解析新型机械设计方法

　　新型机械的设计一方面需要体现对生产力的提高作用，体现在新的经济条件下新的生产形式或表现；另一方面从生产者的个人利益而言，机械的设计与制造应为其带来可观的收益，这是机械设计与制造的动力之一。因此，新型机械的设计需要两方面的动力：一是社会的需求；二是个人利益的需求，但并非每一项新型机械的设计都能满足社会的发展需求和个人的利益要求。因此，如何设计出符合时代要求，体现时代特征，并且能促进经济发展的机械是每一个机械设计者要着重解决的问题，也是实现个人利益的根本。本文重点从系统化、动态化、智能化等方面分析机械设计的方法，探讨在新的条件下如何设计符合时代要求的新型机械。
　　1系统化设计方法
　　对于现代机械的设计而言，许多方法都是无法单独存在的，或者说在机械设计中单纯运用一种方法进行设计是不可取的，如利用仿真模拟设计、专家系统设计、CAD制图设计等，但这些方法只是一种手段，一定程度上只能满足设计者在某一方面的需求。如仿真模拟设计虽然能为设计者提供一个比较真实的轮廓，并提供相关的数据，但仿真模拟无法做到把所有因素考虑其中。因此，需要综合运用多种方法，对机械的设计进行综合考虑，实现技术、人和设备之间的互动协调。具体而言：一方面，对机械进行合适的分解，将一个整体合理的系统分解成相互有关联的子系统；另一方面，将各个子系统进行综合协调，使得机械设计的整体结构达到最大限度的运行和运转，使各部分功能的传递达到最大值。如德国的设计方法学就十分提倡系统化的设计方法，其以功能原理结构这样的框架为模型，设计各种方案，然后进行最优选择和调整，得到最好的设计方案。如美国的创造性设计方法，其是在没有其他知识技术和手段的前提下，通过创造性的方法，充分发挥想象，来完成新的设计和假象。与德国设计方法学不同的是，其更注重辩证思维和灵感、经验和个人的知识体系。而具体哪一种方法更好，则是各有各的选择，决定于个人的知识经验以及性格等各方面的因素。
　　另外，系统化的设计不但可以用来解释机械设计中各个子系统之间的关系，还可以用来解释机械设计所考虑的各种变量和常量之间的关系。因为，系统化的设计方法意味着对内部和外部多种因素的考虑和综合。总而言之，系统化的设计方法主要是考虑系统内部和外部的各种优势和劣势因素，考虑各部分、各组织系统之间的关联和协同配合，最后对这些因素进行整合和取舍，形成一个完整的整体。
　　2动态化设计方法
　　任何机械的设计都需要考虑在动态下其功能的运转，因此，不能像传统设计那般只有纯粹的静态分析，更不能只凭经验系数或参数进行修正，而是应该在考虑载荷谱和材料强度等条件下进行设计。
　　可以充分运用有限元法或者可靠性设计法等一系列的方法进行设计，同时，动态的设计不仅可以从机械本身功能的角度来阐述，更重要的是，机械的设计和制造需要和这个动态的、变化的、发展的社会相适应，需要和社会的多样化需求相适应。因此，某种程度上来说，动态化设计方法不仅是要实现机械在物理上的动态，更重要的是要实现机械在社会需求层次和社会发展层次上的动态。一种机械只有经得起社会的考验，才能说是科学合理的设计。或者说，动态化的设计方法主要是针对这个变化的社会和机械本身所要面对的动能问题而提出的一种设计方法，在其他领域也可以称之为可协调性。另外，从一定程度上来说，动态的意味着不确定的，意味着一种模糊性。简单而言，产品设计的好坏与其使用的范围相对称，而不能用一种普遍的设计标准来进行衡量。如产品在性能、使用寿命、可靠性上都存在不同的界限，即存在模糊性现象。因此，在设计时，可以带入一种模糊学理念，使用模糊的量而非精确的分析。这种模糊性主要是用来处理不确定性因素。这可以说是一种动态的设计方法，也可以说是一种模糊设计方法，这里把动态理解成一种广义上的含义，因此把模糊性设计方法看成是动态设计方法的一种特例。
　　3优化设计和可靠性设计方法
