1.1功能增加,柔性提高现代机械在功能上是不断更新,不断发展的。这是和传统机械相区别的因素,所以,现代机械在发展前景方面较为宽阔。并能够包含更广的对象,手段上也较为多样。例如对于电子通讯技术的利用,能够弥补传统机械操作上较为繁杂,而效果不好的弱势。机械间的协调性和整体性功能得到突出发挥,根据已经编好的程序进行运作,如果想要更改内部运行的顺序和规律等,可以不根据元件的硬件来说,只需要改变内部软件工作的性能即可。这使得工作的范围得以扩展,有利于灵活性和能动性的发挥。
1.2结构简单,性能提高传统机械对于功能的变更和增加是通过增加某一装置来实现的。方法较为单一。例如,为了达到变速的目的,就要用变速箱;为了实现不同的非线性运动规律控制,各种不同凸轮机构就相继出现。现代机械增加功能以及转变运行规律的方法选择上更为灵活多样。能够将多种技术综合利用,也可以从多个角度入手,实现总体构架的最优秀结果选择。达到总体结构的最优秀。并且,现代机械采用将内部运行装置减少的办法,使得由于运动和运动装置的变形导致的偏差变得更小,并且实现了利用电子监控等及时发现复查并解决误差隐患。使得工作的精密程度得到进一步提升。
1.3效率提高,成本降低现代机械在机械性能的稳定性以及测验等方面,能够利用计算机完成工作的模拟和再现。这种操作大大节省了时间,能够直观地观察到工作的结果。并保证质量水平。此外,它能够节约预备和其他相关细节工作的时间,使得工作的合理性和速度都得到提升。
2现代机械设计的特点
过去的机械设计从理论到实际的过程已经较为系统,新的现代机械有了全新的思路。应当这样认为,机械设计的发展是和各种学科之间挂钩的。不仅仅是机械本文的专业,这里包含哲学、思维、心理学和智能科学的研究成果;现代应用、学与应用等基础科学领域的研究成果;机械电子学、控制理论与技术、检测技术和自动化领域的研究成果;特别是电子计算机的广泛应用和现代科学的发展,造就了现代设计技术的理论方法体系,使现代的机械设计建立在与传统方法迥然不同、全新的层次之上。与传统的机械设计相比,现代机械设计有以下一些具体的特点。
2.1传统机械设计工作偏重于人的感性经验和主观态度要求人员的技艺能力以及判断能力较高,不过,因为计算机等方式方法的介入,使得更多更快速的方法被制定出来。突出新方法新经验的重要性。这对于传统的方式方法提出了新的挑战,过去的方式已经显得过于保守和落后。
2.2传统机械设计更倾向于展示机械自身所要求达到的能力现代机械有所发展,讲求各个要素之间的配合,例如,把设计理念与所处的环境和人的需求之间相互连接。并将每一个要素延伸其外延,将人的性和感官等考虑进去,达到使用的最好效果,并且将机械的整个生命循环过程都周密考虑,从设计,加工到使用,修理,报废等与人和环境的联系都计算好,以实现可持续发展以及环境与生产之间关系的平衡为指导。
2.3传统机械的设计和制造强调力学作用,一系列的方式方法都是为了获得更高强度的效果来运行图的,在设计中也强调对力学能力的把握,而比这类效果有所发展的是,现代设计中对于设计的领域方面更为宽阔,范围更广,手段更多样。
2.4在设计流程上,应当以总的目标为准,形成很多层的设计方案,每一遍方案经过修改后产生下一轮,因此一个设计的完成可能消耗很多时间和能源,而对于最好方案的选择因为没有直观的感受也带有主观性。总体来说是一项时间长低效率的工作。现代机械设计避免重复浪费的问题,而是将数字和方案直接输入计算机,得到立体图,使人员通过调整内部数字就能选择最好的方案,所以,从花费和精力投入来说,都较为科学有效。
2.5传统的设计建立在手工操作的基础上,人脑的思维进度在很大程度上被这种缓慢的操作过程所约束,许多原始发生于人脑的三维构思,在传统的设计中必须用抽象的二维图形加以表达,而代表现代机械设计的cad技术则很好地解决了这些问题,技术人员从计算机那里可以很快地获得为进一步思维所必需的理论计算结果和信息;大量的绘图工作有计算机;屏幕上的三维图形可以直接与人脑中的构思接轨。在传统的设计中,机器的动态效果只能通过抽象的运动学、动力学数据加以反映,而现代的计算机仿真技术能对未来机器的运转状态清楚地加以描述。在传统的设计中,从概念设计、技术设计到编制工艺、计算工时成本,有许多部门用串行工作方法参与,需要一个漫长的过程,而现代的并行设计技术,使人们在作出一个方案的设计时,通过计算机网络同时获得后续过程相关信息,使设计者有可能及时修改方案,寻求一个全面、综合的优化方案。
3现代机械设计与计算机
3.1cad软件的应用
计算机储存量大、运算速度快、集合分析信息能力强,可以综合分析各种数据进而得出最佳答案,这是人脑所不能比拟的。基于这些优势,我们在机械设计中广泛运用计算机技术可以说是大势所趋。需求分析与可行性研究这个部分较少用到计算机,但是其他设计步骤都可以运用计算机来完成,例如画图、计算、设计等等,再加上我们自己创新的设计理念,设计质量必然得到提高。cad就是这样应运而生的。cad软件主要分为系统软件、支撑软件及应用软件三个部分。在cad软件的应用过程中,人的力量是主要的,也就是说人才是主导,设计者必须中充分发挥主观能动性,灵活运用计算机,尽可能做到人与计算机完美融合,创造性加上计算机的灵活性、精确性,这样设计出的产品才更能满足当今机械设计的要求。
传统机械零部件的设计带来了运用中出现的许多问题：零部件容易腐蚀损坏；零部件容易疲劳损坏，断裂、表面剥落等；零部件容易摩擦损坏等等。这些问题的出现，都是机械零部件传统的设计局限性所产生的。机械机械零部件设计是人类为了实现某种预期的目标而进行的一种创造性活动。传统机械机械零部件设计的特点是以长期经验积累为基础，通过力学、数学建模及试验等所形成的经验公式、图表、标准及规范作为依据，运用条件性计算或类比等方法进行设计。传统设计在长期运用中得到不断的完善和提高，目前在大多数情况下仍然是有效的设计方法，但是它有很多局限：在方案设计时凭借设计者有限的直接经验或间接经验，通过计算、类比分析等，以收敛思维方式，过早地确定方案。这种方案设计既不充分又不系统，不强调创新，因此很难得到最优方案；在机械零部件设计中，仅对重要的零部件根据简化的力学模型或经验公式进行静态的或近似的设计计算，其他零部件只作类比设计，与实际工况有时相差较远，难免造成失误；传统设计偏重于考虑产品自身的功能的实现，忽略人―机―环境之间关系的重要性；传统设计采用手工计算、绘图，设计的准确性差、工作周期长、效率低。
二、创新思维机械零部件的设计思想
机械零部件设计的本质是创造和革新。现代机械机械零部件设计强调创新设计，要求在设计中更充分地发挥设计者的创造力，利用最新科技成果，在现代设计理论和方法的指导下，设计出更具有生命力的产品。
（一）运用创造思维
设计者的创造力是多种能力、个性和心理特征的综合表现，它包括观察能力、记忆能力、想象能力、思维能力、表达能力、自控能力、文化修养、理想信念、意志性格、兴趣爱好等因素。其中想象能力和思维能力是创造力的核心，它是将观察、记忆所得信息有控制地进行加工变换，创造表达出新成果的整个创造活动的中心。创造力的开发可以从培养创新意识、提高创新能力和素质、加强创新实践等方面着手。设计者不是把设计工作当成例行公事，而是时刻保持强烈的创新愿望和冲动，掌握必要创新方法，加强学习和锻炼，自觉开发创造力，成为一个符合现代设计需要的创新人才。
（二）运用发散思维
发散思维又称辐射思维或求异思维等。它是以欲解决的问题为中心，思维者打破常规，从不同方向，多角度、多层次地考虑问题，求出多种答案的思维方式。例如，若提出“将两零部件联结在一起”的问题，常规的办法有螺纹联结、焊接、胶接、铆接等，但运用发散思维思考，可以得到利用电磁力、摩擦力、压差或真空、绑缚、冷冻等方法。发散思维是创造性思维的主要形式之一，在技术创新和方案设计中具有重要的意义。
（三）运用创新思维
创造力的核心是创新思维。创新思维是一种最高层次的思维活动，它是建立在各类常规思维基础上的。人脑在外界信息激励下，将各种信息重新综合集成，产生新的结果的思维活动过程就是创新思维。机械机械零部件设计的过程是创新的过程。设计者应打破常规思维的惯例，追求新的功能原理、新方案、新结构、新造型、新材料、新工艺等，在求异和突破中体现创新。
三、科学的进行机械零部件设计
（一）把握机械零部件设计的主要内容
