃分開來，所以多運用在特定機械產(chǎn)品的設(shè)計上面。

三、機械產(chǎn)品設(shè)計的過程

（一）機械產(chǎn)品的市場調(diào)查階段

機械產(chǎn)品的市場調(diào)查階段是產(chǎn)品設(shè)計過程中的首要步驟，其目的是對開發(fā)的機械產(chǎn)品進(jìn)行可行性研究和市場需求預(yù)測等，以此來確定機械產(chǎn)品設(shè)計的要求和相關(guān)參數(shù)，以供設(shè)計人員參考并制定機械產(chǎn)品設(shè)計報告。

首先，機械產(chǎn)品設(shè)計人員需要通過對市場及客戶的調(diào)查來確定市場需求，并根據(jù)產(chǎn)品市場需求預(yù)測新機械產(chǎn)品上市后的發(fā)展?fàn)顩r并擬定預(yù)測報告。其次，以國內(nèi)外現(xiàn)有的同類技術(shù)產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和市場情況作為參考，對即將生產(chǎn)上市的新產(chǎn)品各方面進(jìn)行考察和分析，并撰寫產(chǎn)品技術(shù)報告。再次，對新產(chǎn)品進(jìn)行可行性分析，得出產(chǎn)品可行性分析報告。最后，將以上所得報告統(tǒng)一評審，并提出合理性建議供領(lǐng)導(dǎo)商討決策。

（二）機械產(chǎn)品方案的設(shè)計階段

第一，針對機械新產(chǎn)品進(jìn)行產(chǎn)品功能原理方案設(shè)計，該原理方案對今后的產(chǎn)品性能及成本消耗有著最直接的影響。第二，詳細(xì)確定機械產(chǎn)品各部件的尺寸、形狀，并進(jìn)行產(chǎn)品剛度及強度的計算，得出產(chǎn)品構(gòu)造草圖。第三，在前兩步基礎(chǔ)上綜合考慮產(chǎn)品布局、樣式，得出總體設(shè)計圖。第四，化整為零，將總圖分為各部件設(shè)計圖，根據(jù)每個部件的要求和規(guī)定得出產(chǎn)品的生產(chǎn)圖紙及說明書。

（三）機械產(chǎn)品樣機的試制階段

首先，根據(jù)機械產(chǎn)品樣機的設(shè)計流程和設(shè)計方案進(jìn)行樣機試制，檢驗、鑒定該樣機的試運行情況之后，對機械產(chǎn)品設(shè)計流程和方案進(jìn)行相應(yīng)修改。其次，根據(jù)修改后的設(shè)計方案和流程再進(jìn)行小批機械產(chǎn)品試制，根據(jù)產(chǎn)品試運行和試銷之后的情況進(jìn)一步修改、完善設(shè)計方案和流程。經(jīng)過產(chǎn)品的試制階段后，產(chǎn)品的設(shè)計流程和設(shè)計方案得到進(jìn)一步的完善，而機械產(chǎn)品本身各方面的性能也因為試驗與堅定而得到進(jìn)一步提升。

（四）機械產(chǎn)品設(shè)備的調(diào)試階段

機械產(chǎn)品設(shè)備的調(diào)試階段是產(chǎn)品進(jìn)入正式投產(chǎn)的重要準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，在這一階段，需要針對完善后的設(shè)計方案對設(shè)計流程等進(jìn)行最終的確定，并對即將進(jìn)行生產(chǎn)的各項設(shè)備和機器進(jìn)行調(diào)試工作。這一階段的目標(biāo)是為了即將進(jìn)入大批量生產(chǎn)的機械產(chǎn)品的各方面設(shè)計文件和生產(chǎn)設(shè)備能夠達(dá)到投產(chǎn)要求并保障機械產(chǎn)品生產(chǎn)能力的持續(xù)與穩(wěn)定。

四、總結(jié)