　　在日常生活中，人们都会自觉或不自觉地对一些事情进行最优的选择，通过各种因素的优劣对比，形成一种利弊分析，从而做出最符合个人利益的抉择，并且一般是符合个人的最大化利益。从这一角度出发，在机械设计中，同样需要我们对机械的设计进行最优选择。优化设计方法是优化理论在机械领域的延伸，其基本的理念是根据机械设计的各种理论学说和设计规则等标准来建立所需的数学模型。然后，在此基础上运用数学规划和数字处理等技术来优化所建模型，直至达到最优的方案。当然，优化设计的前提是有可优化的方案，这代表不仅要有一些方案，而且必须是可行的，空谈不可行的方案是没有优化意义的。具体而言，如线性优化和导数优化方法。在某些方面来说，优化设计方法和系统化的设计方法有一些相似，但最大的不同是系统化设计方法形成的合理可行方案可以是多个，而且一般要求必须有多个方案。但优化设计方法形成的方案一般而言只有一个，即最优方案。
　　优化的目的是使设计实现其最大的价值和最大的功效，但这其中蕴含了不同的意义：一是可行，优化设计需要在可行的方案上进行，或者说提出一个可行的可优化的方案，这也是上一段的意义所在；二是优化设计的结果必须是可靠的，否则优化设计方法没有正确的意义。可靠性的设计是指机械在规定或给定的条件和时间内，能完成所要求的工作任务。其是在机械设计过程中，对结构和子系统的组合和各自功效发挥进行分析和调整。简单来说，就是机械设计必须能达到设计的目标，就像大型客机的设计必须能载更多的乘客。这是设计的目的，如果不行，那就说明设计不可靠。具体而言，如简化系统的方法、裕度设计和可维修设计。
　　4智能化设计方法
　　智能这个词是随着信息时代和网络时代的发展而出现的，因此智能设计方法在一定程度上来说，可以借指所有通过计算机网络实现的设计方法。其基本的要素是基于计算机技术，运用信息技术，实现计算机对人类思维活动的模拟或设计。在这个过程中，计算机承担越来越多的复杂任务，如数字计算、三维展示等。并且，随着时代的发展，计算机技术也在不断向前，通过计算机能实现的设计空间越来越大，越来越多的设计者或科学家更依赖计算机进行一系列的设计活动。如模拟技术的运用可以使设计者在不生产实物的情况下，就能对产品性能、使用寿命和使用强度等进行分析和估测，从而不断对其进行优化和改进，最终能够快速制造最终产品，这是用数字模型取代实物模型的一大优势，也可以说是新型机械设计方法中最为先进和重要的方法。或者说，智能化的设计方法在一定程度上代表了机械设计的未来走向和机械行业的发展方向。具体而言，如RT技术，即快速原型技术。另外，从社会的角度而言，智能不仅仅是通过电子信息技术实现产品的一次性设计，更重要的是，产品所具有的智能功能，产品在设计时所具有的智能特征，如飞机和汽车制造中的智能设计。可以说，随着人类的发展，人们对智能化的设计越来越期待，智能化的设计方法也越来越普及。
　　5其他设计方法
　　除了上述的四种主要的设计方法以外，在机械设计制造中，其实还有许多的设计理论和设计方法，如并行设计方法。这种设计方法主要是改变传统设计方法中的阶段性设计问题。传统设计对设计之后的问题很少考虑，也因此出现了设计和制造、制造和维修等方面的脱节。而并行设计方法和系统化的设计方法有点相似，需要将产品使用中的各种因素考虑进去。将产品的设计和产品的制造和使用结合起来考虑，形成集成开发。但与系统性设计方法不同的是，这种方法更注重考虑纵向上的众多因素，而系统化的设计更多的是横向的考虑。此外，还有摩擦学的设计方法，需要将摩擦学知识以及润滑学的知识结合起来，对产品进行设计，其主要目的也就是要尽可能地减少摩擦，增大效用。此外，还有诸如参数设计方法等。
　　6结语
　　机械设计是一个复杂而又庞大的工程，需要对各种数据进行分析和计算，需要将创新点和已有的机械设备进行重组和结合，需要考虑社会的不同需求，并将其转化为机械的内在机理。人类自从有了系统的力学和机械学以后，各种设计理论的出现弥补了机械设计的真空地带，使得传统的盲目的设计正变得有计划、有目的地进行。同时，不同的设计者从不同的角度出发，运用不同的学科知识，结合各自的实际经验，进行了不同的设计和设想。也正是因为如此，需要我们进一步学习不同的设计方法和不同的设计理论，不断创新和改进机械设计的方法和流程，使新型机械的设计和制造成为可能。