机械设计理论与方法文献综述.doc

对现代机械设计理论与方法的特点与研究进展的综述扬州大学机械工程学院11工程硕士班 张晶摘要 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是现代机械设计的手段和目的。现代机械设计具有动态的、科学的、计算机化的特点，在技术上体现智能化、经济性、并行性、集成化、精确性和动态性。现代机械设计范畴广，方法呈现多样化，目前国内外设计科学形成了不同的流派。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。现代机械设计是面向市场、面向用户的设计，企业制造出来的产品要面对激烈竞争的市场。用户满意的标准常常受到各种因素的左右，实质上还是产品的性能和价格两个方面，面向用户的设计就是在这样的一个环境下运行。在争取用户满意的竞争中，现代机械设计要求对产品进行全寿命周期设计。这就是说，在设计时要考虑设计、制造、安装、运行、维修、报废每一个阶段中的用户要求。机械设计是机械产品开发设计的一个重要组成部分，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。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。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。传统的机械设计，主要依据于公式、经验、图表、手册等方法来进行静态分析、近似计算、经验设计等半经验半理论的设计。传统机械设计在设计过程中，只考虑了产品本身，而对包括产品整个生命周期内的质量、成本、服务等方面考虑不足，往往供选的方案少，设计方案不合理、计算误差大造成浪费及安全隐患。显然，机械设计方法已难以适应市场竞争和社会发展的需要。现代设计理论方法是动态发展的，现代设计理论是为设计的创造性过程而建立的各种数学模型;而现代设计方法是对这些数学模型的求解过程，或者为设计师实施创造性过程而提供的各种手段。现代理论方法的运用实现了结构分析的定量化、工况分析的动态化、质量分析的可靠化、设计结果的最稳定性化、设计过程的高效化和自动化。在机械工业领域，系统动态设计的技术内涵主要体现在：建立可靠的数学模型，借助电子计算机技术，采用先进的科学计算方法，以实验数据为依托，全面分析研究机械系统在预期可能的各种载荷与周围介质作用下，力与运动、结构变形、内部应力以及稳定性之间的关系;据此高速结构参数，确保机械系统在实际工作运行中，具备优良的动态性能，具有良好的工作状态。不同阶段的设计方法各有特点：传统设计：静态的、经验的、手工式的方法；现代设计：动态的、科学的、计算机化的方法。现代机械设计在技术上体现智能化即大型复杂机械的设计必须完成“分析分解综合”的过程，其中包含了大量创造性思维过程和智能活动；经济性即市场的竞争、用户的选择使对产品的经济性要求越来越高；并行性即必须超前考虑后续的过程，实现DFM、DFA，以压缩废品、库存的消耗，确保经济性；集成化即树立人机一体化、机电一体化、硬软件一体化的观念，综合多方面测试分析数据指导、评价设计，融多种现代科技成果和技术，特别是CAD技术于产品设计之中。；精确性即机械产品复杂度、综合性提高的必然结果要求设计过程中要采用先进的计算技术、计算理论和计算分析工具，使设计的分析更为准确、设计参数更为精确；动态性即设计的对象处在动态环境中，把握其动态过程对于提高产品的可靠性具有重要意义，同时设计组织的协调也具有动态性，所以要求设计的过程中设计数据集成和设计系统必须无缝连接。 现代设计方法具有的范畴如下： 1）信息方法论，如信息分析法、技术预测等；2）系统论法，如系统分析法、人机工程等；3）控制论法，如动态分析法等；4）优化论法，它是现代设计法的目标；5）对应论方法，如相似设计等；6）智能论方法，如CAD、计算机辅助分析等；7）寿命论方法，如可靠性和价值工程；8）离散论方法，如有限元和边界元方法；9）模糊论方法，如模糊评价和决策等；10）突变论方法，如创造性设计等；11）艺术论方法，如艺术造型等。在生产实际中常用的现代设计方法有：1、技术预测法，2、创造性设计，3、系统设计法，4、信号分析法，5、相似设计法，6、模糊设计法，7、动态分析设计法，8、有限元和边界元方法，9、优化设计法，10、可靠性设计法，11、计算机辅助设计法，12、艺术造型法。当前设计理论与方法研究在国际上受到普遍重视。多年来，欧洲工业国家率先开展有关研究，并且日益走向深入，取得了很多科学成果和巨大经济效益。当然，随着生产的发展，其本身也在不断发展。对于现代设计理论和方法来讲，目前国内外设计科学形成了不同的流派，主要有以下几个流派： 1、德国、北欧机械设计方法学流派 ，特点：强调系统总体设计，层次细、规范详细2、英、美、日的创造性设计学流派，特点：设计包含创造、分析和决策三要素。强调创新性方法的研究，系统工程、价值分析、安全技术、人机工程、市场分析及CDA技术等。3、俄罗斯、东欧的新设计法流派，特点：强调基础，提倡发散、变性、收验三步设计程式。4、中国的设计学，特点：综合、系统和适用性相统一。经过多年的努力，我国在现代设计理论与方法研究方面取得了很大的发展。2003年，四川大学殷国富教授的“面向信息时代的机械产品现代设计理论与方法研究”在国家自然科学基金的资助下，针对网络下多智能体的协同设计进行了具体研究。同年南京理工大学丁俊武教授提出：现代设计方法以并行设计为基础手段，以实现不同设计理论方法的集成、设计过程的虚拟化和科学化，最终实现社会、经济和政治三者和谐发展的可持续设计。2005年，东北大学孙伟教授在总结与可视化设计相关研究成果的基础上，对可视优化设计法的含义、研究内容、技术流程、关键技术、研发软件和应用原则等内容，并在企业进行验证，证明了该方法的有效性。随着人类社会的颈部和科学技术的发展，人们对产品的要求越来越高，要提高产品的性能，自然要求设计理论和方法的创新；而设计理论和方法的进步往往会带动产品的革新，从而形成良性循环。因此现代设计理论与方法会不断地发展，并注入新的内容和活力。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。因此，高度重视现代机械设计理论缺失的问题并深入地研究现代机械设计理论对现代机械设计水平的影响，这很有学术价值，也有很好的应用前景。 参考文献：1、现代设计理论与方法武良臣 郭培红2、机械研究与应用许艺萍 张新民 河南理工大学 机械与动力工程学院3、面向信息时代的机械产品现代设计理论与方法研究进展四川大学制造科学与工程学院 殷国富等 机械设计与研究 2005年05期 4、关于在“产品设计”中必须引入最新技术的认知和举措谢友柏 机械工程学报 2004年04期5、现代设计理论和方法的研究谢友柏 机械制造 2005年12期6、现代产品设计理论研究综述丁俊武 韩玉启 郑称德 机械与电子 2002年05期 7、设计理论与方法学研究方面的最新进展顾佩华 机械科学与技术 2003年01期 8、现代机构的创新设计理论与方法研究上海交通大学机械工程学院 李瑞琴 邹慧