現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)（基礎(chǔ)含義）機(jī)械設(shè)計(jì)（machinedesign），根據(jù)使用要求對(duì)機(jī)械的工作原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式、力和能量的傳遞方式、各個(gè)零件的材料和形狀尺寸、潤(rùn)滑方法等進(jìn)行構(gòu)思、分析和計(jì)算并將其轉(zhuǎn)化為具體的描述以作為制造依據(jù)的工作過(guò)程。機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械工程的重要組成部分，是機(jī)械生產(chǎn)的第一步，是決定機(jī)械性能的最主要的因素。機(jī)械設(shè)計(jì)的努力目標(biāo)是：在各種限定的條件(如材料、加工能力、理論知識(shí)和計(jì)算手段等)下設(shè)計(jì)出最好的機(jī)械，即做出優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化設(shè)計(jì)需要綜合地考慮許多要求，一般有：最好工作性能、最低制造成本、最小尺寸和重量、使用中最可靠性、最低消耗和最少環(huán)境污染。這些要求常是互相矛盾的，而且它們之間的相對(duì)重要性因機(jī)械種類和用途的不同而異。設(shè)計(jì)者的任務(wù)是按具體情況權(quán)衡輕重，統(tǒng)籌兼顧，使設(shè)計(jì)的機(jī)械有最優(yōu)的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。過(guò)去，設(shè)計(jì)的優(yōu)化主要依靠設(shè)計(jì)者的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和遠(yuǎn)見(jiàn)。隨著機(jī)械工程基礎(chǔ)理論和價(jià)值工程、系統(tǒng)分析等新學(xué)科的發(fā)展，制造和使用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)資料的積累,以及計(jì)算機(jī)的推廣應(yīng)用,優(yōu)化逐漸舍棄主觀判斷而依靠科學(xué)計(jì)算。各產(chǎn)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)，特別是整體和整系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)，須依附于各有關(guān)的產(chǎn)業(yè)技術(shù)而難于形成獨(dú)立的學(xué)科。因此出現(xiàn)了農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)、礦山機(jī)械設(shè)計(jì)、泵設(shè)計(jì)、壓縮機(jī)設(shè)計(jì)、汽輪機(jī)設(shè)計(jì)、內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)、機(jī)床設(shè)計(jì)等專業(yè)性的機(jī)械設(shè)計(jì)分支學(xué)科?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)是以產(chǎn)品為總目標(biāo)的一系列種類繁多的現(xiàn)代設(shè)計(jì)法和技術(shù)的綜合運(yùn)用。生產(chǎn)技術(shù)的需要和先進(jìn)設(shè)計(jì)手段的出現(xiàn)，必須促進(jìn)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的改革和發(fā)展，對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)幾乎是更新?lián)Q代，傳統(tǒng)的常規(guī)設(shè)計(jì)方法受到很大沖擊，用科學(xué)的設(shè)計(jì)方法代替經(jīng)驗(yàn)的、類比的設(shè)計(jì)方法已勢(shì)在必行?？s短設(shè)計(jì)周期、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、發(fā)展設(shè)計(jì)理論、改進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)及方法已成為當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)的必然趨勢(shì)。

現(xiàn)代設(shè)計(jì)是以產(chǎn)品為總目標(biāo)的一系列種類繁多的現(xiàn)代設(shè)計(jì)法和技術(shù)的綜合運(yùn)用，生產(chǎn)技術(shù)的需要和先進(jìn)設(shè)計(jì)手段的出現(xiàn)，必須促進(jìn)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的改革和發(fā)展，對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)幾乎是更新?lián)Q代，傳統(tǒng)的常規(guī)設(shè)計(jì)方法受到很大沖擊，用科的設(shè)計(jì)方法代替經(jīng)驗(yàn)的，類比的設(shè)計(jì)方法是勢(shì)在必行。縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，發(fā)展設(shè)計(jì)理論，改進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)及方法已成為當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)的必然趨勢(shì)。