綜上所述，通過本文研究可以看出機械設(shè)計技術(shù)從古至今由簡單到復(fù)雜，由單純的手工設(shè)計到智能設(shè)計已經(jīng)經(jīng)歷了不少的風(fēng)風(fēng)雨雨而變得日趨完善和成熟。計算機相關(guān)軟件和技術(shù)為機械設(shè)計提供了豐富的現(xiàn)代化設(shè)計方法，這促進(jìn)了機械產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量、效率的提高的同時也使得機械設(shè)計技術(shù)的發(fā)展步伐加快。而機械產(chǎn)品設(shè)計的過程雖然繁瑣，但是必須按章有序操作，才能保障生產(chǎn)出來的產(chǎn)品能夠達(dá)標(biāo)并在市場上立足。最后希望今后人們能設(shè)計出更現(xiàn)代化更實用的機械產(chǎn)品推動人類文明的進(jìn)一步發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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機械的設(shè)計方法范文第5篇

關(guān)鍵詞：機械產(chǎn)品；方案設(shè)計方法；發(fā)展趨勢

引　言

科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，產(chǎn)品功能要求的日益增多，復(fù)雜性增加，壽命期縮短，更新?lián)Q代速度加快。然而，產(chǎn)品的設(shè)計，尤其是機械產(chǎn)品方案的設(shè)計手段，則顯得力不從心，跟不上時展的需要。目前，計算機輔助產(chǎn)品的設(shè)計繪圖、設(shè)計計算、加工制造、生產(chǎn)規(guī)劃已得到了比較廣泛和深入的研究，并初見成效，而產(chǎn)品開發(fā)初期方案的計算機輔助設(shè)計卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足設(shè)計的需要。為此，作者在閱讀了大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，概括總結(jié)了國內(nèi)外設(shè)計學(xué)者進(jìn)行方案設(shè)計時采用的方法，并討論了各種方法之間的有機聯(lián)系和機械產(chǎn)品方案設(shè)計計算機實現(xiàn)的 發(fā)展趨勢。

根據(jù)目前國內(nèi)外設(shè)計學(xué)者進(jìn)行機械產(chǎn)品方案設(shè)計所用方法的主要特征，可以將方案的現(xiàn)代設(shè)計方法概括為下述四大類型。

1、系統(tǒng)化設(shè)計方法

系統(tǒng)化設(shè)計方法的主要特點是：將設(shè)計看成由若干個設(shè)計要素組成的一個系統(tǒng)，每個設(shè)計要素具有獨立性，各個要素間存在著有機的聯(lián)系，并具有層次性，所有的設(shè)計要素結(jié)合后，即可實現(xiàn)設(shè)計系統(tǒng)所需完成的任務(wù)。

系統(tǒng)化設(shè)計思想于70年代由德國學(xué)者Pahl和Beitz教授提出，他們以系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，制訂了設(shè)計的一般模式，倡導(dǎo)設(shè)計工作應(yīng)具備條理性。德國工程師協(xié)會在這一設(shè)計思想的基礎(chǔ)上，制訂出標(biāo)準(zhǔn)VDI2221“技術(shù)系統(tǒng)和產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計方法。

制定的機械產(chǎn)品方案設(shè)計進(jìn)程模式，基本上沿用了德國標(biāo)準(zhǔn)VDI2221的設(shè)計方式。除此之外，我國許多設(shè)計學(xué)者在進(jìn)行產(chǎn)品方案設(shè)計時還借鑒和引用了其他發(fā)達(dá)國家的系統(tǒng)化設(shè)計思想，其中具有代表性的是：

(1)將用戶需求作為產(chǎn)品功能特征構(gòu)思、結(jié)構(gòu)設(shè)計和零件設(shè)計、工藝規(guī)劃、作業(yè)控制等的基礎(chǔ)，從產(chǎn)品開發(fā)的宏觀過程出發(fā)，利用質(zhì)量功能布置方法，系統(tǒng)地將用戶需求信息合理而有效地轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品開發(fā)各階段的技術(shù)目標(biāo)和作業(yè)控制規(guī)程的方法。

(2)將產(chǎn)品看作有機體層次上的生命系統(tǒng)，并借助于生命系統(tǒng)理論，把產(chǎn)品的設(shè)計過程劃分成功能需求層次、實現(xiàn)功能要求的概念層次和產(chǎn)品的具體設(shè)計層次。同時采用了生命系統(tǒng)圖符抽象地表達(dá)產(chǎn)品的功能要求，形成產(chǎn)品功能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

