浅谈现代机械设计方向及发展

摘 要：要是把读书比作人类精神文明进步的阶梯的话，那么机械毫无疑问就是人类物质文化前进的动力。而机械设计则是机械进步和发展的“地基”。本文就此话题开展探讨，从而增进人们对于现代机械制造的了解，更是再继承和发展传统设计上，又融入了许许多多的现代化科学理论和科学技术组合而成，是把设计的产品为目标的知识群体总称。从现在的角度来说的话，就是一门新兴的综合性、交叉性学科。现代社会几乎所有工程问题，特别是现代设计问题，都是与数学模型紧密联系在一起的。建立科学合理的数学模型，就是解决现代设计问题的主要问题。

关键词：数学建模;计算机辅助机械设计;现代机械发展趋势;现代机械设计

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.18.016

1 现代机械设计的发展趋势以及对计算机和数学建模辅助的技术应用

近些年大大小小的国家，都在快速的发展机械制造的技术。现在的机械制造已经成为了测量一个国家工业的基础，慢慢的就成为了国家之间工业竞争的“武器”。现在的机械制造技术在科技进步新工艺、新材料，在同一时代一同出现，使得这一时代的设计优化更加的多样化，同时精细度也越来越高，所以，所以这个时代的工作者也不只是单单的设计目标的功能，更多的是附带的功能如如何更容易在工厂里工作、如何更好的与其他产品更好的兼容工作，另外更是要使得机械优化设计后，其动力的性能、运动的精度可以显著的改善。现代的机械制造技术对比原先的传统制造技术基础上，更加完善了信息技术的了解、自动控制技术、计算机技术的操控等，由是加入了集电子、机械材料、信息、与管理技术等技术于一体。近些年来得机械优化设计的发展，给机械设计工程带来了很大的正面影响，对近一些年提高机械产品质量、降低成本和缩短生产周期等方面都起到了正面的影响。但是要看到，目前机械优化设计里面所采用的优化算法与工程的实际设计要求还不相适应，这就是现代机械设计面临的新挑战。

1.1 现代机械制造技术的现状及其特点

近些年来，先进的制造技术不断被我国采用，国外先进技术也在积极引进实施，复杂的机械也慢慢变多，也出现了很多需要优化的工作，如更好的传动、更省的能源、更加简易的操控。现代的机械设计更加完善每个都具有“互动性”，现在考虑的方向，不但要求设计者们对基础有所了解及其深入了解以外，更多的是要融通更多的其他知识使得你的产品可以在市场上更有竞争力可以满足更多的市场需求，比如学习：工程、设计、材料使用、机械、经济等学说，从而设计出更加让人们查觉到你产品的吸引力，从而开创出更大的市场。我们可以从中看出：“现代设计”是以市场需求为“指向标”，以知识获取为中心，以现代设计思想，以方法为指导，把现代技术手段为工具，把产品生命期为对象设计而来得。

1.2 计算机辅助机械设计方法及优势

机械设计分为两类，狭义的机械设计和广义的机械设计。狭义的机械设计紧紧指的是技术性的设计过程;广义的机械设计指的是根据现有条件和使用要求，分析机械原理，构思机械整体结构和各个零部件的形状尺寸，计算其中力和能量的传递方式，选择适合型号的润滑方法，整合所有信息形成文字，说明制造机械的依据。机械设计的重要意义在于他是生产机器的前提，他对机械的性能起到决定性作用，通俗地说，机械设计在很大程度上决定了所生产出来的机器的质量和机器的工作性能。这就带来了很多方便。

可以提高工作效率从而使得产品更加具有市场吸引力，现代想要使得一个作品更加的高效就要学会使用计算机辅助设计，辅助设计时，可以尽可能的展现出它的全部特点和优缺点。设计软件，可做到自动计算，可以做到降低设计的工作时间。使得设计更加方便甚至全民参与，多元从而更容易出现，新零件更加容易调试更加容易检查故障处理，更加方便工作，同时也可以处理不同类别、不同产品里零件兼容里面的问题。

1.3 数学建模的由来和发展及实践

机械设计在长期的生产和实践里，很早就已经应用数学的方法解决了许多的问题。如：求周长其所围面积最大问题和求定表面积所围体积最大问题。这些问题都为后来的问题及解法做出重大贡献，这些问题也是现代最优问题的雏形。在这之前处理最优化问题大部分都是采用以前的变分法和微分法。二战以后人們就慢慢改变思路采用当时的运筹学，使得那些古典法无法解决的最优化问题得到了改变，新的思路被人们渐渐挖掘而出。20世纪50年代后，发展数学的规划理论为现代设计做好了理论的基础的铺垫。20世纪60年代后，这些方法也开始慢慢的应用在机械设计等各个领域，并得到了高度利用和发展。