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造的理論范疇現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論和方法是對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的繼承、創(chuàng)新和發(fā)展，它是將機(jī)械技術(shù)、信息技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和管理科學(xué)等有機(jī)地加以綜合，形成的一門多學(xué)科、多專業(yè)相互交融的系統(tǒng)設(shè)計(jì)科學(xué)。如果從系統(tǒng)的觀點(diǎn)分析，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論和方法又是一個(gè)由時(shí)間維、邏輯維、方法維組成的三維系統(tǒng)。時(shí)間維反映了產(chǎn)品規(guī)劃、方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)和加工設(shè)計(jì)流程的時(shí)間順序；邏輯維是指解決問(wèn)題的邏輯步驟，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)采取先分析、再綜合、然后評(píng)價(jià)、最后決策的步驟；方法維是指機(jī)械設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)過(guò)程中的各種思維方法和工作方法。現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)采用各種先進(jìn)的設(shè)計(jì)理論方法，使機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)入優(yōu)質(zhì)、高效和創(chuàng)新的新時(shí)代?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)具有的范疇如下：（1）信息論方法。如信息分析法，技術(shù)預(yù)測(cè)等。（2）系統(tǒng)論法。如系統(tǒng)分析法，人機(jī)工程等。（3）控制論法。如動(dòng)態(tài)分析法等。（4）優(yōu)化論法。它是現(xiàn)代設(shè)計(jì)法的目標(biāo)。（5）對(duì)應(yīng)論方法。如相似設(shè)計(jì)、反求工程設(shè)計(jì)等。（6）智能論方法。如CAD，計(jì)算機(jī)輔助分析等，它是現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的核心。（7）壽命論方法，如可靠性和價(jià)值工程等。（8）離散論方法。如有限元和邊界元方法。（9）模糊論方法。如模糊評(píng)價(jià)和決策等。（10）突變論方法。如創(chuàng)造性設(shè)計(jì)等，它是現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)。（11）藝術(shù)論方法。如藝術(shù)造型等。

機(jī)械及裝備制造業(yè)真正體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家的實(shí)力，在產(chǎn)業(yè)鏈上具有非常強(qiáng)的帶動(dòng)性?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論與方法的學(xué)習(xí)對(duì)于機(jī)械及裝備制造業(yè)具有重要的意義，在科技不斷發(fā)展和多學(xué)科廣泛交叉作用中，其內(nèi)涵與外延將進(jìn)一步豐富和擴(kuò)展。機(jī)械設(shè)計(jì)是根據(jù)使用要求對(duì)機(jī)械的工作原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式、力和能量的傳遞系統(tǒng)、各個(gè)零件的材料和形狀尺寸、潤(rùn)滑方法進(jìn)行構(gòu)思、分析和計(jì)算并將之轉(zhuǎn)化為具體的描述，以作為制造依據(jù)的創(chuàng)造性工作過(guò)程。研究機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程的理論、方法及實(shí)現(xiàn)手段等對(duì)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、科技各個(gè)領(lǐng)域的理論探索及實(shí)踐均具有重要意義。