(3)將機械設(shè)計中系統(tǒng)科學(xué)的應(yīng)用歸納為兩個基本問題：一是把要設(shè)計的產(chǎn)品作為一個系統(tǒng)處理，最佳地確定其組成部分(單元)及其相互關(guān)系；二是將產(chǎn)品設(shè)計過程看成一個系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計目標(biāo)，正確、合理地確定設(shè)計中各個方面的工作和各個不同的設(shè)計階段 。

由于每個設(shè)計者研究問題的角度以及考慮問題的側(cè)重點不同，進(jìn)行方案設(shè)計時采用的具體研究方法亦存在差異。下面介紹一些具有代表性的系統(tǒng)化設(shè)計方法。

1.1　設(shè)計元素法

用五個設(shè)計元素(功能、效應(yīng)、效應(yīng)載體、形狀元素和表面參數(shù))描述“產(chǎn)品解”，認(rèn)為一個產(chǎn)品的五個設(shè)計元素值確定之后，產(chǎn)品的所有特征和特征值即已確定。我國亦有設(shè)計學(xué)者采用了類似方法描述產(chǎn)品的原理解。

1.2　圖形建模法

研制的“設(shè)計分析和引導(dǎo)系統(tǒng)”KALEIT，用層次清楚的圖形描述出產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)及其相關(guān)的抽象信息，實現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能關(guān)系的圖形化建模，以及功能層之間的聯(lián)接 。

將設(shè)計劃分成輔助方法和信息交換兩個方面，利用Nijssen信息分析方法可以采用圖形符號、具有內(nèi)容豐富的語義模型結(jié)構(gòu)、可以描述集成條件、可以劃分約束類型、可以實現(xiàn)關(guān)系間的任意結(jié)合等特點，將設(shè)計方法解與信息技術(shù)進(jìn)行集成，實現(xiàn)了設(shè)計過程中不同抽象層間信息關(guān)系的圖形化建模。

文獻(xiàn)［11］將語義設(shè)計網(wǎng)作為設(shè)計工具，在其開發(fā)的活性語義設(shè)計網(wǎng)ASK中，采用結(jié)點和線條組成的網(wǎng)絡(luò)描述設(shè)計，結(jié)點表示元件化的單元(如設(shè)計任務(wù)、功能、構(gòu)件或加工設(shè)備等)，線條用以調(diào)整和定義結(jié)點間不同的語義關(guān)系，由此為設(shè)計過程中的所有活動和結(jié)果預(yù)先建立模型，使早期設(shè)計要求的定義到每一個結(jié)構(gòu)的具體描述均可由關(guān)系間的定義表達(dá)，實現(xiàn)了計算機輔助設(shè)計過程由抽象到具體的飛躍。

1.3　“構(gòu)思”—“設(shè)計”法

將產(chǎn)品的方案設(shè)計分成“構(gòu)思”和“設(shè)計”兩個階段?！皹?gòu)思”階段的任務(wù)是尋求、選擇和組合滿足設(shè)計任務(wù)要求的原理解?！霸O(shè)計”階段的工作則是具體實現(xiàn)構(gòu)思階段的原理解。

將方案的“構(gòu)思”具體描述為：根據(jù)合適的功能結(jié)構(gòu)，尋求滿足設(shè)計任務(wù)要求的原理解。即功能結(jié)構(gòu)中的分功能由“結(jié)構(gòu)元素”實現(xiàn)，并將“結(jié)構(gòu)元素”間的物理聯(lián)接定義為“功能載體”，“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”間的相互作用又形成了功能示意圖(機械運動簡圖)。方案的“設(shè)計”是根據(jù)功能示意圖，先定性地描述所有的“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”，再定量地描述所有“結(jié)構(gòu)元素”和聯(lián)接件(“功能載體”)的形狀及位置，得到結(jié)構(gòu)示意圖。Roper，H.利用圖論理論，借助于由他定義的“總設(shè)計單元(GE)”、“結(jié)構(gòu)元素(KE)”、“功能結(jié)構(gòu)元素(FKE)”、“聯(lián)接結(jié)構(gòu)元素(VKE)”、“結(jié)構(gòu)零件(KT)”、“結(jié)構(gòu)元素零件(KET)”等概念，以及描述結(jié)構(gòu)元素尺寸、位置和傳動參數(shù)間相互關(guān)系的若干種簡圖，把設(shè)計專家憑直覺設(shè)計的方法做了形式化的描述，形成了有效地應(yīng)用現(xiàn)有知識的方法，并將其應(yīng)用于“構(gòu)思”和“設(shè)計”階段。