机械零部件设计是机械设计的重要组成部分，机械运动方案中的机构和构件只有通过零部件设计才能得到用于加工的零部件工作图和部件装配图，同时它也是机械总体设计的基础。机械零部件设计的主要内容包括：根据运动方案设计和总体设计的要求，明确零部件的工作要求、性能、参数等，选择零部件的结构构形、材料、精度等，进行失效分析和工作能力计算，画出零部件图和部件装配图。机械产品整机应满足的要求是由零部件设计所决定的，机械零部件设计应满足的要求为：在工作能力上要求具体有强度、刚度、寿命、耐磨性、耐热性、振动稳定性及精度等；在工艺性上要求加工、装配具有良好的工艺性及维修方便；在经济性上的要求主要指生产成本要低。此外，还要满足噪声控制、防腐性能、不污染环境等环境保护要求和安全要求等。这些要求往往互相牵制，需全面综合考虑。
（二）严格计算机械零部件的失效形式
机械零部件由于各种原因不能正常工作而失效，其失效形式很多，主要有断裂、表面压碎、表面点蚀、塑性变形、过度弹性变形、共振、过热及过度磨损等。为了保证零部件能正常工作，在设计零部件时应首先进行零部件的失效分析，预估失效的可能性，采取相应措施，其中包括理论计算，计算所依据的条件称为计算准则，常用的计算准则有：一是强度准则。强度是机械零部件抵抗断裂、表面疲劳破坏或过大塑性变形等失效的能力。强度要求是保证机械零部件能正常工作的基本要求。二是刚度准则。刚度是指零部件在载荷（下转第57页）（上接第58页）的作用下，抵抗弹性变形的能力。刚度准则要求零部件在载荷作用下的弹性变形在许用的极限值之内。三是振动稳定性准则。对于高速运动或刚度较小的机械，在工作时应避免发生共振。振动稳定性准则要求所设计的零部件的固有频率与其工作时所受激振源的频率错开。四是耐热性准则。机械零部件在高温工作条件下，由于过度受热，会引起油失效、氧化、胶合、热变形、硬度降低等问题，使零部件失效或机械精度降低。因此，为了保证零部件在高温下正常工作，应合理设计其结构及合理选择材料，必要时须采用水冷或气冷等降温措施。五是耐磨性准则。耐磨性是指相互接触并运动零部件的工作表面抵抗磨损的能力。当零部件过度磨损后，将改变其结构形状和尺寸，削弱其强度，降低机械精度和效率，以致零部件失效报废。因此，机械设计时应采取措施，力求提高零部件的耐磨性。
（三）正确选择机械零部件表面粗糙度
表面粗糙度是反映零部件表面微观几何形状误差的一个重要技术指标，是检验零部件表面质量的主要依据；它选择的合理与否，直接关系到产品的质量、使用寿命和生产成本。机械零部件表面粗糙度的选择方法有3种，即计算法、试验法和类比法。在机械零部件设计工作中，应用最普通的是类比法，此法简便、迅速、有效。应用类比法需要有充足的参考资料，现有的各种机械设计手册中都提供了较全面的资料和文献。最常用的是与公差等级相适应的表面粗糙度。在通常情况下，机械零部件尺寸公差要求越小，机械零部件的表面粗糙度值也越小，但是它们之间又不存在固定的函数关系。在实际工作中，对于不同类型的机器，其零部件在相同尺寸公差的条件下，对表面粗糙度的要求是有差别的。这就是配合的稳定性问题。在机械零部件的设计和制造过程中，对于不同类型的机器，其零部件的配合稳定性和互换性的要求是不同的。在设计工作中，表面粗糙度的选择归根到底还是必须从实际出发，全面衡量零部件的表面功能和工艺经济性，才能作出合理的选择。
（四）全面优化机械零部件设计方法
要充分运用机械学理论和方法，包括机构学、机械动力学、摩擦学、机械结构强度学、传动机械学等及计算机辅助分析的不断发展，对设计的关键技术问题能作出很好的处理，一系列新型的设计准则和方法正在形成。计算机辅助设计（CAD）是把计算机技术引入设计过程，利用计算机完成选型、计算、绘图及其他作业的现代设计方法。CAD技术促成机械零部件设计发生巨大的变化，并成为现代机械设计的重要组成部分。目前，CAD技术向更深更广的方向发展，主要表现为以下基于专家系统的智能CAD；CAD系统集成化，CAD与CAM（计算机辅助制造）的集成系统（CAD/CAM）；动态三维造型技术；基于并行工程，面向制造的设计技术（DFM）；分布式网络CAD系统。
【参考文献】
[1]王启，等．常用机械零部件可靠性设计[M]．北京：机械工业出版社，1996．
[2]隋明阳．机械设计基础[M]．北京：机械工业出版社，2002．
[3]赵冬梅．机械设计基础[M]．西安：西安电子科技大学出版社，2004．
[4]郭仁生．机械设计基础[M]．北京：清华大学出版社，2001．
[5]许尚贤．机械零部件现代设计方法[M]．北京：高等教育出版社，1996．
【关键词】机械制造；零部件设计；现代思想；科学发展
一、机械零部件传统的设计局限
传统机械零部件的设计带来了运用中出现的许多问题：零部件容易腐蚀损坏；零部件容易疲劳损坏，断裂、表面剥落等；零部件容易摩擦损坏等等。这些问题的出现，都是机械零部件传统的设计局限性所产生的。机械机械零部件设计是人类为了实现某种预期的目标而进行的一种创造性活动。传统机械机械零部件设计的特点是以长期经验积累为基础，通过力学、数学建模及试验等所形成的经验公式、图表、标准及规范作为依据，运用条件性计算或类比等方法进行设计。传统设计在长期运用中得到不断的完善和提高，目前在大多数情况下仍然是有效的设计方法，但是它有很多局限：在方案设计时凭借设计者有限的直接经验或间接经验，通过计算、类比分析等，以收敛思维方式，过早地确定方案。这种方案设计既不充分又不系统，不强调创新，因此很难得到最优方案；在机械零部件设计中，仅对重要的零部件根据简化的力学模型或经验公式进行静态的或近似的设计计算，其他零部件只作类比设计，与实际工况有时相差较远，难免造成失误；传统设计偏重于考虑产品自身的功能的实现，忽略人―机―环境之间关系的重要性；传统设计采用手工计算、绘图，设计的准确性差、工作周期长、效率低。
二、创新思维机械零部件的设计思想
机械零部件设计的本质是创造和革新。现代机械机械零部件设计强调创新设计，要求在设计中更充分地发挥设计者的创造力，利用最新科技成果，在现代设计理论和方法的指导下，设计出更具有生命力的产品。
（一）运用创造思维
设计者的创造力是多种能力、个性和心理特征的综合表现，它包括观察能力、记忆能力、想象能力、思维能力、表达能力、自控能力、文化修养、理想信念、意志性格、兴趣爱好等因素。其中想象能力和思维能力是创造力的核心，它是将观察、记忆所得信息有控制地进行加工变换，创造表达出新成果的整个创造活动的中心。创造力的开发可以从培养创新意识、提高创新能力和素质、加强创新实践等方面着手。设计者不是把设计工作当成例行公事，而是时刻保持强烈的创新愿望和冲动，掌握必要创新方法，加强学习和锻炼，自觉开发创造力，成为一个符合现代设计需要的创新人才。
（二）运用发散思维
发散思维又称辐射思维或求异思维等。它是以欲解决的问题为中心，思维者打破常规，从不同方向，多角度、多层次地考虑问题，求出多种答案的思维方式。例如，若提出“将两零部件联结在一起”的问题，常规的办法有螺纹联结、焊接、胶接、铆接等，但运用发散思维思考，可以得到利用电磁力、摩擦力、压差或真空、绑缚、冷冻等方法。发散思维是创造性思维的主要形式之一，在技术创新和方案设计中具有重要的意义。
（三）运用创新思维
创造力的核心是创新思维。创新思维是一种最高层次的思维活动，它是建立在各类常规思维基础上的。人脑在外界信息激励下，将各种信息重新综合集成，产生新的结果的思维活动过程就是创新思维。机械机械零部件设计的过程是创新的过程。设计者应打破常规思维的惯例，追求新的功能原理、新方案、新结构、新造型、新材料、新工艺等，在求异和突破中体现创新。
三、科学的进行机械零部件设计
（一）把握机械零部件设计的主要内容
机械零部件设计是机械设计的重要组成部分，机械运动方案中的机构和构件只有通过零部件设计才能得到用于加工的零部件工作图和部件装配图，同时它也是机械总体设计的基础。机械零部件设计的主要内容包括：根据运动方案设计和总体设计的要求，明确零部件的工作要求、性能、参数等，选择零部件的结构构形、材料、精度等，进行失效分析和工作能力计算，画出零部件图和部件装配图。机械产品整机应满足的要求是由零部件设计所决定的，机械零部件设计应满足的要求为：在工作能力上要求具体有强度、刚度、寿命、耐磨性、耐热性、振动稳定性及精度等；在工艺性上要求加工、装配具有良好的工艺性及维修方便；在经济性上的要求主要指生产成本要低。此外，还要满足噪声控制、防腐性能、不污染环境等环境保护要求和安全要求等。这些要求往往互相牵制，需全面综合考虑。
（二）严格计算机械零部件的失效形式