現(xiàn)代機(jī)電產(chǎn)品的質(zhì)量、性能和成本，在很大程度上是由設(shè)計(jì)階段的工作決定的，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，能加速實(shí)現(xiàn)我國(guó)生產(chǎn)活動(dòng)的高度機(jī)械化、電氣化和自動(dòng)化。設(shè)計(jì)水平與工業(yè)發(fā)展水平是相互影響的。設(shè)計(jì)先進(jìn)的機(jī)器，可大大加速現(xiàn)代化建設(shè)的進(jìn)程。另外，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程在本質(zhì)上是一個(gè)創(chuàng)新過(guò)程，創(chuàng)新設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐能力是尖端人才培養(yǎng)的“靈魂、動(dòng)力”。作者長(zhǎng)期主講機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、數(shù)控技術(shù)、現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論與方法等課程，在教學(xué)過(guò)程中，請(qǐng)教多位教學(xué)名師和專家，不斷探索現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)課程應(yīng)處的地位、教授的目的和課程的體系。在多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和專家指導(dǎo)的基礎(chǔ)上，對(duì)教案、主編的相關(guān)教材進(jìn)行了體系變更、內(nèi)容更新和改寫，從而形成了這本《現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論與方法》?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法概念：現(xiàn)今為工程項(xiàng)目或產(chǎn)品制造完成到實(shí)體化的全過(guò)程而制訂的技術(shù)方案、圖樣與程序。英文為“moderndesignmethod”。它運(yùn)用創(chuàng)新的設(shè)計(jì)手段，交叉地應(yīng)用多種理論、方法和技術(shù)，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程成為一種富于電腦化，自動(dòng)化、虛擬化、智能化和最優(yōu)化的創(chuàng)造活動(dòng)，在決策、綜合、迭代與尋優(yōu)中高效率的、低成本的、高質(zhì)量的完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造方法簡(jiǎn)介現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造方法簡(jiǎn)介1．計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期努力，所有的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法幾乎都離不開計(jì)算機(jī)的幫助。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)是使設(shè)計(jì)者能以計(jì)算機(jī)為工具，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行規(guī)劃、分析、綜合、模擬、評(píng)價(jià)、繪圖、編寫文件等設(shè)計(jì)活動(dòng)的總稱。設(shè)計(jì)者的想象力、創(chuàng)新能力、知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)高速運(yùn)算、圖形顯示和處理能力有機(jī)結(jié)合，綜合多學(xué)科的相關(guān)技術(shù)，進(jìn)行產(chǎn)品描述與設(shè)計(jì)，大大提高了工作效率。近年來(lái)，不僅產(chǎn)品更新?lián)Q代周期不斷縮短，而且要求生產(chǎn)模式由單一品種大批量轉(zhuǎn)向多品種小批量。市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)推動(dòng)了計(jì)算機(jī)硬件本身及其外圍設(shè)備和圖形軟件及與現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法相結(jié)合的各種應(yīng)用軟件的迅猛發(fā)展，使CAD得到日益普遍的應(yīng)用。目前市場(chǎng)要求快速開發(fā)新機(jī)械產(chǎn)品，使CAD與計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)連接，形成CAD/CAM集成系統(tǒng)。目前的計(jì)算機(jī)集成制造(CIM)是CAD/CAM、計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)、計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)(CAPP)、計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)(CAT)、數(shù)控技術(shù)(NC)、直接數(shù)控(DNC)，計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)、成組技術(shù)(GT)、柔性制造系統(tǒng)(FMS)、物料資源規(guī)劃(MRP)、管理信息系統(tǒng)(MIS)、自動(dòng)化工廠(AF)等技術(shù)在更高水平上的集成。計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)則是以CAD／CAM為核心的、在CIM概念指導(dǎo)下建立的制造系統(tǒng)。隨著因特網(wǎng)作為一種平臺(tái)的興起和以網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用為基礎(chǔ)的軟件的飛速發(fā)展，CAD的發(fā)展將步入新階段。2．價(jià)值工程

價(jià)值工程從產(chǎn)品的功能研究開始，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)，或重新審查設(shè)計(jì)圖樣文件，剔除那些與用戶要求的功能無(wú)關(guān)的元素，如機(jī)械中的材料、結(jié)構(gòu)、零部件，代以創(chuàng)新的構(gòu)思，設(shè)計(jì)出功能相同而成本更低的產(chǎn)品。

價(jià)值指的是事物的用途或積極作用。用戶購(gòu)買商品，最主要是購(gòu)買該商品的功能，設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到的是使用功能和美學(xué)功能。產(chǎn)品成本是產(chǎn)品的各項(xiàng)生產(chǎn)費(fèi)用的總和。降低成本要了解產(chǎn)品費(fèi)用的組成，估算產(chǎn)品的制造費(fèi)用，研究產(chǎn)品產(chǎn)量與成本、銷售量與利潤(rùn)之間的關(guān)系，進(jìn)行盈虧分析。價(jià)值一功能／成本。對(duì)功能定量賦值的方法很多，如對(duì)某產(chǎn)品的主要技術(shù)性能從理想值到超差值分為11級(jí)，對(duì)應(yīng)于10～0分，即為相對(duì)功能值。

價(jià)值工程設(shè)計(jì)的基本步驟是：了解設(shè)計(jì)對(duì)象，明確要求的功能，分析成本的組成，進(jìn)行價(jià)值初評(píng)，制定改進(jìn)方案，獲得價(jià)值最高的創(chuàng)新產(chǎn)品。

3．并行工程

并行工程是集成地而不是分散地、并行地而不是順序地設(shè)計(jì)新產(chǎn)品及其相關(guān)的各種過(guò)程（包括制造、后勤等）的系統(tǒng)方法。要求產(chǎn)品開發(fā)人員在設(shè)計(jì)伊始，就考慮產(chǎn)品整個(gè)生命周期中，從概念形成到產(chǎn)品報(bào)廢處理的所有因素，充分利用企業(yè)內(nèi)的一切資源，最大限度地滿足市場(chǎng)和用戶的需求。