從設(shè)計方法學(xué)的觀點出發(fā)，將明確了設(shè)計任務(wù)后的設(shè)計工作分為三步：1) 獲取功能和功能結(jié)構(gòu)(簡稱為“功能”)；2) 尋找效應(yīng)(簡稱為“效應(yīng)”)；3) 尋找結(jié)構(gòu)(簡稱為“構(gòu)形規(guī)則”)。并用下述四種策略描述機械產(chǎn)品構(gòu)思階段的工作流程：策略1：分別考慮“功能”、“效應(yīng)”和“構(gòu)形規(guī)則”。因此，可以在各個工作步驟中分別創(chuàng)建變型方案，由此產(chǎn)生廣泛的原理解譜。策略2：“效應(yīng)”與“構(gòu)形規(guī)則”(包括設(shè)計者創(chuàng)建的規(guī)則)關(guān)聯(lián)，單獨考慮功能(通常與設(shè)計任務(wù)相關(guān))。此時，辨別典型的構(gòu)形規(guī)則及其所屬效應(yīng)需要有豐富的經(jīng)驗，產(chǎn)生的方案譜遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于策略1的方案譜。策略3：“功能”、“效應(yīng)”、“構(gòu)形規(guī)則”三者密切相關(guān)。適用于功能、效應(yīng)和構(gòu)形規(guī)則間沒有選擇余地、具有特殊要求的領(lǐng)域，如超小型機械、特大型機械、價值高的功能零件，以及有特殊功能要求的零部件等等。策略4：針對設(shè)計要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)化求解。該策略從已有的零件出發(fā)，通過零件間不同的排序和連接，獲得預(yù)期功能 。

1.4　矩陣設(shè)計法

在方案設(shè)計過程中采用“要求—功能”邏輯樹(“與或”樹)描述要求、功能之間的相互關(guān)系，得到滿足要求的功能設(shè)計解集，形成不同的設(shè)計方案。再根據(jù)“要求—功能”邏輯樹建立“要求—功能”關(guān)聯(lián)矩陣，以描述滿足要求所需功能之間的復(fù)雜關(guān)系，表示出要求與功能間一一對應(yīng)的關(guān)系。

Kotaetal將矩陣作為機械系統(tǒng)方案設(shè)計的基礎(chǔ)，把機械系統(tǒng)的設(shè)計空間分解為功能子空間，每個子空間只表示方案設(shè)計的一個模塊，在抽象階段的高層，每個設(shè)計模塊用運動轉(zhuǎn)換矩陣和一個可進(jìn)行操作的約束矢量表示；在抽象階段的低層，每個設(shè)計模塊被表示為參數(shù)矩陣和一個運動方程。

1.5　鍵合圖法

將組成系統(tǒng)元件的功能分成產(chǎn)生能量、消耗能量、轉(zhuǎn)變能量形式、傳遞能量等各種類型，并借用鍵合圖表達(dá)元件的功能解，希望將基于功能的模型與鍵合圖結(jié)合，實現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)的自動生成和功能結(jié)構(gòu)與鍵合圖之間的自動轉(zhuǎn)換，尋求由鍵合圖產(chǎn)生多個設(shè)計方案的方 法。

2、結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計方法

從規(guī)劃產(chǎn)品的角度提出：定義設(shè)計任務(wù)時以功能化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，引用已有的產(chǎn)品解(如通用零件部件等)描述設(shè)計任務(wù)，即分解任務(wù)時就考慮每個分任務(wù)是否存在對應(yīng)的產(chǎn)品解，這樣，能夠在產(chǎn)品規(guī)劃階段就消除設(shè)計任務(wù)中可能存在的矛盾，早期預(yù)測生產(chǎn)能力、費用，以及開發(fā)設(shè)計過程中計劃的可調(diào)整性，由此提高設(shè)計效率和設(shè)計的可靠性，同時也降低新產(chǎn)品的成本。Feldmann將描述設(shè)計任務(wù)的功能化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分為四層，(1)產(chǎn)品(2)功能組成(3)主要功能組件(4)功能元件。并采用面向應(yīng)用的結(jié)構(gòu)化特征目錄，對功能元件進(jìn)行更為具體的定性和定量描述。同時研制出適合于產(chǎn)品開發(fā)早期和設(shè)計初期使用的工具軟件STRAT。