机械零部件由于各种原因不能正常工作而失效，其失效形式很多，主要有断裂、表面压碎、表面点蚀、塑性变形、过度弹性变形、共振、过热及过度磨损等。为了保证零部件能正常工作，在设计零部件时应首先进行零部件的失效分析，预估失效的可能性，采取相应措施，其中包括理论计算，计算所依据的条件称为计算准则，常用的计算准则有：一是强度准则。强度是机械零部件抵抗断裂、表面疲劳破坏或过大塑性变形等失效的能力。强度要求是保证机械零部件能正常工作的基本要求。二是刚度准则。刚度是指零部件在载荷（下转第57页）（上接第58页）的作用下，抵抗弹性变形的能力。刚度准则要求零部件在载荷作用下的弹性变形在许用的极限值之内。三是振动稳定性准则。对于高速运动或刚度较小的机械，在工作时应避免发生共振。振动稳定性准则要求所设计的零部件的固有频率与其工作时所受激振源的频率错开。四是耐热性准则。机械零部件在高温工作条件下，由于过度受热，会引起润滑油失效、氧化、胶合、热变形、硬度降低等问题，使零部件失效或机械精度降低。因此，为了保证零部件在高温下正常工作，应合理设计其结构及合理选择材料，必要时须采用水冷或气冷等降温措施。五是耐磨性准则。耐磨性是指相互接触并运动零部件的工作表面抵抗磨损的能力。当零部件过度磨损后，将改变其结构形状和尺寸，削弱其强度，降低机械精度和效率，以致零部件失效报废。因此，机械设计时应采取措施，力求提高零部件的耐磨性。
（三）正确选择机械零部件表面粗糙度
表面粗糙度是反映零部件表面微观几何形状误差的一个重要技术指标，是检验零部件表面质量的主要依据；它选择的合理与否，直接关系到产品的质量、使用寿命和生产成本。机械零部件表面粗糙度的选择方法有3种，即计算法、试验法和类比法。在机械零部件设计工作中，应用最普通的是类比法，此法简便、迅速、有效。应用类比法需要有充足的参考资料，现有的各种机械设计手册中都提供了较全面的资料和文献。最常用的是与公差等级相适应的表面粗糙度。在通常情况下，机械零部件尺寸公差要求越小，机械零部件的表面粗糙度值也越小，但是它们之间又不存在固定的函数关系。在实际工作中，对于不同类型的机器，其零部件在相同尺寸公差的条件下，对表面粗糙度的要求是有差别的。这就是配合的稳定性问题。在机械零部件的设计和制造过程中，对于不同类型的机器，其零部件的配合稳定性和互换性的要求是不同的。在设计工作中，表面粗糙度的选择归根到底还是必须从实际出发，全面衡量零部件的表面功能和工艺经济性，才能作出合理的选择。
（四）全面优化机械零部件设计方法
要充分运用机械学理论和方法，包括机构学、机械动力学、摩擦学、机械结构强度学、传动机械学等及计算机辅助分析的不断发展，对设计的关键技术问题能作出很好的处理，一系列新型的设计准则和方法正在形成。计算机辅助设计（CAD）是把计算机技术引入设计过程，利用计算机完成选型、计算、绘图及其他作业的现代设计方法。CAD技术促成机械零部件设计发生巨大的变化，并成为现代机械设计的重要组成部分。目前，CAD技术向更深更广的方向发展，主要表现为以下基于专家系统的智能CAD；CAD系统集成化，CAD与CAM（计算机辅助制造）的集成系统（CAD/CAM）；动态三维造型技术；基于并行工程，面向制造的设计技术（DFM）；分布式网络CAD系统。【参考文献】
[1]王启，等．常用机械零部件可靠性设计[M]．北京：机械工业出版社，1996．
[2]隋明阳．机械设计基础[M]．北京：机械工业出版社，2002．
[3]赵冬梅．机械设计基础[M]．西安：西安电子科技大学出版社，2004．
关键词:机械;设计方法;展望
Abstract:Themechanicaldesignisanimportantpartofmechanicalengineering,mechanicaldesignisinaccordancewiththerequirementsofmechanicalworkprinciple,structure,modeofmotion,forceandenergytransmission,eachpartsofthematerialandshapesize,lubricationmethodsfordesign,analysisandcalculationandtheseintospecificdescriptionofhumanbasedontheworkingprocessofmanufacture.Thispapersummarizesthedevelopmenttrendofmodernmechanicaldesignofseveralcommonlyusedmethodsandprospectsthefutureofthemechanicaldesignmethod.
Keywords:machinery;designmethod;Prospect
中图分类号：TU2
一、现代机械设计的特点
传统的机械设计已经形成了比较成熟的理论和方法，但是现代机械的面貌已经发生了重大的变化。可以认为，各个领域科学技术的发展，都是现代机械设计理论和方法发展的基础，这里包含哲学、思维科学、心理学和智能科学的研究成果；现代应用数学、物理学与应用化学等基础科学领域的研究成果；机械电子学、控制理论与技术、检测技术和自动化领域的研究成果；特别是电子计算机的广泛应用和现代信息科学的发展，造就了现代设计技术的理论方法体系，使现代的机械设计建立在与传统方法迥然不同、全新的层次之上。与传统的机械设计相比，现代机械设计有以下一些具体的特点。
1.1传统的机械设计中，灵感和经验的成分占有很大的比重，思维带有很大的被动性。但是今天，技术的飞速发展和市场竞争的激烈化，要求人们不断地提出大胆的设想和新的开发目标，要求运用现有的最新技术去创造出前所未有的产品。传统设计过程明显地不能适应这一要求。
1.2传统的机械设计着重于实现机械本身预定的功能，现代机械设计则要求把对象置于大系统中，进行系统的设计，将预定功能在人-机-环境之间进行科学合理的分配。对人开展了深入地生理学、心理学研究，要求在人与机之间做出最佳的界面设计。还要考虑机械从原材料提取、加工装配、投入使用，直到报废回收全生命周期各阶段与环境的关系，保证自然资源与生态的平衡，实现人类的可持续发展。
1.3传统的机械设计偏重于强度准则，现代的优限单元法、断裂力学等领域的研究成果，进一步强化了人们强度设计的能力。在此基础上，现代机械设计的准则拓宽到产品设计的更多领域。
1.4传统的机械设计过程往往是根据任务和目标，先做出第一个方案，甚至造出样机，然后通过评定与考核，进行修改，形成第二轮方案，如此反复，直到满意为止。这一设计过程历时长，消耗大，所谓满意往往带有很多的主观性。现代机械设计则可根据各种给定的条件，运用优化设计理论和方法，借助计算机求得最佳设计参数和方案，因此设计的耗费低，周期短，而且科学地反映设计的最佳状态。
1.5传统的设计建立在手工操作的基础上，人脑的思维进度在很大程度上被这种缓慢的操作过程所约束，许多原始发生于人脑的三维构思，在传统的设计中必须用抽象的二维图形加以表达，而代表现代机械设计的CAD技术则很好地解决了这些问题，技术人员从计算机那里可以很快地获得为进一步思维所必需的理论计算结果和信息；大量的绘图工作有计算机；屏幕上的三维图形可以直接与人脑中的构思接轨。在传统的设计中，机器的动态效果只能通过抽象的运动学、动力学数据加以反映，而现代的计算机仿真技术能对未来机器的运转状态清楚地加以描述。在传统的设计中，从概念设计、技术设计到编制工艺、计算工时成本，有许多部门用串行工作方法参与，需要一个漫长的过程，而现代的并行设计技术，使人们在作出一个方案的设计时，通过计算机网络同时获得后续过程相关信息，使设计者有可能及时修改方案，寻求一个全面、综合的优化方案。
二、机械设计的常用现代设计方法
2.1专业的现代设计方法。由机械设计和计算机专业人员共同开发的计算机软件能够反映和描述机械产品在实际工况下的各种损伤、失效和破坏的机理可以定量分析和计算机械零件和机械的动态行为并形成固定的设计程序这就是专业的现代设计方法如振动分析和设计摩擦学设计热力学传热设计强度、刚度设计温度场分析等等。这些软件都是在传统的设计方法基础上应用计算机技术开发出来的。例如用pro/m软件分析机械装置的动态特性用ansys软件分析应力都是这方面很好的例子为准确判断装置的可靠性和选择设计参数奠定了基础。