设计的变量可能影响设计的结果、设计的质量等一系列的可变参数，在机械优化的设计里，设计变量就是图纸里面各个参数也是这个图纸最有价值也是最核心的内容。在优化机械设计的数学模型里，设计的变量数量的选择内容越多，尽管可以酣畅淋漓的描述出问题来，但也使的建模的内容变得愈加困难，导致难以得出一个正确的解;从另一面来想的话，设优化机械设计的答案少，最佳设计结果虽然有的时难以得到，问题的正确答案变量少。

2 机械设计优化思路与产品的创造和开发

现代社会竞争力取决与产品质量，而竞争力取决于在于产品的性能和价格，虽跟资金自主有着关系，但是更多的是跟设计密切相关，从这个公司的设计水平可以看出这个公司的产品质量及公司人员的能力。现在的市场竞争力日益提高，设计周期更是被不断缩减，现在的产品又要向着高速、高效、低消耗的方向发展，现在不只是要遵守以前的规则来做到初始规定的目标，还要做到比初始设计更加完美把工作环境融入其中如：让每个零件具有更高的兼容、让其更容易融入工厂环境等方面得到更好的完善，总的来说不止要考虑到当前的发展更要为以后的长远发展做出准备。

优化设计：是如何可以把设计里的问题转化为适用于优化计算的数学模型，建立的数学模型里包括：采取适合的设计变量，建立优化问题的目标函数、约束条件。目标函数就是设计问题所要求的最佳指标与其设计变量之间的函数关系式，设计变量取得范围和相互之间的关系也是约束条件的一种反映。现在的机械优化设计已在航天、航空和国防等，国家和民用企业中应用。

3 现代机械的特点优化

同传统设计相比，可以看出现代机械设计的具有的三个特点：（1）创建一个正确的可以反映实际工程设计问题的数学模型;（2）思想和策略来采用最优;（3）寻找最佳方案。如：从数学模型为基础开始进行优化。它引用了很多新的概念及术语。设计师们可以将机械设计的理念、思想、具体等根据要求构造成数学模型，然后转化成数学问题，后利用应用理论推理和验算快速从而找到最优的解决途径及问题答案所在。根据原本的机械设计加以修改让后让其与现代科技相结合，所开创了应用新的有效的解决机械设计问题的途径。传统设计方法就是被动地分析产品的性能，而现代優化设计则是主动设计产品的参数，从整体的大局出发找寻最优方案。优化设计的一般过程与传统设计方法有所不同。它是以计算机自动设计选优为其基本特征的。借助于云传递的高速高效率，我们可以从大量的方案中挑选出最优的方案。可以从中挑出一部分，可以达到目的的方案或找出最优指标的理想方案，只有这样才能使得机械产品给企业带来极高的效益。

4 总结

现在的机械优化，选择适当的优化方案是十分有必要的，因为，每个问题都有很多不同的解决方案或方法，现在有很多的方案使得与产品本身的设计不大相关其实都可融入，作的更加完善，从而使得产品更加的完善甚至超越产品最初的创造。从总体来看：机械优化已经逐渐完善了，也代表着一门全新的科目的诞生。深使得现代机器优化可以和现代学科融合从而做好理论的“地基”，这样可以使得机械产品设计可以从而达到质量上的飞跃。近年来机械优化的设计手段和方法都有着较大的突破，工作站计算能力的不断加强和数学规划理论的不断发展都是其主要原因。同时，又因优化设计思路的不断开阔，基因遗传学、仿生学理论和人工智能优化等许多现代化设计理论的引入，进一步促进优化设计的更新与完善的速度。给机械工程界带来巨大经济效益的是机械优化设计，优化设计的发展前景是非常广阔的，因为它往往伴随着技术的更新和产品竞争的日益加剧。当今的机械优化正逐步发展向多学科优化设计，其充分利用到了科学技术和先进计算机技术的最新研究成果。所以其研究必须与数学、计算机、力学理论、工程实践等领域密切联系起来，方能拥有更为广阔的发展前景。

参考文献：

[1]王安麟.广义机械优化设计[M].华中科技大学出版社，2008.

[2]程耿东，顾元宪，王健.我国机械优化研究与应用的综述和展望[J].机械强度，1995.

[3]秦大同，谢里阳.现代机械设计手册[M].化学工业出版社.

作者简介：刘长阳（1982-），男，山东沂南人，本科，研究方向：机械设计。