什麼是機械設計及現代設計方法

1. 機械的三大設計是什麼

機械中三大設計分別是常規設計， 現代設計和創新設計。

常規設計方法又稱傳統設計方法，其發展過程包含三個階段：直覺設計階段；經驗設計階段；半理論半經驗設計階段。

現代設計是將傳統設計中的經驗，類比法設計提高到邏輯的，理性的，系統 的新設計方法，是在靜態分析的基礎上，進行動態多變數的最優化。現代設計方 法強調以計算機為工具， 以工程軟體為基礎，其基本的設計內容是建立在常規設 計的基礎上，但是在強調現代設計方法時，不可忽略常規設計方法的重要性，運 用現代設計理念進行的機械設計，現代設計方法從不同的角度深化了機械設計， 提高了產品的質量，也降低了產品的成本。現代設計方法主要分為可靠性設計， 優化設計，有限設計，計算機輔助設計 CAD，虛擬設計等。

創新性設計是指充分發揮設計者的創造力，利用人類已有的相關科學技術知 識，進行創新構思，設計出具有新穎性的，創造性及實用性機械產品的一種實踐 活動。創新設計強調發揮創造性，提出新方案，提供新穎而且獨特的設計。其特 點是運用創造性思維，強調產品的創新性和新穎性。 創新設計方法分為智力激 勵法，提問追溯法，聯想類推法，返向探索法，系統分析法，組合創新發六種。

2. 機械設計現代設計方法

現代機械設計領域採用了一種全新的設計方法，它結合了機械設計專業與計算機技術的精華。這些方法包括了專業領域的振動分析設計、摩擦學設計、熱力學傳熱設計、強度與剛度分析，以及溫度場分析等，如Pro/E進行動態特性分析和ANSYS的應力分析，旨在提高機械產品的可靠性和設計精度。

通用的現代設計方法則廣泛應用計算機輔助設計（CAD）及系統分析，涵蓋了優化設計、有限元分析、可靠性分析、模擬技術以及專家系統等多種手段。優化設計利用數學模型和計算機技術尋找最佳設計解決方案，如通過優化數學與計算機技術的結合，實現機械設計的最優化。計算機模擬與虛擬設計則通過模擬產品開發過程，預測性能和成本，縮短產品上市周期，並拉近與用戶間的距離。

有限元設計是一項強大的工具，通過數學近似模擬真實物理系統，即使是復雜結構的靜態和動力分析，都能精確計算應力分布和變形，對強度和剛度計算非常有效。模糊設計則引入了模糊數學，處理機械設計中存在大量模糊信息的問題，如零件安全系數的確定，通過定量分析各因素影響，為決策提供依據。

機械設計（machine design），根據使用要求對機械的工作原理、結構、運動方式、力和能量的傳遞方式、各個零件的材料和形狀尺寸、潤滑方法等進行構思、分析和計算並將其轉化為具體的描述以作為製造依據的工作過程。

3. 機械設計方法如何分類

機械設計方法，可以從不同的角度做出不同的分類。目前較為流行的分類方法是把過去長期採用的設計方法稱為常規的（或傳統的）設計方法，近幾十年發展起來的設計方法稱為現代設計方法。本節主要闡明常規設計方法，至於現代設計方法在下一節中介紹。機械的常規設計方法可概括地劃分為以下三種：

（1）理論設計。

根據長期研究與實踐總結出來的設計理論和實驗數據所進行的設計，稱為理論設計。理論設計的計算過程分為設計計算和校核計算兩部分，如圖4-13所示。前者是指按照已知的運動要求，載荷情況及零、部件的材料特性等，運用一定的理論公式設計零、部件尺寸和形狀的計算過程。設計計算多用於能通過簡單的力學模型進行設計的零、部件，如轉軸的強度、剛度計算等；後者是指，先根據類比法、實驗法等其他方法初步定出零、部件的尺寸和形狀；再用理論公式進行精確校核的計算過程，它多用於結構復雜，應力分布較復雜，但又能用現有的應力分析方法（以強度為設計准則時）或變形分析方法（以剛度為設計准則時）進行計算的場合。理論設計可得到比較精確可靠的結果，重要的零、部件大都選擇這種方法。

（2）經驗設計。

根據對某些零、部件已有的設計與使用實踐而歸納出的經驗關系式，或根據設計者本人的工作經驗用類比的辦法所進行的設計稱為經驗設計。對一些次要的零、部件；或者對於一些理論上不夠成熟或雖有理論但沒有必要用繁復、高級的理論進行設計的零、部件大多採用這種設計方法。這對那些使用要求不大變動而結構形狀已典型化的零件，是很有效的設計方法，例如，箱體、機架、傳動零件的各結構要素的設計等，如圖4-14所示。