2.2通用的现代设计方法。为了满足机械产品性能的高要求在机械设计中大量采用计算机技术进行辅助设计和系统分析这就是通用的现代设计方法。常见的方法包括优化、有限元、可靠性、仿真、专家系统、cad等。这些方法并不只是针对机械产品去研究还有其自身的科学理论和方法。（1）优化设计。机械优化设计是最优化技术在机械设计领域的移植和应用其基本思想是根据机械设计的理论方法和标准规范等建立一反映工程设计问题和符合数学规划要求的数学模型然后采用数学规划方法和计算机计算技术自动找出设计问题的最优方案。它是机械设计理论与优化数学、电子计算机相互结合而形成的一种现代设计方法。（2）仿真与虚拟设计。计算机仿真技术是以计算机为工具“建立实际或联想的系统模型”并在不同条件下对模型进行动态运行实验的一门综合性技术。而虚拟技术的本质是以计算机支持的仿真技术为前提在产品设计阶段实时地并行地模拟出产品开发全过程及其对产品设计的影响预测产品性能、产品制造成本、产品的可制造性、产品的可维护性和可拆卸性等从而提高产品设计的一次成功率。这种方法不但缩短产品开发周期也实现了缩短产品开发与用户之间的距离。（3）有限元设计。这种方法是利用数学近似的方法对真实物理系统几何和载荷工况进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素即单元就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。它不仅能用于工程中复杂的非线行问题、非稳态问题的求解而且还可用于工程设计中进行复杂结构的静态和动力分析并能准确地计算形状复杂零件的应力分布和变形成为复杂零件强度和刚度计算的有力分析工具。（4）模糊设计。它是将模糊数学知识应用到机械设计中的一种设计方法。机械设计中就存在大量的模糊信息。如机械零部件设计中零件的安全系数往往从保守观点出发取较大值而不经济但在其允许的范围内存在很大的模糊区间。机械产品的开发在各阶段常会遇到各种模糊问题虽然这些问题的特点、性质及对计策的要求不尽相同但所采取的模糊分析方法是相似的。它的最大特点是可以将各因素对设计结果的影响进行全面定量地分析得出综合的数量化指标作为选择决断的依据。
三、机械设计技术的展望
将来机械设计学必将渗透到半导体制造、生物工程、纳米技术和机器人等行业中去在对社会发展做出贡献的同时不断完善自己使理论进一步创新。
3.1进一步实现系统性。即从系统观点入手把机械产品看作一个系统或整体依赖计算机技术实现人、机、环境和相互协调。具体来说是把总系统分解为若干个子系统采用各种现代设计理论和方法追求系统优化为目标协调各子系统的设计和匹配。
3.2深化智能化设计。随着科技的进步和发展设计要越来越多地考虑智能的因素。大量设计内容都可通过建立模型来描述机械产品的各种工况行为对模型求解可预测产品的性能、设计的合理性和最优性。例如各类车辆性能评价的智能决策系统齿轮箱设计专家系统故障诊断系统等已应用在新车的开发设计中。
3.3更加注重绿色思想。绿色设计技术是对产品在其生命周期中按符合环境保护、资源利用率最高、能源消耗最低的要求进行设计的技术。要求设计者从全周期考虑产品的环境属性和基本属性在设计时始终立足于人的身心健康、环境保护等同时要求所设计的产品具有可回收利用性对环境的损害最小。
关键词：仿生学；仿生机械；遗传算法
中图分类号：TD44文献标识码：A文章编号：1009-2374（2014）07-0098-02
在人类发展的过程中，是通过不断的学习和总结才能达到今天这样的文明程度的。其中学习包括人类自身总结出来的一些自然规律和了解自然界动植物的活动规律来获得的。现有的很多领域的科学制造技术都是在动物和植物的生活环境中学结出来的。这些动、植物为了更好的适应自然的变化，自身拥有一些本能，这些本能被人们所发现，并在一定的改造基础上成为人类自身的本领和技术，这就衍生出了一个学科——仿生学。
在现有的煤矿生产当中，存在很大的安全隐患，在一些机械设计中存在设计和使用脱节的情况，导致经常出现人员伤亡的现象。在了解了仿生技术之后，能够将仿生科技和现有的机械设备结合在一起，能够很大程度上降低生产中出现的安全事故，也能够将机械设计更加的人性化，智能化。
1煤矿仿生机械的分类
仿生机械在煤矿生产中的使用类型很多，具体可以细分飞生产中的抓取、移动、开挖等四类。
1.1仿生抓取机械
目前仿生机械在抓取功能方面的研究集中于仿人形机械手，主要因为人手（含手臂）共有36个自由度，自由度的增多可以改善以往机械设备活动不灵活的情况，而且还能精确定位还能做出复杂精细的动作，这些都是传统机械很难做到的。它们可分为工业机器人用机械手和科研智能机器人用机械手，在煤矿开挖时出现的复杂情况下，人工难以胜任工作的情况下，可以使用仿生抓取机械进行挖掘工作。
1.2仿生移动机械
移动机构作为煤矿运输的平台在汽车领域、机器人领域及各类特种任务完成领域有着举足轻重的作用，传统移动机构的主要形态是轮式，结构相对简单可靠，技术成熟，且科技的发展使得现代移动机构负重能力不断加强，灵活性不断提高，在大多数情况下都能满足要求。然而随着人类涉足领域越来越广泛，在煤矿挖掘某些特殊环境下却不见的是最佳选择。研究者也看到了生物体的移动能力对环境的适应性是机械无可比拟的，部分生物在特殊环境中的移动能力更是令人叫绝。正是由于认识到了这一点，仿生机械学者在仿生移动机构方面做了大量大的工作，取得了许多成果。在煤矿生产中，地形复杂的情况出现的概率很高，相关的仿生机械移动机械可以很好的适应复杂条件的施工要求，确保了开挖的安全。
1.3仿生开挖机械
机械的分类在不同的行业当中有不同的使用效果，具体的工作选取的机械也有很大的区别。在煤矿机械开挖设备的使用中，涉及到煤矿开挖的安全，在机械选择上有着特殊的需求。利用仿生原理下的设计方案，摒弃了传统的器械工作原理，使用更加人性化的机械设备，达到安全的目的。
2仿生原理的使用案例
基于遗传算法技术的计算机网络设计是在以往传统的程序设计理念上加上了更多的计算机数据编程，是一种更加科学的现代化机械开挖手段。这也是煤矿开挖中使用仿生技术最为重要的案例之一。为在生产效率中也得到了很好的优化，也能使网络安全达到更好、更高的要求。接下来，我们将着重介绍在机械设备中使用仿生安全技术优化方案中的遗传算法。
遗传算法是20世纪70年代初期由美国密执根大学霍兰教授提出的一种为煤矿突水事故提供预测方法的一种提前预案。GA是一种在人为施工条件下非确定性的拟自然算法，这种算法是根据自然界仿照生物的固有进化规律，对一个大的群体进行随机抽样，观测其繁衍变化以及淘汰机制。其中就会有适者生存，不适者就会被淘汰，按照这样的规律不断重复，使整个群体在繁衍的素质上和种群的数量上都会有很大的提高，时间变长，这样的趋势会显现的更加明显，最终会以一种优化平衡的态势趋于平衡，并且保持最优配合比。遗传算法具有鲁棒性、自适应性、全局优化性和隐含并行性。
图1遗传算法
尽管遗传算法在计算机网络可靠度技术指导下已解决煤矿生产中了许多难题，但还存在许多不足之处，如算法本身的参数优化问题、如何避免过早收敛、如何改进计算机有效的工作时间和工作方法来提高算法的效率、遗传算法与其它优化算法的结合问题等。用遗传算法求解约线性和非线性优化问题时，一般采用共轭发散函数法，如何合理的选择共轭因子是算法的难点之
所在。
煤矿机械设备中使用仿生遗传算法是一个很好的切入点，同时，在使用中对于遗传算法的使用也在不断的完善过程中，对于算法的根式也在不断的更新，为了提高算法在使用中的准确度，作为算法的设计与机械操作相互结合的理论基础，不仅要使得设备的使用年限增加，还要对机械使用的效率进一步提升。在遗传算法的基础上，改进的算法在以往六个高速运算的设计布局中，重新组成新的装配方式，在基本联接关系上也从原来的两个变成了四个，更加贴合了煤矿机械在操作中细部的指示命令的落实。使用更加符合机械运转的改进遗传算法可以将机械的整体布局系统的串联情况与设计模拟方程的构造结合在一起，对于函数的提出在机械的设计中更加重要，最终通过建立模型的方式来将复杂的机械系统的优化组织方案简化。
仿生遗传算法在用模型描述煤矿机械动力学研究的过程中，在开挖优化方案上提出了一些不同之处，在数据的编码上和变量的估算上略有不同。因此，在这就对变量本身进行了遗传算法模型的设计，对于机械的悬挂系统和传动系统分部进行了弹性模量的检测和调整，用日常机械工作状态下的发动机功率和受到的阻力作为设计的相关参数，借此来对整体的机械有更好的全局优化，大大提高了传统工艺下完全靠人为的检测要更加稳定和准确。为求解复杂的非线性约束优化问题，对二级斜齿圆柱齿轮减速机的概率可靠性等机构进行了优化
设计。
3结语
基于仿生技术下的煤矿开挖设备的使用是在机械应用领域的一项革命性的技术，同时在许多行业中都有着巨大的发展空间及应用价值。在矿区机械设计进程中引入仿生技术有着明显的优势，它在简化管理，加强安全监控等方面具有不可比拟的优势，十分适合我国煤矿行业的发展。在本文中还就仿生科技中的遗传算法的优化方面的内容进行研究，目的是使得煤矿机械设备在使用中更加安全、稳定，操作起来更加人性化，促使煤矿行业更快、更好的发展。
参考文献
[1]濮良贵.机械零件[M].北京高等教育出版社，
1982，5（13）.
[2]蒲俊，吉家锋.可靠度可视化技术数学手册[M].