認(rèn)為專用機械中多數(shù)功能可以采用已有的產(chǎn)品解，而具有新型解的專用功能只是少數(shù)，因此，在專用機械設(shè)計中采用功能化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，對于評價專用機械的設(shè)計、制造風(fēng) 險十分有利。

提倡在產(chǎn)品功能分析的基礎(chǔ)上，將產(chǎn)品分解成具有某種功能的一個或幾個模塊化的基本結(jié)構(gòu)，通過選擇和組合這些模塊化基本結(jié)構(gòu)組建成不同的產(chǎn)品。這些基本結(jié)構(gòu)可以是零件、部件，甚至是一個系統(tǒng)。理想的模塊化基本結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有標(biāo)準(zhǔn)化的接口(聯(lián)接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、層次化、靈便化、經(jīng)濟化，具有互換性、相容性和相關(guān)性。我國結(jié)合軟件構(gòu)件技術(shù)和CAD技術(shù)，將變形設(shè)計與組合設(shè)計相結(jié)合，根據(jù)分級模塊化原理，將加工中心機床由大到小分為產(chǎn)品級、部件級、組件級和元件級，并利用專家知識和CAD技術(shù)將它們組合成不同品種、不同規(guī)格的功能模塊，再由這些功能模塊組合成不同的加工中心總體方案。

以設(shè)計為目錄作為選擇變異機械結(jié)構(gòu)的工具，提出將設(shè)計的解元素進(jìn)行完整的、結(jié)構(gòu)化的編排，形成解集設(shè)計目錄。并在解集設(shè)計目錄中列出評論每一個解的附加信息，非常有利于設(shè)計工程師選擇解元素。

根據(jù)機械零部件的聯(lián)接特征，將其歸納成四種類型：1)元件間直接定位，并具 有自調(diào)整性的部件；2) 結(jié)構(gòu)上具有共性的組合件；3)具有嵌套式結(jié)構(gòu)及嵌套式元件的聯(lián)接 ；4)具有模塊化結(jié)構(gòu)和模塊化元件的聯(lián)接。并采用準(zhǔn)符號表示典型元件和元件間的連接規(guī)則，由此實現(xiàn)元件間聯(lián)接的算法化和概念的可視化。

在進(jìn)行機械系統(tǒng)的方案設(shè)計中，用“功能建立”模塊對功能進(jìn)行分解，并規(guī)定功能分解的最佳“?；背潭仁枪δ芘c機構(gòu)型式的一一對應(yīng)。“結(jié)構(gòu)建立”模塊則作為功能解的選擇對象以便于實現(xiàn)映射算法。

3、基于產(chǎn)品特征知識的設(shè)計方法

基于產(chǎn)品特征知識設(shè)計方法的主要特點是：用計算機能夠識別的語言描述產(chǎn)品的特征及其設(shè)計領(lǐng)域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗，建立相應(yīng)的知識庫及推理機，再利用已存儲的領(lǐng)域知識和建立的推理機制實現(xiàn)計算機輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計。

機械系統(tǒng)的方案設(shè)計主要是依據(jù)產(chǎn)品所具有的特征，以及設(shè)計領(lǐng)域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗進(jìn)行推量和決策，完成機構(gòu)的型、數(shù)綜合。欲實現(xiàn)這一階段的計算機輔助設(shè)計，必須研究知識的自動獲取、表達(dá)、集成、協(xié)調(diào)、管理和使用。為此，國內(nèi)外設(shè)計學(xué)者針對機械系統(tǒng)方案設(shè)計知識的自動化處理做了大量的研究工作，采用的方法可歸納為下述幾種。

