机械工程设计发展特点及其学科体系
 摘要：随着科学技术的发展，机械设计已从一项实践活动发展为一项系统工程，并在国际和国内逐步诞生了“机械设计工程学”这一门独立学科。本文就机械工程设计发展的特点和“机械设计工程学”的任务、体系和内容进行一般性探讨。

　　关键词：机械 设计 探讨

　　一、 机械工程设计及其发展特点

　　机械设计这个概念从工程角度上看，它是一项实践活动，在这个活动中需要综合地、灵活地运用有关技术和知识，需要借鉴某些经验，需要充分发挥创造能力。因此，就机械设计的本质来讲，它是从机械工作特性和功能目标出发，在某些具体条件限制下根据科学技术原理去创造性完成具体机械构成的工程实践活动。随着科学技术的发展，为了寻求对机械工程设计规律性认识，又可把它当作一门学科来研究；国外流行的“设计方法学”、“机械设计方法”等，就是把机械设计的方法、原理、模式作为独立的研究对象，找出对工程设计规律性的认识。

　　目前，不论是单项产品、系统产品还是整套技术装备的设计，都已从单一的技术性内容——计算、绘图，渗入了社会的——能源、环保、安全、人机关系、美学等和经济的——价值工程和周期费用等因素，加上设计进程和管理的复杂化，从而使现代机械设计活动实际上构成了一个系统工程。从这个意义上讲，不仿把机械设计的实践活动称作“机械设计工程”，因而系统工程的思想和方法显然适用于现代机械设计工程的实践活动。

　　特别需要指出的是，机械使用功能的要求是设计的出发点，使用实践一方面是对设计完善性和水平的考核，另一方面使用维修经验（包括设备故障的分析和改进）又可反馈到设计部门成为改善设计的参考依据。因此，这一方面应受到重视，并采取相应的强化设计措施。

　　现代机器装备不仅向高速、自动、大型化发展，而且结构复杂，不论是设计技术内容还是进程管理都是相当复杂的活动，尤其是对于创造性的复杂机械产品或技术装备的设计工程更为艰难。为适应这一要求，现代工程设计较传统工程设计各个方面都有了很大发展。下面就以机械工程设计领域为对象，来剖析探索一下现代设计发展中的一般趋向：

　　从设计性质上看，传统的设计偏重于专业技术，现代设计则面向功能目标，将技术、经济和社会环境因素结合在一起统筹考虑，既重视设计内容亦强调设计进程的科学管理。

　　从设计的准则来看，传统的设计采用的准则是静态的，主要在强度、刚度等方面满足上级主管部门要求的特定功能为目标，而现代设计则是动态下考虑各种设计准则，除考虑满足特定功能要求外，还应考虑不同用户的特殊要求、不同社会环境和自然环境的适应性和可改进性等。

　　从设计方式方法上来看，传统的设计以经验数据和技术规范为主，通过验证性分析验证是否满足限定的约束条件，而现代设计则强调理论计算与试验分析的相互摄动，通过模型或实体试验测试对设计进行修改完善，以实现最优的功能目标。

　　从设计手段来看，传统的设计是利用计算尺、丁字尺、图板、设计手册等工具的个体手工作业，而现代设计则充分利用计算机和数据库等智能工具实行集体分工协作式的高效设计。

　　从设计内容上看，传统设计局限于元件和结构，以达到特定约束要求为目标，而现代设计除上述内容外，更注重系统的全局构成和合理匹配。

　　从设计构思上看，传统设计是定格在满足约束目标上，属于 收敛性思维，而现代设计则是根据市场调研结果，充分考虑市场和用户需求进行构思，属于发散性思维。

　　从设计机构上看，传统设计机构是研究所、设计院‘独立于制造企业和用户之外，现代设计机构则是研究、设计、制造及之与使用一体化。

　　二、 对机械设计工程学的探讨

　　设计方法有它的内在规律，不但涉及科学技术，还必须考虑经济和社会效益并带有艺术成份，现代设计需要一门学科将设计的方法和规律上升为一种逻辑方式，利用现代设计工具和管理模式，提高设计质量。我们暂把这门学科定名为“机械设计工程学”。

　　机械设计工程学的基本内容可由机械功能结构设计、机械系统设计、机械设计系统、机械设计方法以及机械设计的评价与优化五个部分组成。

　　1、 机械功能结构设计

　　所谓机械功能结构设计，就是根据既定目标而制定的机械系统总功能。寻求其实现的动作原理和功能结构图示的创始意念设计。

　　机械的功能是由下一层次的各个系统（组元）的功能来协调和体现。相应每一组元功能有其不同的功能结构，这些组元结构再向上逐层合成就得到满足系统总功能的结构方案。主要有：

　　（1）、用于基本动作的物理作用分类：

　　（2）、组元功能分类；

　　（3）、机械功能要求的分解；

　　（4）、组元功能及其对应结构；

　　（5）、组元功能结构的合成和创新；

　　（6）、机械总功能结构方案；

　　2、机械系统设计

　　机械系统设计就是把整个设计进程作为一个系统来考虑，研究进程中各阶段和环节本身及其关联的模式和方法，有效地应用系统工程手段并发挥计算机的信息处理功能以使设计进程高质量、高速度进行。其主要内容可包括：

　　（1）、机械系统特性的匹配；

　　（2）、机械系统的运动特性设计；

　　（3）、机械系统动力特性设计；

　　（4）、机械系统的可靠性设计；

　　（5）、人机系统的界面设计。

　　3、机械设计系统的主要内容：

　　（1）、机械设计进程分析——进程模式、阶段、层次、步序及其相应的任务、要求和技法等；

　　（2）、机械设计进程的计划、流程和协调；论文范文http://www.chuibin.com

　　（3）、机械设计工程管理——设计定额制定、人员组合优化体制、设计质量评定和设计人员行为规范；

　　（4）、数据库及数据管理系统，设计与制造的一体化（CAD/CAM应用）。

　　4、机械设计方法的内容

　　（1）、设计原理。如作用力传递、任务分配原则、自动原理、稳定原理和构造设计原则等；

　　（2）、设计思维。如类比设计、分析设计、逻辑设计以及创新设计中的形象思维和顿悟思维等；

　　（3）、设计手法。如模型试凑、模化相似、建模分析等；

　　（4）、设计准则。应包括静力、疲劳、冲击和高温强度；静力、动力刚度和热变形控制；静力和动力失稳控制；振动的利用或消减；散热和隔热；摩擦的控制或利用；润滑设计；密封设计；安全和可靠性设计；结构工艺性设计和艺术构形设计等。

　　5、机械设计的评价与优化

　　功能目标的评价指对各种设计方案的功能特性的优劣进行评定，常用加权评分法。最终设计方案的取舍，除功能特性外，尚须考虑制造、安装、检验、安全、环保、维修、成本、周期费用和寿命等因素，这些因素有确定的，有模糊的，这就需要设计组织者统筹考虑，通过考证分析，作出正确的决策。

　　设计优化包括参数优化和人员、进程的统筹优化两个方面。在统筹优化的基础上，通过创造性思维，实现参数的优化，产生最佳的设计方案