关键词：机械设计；教学内容；教学主线。
《机械设计基础》课程是机械类专业的一门重要的技术基础课程。它的主要任务是使学生掌握各种常用机构及通用零件的工作原理、特点和应用的基本知识，使学生初步学会根据具体条件及与本课程有关的标准、规范，选用机构及零件类型，并能对机构的运动、零件工作能力进行简单的校核，从而具有设计简单机械传动装置的能力。对这门课程的教学，主要作了以下探索。
一、合理安排各章顺序开展教学
由于机《械设计基础》所介绍的常用机构及通用零部件众多，为了不使学生感到“繁杂”，合理安排各章顺序是很重要的。
“轴”在机《械设计基础》中是很重要的一章，轴的设计涉及到轴上的所有零部件。如联轴器为标准零部件，在选择时，其轴孔直径影响到轴的最小直径；齿轮的尺寸影响到齿轮所在位置处转子的直径；在进行轴的结构设计时，轴上传动零部件的受力情况，影响到滚动轴承或滑动轴承型式的选择，进而影响支承所在位置处轴的直径及轴的结构。因此笔者在讲授时，将“轴”的内容安排在最后讲。先介绍各种联接、传动及支承零部件的工作原理及其设计，然后通过介绍“轴”的设计，将各种联接、齿轮传动、蜗杆传动、带传动、滚动轴承及滑动轴承等零部件综合在一起。这样做容易使学生感到系统性强、条理清晰。
二、围绕一条主线开展教学
任何一门知识都具有系统性，《机械设计基础》亦如此。因此课堂教学应围绕一定的主线展开。
《机械设计基础》上半部分主要介绍了三大类常用机构：平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构，其中各类机构又可划分为很多种类。由于种类众多，容易使学生感到内容繁杂。为了使学生从总体上把握各类常用机构，在讲解时以常见的往复式四冲程内燃机作为这一部分的教学背景或主线。使学生在学习某种常用机构时，联想到其它常用机构，并进一步引导学生主动分析各种常用机构的异同点。
往复式四冲程内燃机利用平面连杆机构变换运动形式（移动形式与转动形式之间的变换），实现可燃气体的进气、压缩及排放；利用齿轮机构变换运动速度；利用凸轮机构变换运动形式（将转动形式变换为移动形式），实现进气阀与排气阀的开关；最后通过飞轮实现输出转速波动的调节。内燃机工作过程所涉及的内容包含了《机械设计基础》上半部分需要讲授的所有主要内容应该在第一章中给学生较详细地介绍内燃机的工作原理，并在以后各章的教学中加以利用。
如在讲解曲柄滑块机构时，讲到该机构有两种类型，即对心曲柄滑块机构及偏置曲柄滑块机构。然后提问：在内燃机中的曲柄滑块机构究竟采用哪种类型？接下来讲解这两种类型的区别，即对心曲柄滑块机构没有急回运动，而偏置曲柄滑块机构存在急回运动。然后解释内燃机的输出要求尽可能匀速输出，故选用对心曲柄滑块机构。这样以实际工程机械为例讲解对心曲柄滑块机构及偏置曲柄滑块机构的特点，能使学生印象深刻。
三、紧密联系课程设计内容开展教学
《机械设计基础》下半部分是关于通用零部件的工作原理、结构特点、基本的设计理论和计算方法。通用零部件种类较多，如有螺纹联接、键联接、销联接、齿轮传动、蜗杆传动、带传动、轴、滑动轴承、滚动轴承、联轴器等，学生对这部分内容普遍感到“繁杂”。在介绍这部分内容时可考虑与对应的课程设计内容相联系，如与带式输送传动装置（减速器）的设计相联系。
众所周知，课程设计是高等工科院校相关专业学生运用所学相关理论知识解决工程实际问题的第一次较全面的设计训练，是机械设计课程的一个重要教学环节l21。因此笔者在《机械设计基础》下半部分教学中以工程设计为目标，以减速器为主线。使学生在学习各种通用零部件时能够密切联系实际，同时能从全局高度理解各零部件间的关系。
如齿轮传动设计，通常已知传动方案、转速比、传递功率及输入轴转速。笔者在讲解时告诉学生，传动方案是根据使用情况及各种传动方式的特点首先确定的。传动方案可以包括齿轮传动、蜗杆传动、带传动、链传动或它们的组合。而在齿轮传动部分，转速比的选择一方面与齿轮传动类型、齿轮精度、方式有关，另外也与整个系统各部分传动比的分配有关。传动比的不同分配，决定了齿轮所受到的力的大小和齿轮的尺寸，同时对齿轮所在主轴的结构尺寸和滚动轴承的选择产生影响。因此齿轮传动设计不是孤立的，它对整个系统各零部件的设计都有影响，设计时应综合考虑。
四、在教学中引入现代机械教学内容
传统机械主要由原动机、传动部分及执行部分3部分构成，这也是机《械设计基础》这门课所要讲述的对象。但随着科学技术的发展，现代机械的应用范围不断扩大。所谓现代机械是在传统机械上集成了控制系统、测试系统及其它辅助系统（如故障诊断、显示等），以提高生产自动化水平、延长设备使用寿命、保护环境等。
目前大多数《机械设计基础》教科书没有“现代机械”这一方面的内容介绍。笔者认为，一方面，教师应该强调现代机械仍然是以机械工程为基础的，工科学生必须具备机械设计基础知识，为后继专业课程的学习及日后从事技术革新创造条件；另一方面，教师在讲课时也应适当介绍一点现代机械特别是机电一体化机械方面的知识。这不但不会削弱所应讲授的传统机械方面的内容，反而会加深学生对机械的发展及整个机械大系统的理解，增强学习机械设计基础知识的积极性，消除“机械过时论”或“机械无用论”的错误思想。
五、结论
《机械设计基础》是一门非常重要的技术基础课，内容较多，但课时相对较少。研究如何在教学中培养学生机械大系统的观念、工程意识、机械设计能力、创新意识是非常重要的。而教学内容、教学方法的不断改进，有助于提高学生的学习兴趣，增强他们学习的主动性，为今后进行相关机械设计工作打下良好的基础。
参考文献：
[1]杨可桢，程光蕴。机械设计基础[M]。北京：高等教育出版社，1999。
[2]朱如鹏，郭学陶。机械设计课程设计[M]。北京：航空工业出版社，1995。
[3]徐龙祥，欧阳祖行。机械设计[M]。北京：航空工业出版社，1999。
[作者简介]熊细保（1947—），男，江西丰城人，汉族，江西渝州科技职业学院副教授，主要从事机械类专业教学工作。
关键词：复杂机械系统；多学科；复杂机电
一、前言
随着科学技术水平的不断发展，现代机械系统已发展成为由机、电、液、光等多物理过程耦合于载体的复杂物理系统，同时也是将多种单元技术集成于几点载体，形成整体功能的复杂装备。在完成高度复杂的多物理过程中，系统及其内部的各子系统与环境间进行着能量、物质与信息流的多种传递、转换和演变。
二、现代机电系统及其特征
现代各种高效的生产设备、航空航天运载工具、高速列车、盾构是掘进机等无一不是高度耦合、功能复杂、运动控制能力强大的复杂机械系统。与传统机械相比，可以认为，现代机电系统是将机械工程、材料工程、电气工程、控制工程、信息技术等通过信息流融合与信息驱动，按照复杂规律运行的机械系统，其共有特征主要体现在：（1）系统由多个相同和不相同层次的子系统组成，各个系统之间通过耦合关系构成结构复杂的有机整体。复杂机电系统耦合关系见图1.1所示。（2）系统具有动态性与开放性。系统内部及系统与外部环境之间，通过耦合与协同进行能量、物质及信息流的传递、交互及转换，实现多个复杂的物理过程并形成系统的基本功能。
三、关于复杂机械系统的研究
复杂机械系统具有复杂系统的特征，设计属于复杂机械产品的设计范畴，其设计过程是包括数十门学科交叉的系统工程问题，虽然已经在每门学科以及领域积累的丰富的理论及相关技术，比如精密轨道、减速箱。连杆机构的运动学、动力学、摩擦学等等。而复杂机电系统的整体行为不能通过独立分析其各部分的行为来确定，需要建立基于物理耦合与多异域技术协同的系统研究方法，以寻求复杂机械产品的整体最优。
传统复杂机械产品设计一般流程为：方案设计――详细设计――生产设计。其中方案设计所占比重较小，处于产品全生命周期的初始阶段，统计数据表明，产品方案设计的费用只占产品开发总成本的5%，但产品总成本的70%～80%由方案设计阶段决定。方案设计是为了获取满足产品设计要求，详细表达方案的功能原理、原理结构的相互关系以及功能载体的关键参数，其设计质量依赖于设计师的经验，对其进行优化设计非常有用。一旦方案确定下来，就限制了后续设计的优化空间，详细设计与生产设计相对于方案设计的自由度小，所以方案设计是产品设计的关键所在，其设计结果将直接影响后续详细设计、制造等环节，而且这一阶段所造成的设计失误很难为详细设计阶段弥补，正是基于以上原因，设计人员逐渐意识到应该大力提高方案设计阶段的质量，其中，一个很重要的手段就是采用各种优化技术。
基于计算机辅助的方案设计方法符合当今产品数字化设计的需求，在设计方法上融合了各种现代设计方法，如有限元设计原理、可靠性设计理论、优化设计理论、系统建模理论、评价决策等，使得设计过程更具创新性，寻求新的方案。
现有的设计方法――传统的串行设计模式，在不同的设计阶段，选择不同的重点学科进行产品设计和优化，实质上忽视了学科之间的联系，人为割裂了学科间的相互耦合可能产生的协同效应，结果极有可能失去系统的整体最优解，降低了产品的总体性能，并且设计周期长。这就导致得到产品整体最优解的困难不仅仅在于优化算法本身，而是需要新的优化理论与方法。多学科设计优化（MDO）就是一种通过充分探索和利用工程系统中相互作用的协同机制来设计复杂产品及其子系统的方法论，其思想顺应了复杂机械产品设计的需求，其宗旨与并行工程的思想不谋而合，用优化原理为产品的全生命周期设计提供了理论基础与实施方法，所以已经提出，就被认为是“能够帮助设计师解决困惑的重要途径”，目前已广泛应用于航天、汽车、交通运输、机械等行业。可以认为各个学科设计理论、设计经验是研究复杂机电系统（由学科组成）的基石，而直接研究复杂机电系统整体规律已是社会发展的急切需求。而MDO为此提供了可行理论和方法。
参考文献：
[1]白晓涛，李为吉.利用协同优化方法实现复杂机械系统的设计优化[J].机械设计，2006，（19）：211-213.
