机械设计理论与方法.doc

机械设计理论与方法小论文摘 要：机械设计理论与方法论是关于机械设计本质和设计方法的系统理论，目的在于揭示机械设计过程的本质规律，探索各种有效的设计方法，为实际的设计工作提供指南。现代设计理论和方法在现场生产实际中具有广阔的应用天地，它覆盖了所有机械产品的设计及制作过程，对于提高生产率，加快国民经济的发展有着重要的意义。关键词：机械设计理论、现代、基础、发展、影响机械设计理论与方法论是关于机械设计本质和设计方法的系统理论，目的在于揭示机械设计过程的本质规律，探索各种有效的设计方法，为实际的设计工作提供指南。机械设计是机械产品开发设计的一个重要组成部分，是机械生产的第一步，是决定机械性能的最主要因素，而机械设计的过程实际上就是如何实现机械设计理论的过程。理论是工程现象不断升华和总结的内在规律和本质，现代机械设计理论是对现代机械产品原理和机理的科学总结，而现代机械设计方法是使现代机械产品满足以及判断现代机械产品是否满足设计原则的依据。现代机械设计方法是基于现代机械设计理论形成的，现代机械设计理论是现代机械设计的基础与核心，而现代机械设计方法仅仅是现代机械设计的手段和目的。因此，掌握机械设计理论的程度将直接反映机械设计的水平。现代机械设计理论与方法是相对于传统设计理论与方法而言的。随着社会的发展，人们生活水平的不断提高，社会对机械产品提出了越来越高的要求，这就使得机械设计的理论和方法不断向前推进，同时，科学技术的不断进步，也为现代机械设计的理论和方法提供了手段。设计方法的发展进程可划分为：17世纪前的“直觉设计阶段”，17世纪后的“经验设计阶段”及其后形成的“传统设计阶段”，目前的“现代设计阶段”，前两个阶段为传统设计阶段。现代机械具有的特征是：机械应是一种有“头脑”的手足延长，即使其中的“头脑”并不理想（具有主动控制功能）；不仅仅只处理物质和能量，而且更关注处理信息；满足人们的综合需求，所有的机器都将是机器人：机械将具有更强的智能。机械设计理论与方法在力学（特别在动力学）、摩擦学、强度理论、材料科学、控制理论以及设计理论方面有坚实基础；在传热学、电子技术、计算机及网络技术方面有较强基础；在人工智能科学、管理科学（特别是市场分析和成本分析）、环境科学及人机科学方面有一定的基础。传统机械由动力机、传动机构、执行机构和操纵控制装置组成，分为动力机械、能量转化机械、工作机械，具有很大的局限性。而现代机械是由计算机信息网络协调与控制的，用于完成包括机械力、运动和能量等动力学任务的机械或机电部件相互联系的系统，由机械本体、动力部分、检测传感装置、控制及信息处理装置、以及执行机构组成。其特征是1、机械应是一种有“头脑”的手足延长，即使其中的“头脑”并不理想（具有主动控制功能）；2、不仅仅只处理物质和能量，而且更关注处理信息；3、满足人们的综合需求，所有的机器都将是机器人：机械将具有更强的智能。在经济全球化的环境下,机械制造业的竞争实质上就是产品设计的竞争,如何快速地进行机械产品的开发是提高制造业市场竞争能力的一个关键问题,进行机械产品现代设计理论、方法和应用技术的研究是十分重要的一项基础性工作。在分析机械产品开发面临的变化和需要的基础上,提出了一种现代设计理论与方法体系结构的描述方法。通过分析网络环境下现代设计方法学的研究现状和特点,重点论述了智能设计、协同设计的概念、技术方法和关键研究内容,介绍了在设计知识表示方法、机械设计知识发现技术、知识仓库技术、机械产品知识仓库的功能体系结构、分布式协同设计原理、基于多智能体的协同设计技术等方面的研究进展。针对在我国十一五 期间制造业发展的需要,指出进行智能设计技术、基于资源节约的设计方法、计算机辅助创新设计原理等八个方面的研究问题和发展趋势,对深入开展面向信息时代的现代设计理论和方法的研究具有理论指导意义。