3.1　編碼法

根據(jù)“運動轉(zhuǎn)換”功能(簡稱功能元)將機構(gòu)進(jìn)行分類，并利用代碼描述功能元和機構(gòu)類別，由此建立起“機構(gòu)系統(tǒng)方案設(shè)計專家系統(tǒng)”知識庫。在此基礎(chǔ)上，將二元邏輯推理與模糊綜合評判原理相結(jié)合，建立了該“專家系統(tǒng)”的推理機制，并用于四工位專用機床的方案設(shè)計中。

利用生物進(jìn)化理論，通過自然選擇和有性繁殖使生物體得以演化的原理，在機構(gòu)方案設(shè)計中，運用網(wǎng)絡(luò)圖論方法將機構(gòu)的結(jié)構(gòu)表達(dá)為拓?fù)鋱D，再通過編碼技術(shù)，把機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和性能轉(zhuǎn)化為個體染色體的二進(jìn)制數(shù)串，并根據(jù)設(shè)計要求編制適應(yīng)值，運用生物進(jìn)化理論控制繁殖機制，通過選擇、交叉、突然變異等手段，淘汰適應(yīng)值低的不適應(yīng)個體，以極快的進(jìn)化過程得到適應(yīng)性最優(yōu)的個體，即最符合設(shè)計要求的機構(gòu)方案。

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3.2　知識的混合型表達(dá)法

針對復(fù)雜機械系統(tǒng)的方案設(shè)計，采用混合型的知識表達(dá)方式描述設(shè)計中的各類知識尤為適合，這一點已得到我國許多設(shè)計學(xué)者的共識。

在研制復(fù)雜產(chǎn)品方案設(shè)計智能決策支持系統(tǒng)DMDSS中，將規(guī)則、框架、過程和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等知識表示方法有機地結(jié)合在一起，以適應(yīng)設(shè)計中不同類型知識的描述。將多種單一的知識表達(dá)方法(規(guī)則、框架和過程)，按面向?qū)ο蟮木幊淘瓌t，用框架的槽表示對象的屬性，用規(guī)則表示對象的動態(tài)特征，用過程表示知識的處理，組成一種混合型的知識表達(dá)型式，并成功地研制出“面向?qū)ο蟮臄?shù)控龍門銑床變速箱方案設(shè)計智能系統(tǒng)GBCDIS”和“變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計專家系統(tǒng)GBSDES”。

3.3　利用基于知識的開發(fā)工具

在聯(lián)軸器的CAD系統(tǒng)中，利用基于知識的開發(fā)工具NEXPERT-OBJECT，借助于面向?qū)ο蟮姆椒?，?chuàng)建了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法數(shù)據(jù)庫，為設(shè)計者進(jìn)行聯(lián)軸器的方案設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了廣泛且可靠的設(shè)計方法譜。則利用NEXPERT描述直線導(dǎo)軌設(shè)計中需要基于知識進(jìn)行設(shè)計的內(nèi)容，由此尋求出基于知識的解，并開發(fā)出直線導(dǎo)軌設(shè)計專家系統(tǒng)。

3.4　設(shè)計目錄法

構(gòu)造了“功能模塊”、“功能元解”和“機構(gòu)組”三級遞進(jìn)式設(shè)計目錄，并將這三級遞進(jìn)式設(shè)計目錄作為機械傳動原理方案智能設(shè)計系統(tǒng)的知識庫和開發(fā)設(shè)計的輔助工具。

3.5　基于實例的方法

在研制設(shè)計型專家系統(tǒng)的知識庫中，采用基本謂詞描述設(shè)計要求、設(shè)計條件和選取的方案，用框架結(jié)構(gòu)描述“工程實例”和各種“概念實體”，通過基于實例的推理技術(shù)產(chǎn)生候選解來配匹產(chǎn)品的設(shè)計要求。

4、智能化設(shè)計方法

智能化設(shè)計方法的主要特點是：根據(jù)設(shè)計方法學(xué)理論，借助于三維圖形軟件、智能化設(shè)計軟件和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，以及多媒體、超媒體工具進(jìn)行產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計、表達(dá)產(chǎn)品的構(gòu)思、描述 產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。

在利用數(shù)學(xué)系統(tǒng)理論的同時，考慮了系統(tǒng)工程理論、產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)和系統(tǒng)開發(fā)方法學(xué)VDI2221，研制出適合于產(chǎn)品設(shè)計初期使用的多媒體開發(fā)系統(tǒng)軟件MUSE。