并行工程的目的在于尋求新產(chǎn)品的易實(shí)現(xiàn)性、縮短上市周期和增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。要求集中涉及產(chǎn)品壽命的所有部門的工程技術(shù)人員，組成并行設(shè)計(jì)組，共同設(shè)計(jì)制造產(chǎn)品，對(duì)產(chǎn)品的各種性能和制造過(guò)程進(jìn)行計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)仿真，生成軟樣品或快速出樣，進(jìn)行分析評(píng)議，改進(jìn)設(shè)計(jì)，取得最優(yōu)結(jié)果，使投放市場(chǎng)的新產(chǎn)品一次成功。利用計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理、信息集成和網(wǎng)絡(luò)通信的能力，發(fā)揮并行設(shè)計(jì)組的集體力量，將新產(chǎn)品開發(fā)研究和生產(chǎn)準(zhǔn)備等各種工程活動(dòng)，盡可能并行交叉地進(jìn)行。這對(duì)換代快、批量不大的產(chǎn)品，能顯著縮短周期，提高質(zhì)量。

4．優(yōu)化設(shè)計(jì)及其發(fā)展

優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的是尋找所求解問(wèn)題的最優(yōu)答案。從客觀方面來(lái)說(shuō)，優(yōu)化既是一種客觀規(guī)律，也是一種社會(huì)發(fā)展規(guī)律；從主觀方面來(lái)說(shuō)，優(yōu)化是人類有史以來(lái)的追求活動(dòng)準(zhǔn)則。現(xiàn)代意義上的優(yōu)化實(shí)質(zhì)上是計(jì)算機(jī)技術(shù)同數(shù)學(xué)規(guī)劃論的綜合。需要求解的問(wèn)題往往包含許多限制性因素，優(yōu)化過(guò)程就是用最優(yōu)化理論與方法，通過(guò)計(jì)算機(jī)的迭代計(jì)算，‘尋找在限制性因素之下的最優(yōu)參數(shù)值。