关键词：机械设计制作；工艺方法；研究
1机械设计制作及自动化简介
通过对想要得到的机械产品设计出相应的图纸，根据设计图纸进行产品的加工生产，最终完成机械制品的制造。当前的机械设计已经逐渐摆脱了传统设计师通过手绘的方式完成设计图纸，再根据图纸上的要求完成产品的生产的这一制作流程，现代的机械设计随着计算机性能的提升和网络技术的出现，使用人工智能系统在计算机中先设计出模型，使生产者对于制造的产品有一个直观全面的认识，以到达将设计师的设计意图传递给生产者，使机械设计的效率和质量不断提升。
2现代机械设计制造的特点分析
机械设计不是一门单独存在的学科，是一门综合类的学科，他的发展建立在诸如物理学、化学、高等数学、应用数学、和人工智能学的发展，以及机械学、电学、电气自动化等多个领域的共同进步，最终形成现代机械制造技术，这一技术与传统机械设计相比有着以下不同：（1）传统的机械设计制造中设计人员的个人倾向和感觉都会直观的体现在图纸中，对于设计人员的设计经验和设计技艺有着更高的要求，但是在现代的机械设计中随着计算机技术的引用，有了更多的设计方案和思路以供选择，因此现代的机械设计更加注重设计理念和设计方法。（2）传统机械设计制作注重将机械自身的性能得到充分的发挥，对于机械与外部环境之间的沟通配合不够重视，现代的机械设计制造则将各类因素对于机械的影响都考虑在内，就是将人和外界环境的各类要求在设计理念中表现出来，从人的外在感官和使用便捷性等因素和机械使用循环过程中的各个环节都考虑在内，将机械的设计、生产、使用、维护、修理到最后的报废回收等各环节对于外界环境的影响都考虑进去，从而实现机械使用生产和外界环境之间得到平衡。（3）传统的机械设计制造中力学受到了格外的重视，从设计到生产将力学的运用贯彻始终，但是在现代的机械设计中力学的作用得到了更大的发挥，使设计的思路、理念、手段多种多样。（4）传统的机械设计制造工作流程繁琐，大量重复工作使工作效率很难得到提升。传统的机械设计是将整个方案拆分成不同的环节，只有上一环节的方案通过了修改才能开始下一环节的方案设计，这样的设计方式需要进行多次的修改，而根据环节进行方案设计使方案缺乏整体性，很难选出最佳方案。现代的机械设计中由于计算机技术的使用，设计人员通过在计算机中对设计模型的各项参数进行修改调试，就能够设计出最佳方案，大大提高了工作效率。
3机械设计制造方法
现代的机械设计制造的发展方向就是智能化、系统化、模块化。通过先进的设计理念使设计出的产品更加科学先进。
3.1智能化的方法
通过计算机技术的应用，使用设计软件实现机械设计加工的自动化应用，通过在计算机软件设计出产品模型设计图，在确保机械生产加工需要的同时提高设计水平和设计效率，是当前机械设计制造行业的重要需求，也是未来这一行业的未来发展方向。根据设计方法学提供的理论指导，将设计软件和制图软件结合，使设计师在设计产品时使产品结构更加科学完善，产品的设计思路更加开阔，最终设计出科学合理的产品设计图，达到使用计算机技术的目的。设计师高超的设计技术和计算机智能辅助相结合，使产品的质量和功能达到客户的要求。
3.2系统化的方法
机械设计是由不同的各个部分组成的一个整体，具有系统性，各部分之间相互影响相互联系但是又具有一定的独立性，将各个部分有机的组合起来就形成了一个完善、系统的设计图。例如一台大型设备的设计，每个部分都具有不同的功能，将其组合起来形成一整的设备。每一个系统的组成部分分别进行设计，设计完成后将其进行组合。对于机械设计制造从宏观角度看，将用户的需求进行拆解，根据目标的重要程度和产品的设计原则将设计工程进行划分，根据从底层向高层设计的原则完成设计，并对其进行组合归纳，要注重产品的系统性，在设计时要注重各部分之间的联系将其看成一个统一的系统。根据设计要求完成各阶段的设计目标，再将各个设计好的部分进行组合，最终完成产品的设计，使加工制造出的产品满足客户的需求。
3.3模块化的方法
在机械设计时将产品的每一个组成部分看成一个独立的模块，通过多个底层模块之间相互组合形成更高一层的模块，在设计时将模块化的设计理念贯彻落实下去，使相同性质的模块能够相互替换，这类列模块化的设计是当前机械加工制造行业的发展需求。以产品的结构为设计基础，使产品的设计生产达到模块化。在设计时将产品的各个部分进行分解，形成具有不同功能的各种模块，将不同功能的模块分别设计和制造，完成后将其进行组合形成完整的整体，满足产品的质量和功能要求。通过CAD软件的使用，将产品设计图立体化，便于进行设计加工，与传统的机械设计方法相比，新的设计技术全面清晰，使产品的质量得到保障。
3.4以产品特征为目标的设计
产品设计方案最终形成是建立在产品特征的基础上，使用计算机程序，将产品的特征和各项功能进行详细地描绘，最终完成产品的设计制造方案，上述的设计制造的工艺，就是以产品特征为前提，进行产品的设计加工，能够有效地提高加工制造工作的效率，通过立体图技术的使用，对设计出的产品各项参数有一个直观的感受，有利于产品的加工制造工序，将设计师的设计理念和设计思路在加工制造中贯彻下去，使设计图和成品的各方面相一致。以产品特征为设计基础能够突出产品的特征，再加上计算机软件的辅助作用，使产品的质量和功能达到设计目标。
4机械设计制造的发展方向
随着科技进步计算机技术和网络技术有了长足的进步，网络技术与机械设计之间的结合，使用信息传输技术各项资源完成了共享、将完成好的机械设计图通过信息传输技术传输给客户，满足客户的要求，马上即可投入加工制造。人工智能技术在机械设计行业的使用，大大增强了设计师的工作效率。实现了机械设计制造的自动化。各类相关计算机软件的使用，确保了产品的设计质量，使机械设计的各项标准不断提升，满足了当前机械加工制造企业的需求。微机械设计自动化技术更是大大提高了设计加工的精度，各类小型电子元件的设计加工，都离不开这项技术的应用，体现了先进的机械设计制造技术的优势。随着设计精度、设计质量要求的不断提升，对于机械设计制造及自动化技术提出了更高的要求。
5结束语
综上所述，机械设计的智能化、系统化、模块化技术既是当前现代机械加工制造行业的迫切需求，也是未来机械加工制造行业的发展趋势。
作者:唐福通单位:中国水利水电第十三工程局有限公司
参考文献:
[1]梁宏飞.基于机械制造工艺探讨合理化的机械设计[J].华东科技：学术版，2016.
[2]柏长友.基于机械制造工艺的合理化机械设计[J].中国机械，2016.
[3]秦海亮.机械设计中的加工工艺研究与探讨[J].工业设计，2016.