在進(jìn)行自動取款機設(shè)計時，把產(chǎn)品的整個開發(fā)過程概括為“產(chǎn)品規(guī)劃”、“開發(fā)”和“生產(chǎn)規(guī)劃”三個階段，并且充分利用了現(xiàn)有的CAD尖端技術(shù)——虛擬現(xiàn)實技術(shù)。1) 產(chǎn)品規(guī)劃—構(gòu)思產(chǎn)品。其任務(wù)是確定產(chǎn)品的外部特性，如色彩、形狀、表面質(zhì)量、人機工程等等，并將最初的設(shè)想用CAD立體模型表示出，建立能夠體現(xiàn)整個產(chǎn)品外形的簡單模型，該模型可以在虛擬環(huán)境中建立，借助于數(shù)據(jù)帽和三維鼠標(biāo)，用戶還可在一定程度上參與到這一環(huán)境中，并且能夠迅速地生成不同的造型和色彩。立體模型是檢測外部形狀效果的依據(jù)，也是幾何圖形顯示設(shè)計變量的依據(jù)，同時還是開發(fā)過程中各類分析的基礎(chǔ)。 2) 開發(fā)—設(shè)計產(chǎn)品。該階段主要根據(jù)“系統(tǒng)合成”原理，在立體模型上配置和集成解元素，解元素根據(jù)設(shè)計目標(biāo)的不同有不同的含義：可以是基本元素，如螺栓、軸或輪轂聯(lián)接等；也可以是復(fù)合元素，如機、電、電子部件、控制技術(shù)或軟件組成的傳動系統(tǒng)；還可以是要求、特性、形狀等等。將實現(xiàn)功能的關(guān)鍵性解元素配置到立體模型上之后，即可對產(chǎn)品的配置(設(shè)計模型中解元素間的關(guān)系)進(jìn)行分析，產(chǎn)品配置分析是綜合“產(chǎn)品規(guī)劃”和“開發(fā)”結(jié)果的重要手段。3) 生產(chǎn)規(guī)劃—加工和裝配產(chǎn)品。在這一階段中，主要論述了裝配過程中CAD技術(shù)的應(yīng)用，提出用計算機圖像顯示解元素在相應(yīng)位置的裝配過程，即通過虛擬裝配模型揭示造形和裝配間的關(guān)系，由此發(fā)現(xiàn)難點和問題，并找出解決問題的方法，并認(rèn)為將CAD技術(shù)綜合應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)的三個階段，可以使設(shè)計過程的綜合與分析在“產(chǎn)品規(guī)劃”、“開發(fā)”和“生產(chǎn)規(guī)劃”中連續(xù)地交替進(jìn)行。因此，可以較早地發(fā)現(xiàn)各個階段中存在的問題，使產(chǎn)品在開發(fā)進(jìn)程中不斷地細(xì)化和完善。

我國利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行設(shè)計還處于剛剛起步階段。利用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，重點研究了按時序合成的機構(gòu)組合方案設(shè)計專家系統(tǒng)，并借助于具有高性能圖形和交換處理能力的OpenGL技術(shù)，在三維環(huán)境中從各個角度對專家系統(tǒng)設(shè)計出的方案進(jìn)行觀察，如運動中機構(gòu)間的銜接狀況是否產(chǎn)生沖突等等。

將構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)模塊、產(chǎn)品整體構(gòu)造及其制造工藝和使用說明的擬訂(見圖1)稱之為快速成型技術(shù)。建議在產(chǎn)品開發(fā)過程中將快速成型技術(shù)、多媒體技術(shù)以及虛擬表達(dá)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(應(yīng)用于各個階段求解過程需要的場合)結(jié)合應(yīng)用。指出隨著計算機軟、硬件的不斷完善，應(yīng)盡可能地將多媒體圖形處理技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)中，例如三維圖形(立體模型)代替裝配、拆卸和設(shè)計聯(lián)接件時所需的立體結(jié)構(gòu)想象力等等。

