现代设计方法在机械设计中的研究.docx

现代设计方法在机械创新设计中的研究小编（南京师范大学机械工程及自动化摘要：通过分析现代设计方法的基本内容，结合机械设计的发展方向，研究现代设计方法在现在机械设计中的实际应用技术。关键词：现代设计方法机械设计机械产品的设计从19世纪中期的技术设计发展到现在的计算机辅助创新设计（CAL Computer AidedInnovation）已经历了一百多年的变迁和发展。其间任何产品生产的历史也就是人们追求先进产品与服务的创新设计、及其理论、方法与工具发展的历史，人类经历了漫长的创造、创新和设计制造的历程[1]。近年来，随着科学技术的飞速发展，对产品功能要求日益增多，复杂性增加，寿命期缩短，更新换代速度加快，机械产品的设计方法更趋于科学、完善，计算精度更高，计算速度更快。在常规设计的基础上更趋于现代设计方法的应用。现代设计方法是一种工程活动，而且是一种创造性的智力活动，是一个综合、决策、迭代和寻优的过程。它具有四个方面的特点：（1）设计理论与方法延伸、思维的变化及设计范畴的扩展。（2）多种设计技术、理论与方法的交叉与综合。（3）设计手段的精确化、计算机化、自动化与虚拟化；及并行化、最优化和智能化的设计过程。（4）面向产品寿命周期过程的可行性设计及多种设计实验技术的综合应用等。现代设计与制造过程的正规化、流程化和统一化，极大地提高了工作效率，降低了成本，确保了产品的质量。1.现代设计方法1.1 现代设计方法的基本概念[2]现代设计方法是指不同于强度、刚度等传统设计理论的新兴的设计方法，特别是利用计算机进行优化设计、辅导设计和可靠性计算等的设计方法。因此，现代设计方法的内容覆盖面很广，它应当包括所有非传统意义上的新兴设计方法。1.2 现代设计方法的主要方法（1）优化设计。优化设计（optimal design）是从多种设计方案中选择最佳方案的设计方法。优化设计以最优化理论为基础，以计算机为工具，根据设计问题确定设计变量，建立目标函数，在满足给定的各种约束条件下，寻求最优化的设计方案。优化技术首先于第二次世界大战期间在军事上得以应用。机械优化设计始于20世纪60年代，并在生产中得到了广泛的应用。1967年，R.L.福克斯等发表了机构最优化论文。之后，C.S.贝特勒等利用几何规划解决了液体动压轴承的优化设计问题。通常机械优化设计问题多属于非线性规划问题。随着数学理论和电子计算机技术的发展，优化设计在工程中得到广泛的应用和发展，已成为一门新兴的独立的工程科学。（2）摩擦学设计。摩擦学设计（tribology design）在节能、减材、环保等方面有着重要的作用，是机电产品设计中的重要环节，如在动力系统、传动系统、运动系统以及零部件加工过程中广泛存在摩擦学问题。通过摩擦学设计，将有助于产品的设计创新和性能的提高。因此摩擦学设计理论不仅具有重要的学术价值，而且可以为解决重大工程技术问题提供有效的手段和方法。（3）计算机辅助设计。计算机辅助设计（computer aided design，CAD）是利用计算机进行工程和产品辅助设计工作。计算机承担计算、信息存储和绘图等工作、通过计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，可以结合优化设计决定最优方案；计算得到的设计信息存放在计算机中，以保证能够快速地检索和输出；把繁重的工作图绘制工作交给计算机完成，进行图形显示、设计修改、图形编辑（放大、缩小、平移和旋转），并最终输出设计结果图形。因此，CAD不仅能够大大减轻设计人员的劳动，还可以缩短设计周期和提高设计质量[3]。（4）可靠性设计。可靠性设计（reliability design）是保证系统及其零部件满足给定的可靠性指标的设计方法。可靠性理论是在第二次世界大战期间发展起来的。可靠性理论应用于机械设计方面的研究始于20世纪60年代，首先应用于军事和航天等工业部门，随后逐渐扩展到民用工业。对于一个复杂的产品来说，为了提高整体系统的性能，都是采用提高组成产品的每个零部件的性能来达到的；这样就使得产品的造价昂贵，有时甚至难以实现，例如对于几万甚至几十万个零部件组成的很复杂的产品。可靠性设计所要解决的问题就是如何从设计中来解决产品的可靠性，以改善对各个零部件可靠性的要求。（5）创造性设计。创造性设计(creative design)是现代设计的基础。人类的发展史就是一个不断创新的历史。只有充分发挥创造性，采用创造性设计方法，才能设计出富有新颖性的、先进的产品，最大限度地满足市场需求。各国都非常重视创造性设计，纷纷进行研究和应用。在高校也开设有创造性设计课程，以培养学生的创造力，如学生创造发明过程中分析能力、创造性思维和创造技法。创造性设计将会显著提高产品的竞争力，因此应当受到特别的重视。此外，还有反求工程设计(reverse engineeri