1、機電信息2012年第21期總第339期0引言機械設計是決定機械性能最主要的因素，在機械工程中占有非常重要的地位。為了實現(xiàn)某一使用功能，機械設計是根據(jù)使用要求對機械的工作原理、機械的結(jié)構、運動方式等進行構思、分析和計算，使其轉(zhuǎn)化為制造創(chuàng)新機械產(chǎn)品依據(jù)的工作過程［1］。目前由于我國科學技術發(fā)展迅速，人們生活水平不斷提高，對機械產(chǎn)品的要求也越來越高。這不僅要求機械產(chǎn)品向大型化、微型化轉(zhuǎn)變，而且還要向多功能、多用途、高質(zhì)量、高性能和經(jīng)濟效益好的

2、方向發(fā)展。對此，傳統(tǒng)的設計技術已經(jīng)難以滿足其需要，必須要用現(xiàn)代的設計技術來彌補其不足。因此，對現(xiàn)代設計技術的分析與研究是十分重要的課題。1現(xiàn)代機械設計技術與傳統(tǒng)機械設計技術的比較大量資料研究表明，現(xiàn)代機械設計技術比傳統(tǒng)機械設計技術具有較大的優(yōu)勢。傳統(tǒng)機械設計技術是采用直覺法和類比法的經(jīng)驗性設計，依靠大量經(jīng)驗總結(jié)，設計主要依據(jù)力學與數(shù)學形成的公式、圖表和手冊等［2］。而現(xiàn)代機械設計技術已經(jīng)從傳統(tǒng)設計的經(jīng)驗法、類比法中解脫出來，充分利用了計

3、算機技術、計算技術、應用數(shù)學、力學、電子學、測試與分析技術等［3］，采用了系統(tǒng)的、理性的、邏輯的設計方法，在計算機網(wǎng)絡的基礎上，實現(xiàn)了計算結(jié)果最優(yōu)化，設計過程高效化和自動化。從近年來大量機械方面的專利技術申報中明顯體現(xiàn)出這一特點?，F(xiàn)代機械設計技術呈現(xiàn)出4大特點，同時彌補了傳統(tǒng)機械設計技術4個方面的缺陷：（1）提高了計算速度，彌補了人工設計計算速度慢的缺陷；（2）縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，降低了開發(fā)成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，彌補了產(chǎn)品開發(fā)周期長、成

4、本過高的缺陷；（3）能根據(jù)市場需求和產(chǎn)品功能的要求定量開發(fā)設計，而且設計的直觀性與形象性較好，彌補了設計的直觀性與形象性差、難于與用戶溝通的缺陷；（4）產(chǎn)品能適應市場的需求不斷更新?lián)Q代，彌補了產(chǎn)品定型后生產(chǎn)線不易更改的缺陷。因此，現(xiàn)代機械設計技術是一種動態(tài)的和科學的設計技術。2現(xiàn)代機械設計技術的種類、特點與應用通過對大量機械專利產(chǎn)品資料的分析，在機械設計中現(xiàn)代設計技術應用較為廣泛，其種類主要歸納為以下4大部分：2.1提高產(chǎn)品優(yōu)良性能的設

5、計技術機械產(chǎn)品的核心是其優(yōu)良的性能，只有在保證安全、綜合性能良好的基礎上，機械產(chǎn)品才具有生命力。提高產(chǎn)品優(yōu)良性能設計技術的內(nèi)容和特點有：（1）消除與預防產(chǎn)品和系統(tǒng)產(chǎn)生故障的可靠性設計技術。其特點是圍繞產(chǎn)品可靠性問題進行設計，主要研究產(chǎn)品和系統(tǒng)產(chǎn)生故障的原因，提出解決方法。（2）提高材料和結(jié)構抵御破壞能力的設計技術。當材料和結(jié)構在交變的外界因素作用下，如載荷、電場、溫度等，其性能會受到較大的影響，因此，其設計重點是預防材料和結(jié)構的斷裂、疲

6、勞等，提高在各種工作環(huán)境下抵御破壞的能力。（3）系統(tǒng)動態(tài)性設計技術。針對結(jié)構與機械系統(tǒng)的動態(tài)問題，如動態(tài)響應、響應的快速性與準確性、噪聲、動態(tài)性能如固有頻率與振型等進行分析與設計，以達到在各種預期可能的瞬變載荷及環(huán)境作用時，仍然保持足夠的結(jié)構系統(tǒng)的穩(wěn)定性。目前優(yōu)化設計、專家系統(tǒng)、人機工程等學科知識已經(jīng)應用到動態(tài)性設計中，以保障高速度、高精度、低重量設備的生產(chǎn)和良好工作狀態(tài)。（4）解決物體表面的摩擦、磨損和潤滑等問題的摩擦學設計技術。其是