而传统的机械制造与传统的机械设计相差不大，传统的机械制造技术同样是以手工制造为主要形式，从而进行相关社会产品生产的，这种以手工为主的制造形式非常落后，它不仅要耗费大量的人力物力，而且有很多弊端，从而影响了机械产品的质量。但是现代机械制造的技术就不一样了，完全以数控和加密等现代化技术为基础依据，然后再结合传统机械制造技术优势，所以它在技术方法上在很大的优势，为我们提供了很大的便利，并且有效提高了机械制造业的经济效益促进了我国社会经济的发展。
2机械设计的技术分析
2.1机械设计初期计划的分析为机械设计之前，我们要做好机械设计的初期计划，机械设计的初期计划决定着机械设计和机械制造的内容和进程，同时它也限制了机械再设计和再制造的发展，所以，为了我们能够拥有更好的设计内容和制造进度，能够有更广阔的发展空间和前景，我们应该努力做好机械设计的初期计划，调查分析机器的设计要求，然后了解其所应该具备的功能，从而制定合理的、高效的机械设计。
2.2机械设计设计方案的分析无论在什么设计中，设计方案都显得尤为重要，尤其是在机械设计中，设计方案更是占有非常重要的作用，其设计方案是机械设计的灵魂和核心，设计方案决定着一个机械设计的成功与否，所以说它在机械设计中起到非常重要的作用。与此同时设计方案也是机械设计中最容易出现问题的一个环节，设计方案一旦出现问题，就意味着整个机械设计环节都无法进行。所以，我们一定要结合机器自身的性能和功能，将理论和实践有机的结合在一起，从而制定出切实可行，完美无暇的设计方案。
2.3机械设计主要技术分析机械设计技术层面的工作非常重要，我们要保证每一步的技术工作做到万无一失，机械设计对于技术的要求非常高。绝对不能出现一点纰漏，而机械设计在技术层面的工作主要是核对设计图纸还有计算，核对分析总图与部分草图，最重要的是在机械设计过程中，要严格审核每个工序部分，一旦检查出问题就要立刻停止设计并且对其进行严格的检查，以确保机械设计不会出现太大问题和损失。
2.4未来的机械设计发展趋势和前景分析对于机械设计，它有很好的发展趋势和前景未来，对于机械产品，肯定会越来越趋向智能化，更加系统化，而且机械产品会有更多更完善的特性设计。再者就是机械产品性能会更加优良，其设计技术更加适合市场竞争，并且会融入更多的节能环保的绿色设计理念。
3机械制造的技术分析
3.1机械制造设计技术与发展在机械制造业中，机械制造的管理非常重要，所以要想有效的发展机械制造业，就应该努力将机械制造的管理工作做好。在科学技术高速发展的今天，我们应该将计算机网络有效的应用在机械制造的管理中。首先，应该大力引进西方国家运用计算机管理制度进行管理的方式，这种管理方式有很大很多的优势，它可以利用计算机高效、快速的对机械制造进行有效的管理。并且我国国内作用计算机系统管理的企业并不是很多，所以我们应该很好的利用这个有发展前景的管理模式对机械制造进行管理。其次，对于机械制造的设计，我们应该采取先进的设计手段，并且将设计数据进行不断地更新，从而有效改善我国机械制造的技术发展。
3.2对于机械制造技术的特定分析如今，机械制造技术在我国非常受重视，对于此，有几点重要的分析，首先，随着时代的进步，社会的发展，传统的机械制造技术已经无法满足对于现代机械产品的需要。所以，我们需要不断的跟新机械制造技术，在自己研究的基础上引进西方国家的先进技术，来改进完善我国的机械制造技术，从而发现我国的机械制造业。其次，机械制造已经越来广泛应用到人们的生产生活中了，我们需要大力开拓机械制造产品市场，来更好的发展机械制造业。还有就是，我们应该积极投身到机械制造的技术研究中去不应该满足于现状，停滞不前，应该将制造技术的范围扩大，用更加先进的制造技术和机械产品来实现机械产品的进一步发展。
4结束语
【关键词】材料设计；生产技术；产品制造；材料数据库
在我国，随着计划经济体制向市场经济体制转化，传统的机械零、部件或一般常用机械产品的设计方法已经不能适应现代机械工业产品设计的需要，随之而来的现代机械设计方法已经得到了迅速发展，形成了许多相对比较成熟的分支学科，如机械可靠性设计、防断裂设计、抗疲劳设计、耐磨损设计、机械CAD、机械优化设计等，这些方法在实际的一些机械产品设计中得到了不同程度的应用，取得了可观的效益。但由于受传统设计思想的影响这些方法还没有被广大机械设计师普遍掌握和应用，一些新的设计思想和方法更有待于探索和发展。
1.机械设计中常见的材料设计问题
随着人们对工业产品的使用性能、技术性能及造型款式的要求愈来愈高，需要设计人员熟悉产品设计与材料的关系，掌握各种材料的性能特点及其加工工艺，了解新型材料，从而运用设计手段，充分利用材料的内在功能和表面特征，创造出使用功能好、技术性能高、款式新颖的工业产品。传统的机械设计方法中，材料设计实际上仅仅是“材料选择设计”，而这些材料的选择设计过程中，往往也是根据以往设计人员的经验，即设计手册中提供的参考资料或数据来进行的，而这些参考数据常常仅是在一定的标准试验条件下得到的实验数据。这样的材料设计方法，有几个方面的缺点：（1）由于使用条件与实验条件的差异，标准试验过程本身的不确定性等，根据参考资料和数据选择材料生产出的机械产品在使用过程中常常会发现不合适，某些零部件材料或者因为仅能很好满足整机使用的部分功能而其它功能一般，或者因其某个方面的性能特点产生了对整机其它方面性能的不良影响而致使整个机械产品性能达不到要求，甚至报废；（2）现在工程材料研究发展很快，特别是一些材料加工方法、工艺的改进和发展，使得原有材料可以达到更高的性能要求，发挥更大、更好的作用。但是这些新材料、新方法、新工艺不可能在短期内编入设计手册，有些内容甚至会滞后十年或几十年，这与当今社会发展对新产品更新速度的要求显然是不适应的，影响产品的竞争力或生命力。
2.材料设计案例分析
2.1轮-轨耐磨性设计
在铁路的多曲路段，机车轮缘磨损严重，它不仅造成极大的经济损失，而且会危害行车安全。机务部门急迫地需要解决这一问题。从工程摩擦学角度看，轮-轨是一对摩擦副，是一个系统的两个元素，研究其耐磨性问题，应该从整个系统出发，考虑双方的材料最佳配对，以达到使用寿命的最长值。经理论分析计算、大量的实验室试验和机车实际运行试验，得到了轮—轨硬度匹配最佳值，可以使机车轮的寿命在不影响钢轨寿命的情况下，提高2～3倍。这种方法是在不改变现有的路轨和机车轮材料的前提下，用一种常规热处理工艺改变其严重磨损区的局部材质，提高产品的实用性与经济性。
2.2硬质合金钢刀具耐磨损设计
用深冷处理技术延长机械零件的使用寿命是一种很有效的方法。对多个厂家生产的硬质合金刀具进行深冷处理后实际使用，结果表明经深冷处理的刀具寿命延长数倍。但个别个体厂家生产的刀具，实验结果则不稳定，有的好，有的差，有的甚至不能使用。这说明：对同一类产品，用同样的方法改变材料性能，结果可能相差很大，这不能说明该方法本身不行，而是还有一个材料本身的均匀性、稳定性以及如何与不同材料结合的问题，即如何改变工艺参数以适应材料本身的差异问题。
2.3汽车制动衬片设计
我国汽车用制动衬片目前有不少生产厂家，但正规的大汽车厂主要还是用进口产品或中外合资厂生产的产品。国产件在质量稳定性、寿命等方面明显缺乏竞争力，特别是一些个体厂家生产的产品质量根本没有保障，有些产品甚至连最基本的性能指标如摩擦系数都达不到标准，特别是热衰退性能差，制动过程常导致失效。其原因还是大部分厂家缺乏必要的技术力量，只是简单地完成配方材料混合、烧结和压制等工艺过程，至于整个生产过程的各种工艺参数的系统研究，不同车型材料配方的深入研究，特别是摩擦衬片和鼓（盘）的配对问题，则没有进行研究。这些是目前我国汽车用制动衬片质量稳定性问题无法根本解决的主要原因。
2.4自动装料装置的七连杆机构设计
自动装料装置的设计，可采用七连杆机构，该机构整个悬挂于机架上，在原理方案正确的情况下，连杆材料的设计成为关键问题，因为连杆的铰链是整个部件材料最薄弱的部分，既要有足够的强度，还应有良好的耐磨性和抗冲击性能，进口设备中该部分材料是采用高性能塑料，销孔用钢套。由于当时很难买到这种进口材料，而且较贵，就考虑用铸铝件替代，加大铰链处的尺寸以保证强度。这样设计的铸铝连杆，加工时出现了问题，由于连杆形状较复杂，铸件材质严重不均，加工铰链孔时有时发生折断现象。加工完成后，装机试用，又出现了问题：（1）由于铸铝件的重量比塑料件大得多，运动速度较快时，起、停惯性大，对整个机架造成较大的冲击振动；（2）试用一段时间后有些连杆的铰链发生断裂现象，这除了因为它本身冲击振动外，还因为铸铝件的弹塑性远不如塑料件。后来，购买了进口高性能塑料，制造成的连杆，上述问题全部解决了。尽管进口塑料单位价格稍贵些，但重量轻、用量少，总费用并不很大。以上情况说明机械零、部件材料的性能不仅影响其本身的功能，而且对机器整体功能有时会造成严重影响。
3.机械设计中新的材料设计理念与方法
以上案例分析进一步说明，机械设计中材料设计问题已经愈显突出，传统的材料设计方法亟待改进。在机械产品设计过程中，机械零部件的材料设计应从系统论思想和功能论思想出发，不仅要考虑满足各零、部件的性能要求即满足整机的各分功能要求，还应考虑各零、部件对整机性能或者其它零件分功能的影响。
3.1进行材料设计功能分析时应包括的内容