圖4-15汽車模型製作

4. 現代機械設計理論與方法是什麼意思

機械及裝備製造業真正體現了一個國家的實力，在產業鏈上具有非常強的帶動性。現代機械設計理論與方法的學習對於機械及裝備製造業具有重要的意義，在科技不斷發展和多學科廣泛交叉作用中，其內涵與外延將進一步豐富和擴展。
機械設計是根據使用要求對機械的工作原理、結構、運動方式、力和能量的傳遞系統、各個零件的材料和形狀尺寸、潤滑方法進行構思、分析和計算並將之轉化為具體的描述，以作為製造依據的創造性工作過程。研究機械設計過程的理論、方法及實現手段等對工業、農業、國防、科技各個領域的理論探索及實踐均具有重要意義。
現代機電產品的質量、性能和成本，在很大程度上是由設計階段的工作決定的，設計實現產品標准化、系列化和通用化，能加速實現我國生產活動的高度機械化、電氣化和自動化。設計水平與工業發展水平是相互影響的。設計先進的機器，可大大加速現代化建設的進程。另外，現代機械設計過程在本質上是一個創新過程，創新設計綜合實踐能力是尖端人才培養的「靈魂、動力」。

5. 機械設計都有哪些現代設計方法

機械設計的現代設計方法：
一、專業現代
由機械設計和計算機專業人員共同開發的計算機軟體，能夠反映和描述機械產品在實際工況下的各種損傷、失效和破壞的機理，可以定量分析和計算機械零件和機械的動態行為，並形成固定的設計程序，這就是專業的現代設計方法，如：振動分析和設計，摩擦學設計，熱力學傳熱設計，強度、剛度設計，溫度場分析等等。這些軟體都是在傳統的設計方法基礎上，應用計算機技術開發出來的。例如：用Pro/M軟體分析機械裝置的動態特性，用ANSYS軟體分析應力都是這方面很好的例子，為准確判斷裝置的可靠性和選擇設計參數奠定了基礎。
二、通用現代
為了滿足機械產品性能的高要求，在機械設計中大量採用計算機技術進行輔助設計和系統分析，這就是通用的現代設計方法。常見的方法包括優化、有限元、可靠性、模擬、專家系統、CAD等。這些方法並不只是針對機械產品去研究，還有其自身的科學理論和方法。
1、優化設計
機械優化設計是最優化技術在機械設計領域的移植和應用，其基本思想是根據機械設計的理論，方法和標准規范等建立一反映工程設計問題和符合數學規劃要求的數學模型，然後採用數學規劃方法和計算機計算技術自動找出設計問題的最優方案。它是機械設計理論與優化數學、電子計算機相互結合而形成的一種現代設計方法。
2、模擬與虛擬設計
計算機模擬技術是以計算機為工具「建立實際或聯想的系統模型」並在不同條件下對模型進行動態運行實驗的一門綜合性技術。而虛擬技術的本質是以計算機支持的模擬技術為前提，在產品設計階段，實時地並行地模擬出產品開發全過程及其對產品設計的影響，預測產品性能、產品製造成本、產品的可製造性、產品的可維護性和可拆卸性等，從而提高產品設計的一次成功率。這種方法不但縮短產品開發周期，也實現了縮短產品開發與用戶之間的距離。
3、有限元設計
這種方法是利用數學近似的方法對真實物理系統（幾何和載荷工況）進行模擬。還利用簡單而又相互作用的元素，即單元，就可以用有限數量的未知量去逼近無限未知量的真實系統。它不僅能用於工程中復雜的非線行問題、非穩態問題的求解，而且還可用於工程設計中進行復雜結構的靜態和動力分析，並能准確地計算形狀復雜零件的應力分布和變形，成為復雜零件強度和剛度計算的有力分析工具。
4、模糊設計
它是將模糊數學知識應用到機械設計中的一種設計方法。機械設計中就存在大量的模糊信息。如機械零部件設計中，零件的安全系數往往從保守觀點出發，取較大值而不經濟，但在其允許的范圍內存在很大的模糊區間。機械產品的開發在各階段常會遇到各種模糊問題，雖然這些問題的特點、性質及對計策的要求不盡相同，但所採取的模糊分析方法是相似的。它的最大特點是，可以將各因素對設計結果的影響進行全面定量地分析，得出綜合的數量化指標，作為選擇決斷的依據。
機械設計是機械工程的重要組成部分，是機械生產的第一步，是決定機械性能的最主要的因素。機械設計的努力目標是：在各種限定的條件(如材料、加工能力、理論知識和計算手段等)下設計出最好的機械，即做出優化設計。優化設計需要綜合地考慮許多要求，一般有：最好工作性能、最低製造成本、最小尺寸和重量、使用中最可靠性、最低消耗和最少環境污染。這些要求常是互相矛盾的，而且它們之間的相對重要性因機械種類和用途的不同而異。設計者的任務是按具體情況權衡輕重，統籌兼顧，使設計的機械有最優的綜合技術經濟效果。過去，設計的優化主要依靠設計者的知識、經驗和遠見。隨著機械工程基礎理論和價值工程、系統分析等新學科的發展，製造和使用的技術經濟數據資料的積累,以及計算機的推廣應用,優化逐漸舍棄主觀判斷而依靠科學計算。