對(duì)機(jī)械工程來(lái)說(shuō)，優(yōu)化使機(jī)械設(shè)計(jì)的改進(jìn)和優(yōu)選速度大大提高。例如為提高機(jī)構(gòu)性能的參數(shù)優(yōu)化，為減輕重量或降低成本的機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化，各種傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化和發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的隔振與減振優(yōu)化等。優(yōu)化技術(shù)不僅用于產(chǎn)品成型以后的再優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，而且已經(jīng)滲透到產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程中，同時(shí)與可靠性設(shè)計(jì)、模糊設(shè)計(jì)、有限元法等其他設(shè)計(jì)方法有機(jī)結(jié)合，取得新的效果?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法的種類優(yōu)化設(shè)計(jì)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是最優(yōu)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的移植和應(yīng)用，其基本思想是根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)的理論方法和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等建立反映工程設(shè)計(jì)問(wèn)題和符合數(shù)學(xué)規(guī)劃要求的數(shù)學(xué)模型，然后采用數(shù)學(xué)規(guī)劃方法和計(jì)算機(jī)數(shù)字處理技術(shù)自動(dòng)找出設(shè)計(jì)問(wèn)題的最優(yōu)方案。不但可行，而且最優(yōu)，是機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)追求的目標(biāo)，可行性方案的提出與建模是優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。常用優(yōu)化處理方法有一維搜索法讖性優(yōu)化法、導(dǎo)數(shù)優(yōu)化法、非導(dǎo)數(shù)優(yōu)化法等。常見(jiàn)優(yōu)化軟件有MATLAB、ANSYS等¨?？煽啃栽O(shè)計(jì)可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力?？煽啃栽O(shè)計(jì)是對(duì)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠性分析和預(yù)測(cè)，采用簡(jiǎn)化系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)、裕度設(shè)計(jì)和可維修設(shè)計(jì)等措施以提高系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)可靠度的設(shè)計(jì)。它不但直接反映產(chǎn)品各組成部件的質(zhì)量，而且還影響到整個(gè)產(chǎn)品質(zhì)量性能的優(yōu)劣?？煽啃苑譃楣逃锌煽啃?、使用可靠性和環(huán)境適應(yīng)性?？煽啃缘亩攘恐笜?biāo)一般有可靠度、無(wú)故障率、失效率三種。并行設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是按照設(shè)計(jì)、制造等過(guò)程串行進(jìn)行，設(shè)計(jì)階段很少考慮設(shè)計(jì)以后的問(wèn)題，這種設(shè)計(jì)方法使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)與以后的制造、使用、維修等環(huán)節(jié)相互脫節(jié)。并行設(shè)計(jì)是在產(chǎn)品開始設(shè)計(jì)的時(shí)候，就考慮到產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到使用過(guò)程中整個(gè)壽命周期的所有元素，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程和工藝設(shè)計(jì)、加工制造和銷售等各個(gè)階段并行地進(jìn)行，實(shí)行集成開發(fā)，力爭(zhēng)使所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品具有較高的綜合性能。模糊設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域普遍存在著模糊性現(xiàn)象，如產(chǎn)品性能的好與壞、使用壽命的長(zhǎng)與短、可靠性的高與低等，都是一些模糊量。模糊設(shè)計(jì)是把模糊理論引入到設(shè)計(jì)領(lǐng)域中而形成的一種嶄新的設(shè)計(jì)方法。模糊設(shè)計(jì)不是建立在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行精確的數(shù)學(xué)分析基礎(chǔ)上，而是根據(jù)模糊性的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)確定設(shè)計(jì)參數(shù)J。模糊設(shè)計(jì)一般是與別的設(shè)計(jì)方法相結(jié)合，處理設(shè)計(jì)中的不確定性因素，使得設(shè)計(jì)方法更加合理、完善。參數(shù)化設(shè)計(jì)參數(shù)化設(shè)計(jì)分為兩個(gè)部分，即參數(shù)化圖元和參數(shù)化修改引擎。參數(shù)化設(shè)計(jì)中的圖元都是以構(gòu)件的形式出現(xiàn)，這些構(gòu)件之間的不同，是通過(guò)參數(shù)的調(diào)整反映出來(lái)的。參數(shù)化修改引擎提供的參數(shù)更改技術(shù)使用戶對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)做的任何改動(dòng)都可以自動(dòng)在其他相關(guān)聯(lián)的部分反映出來(lái)，使每一個(gè)機(jī)械零件都通過(guò)一個(gè)變更傳播引擎互相關(guān)聯(lián)。參數(shù)化設(shè)計(jì)可以大大提高模型的生成和修改的速度，在產(chǎn)品的系列設(shè)計(jì)、相似設(shè)計(jì)及專用CAD系統(tǒng)開發(fā)方面都具有較大的應(yīng)用價(jià)值。摩擦學(xué)設(shè)計(jì)

摩擦學(xué)是研究具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面摩擦、磨損與潤(rùn)滑理論的一門學(xué)科。摩擦學(xué)設(shè)計(jì)就是充分運(yùn)用摩擦學(xué)知識(shí)，合理設(shè)計(jì)機(jī)械零部件，采用先進(jìn)材料和工藝，正確選用潤(rùn)滑方式和裝置，減小機(jī)械設(shè)備的摩擦損耗，降低失效時(shí)間延長(zhǎng)產(chǎn)品壽命，提高設(shè)備的工作效率和運(yùn)行可靠性。盡管摩擦學(xué)問(wèn)題普遍大量存在于所有機(jī)械設(shè)備中，但以往機(jī)械設(shè)計(jì)很少考慮摩擦學(xué)問(wèn)題。摩擦學(xué)設(shè)計(jì)是繼運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度設(shè)計(jì)之后又一重要的設(shè)計(jì)內(nèi)容。智能設(shè)計(jì)智能設(shè)計(jì)是指應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)，采用計(jì)算機(jī)模擬人類的思維活動(dòng)，提高計(jì)算機(jī)的智能水平，從而使計(jì)算機(jī)能夠更多、更好地承擔(dān)設(shè)計(jì)過(guò)程中各種復(fù)雜任務(wù)，成為設(shè)計(jì)人員的重要輔助工具。前些年智能設(shè)計(jì)僅僅停留在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)即CAD水平上，計(jì)算機(jī)的不斷發(fā)展而產(chǎn)生的基于知識(shí)庫(kù)的專家系統(tǒng)、以及具有自學(xué)習(xí)功能和聯(lián)想記憶功能的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到迅速發(fā)展，推動(dòng)智能設(shè)計(jì)邁上新臺(tái)