机械产品现代设计理论与方法是在思维科学、信息科学、系统工程、计算机技术等学科的支持下,研究机械产品设计规律、设计技术和工具、设计实施方法的工程技术科学。现代设计方法概述为下述三大类型:综合动态优化设计、可视化设计和智能化设计。现代设计理论与方法的体系结构由设计理论基础层、设计工具和支持技术平台层、设计实施技术方法群等三大部分内容所组成,。现代机械产品在信息化、网络化、智能化、个性化、生态化、极限化(巨型或微型化)、集成化、模块化等方面有更高的要求,相应地强化了对现代设计理论与方法的需求,要求产品的设计开发进程发生向知识化、分布化、协同化、虚拟化、全球化、创新化和定制化的转变。影响现代设计理论发展的主要有功能思想、并行设计思想、顾客需求质量思想、可持续发展思想等。价值工程认为功能是产品的核心和本质而具体结构只是功能的不同表现形式而已。因此人们可以使用不同的原料、结构和外形来实现同一种功能这要求设计者不要首先从产品结构着手而应从系统的功能出发设计产品彻底改变了按照构件及零件分类的传统设计方法有助于设计师开拓思路迅速获得多种产品设计可能解。任何产品首先要满足功能需求功能成为产品竞争力的首要因素已经成为一种共识。产品设计的本质是以知识为核心的智力资源处理活动,是知识获取、处理、创造和发现的过程。基于知识的智能设计是将人类智力行为通过人工智能技术附加于设计工具或计算机软件系统之中,在一定程度上帮助人类工程师进行推理求解和决策。智能设计中最重要的科学问题是设计知识获取、表达、提炼、存储、管理、查询、推理、使用、维护、更新等问题。近年来国内外对机械工程中的智能化技术进行了较多的研究,在智能设计方法与建模的研究都已取得不少进展。但总体上来讲,人们至今对智能设计的认识、进程和实施模式研究都还是比较初步的。机械制造业的信息化和经济全球化使机械产品的全球市场竞争加剧,市场对产品质量、快速响应性、性价比提出了新的要求,对产品功能、结构和外形要求多样化和个性化,从而要求加快产品的开发速度和迅速提高产品的设计水平。全球性的环境和资源制约同时强有力地呼唤市场上有更多环保、资源节约、可持续发展的机械产品产业涌现。现代设计理论与方法学的研究,尤其是基于网络环境下的设计方法和实施技术研究变得更为重要。在新的世纪里,机械制造企业面临着新的机遇,同时又存在着极大的危机。当前,从知识到技术、到产品所需的时间越来越短,反应在产品的价值上,独占性技术(知识)构成了产品的主要价值。因此,只有抓住市场与技术的机遇,快速开发含有独占性技术的新产品,才能在多变的市场环境中求得生存和发展。在市场全球化的今天,产品的竞争实质上就是设计的竞争,对于机械产品制造企业来说,重视设计也就是重视制造业的明天。中国与发达国家在现代设计理论与方法研究方面的差距直接反映了中国与发达国家在机械产品、尤其是大型复杂装备产品本身上的差距。因此,加强现代设计理论与方法的研究与应用,推动我国企业产品开发技术的现代化是学术界、工业界需要大力进行的工作。现代设计理论和方法在现场生产实际中具有广阔的应用天地，它覆盖了所有机械产品的设计及制作过程，对于提高生产率，加快国民经济的发展有着重要的意义。但在现代设计理论与方法的研究方面，我国与发达国家还存在一定的差距，主要表现在材料科学的研究及制作技术两个方面差距最大。我国的机械设计在改革开放后虽有进步，但仍然处于美国、德国、日本6070年代的水平。综观目前中国机械行业现状，个个事例提醒，我们对现代机械设计理论掌握不够，种种迹象启示，我们必须夯实现代机械设计理论的基础。现代机械设计理论是现代机械设计的基础与核心，是一个复杂的系统工程，需