7、運用了摩擦學的理論、方法、技術和數(shù)據(jù)，將摩擦和磨損降低到最低水平的設計，目的是降低原材料消耗，節(jié)約能源，提高機械裝備的可靠性和工作效率，延長其使用壽命。現(xiàn)代機械產(chǎn)品要在市場中具有競爭力，必須進行摩擦學設計。（5）防腐蝕設計技術。主要有選擇合理材料及制訂加工制造工藝；主要防腐蝕結(jié)構設計；防腐蝕強度的設計；防腐蝕設計加工方法；設備預期壽命概率和可靠性分析等。2.2滿足市場需求的產(chǎn)品創(chuàng)新設計技術市場經(jīng)濟體制存在著競爭機制和供求關系2大特點。在

8、當今快速多變的全球化競爭中，產(chǎn)品創(chuàng)新是企業(yè)競爭優(yōu)勢的核心，以不斷滿足顧客巿場需求的創(chuàng)新產(chǎn)品是提升企業(yè)競爭力的重要途徑。產(chǎn)品創(chuàng)新設計技術的內(nèi)容和特點有：（1）解決發(fā)明問題的產(chǎn)品創(chuàng)新設計技術。包括新設計、適應性設計、變參數(shù)設計。新設計主要是在設計早期階段產(chǎn)生一個全新的概念，運用創(chuàng)造性思維，構思并設計出過去所沒有的全新事物的技術過程。它是解決發(fā)明問題非常重要的設計；適應性設計主要是為了滿足產(chǎn)品的新功能與要求，對已有產(chǎn)品工作原理進行改進的設計；

9、變參數(shù)設計是在不改變原有設計原理及整體設計方案的基礎上，對某些重要零部件進行改進的設計。（2）復雜產(chǎn)品的創(chuàng)新設計技術與系統(tǒng)。其利用信息技術、網(wǎng)絡技術、仿真與虛擬設計技術［4］、智能設計技術、協(xié)同技術等，不僅解決產(chǎn)品功能與結(jié)構的復雜性問題，同時也要解決由此產(chǎn)生的多重復雜性問題，如產(chǎn)品本體復雜性，設計知識、組織、過程與系統(tǒng)的復雜性問題。其設計的核心是概念設計，設計的關鍵技術包括概念設計建模技術、產(chǎn)品布局設計技術、產(chǎn)品形狀設計技術、人機工程設

10、計技術、多目標協(xié)同技術、產(chǎn)品方案綜合評價與決策技術等。目前主要在航空航天業(yè)、汽車制造業(yè)、數(shù)控機床和發(fā)電設備等方面應用。（3）降低與優(yōu)化產(chǎn)品成本的設計技術。為了在市場競爭中增強優(yōu)勢，提高經(jīng)濟效益，必須在保證產(chǎn)品功能和質(zhì)量的前提機械設計中對現(xiàn)代設計技術應用的分析李龍1李國新2（1.中國專利技術開發(fā)公司，北京100088；2.中國政法大學計算機教研室，北京100088）摘要：采取對比和分析的方法，比較了現(xiàn)代機械設計技術與傳統(tǒng)機械設計技術的異同

11、點，分析了機械設計中現(xiàn)代設計技術應用的狀況和特點。關鍵詞：機械設計；現(xiàn)代設計；技術；應用GongyiyuJishu◆工藝與技術103下，降低和優(yōu)化產(chǎn)品的成本。該設計技術是在產(chǎn)品開始設計時，確定一個目標成本，把目標成本作為基本約束條件，采取優(yōu)化設計，在追求產(chǎn)品經(jīng)濟性、技術性和社會性綜合優(yōu)化的基礎上，通過計算機數(shù)值計算，實現(xiàn)設計全過程的連續(xù)優(yōu)化，達到降低與優(yōu)化產(chǎn)品成本設計的最佳效果。目前已在眾多機電產(chǎn)品開發(fā)設計中應用。（4）縮短產(chǎn)品開發(fā)周期

12、的設計技術。在對新機械產(chǎn)品開發(fā)設計時，應用三維CAD系統(tǒng)，使大部分零部件的設計繼承以往信息，只對其中某部分零部件進行重新設計與制造［5］；另外還可以利用三維CAD系統(tǒng)的高度變形設計能力，快速重構出全新的機械產(chǎn)品，大大縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期和投放到市場的時間，適應市場動態(tài)多變的特點。2.3優(yōu)化產(chǎn)品的全壽命周期設計技術產(chǎn)品的全壽命周期是指從地球環(huán)境中選取材料，加工制造成產(chǎn)品，流通給消費者使用，產(chǎn)品報廢后的回收、拆卸及其資源再利用的過程［6］。

13、優(yōu)化產(chǎn)品的全壽命周期設計技術的內(nèi)容和特點有：（1）具有集成性特征的并行設計技術。其是集中所有支持產(chǎn)品全壽命周期的相關信息，在產(chǎn)品規(guī)劃和設計階段，以并行的方式對工藝規(guī)劃、制造、裝配、試驗、檢驗、營銷、運輸、使用、維修、保養(yǎng)，回收利用等環(huán)節(jié)進行綜合考慮，集成設計目標。建立并行工程的模型和優(yōu)先順序，處理各個任務間的耦合問題，協(xié)調(diào)并行設計群體的活動方式。應用計算機輔助系統(tǒng)進行解耦、協(xié)調(diào)、評價和決策，以達到產(chǎn)品成本低而性能最優(yōu)的目的。（2）面向制