階。現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法的基本特點(diǎn)以自動(dòng)化設(shè)計(jì)取代人工設(shè)計(jì)充分利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)硬件及軟件平臺(tái)，極力提高人機(jī)結(jié)合的設(shè)計(jì)系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，以提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量，這是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法的基本特征。以動(dòng)態(tài)建模取代靜態(tài)模型典型的如以機(jī)器結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)計(jì)算取代靜力學(xué)計(jì)算，以實(shí)時(shí)在線測(cè)試數(shù)據(jù)作為評(píng)價(jià)依據(jù)等。以定量計(jì)算取代定性判斷如以有限元計(jì)算非規(guī)則零件的尺寸和剛度，取代傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)類比法確定箱體各部分壁厚等。以變量取代常量如最優(yōu)化設(shè)計(jì)中用隨機(jī)變量取代傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中通常以經(jīng)驗(yàn)常量校核的粗略數(shù)據(jù)處理方法。以優(yōu)化設(shè)計(jì)取代可行性設(shè)計(jì)用設(shè)計(jì)變量恰當(dāng)?shù)亟⒃O(shè)計(jì)目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型，從眾多的可行性解決方案中求其最優(yōu)解。自從我國(guó)加入WTO以來(lái)，我國(guó)制造業(yè)也開始向國(guó)際化水準(zhǔn)靠攏，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)不斷升級(jí)，市場(chǎng)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量、結(jié)構(gòu)、功能、性價(jià)比以及外形的多樣化和個(gè)性化提出了更高的要求，同時(shí)由于環(huán)境資源的制約，要求市場(chǎng)上有更多資源節(jié)約型、可持續(xù)發(fā)展的機(jī)械產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。這代表我們?cè)谛碌氖袌?chǎng)形態(tài)中面臨著新的機(jī)遇，同時(shí)又存在著極大的危機(jī)。因此，提高我國(guó)制造業(yè)的生產(chǎn)水平，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，滿足國(guó)際化、動(dòng)態(tài)化、環(huán)保化的高性能高質(zhì)量產(chǎn)品要求，成為時(shí)下我國(guó)制造業(yè)的一大重要任務(wù)。加強(qiáng)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論方法的研究比以往任何時(shí)期都更加顯得十分重要。我國(guó)的機(jī)械發(fā)展趨勢(shì)據(jù)2010年統(tǒng)計(jì)，我國(guó)制造業(yè)的工業(yè)增加值已居世界第二位，這說(shuō)明中國(guó)已經(jīng)成為世界制造大國(guó)，但遠(yuǎn)不是世界制造強(qiáng)國(guó)。這是因?yàn)槲覈?guó)的機(jī)械產(chǎn)品不僅缺乏自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，缺乏自主創(chuàng)新產(chǎn)品，而且在產(chǎn)品的性能和質(zhì)量上與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距較大。改革開放后，我國(guó)的機(jī)械設(shè)計(jì)水平雖然有較大的進(jìn)步，但與發(fā)達(dá)的美德日等工業(yè)化強(qiáng)國(guó)相比，仍然相當(dāng)于他們六七十年代的水平。我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的落后說(shuō)明了我國(guó)在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論、方法和技術(shù)領(lǐng)域的落后，這也說(shuō)明了加快發(fā)展我國(guó)機(jī)械產(chǎn)品現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論方法研究的重要性和緊迫性。二十世紀(jì)八九十年代，我國(guó)機(jī)械行業(yè)為了打造“數(shù)字化”和“信息化”工廠，許多企業(yè)花巨資購(gòu)買了世界高端的CAD/CAM/CAE軟件，如AUTOCAD、PR0/E、UG、ANSYS和ADAMS等，并培訓(xùn)了一大批機(jī)械設(shè)計(jì)人員。但很多企業(yè)在CAD應(yīng)用的深度和廣度仍有很大局限性，他們僅僅是利用CAD進(jìn)行工程繪圖，只實(shí)現(xiàn)了機(jī)械設(shè)計(jì)的“甩圖板”目的，而三維CAD/CAM/CAE、仿真設(shè)計(jì)等應(yīng)用卻很少。