进行材料设计功能分析时，应包括三个方面的内容：（1）确定技术上的功能应达到的程度，它用产品技术性能参数来表示；（2）对功能成本作出分析，以便在实现同一功能的各种途径中找出成本低、功能好的材料设计方案；（3）进行可靠性定量及定性的分析，在对产品功能的定性和定量的综合分析之后，就可能制定出相对优化的材料设计方案，为整个产品设计工作打下坚实的基础。
3.2现代机械设计的改进措施
从传统的机械设计材料设计方法向现代机械设计材料设计方法发展有以下几个方面：
3.2.1设计思想上应树立系统观和功能观
工程上没有绝对好或绝对不好的材料，亦即不能以某种材料的某种性能或几种性能来评定它是绝对好或差的材料，材料设计时只能是寻求最适合的材料。全面考虑机械零、部件材料的子系统功能和整体系统功能，也就是说，设计时不仅要考虑某种材料是否适合做某种零件，还应考虑它在整台机器中是否合适，对其价格的评估也是如此。案例2.4节说明了这一点。
3.2.2应改进现有的一些重要的或关键的机械部件的研制和生产方法
即应把该部件作为一个子系统来进行设计和研究，尤其是摩擦学系统部件。案例2.1节和2.2节是典型实例。传统方法，把系统的元素作为独立零部件各自进行设计研究，无法满足或保证整个子系统的系统功能，特别是高速、重载的零、部件会产生许多功能（下转第198页）（上接第56页）附作用，如高温引起的机械性能变化，高速引起的附加动载荷等。
3.2.3建立基于INTERNET的机械设计材料库
鉴于前文2提出的传统的材料设计方法即“查手册设计法”的不足，作者认为，应尽快建立基于INTERNET的动态的机械工程材料库。换言之，在INTERNET上建立独立的《机械工程材料库》网页及数据库，该数据库内容不仅涵盖传统机械零部件常用材料，而且包括用户材料库，即由机械工程材料有关生产厂家或有关经营部门直接访问网站，随时添加国内外最新研制的新机械工程材料的有关资料数据。项目包括材料的机械性能和物理化学性能（如强度、硬度、韧性、比重、导热性、耐腐蚀性等）、价格、厂家、供货途径等。这样的材料库不仅可以满足现代机械设计高效、快速、合理、经济的要求，而且可以与CAD/CAM/CAE、并行设计、即时技术等现代先进制造技术相适应。
机械自动化技术自问世后，在各个行业和领域得到了快速的应用，尤其是随着计算机技术的进步，机械制造业自动化水平得到了极大地提升，然而，我国在此方面却仍处于起步阶段。近年来，我国的机械制造行业虽然一直积极采用更加先进的制造技术，但和西方发达工业国相比，我国仍与其存在较大的差距。
设计方面：在设计方面，工业发达的欧美国家大多采用最新的设计方法和数据，通常利用计算机进行辅助设计，即CAD，很多大型企业早已不使用图纸设计生产。而我国机械制造行业采用计算机辅助设计的企业仍不多，依赖传统设计方法和图纸设计的仍不再少数。
管理方面：欧美国家大多采用计算机管理，更加重视管理与组织体制和生产模式的发展，强调准时生产、精益生产等新的管理思想技术。我国的机械自动化虽已经建立了范畴明确的技术领域，但采用计算机辅助管理的大型企业仍相对较少，依靠经验管理的中小型企业普遍存在。
制造工艺方面：欧美国家大多采高精细的新型加工方法，我国虽也在一直开发和掌握新的加工技术，但我国的开发经验大多仍是借鉴国外的先进工艺再改造，尚未形成完善的自主研发体系。
自动化技术方面：当前，工业相对发达的欧美国家在机械自动化生产方面大多采用加工中心、数控机床、FMC柔性制造单元、FMS柔性制造系统、CIMS计算机集成制造系统等，实现了柔性制造的集成化、自动化和智能化，而我国在此方面还处于起步阶段，仍处于单机与刚性自动化阶段，只有少数企业开始真正使用柔性制造系统。
机械制造自动化的发展趋势
柔性化。多品种多批量生产是机械制造业发展的重要形态。因此，机械加工设备的柔性要求也更加迫切。柔性自动化加工，是指采用机床加工控制软件来控制加工过程，在需要更换零件时，无需人工掉正机床与设备状态，只需改变少量软件与夹具即可继续进行加工的加工方式。与传统的加工方式相比，该技术有以下优点：（1）加工精度高；（2）可靠性与稳定性好；（3）同批次零件的精度与一致性高；（4）能够更加方便的进行复杂零件的加工；（5）能集中进行多种加工。
智能化。智能制造产生于上世纪80年代，具有广阔的发展前景。其核心为利用人工神经网络、遗传基因、人工智能系统、专家系统来进行多种复杂的决策，提高制造系统的制造水平和实用性。该技术能够细致的保留工人与工程技术人员在长期的生产制造过程中积累的丰富经验，使这些经验能在更张的时间内发挥作用。也有学者认为，智能化制造技术是人类感官与头脑的延伸，也是人类手脚和肢体的延伸，对机械自动化技术的发展具有重要的指导作用。
光机电化。信息处理系统、能源系统、传感系统和机械结构是组成机械自动化系统的主要模块。光学技术能有效改善机械自动化系统中的能源系统、信息处理系统和传感系统。光机电化技术还能省去部分依靠机械传动链来连接的相关动作，将传统的驱动方式变成若干他电气电子或电力期间，简化机械结构，是机械自动化系统发生根本性的变化。此外，光机电化技术能将工作方式从单调的重复操作中脱离出来，使生产操作程序在需要发生控制或变动时更加方便和灵活。
总结
1机械设计
机械设计(machinedesign)，根据使用要求对机械的工作原理，结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。
2现代机械设计的特点
现代机械种类很多，结构也越来越复杂。但从实现系统功能的角度上看，它主要包括动力系统、传动系统、执行系统、操纵及控制系统等，每个系统叉可根据需要继续分解为更小的子系统。现代机械设计有其鲜明的特点，即不但要求设计对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式，物流技术、各零部件的材料、形状、尺寸、方法等进行构思、分析、计算，而且还需融通多门科学知识，如创造性工程、美学，仿生学、控制论、机械电子学、价值工程等，使设计出的产品在市场中具有竞争力。
3计算机辅助机械设计方法
计算机辅助设计(ComputerAidedDesign，简称cAD)技术是电子信息技术的一个重要组成部分。这一新兴学科能充分运用计算机高速运算和快速绘图的强大功能为工程设计及产品设计服务，彻底改变了传统的手工设计绘图方式，极大地提高了产品开发的速度和精度，使得科技人员的{慧和能力得到了延伸。CAD系统包括硬件系统和软件系统两大部分。硬件系统是计算机辅助设计技术的物质基础；软件系统是计算机辅助设计技术的核心，它决定了系统所具有的功能。硬件和软件的组合形成了CAD系统。汁算机辅助机械设计的一般过程包括：
1)建立数学模型：一般机械零件基本都有现成的数学模型，但对没有数学模型的则首先要建立正确的数学模型；
2)设计程序框图：程序框图根据手工计算的步骤来没计；
3)用高级语言编制程序：根据程序框图来编程；
4)程序调试：程序编好后，先仔细检查源程序，然后将其输入汁算机进行试算，再对程序适用范围的边界、转折点进行试算，要求与手算结果完全吻合。
4系统化机械设计方法
现代机械设计已突破传统的机械设计只注重机械产品单纯能实现预期功能的要求，使机械设计向自系统化、信息化，柔性化和智能化的方向发展。从系统的观点出发，机械系统设计及其控制技术把原有机械产品的眭能、功能以及制造技术提高到一个崭新的水平，甚至使原有的机械产品结构发生变化，所带来的经济效益和社会效益是巨大的。所以机构产品的系统化设计及其控制技术是机械工业发展的必然趋势，也是用新兴技术改造传统机械][业的有力措施。科学技术的飞速发展，产品功能要求的日益增多，复杂性增：响，寿命期缩短，更新换代速度加快然而，产品的设计，尤其是机械产品方案的设计手段，则显得力不从心，跟不上时展的需要。目前，计算机辅助产品的设计绘图、设计计算、加工制造、生产规划已得到了比较广泛和深入的研究，并初见成效，而产品开发初期方案的计算机辅助设计却远远不能满足设计的需要。系统化设计方法将没计任务由抽象到具体(由设计的任务要求到实现该任务的方案或结构)进行层次划分，拟定出每一层欲实现的目标和方法，由浅入深、由抽象至具体地将各层有机地联系在一起，使整个设计过程系统化，使设计有规律可循，有方法可依，易于设计过程的计算机辅助实现。系统化设计方法的主要特点是：籽设计看成由若干个设汁要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现没汁系统所需完成的任务。在系统化机械设计过程中，为使设计工作更为科学合理，常把一个机械系统分解为若干个相联系的比较简单的子系统，可使设计和分析比较简便。根据需要和可能，各予系统还可再分解为更小的子系统，依次分解，直至能进行适宜的殴计和分析。系统分解时就注意以下几点：
分解数和层次应适宜。分解数太少，子系统仍很复杂，不便于模型化和优化工作，分解数和层次太多又会给总体系统的综合造成困难；2避免过于复杂的分界面。应尽可能选择在要素间结合枝数(联系数)较少和作用较弱的地方；保持能量流、物料流和信息流的合理流动途径。通常机械系统工作时都存在着能量、物料和信息3种转换，它们从系统输入到系统输出的过程中，按一定的方向和途径流动，既不可中断，也不可紊流，即使分解成各个子系统，它们的流动途径仍应明确和畅通；了解分系统分解与功能分解的关系与不同。系统分解时，每个系统仍是一个系统，它把具有比较密切结合关系的要素结合在一起，其结构组成虽稍微简单，但其功能往往还有多项。而功能分解时，是按功能体系进行逐级另懈，直至不能再分解的单元功能。