14、造的設計技術。主要有面向制造的機械零部件結(jié)構信息特征模型、機械零部件結(jié)構設計的專家系統(tǒng)、機械部件和整機裝配設計的專家系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實環(huán)境裝配模型等，使產(chǎn)品設計方案的綜合目標達到最優(yōu)，保證產(chǎn)品設計和制造的一次成功。（3）全壽命周期設計數(shù)據(jù)管理技術。主要有跨平臺數(shù)據(jù)集成與共享的PDM系統(tǒng)，實現(xiàn)網(wǎng)絡上的不同平臺和系統(tǒng)一體化，有效、實時、完整地控制從產(chǎn)品規(guī)劃到報廢處理的全壽命周期各種復雜數(shù)字化信息，使產(chǎn)品在生命鏈的各環(huán)節(jié)中產(chǎn)生或需要的大量數(shù)據(jù)與信

15、息得到有效的管理。2.4綠色產(chǎn)品設計技術綠色產(chǎn)品是既能滿足使用要求，又有利于保護環(huán)境的產(chǎn)品。在人類社會面臨著資源、環(huán)境、人口3大問題的當今時代，設計生產(chǎn)綠色產(chǎn)品是社會發(fā)展的必然趨勢。綠色產(chǎn)品設計技術的內(nèi)容和特點有：（1）面向環(huán)境的設計技術。其是在產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)，考慮產(chǎn)品環(huán)境屬性的設計。關鍵技術有綠色產(chǎn)品集成設計理論與方法；綠色產(chǎn)品的描述和建模技術；綠色產(chǎn)品評價體系與方法，綠色產(chǎn)品設計的材料數(shù)據(jù)庫；綠色產(chǎn)品設計的環(huán)境指標數(shù)據(jù)庫等等，保

16、證產(chǎn)品在滿足環(huán)境目標的情況下，具備優(yōu)良性能、質(zhì)量和使用壽命。（2）面向能源的設計技術。其是控制能源消耗和無效排放，節(jié)約能源，保護環(huán)境為目標的設計技術。其設計特點一是優(yōu)化能源供給驅(qū)動方式；二是有效地回收和重新利用能源。在產(chǎn)品功能和基本要素確定的情況下，在設計階段對產(chǎn)品的結(jié)構布局、材料選擇、加工工藝、可制造性、可裝配性及可重復使用性等因素給以確定，用影響環(huán)境最小和消耗資源最少的能源供給方式來支持產(chǎn)品的整個生命周期。（3）面向材料的設計技術。

17、材料選擇是綠色產(chǎn)品設計的關鍵，可以從根本上減少環(huán)境污染，降低能源消耗。目前研究和應用較多的設計技術有新材料實用化設計技術；現(xiàn)有材料環(huán)境性能改進技術；材料的回收、處理和再利用技術；基于材料選擇的CAD技術。（4）人機工程設計技術。其是以人機工程學理論為基礎，面向人的產(chǎn)品設計技術。也是為了實現(xiàn)人—機—環(huán)境系統(tǒng)的最佳效能，以人的生理和心理特征為依據(jù)，利用科學技術成果和數(shù)據(jù)去設計的技術系統(tǒng)。目前關鍵技術有心理模型技術；行為科學認知過程分析技術；

18、人機界面設計技術；用戶模型技術；人機工程測量新技術；產(chǎn)品設計中的人機工程技術；人機工程CAD技術等。3結(jié)語綜上所述，現(xiàn)代設計技術正在快速超前的發(fā)展，并為我國從制造大國向創(chuàng)造大國邁進奠定堅實的基礎。面對當今全球化競爭的國際市場，我國要大力推廣與發(fā)展先進的設計技術和制造技術，使我們在國際市場中立于不敗之地，為此，深入研究現(xiàn)代設計技術，大力發(fā)展現(xiàn)代設計技術具有重大的意義。［參考文獻］［1］毛銀氚.淺談機械設計技術的現(xiàn)狀與趨勢［J］.裝備制造技

19、術，2008（5）：124～126［2］張愛梅.基于機械產(chǎn)品開發(fā)的現(xiàn)代設計技術［J］.機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2009，22（4）：35～49［3］商昌橋.現(xiàn)代機械設計特點及設計手段的未來發(fā)展之我見［J］.哈爾濱職業(yè)技術學院學報，2007（5）：115～116［4］馬金英.數(shù)字化CADCAM技術的應用及發(fā)展趨勢展望［J］.機床與液壓，2009，37（4）：159～160［5］李秋娟，張兵.論CAD在機械設計中的應用及機械制造技術的新發(fā)展［J