分析机械设计技术的现状与趋势研究

谢晋

【摘 要】机械设计作为机械工程的一个关键组成部分。随着机械设计技术的发展和技术水平的不断提高，过去传统的机械设计技术已经无法满足当前设计动态化和创新化得要求。因此对于机械制造而言，研究机械设计技术的发展现状与趋势是有一定必要性的。基于此，本文就针对机械设计技术的现在与趋勢展开分析与研究。

【关键词】机械；设计技术；现状；趋势

一、 导言

机械设计在机械工程中起到重要作用，设计的质量直接影响机械工程的质量，机械设计技术的应用提高了机械工程的质量，机械工程在施工过程中，对机械设计提出新的要求，同时促进机械设计技术不断革新，以适应机械工程的发展需要。因此，本文首先介绍机械设计及分析机械设计技术的发展现状，然后探讨现代机械设计技术及应用情况，最后推测其发展趋势，从而把握好机械设计技术的发展方向。

二、 机械设计的概况

机械设计是依据使用要求，针对机械工作结构原理及运动方式，兼顾力和能量的传递和各器件的材质及尺寸，同时统筹考虑润滑方法等情况，进行综合分析和计算，最终转化成为具体的描述的相应工作设计过程。机械设计作为机械工程的一个关键组成部分，在机械性能方面起着十分重要的作用。机械设计工作的质量和机械产品的质量性能等直接相关联，并与研究周期以及技术经济效益有着十分重要的关系。传统的机械设计技术往往以经验总结作为设计基础，统筹运用数学及力学既有公式和图表等作为实际为设计依据，根据经验公式以及近似系数等方式进行设计，在设计方法选择上，多以静态设计为主，多采用直觉设计和经验设计，这种方式已经无法满足当前产品的功能需要以及市场要求。

三 、分析机械设计技术的现状

（一）机械设计技术制约了我国机械制造业的产品结构

我国机械制造产业引进国外先进技术的背景下，机械设计的水平决定机制制造业的产品结构，在劳动力的带动下，中国的劳动密集型产品数量众多，但拥有高科技含量的高、精、尖产品数量不多。机械制造业的质量得到一定提高，但质量仍不能令人满意，主要是外观设计、产品性能和稳定性方面还有很大不足。我国现在机械产品基本都以中小型机械产品为主，现在还没有制造大型机械产品的能力，需要机械设计能力在不断提升的能力下，以适合现代机械制造行业的发展，提高机械制造产品的质量。

（二）机械设计技术制约了我国机械制造业的生产投入结构

一般竞争性行业，机械制造业竞争力的条件和福利状况直接影响生产投入的结构。企业之间的竞争，实际上是科技实力和创新能力的竞争，科技实力和技术创新能力在很大程度上取决于研究和开发的投资。发达国家为了保持市场竞争力的机械制造行业，增加投资在科学和技术方面的努力。一些大型企业技术开发费用占销售额的4%-8%，甚至要高于10%。如此高的投资，以进一步扩大其领先的技术优势，使企业充分竞争的情况下变成了“垄断竞争”，在许多关键领域中占据了有利的战略位置。

四 、现代机械设计技术及应用的情况

（一）模糊设计

模糊设计（FuzzyDesign）是把模糊数学知识应用于机械设计的一种方式。随着科技发展，机械设计的结构变得日益庞大和复杂，在机械设计中涉及的变量也变得更多，关系也更为复杂，在一系列变量关系中，存在很多模糊现象，很多时候无法精确对所设计的产品进行描述。在具体设计当中，不仅要对“非此即彼”类的精确现象进行识别，还要对“亦彼亦此”类的的模糊现象进行识别。例如机械产品使用寿命较长和承载力较强都是模糊现象。对于这类问题就需要采取糊数学的方法进行解决。在具体的机械设计过程中，通常把模糊技术和其他重量的设计方法进行有机结合，最终形成模糊优化、模糊可靠性等方式。

（二）有限元设计

有限元法的基本思想为用有限个容易分析的单元用结构离散化进行相应表示，单元与单元之间用有限个节点进行连接，此后依据变形协调条件进行求解。因为单元的数目和相应的节点数目都是有限的，所以该方法被称为有限元法。该方法的最大特征为灵活性很强，仅需改变单元的数目，就能够完成对解的精确度变化，可以获得和实际情况十分接近的解。

（三）可靠性设计

机械零件的可靠性设计通常是指在特点的时间和条件下，实现规定功能的能力。概率论和数理统计是可靠性设计的理论基础，而失效分析和预测（包括可靠性试验）是可靠性设计的依据，确保产品的可靠性是可靠性设计的根本目标，其基本思路为：用S表示引起机械零件失效的“应力”，确立函数si（i=1、2、…n），S=f（s1，s2，…，sn）。用R表示表示机械零件的“强度”确立函数ri（i=1、2、…、n），R=g（r1，r2，…，rm）。可见S和R均为随机变量，机械零件的安全可靠性能，可以用R大于S所发生的几率来进行表示，即R（t）=P（R>S）≥[R]。用R（t）来表示机械零件的运行安全可靠度。当前市场及消费者对机械产品的可靠性和安全性更为关注，未来机械设计的焦点也必将在产品的可用性和安全性上，可靠性设计技术已成为当前机械设计的关键组成部分之一。

五、 当前机械设计的发展趋势研究

当今社会科技日新月异，各种新技术不断出现，机械设计产品的随科技含量不断增强，机械设计技术水平的竞争已经趋于白热化，在激烈的市场竞争中，要处于不败之地，必须不断改进技术、降低成本、提高工作效率，这些也是当前机械设计方法的发展趋势和方向。

（一）系统化

机械设计方法研究的趋势。系统工程学是依托信息学、控制论、统筹管理等科学方法建立并发展起来的，解决工程问题最优化设计及控制的科学。过去传统的机械设计方法，多将设计对象视为独立事物进行分解和研究，其结论的局限性较强，在机械设计中通过系统工程学的运用，可以使机械设计过程作为统一的系统进行研究和探索，以整个系统为研究对象，对系统的各个部分进行关联性研究，其发展前景十分广阔。

（二）精英化

创造创造潜力挖掘趋势。虽然机械设计中计算机技术广泛参与，但人的作用依然是最核心、最关键的，充分发挥机械设计师的创造潜力，以其特有的设计灵感和创造方法解决问题，将起到其他辅助技术无法实现的作用，在市场竞争日趋剧烈的新形势下，最优秀机械设计师的培养和挖潜，是当前机械设计保持强劲生命力的最根本保证。

（三）商品化

机械设计产品设计趋势。当前，大部分企业已经认识到生存和发展的关键在于不断创新，而在开发设计产品的过程中，很多新产品虽然投入了较多的时间、较大的精力、较多的财力，但在常常在商品化这一最终环节上出现问题。商品化是所有机械设计开发的最终环节，也是检验机械设计成果的最好方法，为此应在设计之初就做好市场调研和产品定位，并大胆创新。

六、 总结

总之，机械设计是机械制造产业的核心技术，提高机械设计的水平，是提高机械产品的关键因素，机械制造业的发展与机械设计有重要的关系，我国机械制造业的技术水平不如发达的国家，但我国机械制造业的发展前景广阔，给机械设计的发展带来机遇与挑战，必须根据我国机械制造业的实际情况，及时更新机械设计水平，以适应我国机械制造行业的发展要求。

参考文献：

[1]丁帅.浅析机械设计制造及其自动化中计算机技术的应用[J].2016.

[2]寻耿.刍议计算机辅助设计技术在机械设计中的应用[J].2016.endprint