采用先進(jìn)的CAD軟件進(jìn)行工程繪圖或做產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算，確實(shí)能減輕設(shè)計(jì)人員的工作強(qiáng)度，提高機(jī)械設(shè)計(jì)效率，但機(jī)械設(shè)計(jì)不等于計(jì)算，也不等于機(jī)械制圖加計(jì)算，它并不能從根本上解決中國(guó)目前機(jī)械設(shè)計(jì)水平低下的問(wèn)題。在機(jī)械產(chǎn)品生命全周期中，由于設(shè)計(jì)成本只占制造總成本的3%左右，而設(shè)計(jì)階段決定了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能、質(zhì)量、成本、可制造性、可維修性等主要性能指標(biāo)，所以設(shè)計(jì)階段決定了產(chǎn)品整個(gè)成本的70%左右，制造階段及后續(xù)其他相關(guān)階段只決定約30%的總成本。因此大力開展現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論方法的研究，并把現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論方法在我國(guó)制造業(yè)中推廣使用顯得非常有必要。二十世紀(jì)八九十年代，我國(guó)機(jī)械行業(yè)為了打造“數(shù)字化”和“信息化”工廠，許多企業(yè)花巨資購(gòu)買了世界高端的CAD/CAM/CAE軟件，如AUTOCAD、PR0/E、UG、ANSYS和ADAMS等，并培訓(xùn)了一大批機(jī)械設(shè)計(jì)人員。但很多企業(yè)在CAD應(yīng)用的深度和廣度仍有很大局限性，他們僅僅是利用CAD進(jìn)行工程繪圖，只實(shí)現(xiàn)了機(jī)械設(shè)計(jì)的“甩圖板”目的，而三維CAD/CAM/CAE、仿真設(shè)計(jì)等應(yīng)用卻很少。采用先進(jìn)的CAD軟件進(jìn)行工程繪圖或做產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算，確實(shí)能減輕設(shè)計(jì)人員的工作強(qiáng)度，提高機(jī)械設(shè)計(jì)效率，但機(jī)械設(shè)計(jì)不等于計(jì)算，也不等于機(jī)械制圖加計(jì)算，它并不能從根本上解決中國(guó)目前機(jī)械設(shè)計(jì)水平低下的問(wèn)題。在機(jī)械產(chǎn)品生命全周期中，由于設(shè)計(jì)成本只占制造總成本的3%左右，而設(shè)計(jì)階段決定了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能、質(zhì)量、成本、可制造性、可維修性等主要性能指標(biāo)，所以設(shè)計(jì)階段決定了產(chǎn)品整個(gè)成本的70%左右，制造階段及后續(xù)其他相關(guān)階段只決定約30%的總成本。因此大力開展現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論方法的研究，并把現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論方法在我國(guó)制造業(yè)中推廣使用顯得非常有必要?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造理論的特點(diǎn)傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)者是根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)的任務(wù)和目標(biāo)，以生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為設(shè)計(jì)依據(jù)，運(yùn)用一些基本的設(shè)計(jì)計(jì)算理論，采用模擬、類比、試湊等方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于試驗(yàn)和測(cè)試條件差、技術(shù)水平低，整機(jī)的性能分析也難以深入，因此新產(chǎn)品的研發(fā)往往需要經(jīng)多次試驗(yàn)和修改，從而造成產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)間長(zhǎng)、耗費(fèi)大、所謂滿意往往帶有很大的主觀性等問(wèn)題。而現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論與方法是在多學(xué)科（思維科學(xué)、信息科學(xué)、系統(tǒng)工程、計(jì)算機(jī)技術(shù)等學(xué)科）支持下，研究機(jī)械設(shè)計(jì)規(guī)律、設(shè)計(jì)技術(shù)和工具、設(shè)計(jì)實(shí)施方法的工程技術(shù)科學(xué)，它具有下列特點(diǎn)：

創(chuàng)新性。創(chuàng)新是一個(gè)國(guó)家和民族的靈魂，是生存、發(fā)展壯大的前提?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)依托的是先進(jìn)設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)工具，它能使設(shè)計(jì)者的創(chuàng)造性思維能力得到充分發(fā)揮，使設(shè)計(jì)者靈活運(yùn)用各種創(chuàng)造性的手法，開發(fā)出高質(zhì)量、低成本、服務(wù)優(yōu)且符合