利用智能型CAD系統(tǒng)SIGRAPH-DESIGN作為開發(fā)平臺，將產(chǎn)品的開發(fā)過程分為概念設(shè)計、裝配設(shè)計和零件設(shè)計，并以變量設(shè)計技術(shù)為基礎(chǔ)，建立了膠印機凸輪連桿機構(gòu)的概念模型。從文獻(xiàn)介紹的研究工作看，其概念模型是在確定了機構(gòu)型、數(shù)綜合的基礎(chǔ)上，借助于軟件SIGRAPH-DESIGN提供的變量設(shè)計功能，使原理圖隨著機構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)變化而變化，并將概念模型的參數(shù)傳遞給下一級的裝配模型、零件設(shè)計。

5、各類設(shè)計方法評述及發(fā)展趨勢

綜上所述，系統(tǒng)化設(shè)計方法將設(shè)計任務(wù)由抽象到具體(由設(shè)計的任務(wù)要求到實現(xiàn)該任務(wù)的方案或結(jié)構(gòu))進(jìn)行層次劃分，擬定出每一層欲實現(xiàn)的目標(biāo)和方法，由淺入深、由抽象至具體地將各層有機地聯(lián)系在一起，使整個設(shè)計過程系統(tǒng)化，使設(shè)計有規(guī)律可循，有方法可依，易于設(shè)計過程的計算機輔助實現(xiàn)。

結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計方法視具有某種功能的實現(xiàn)為一個結(jié)構(gòu)模塊，通過結(jié)構(gòu)模塊的組合，實現(xiàn)產(chǎn)品的方案設(shè)計。對于特定種類的機械產(chǎn)品，由于其組成部分的功能較為明確且相對穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)模塊的劃分比較容易，因此，采用結(jié)構(gòu)模塊化方法進(jìn)行方案設(shè)計較為合適。由于實體與功能之間并非是一一對應(yīng)的關(guān)系，一個實體通?？梢詫崿F(xiàn)若干種功能，一個功能往往又可通過若干種實體予以實現(xiàn)。因此，若將結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計方法用于一般意義的產(chǎn)品方案設(shè)計，結(jié)構(gòu)模塊的劃分和選用都比較困難，而且要求設(shè)計人員具有相當(dāng)豐富的設(shè)計經(jīng)驗和廣博的多學(xué)科 領(lǐng)域知識。

機械產(chǎn)品的方案設(shè)計通常無法采用純數(shù)學(xué)演算的方法進(jìn)行，也難以用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行完整的描述，而需根據(jù)產(chǎn)品特征進(jìn)行形式化的描述，借助于設(shè)計專家的知識和經(jīng)驗進(jìn)行推理和決策。因此，欲實現(xiàn)計算機輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計，必須解決計算機存儲和運用產(chǎn)品設(shè)計知識和專家設(shè)計決策等有關(guān)方面的問題，由此形成基于產(chǎn)品特征知識的設(shè)計方法。

目前，智能化設(shè)計方法主要是利用三維圖形軟件和虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行設(shè)計，直觀性較好，開發(fā)初期用戶可以在一定程度上直接參與到設(shè)計中，但系統(tǒng)性較差，且零部件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸、位置的合理確定，要求軟件具有較高的智能化程度，或者有豐富經(jīng)驗的設(shè)計者參與。

值得一提的是：上述各種方法并不是完全孤立的，各類方法之間都存在一定程度上的聯(lián)系，如結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計方法中，劃分結(jié)構(gòu)模塊時就蘊含有系統(tǒng)化思想，建立產(chǎn)品特征及設(shè)計方法知識庫和推理機時，通常也需運用系統(tǒng)化和結(jié)構(gòu)模塊化方法，此外，基于產(chǎn)品特征知識的設(shè)計同時又是方案智能化設(shè)計的基礎(chǔ)之一。在機械產(chǎn)品方案設(shè)計中，視能夠?qū)崿F(xiàn)特定功能的通用零件、部件或常用機構(gòu)為結(jié)構(gòu)模塊，并將其應(yīng)用到系統(tǒng)化設(shè)計有關(guān)層次的具體設(shè)計中，即將結(jié)構(gòu)模塊化方法融于系統(tǒng)化設(shè)計方法中，不僅可以保證設(shè)計的規(guī)范化，而且可以簡化設(shè)計過程，提高設(shè)計效率和質(zhì)量，降低設(shè)計成本。