計算機機械輔助設計方法

　　計算機機械設計在近年來(lái)發(fā)展迅猛，其便捷、直觀(guān)等有點(diǎn)使得在設計工作中得到普及。

　　計算機機械輔助設計方法【1】

　　摘要：目前來(lái)看，現代機械設計方法是以設計方法學(xué)為基礎的，通過(guò)計算機技術(shù)，使機械設計朝著(zhù)定量、動(dòng)態(tài)的方向發(fā)展，而這種發(fā)展不僅可以明顯提高其設計質(zhì)量，還可以縮短設計周期，使成功率有顯著(zhù)地提高，從而增強機械產(chǎn)品的競爭力。

　　關(guān)鍵詞：機械設計方法 發(fā)展 趨勢

　　1 前言

　　我們所說(shuō)的機械設計指的是根據要求對機械工作原理、組成結構、運動(dòng)方式及能量傳遞方式等進(jìn)行分析和計算，并對其進(jìn)行具體的描述，使它成為工作過(guò)程中的重要依據。

　　機械設計的目的就是在各種要求之下將設計圖紙做到最好，也就是做出優(yōu)化的設計。

　　當今社會(huì )，科技在不斷地進(jìn)步，尤其是計算機及系統科學(xué)的迅猛發(fā)展，機械設計的水平與能力也在不斷提高，在進(jìn)行機械設計時(shí)要將多種設計技術(shù)與理論緊密的聯(lián)合在一起，使設計方法得到進(jìn)一步的優(yōu)化，使設計的手段更具智能化、精確化。

　　2 現代計算機機械設計方法的發(fā)展過(guò)程

　　現如今，各種技術(shù)都在快速發(fā)展，現代計算機機械設計在適應科技發(fā)展的要求的同時(shí)，更應該注重設計的質(zhì)量，加快設計的速度，并對現代化的設計方法進(jìn)行深入的研究與探討。

　　現代設計方法顧名思義是將現代化的設計方法應用到機械設計當中，其常用的設計方法有：技術(shù)預測法、系統設計法、可靠性設計法以及優(yōu)化設計法等。

　　各種機械設計方法由來(lái)已久，但機械設計傳統的設計方法和理論的形成才僅僅有100年的歷史，當然，傳統設計方法肯定會(huì )有很多的局限性，會(huì )逐漸的退出機械設計的舞臺。

　　由于經(jīng)濟的飛速發(fā)展，使得計算機得到廣泛的應用，這種巨大的改變就使得現代機械的設計方法也發(fā)生了很大變化，機械設計由傳統的經(jīng)驗設計發(fā)展到全面利用的優(yōu)化設計，促進(jìn)了機械設計的全面發(fā)展。

　　計算機技術(shù)的進(jìn)步也為機械設計提供了便利條件，輔助軟件例如CAD等都極大的便利了設計人員的工作。

　　3 現代機械設計的特點(diǎn)

　　現代機械設計分為很多的種類(lèi)，其結構也越來(lái)越復雜，但從實(shí)現的功能上來(lái)看，它主要包括了動(dòng)力系統、傳動(dòng)系統、操縱系統及控制系統等，而且每個(gè)系統又可以分解為若干的子系統。

　　現代的機械設計不但要求設計師對其原理、結構、運行方式全面了解，而且還需要融合多種學(xué)科進(jìn)行深入的交叉研究，使設計出的產(chǎn)品更具有競爭力。

　　傳統的機械設計方法過(guò)程繁雜，且有很大的局限性，設計師水平有限，經(jīng)驗缺乏，很多機械中所要求的參數和指標都達不到要求，進(jìn)而導致設計的成功率偏低，產(chǎn)品沒(méi)有競爭力。

　　但現代機械設計是在傳統設計的基礎上繼承和發(fā)展的，將現代很多的科學(xué)技術(shù)都融入到了機械設計里，使得現代機械設計技術(shù)水平更高，同時(shí)也向著(zhù)理性設計的方向發(fā)展。

　　使現代機械設計成為了一門(mén)綜合性強、多種學(xué)科交叉進(jìn)行的基礎性科學(xué)，將控制技術(shù)與科學(xué)技術(shù)有機結合到一起，實(shí)現機械系統的最優(yōu)化。

　　4 現代機械設計所面臨的形勢

　　計算機機械設計在近年來(lái)發(fā)展迅猛，其便捷、直觀(guān)等有點(diǎn)使得在設計工作中得到普及。

　　同時(shí)，現代化的機械設計面臨著(zhù)非常嚴峻的挑戰，設計的領(lǐng)域由單一化發(fā)展成為多元化，并且多種學(xué)科滲透其中，設計對象也發(fā)生了變化，由單機設計變成了系統設計，設計人員也從個(gè)人發(fā)展到了群體，這樣一來(lái)，設計出的產(chǎn)品會(huì )更新穎，設計步驟會(huì )更有序，產(chǎn)品更新?lián)Q代會(huì )更迅速。

　　5 現代機械設計方法的分類(lèi)

　　現代機械設計的方法可從多方面對其進(jìn)行分類(lèi)：第一類(lèi)是從工程領(lǐng)域的角度，我們可以將現代機械設計方法分為現代模具設計方法、現代材料設計方法等等;第二類(lèi)是按其應用成熟度進(jìn)行分類(lèi)，它大體上分為兩種，一種是應用正普及類(lèi)，另一種是內容正發(fā)展類(lèi)，前一種又可以劃分為優(yōu)化設計和計算機輔助設計，而后一種還可以分為創(chuàng )新設計、虛擬設計、智能設計等;第三類(lèi)是從涵蓋范圍的角度，我們將現代機械設計分為廣義設計類(lèi)及狹義設計類(lèi);第四類(lèi)便是中義設計類(lèi)，顧名思義其設計內容是介于廣義設計與狹義設計之間。

　　目前，在現代機械設計中應用最為廣泛的設計方法是最優(yōu)化方法、動(dòng)態(tài)設計和數值仿真。

　　6 機械設計的現代設計方法

　　在機械設計中，其設計方法有很多種，但大體上可以分為兩種，一種是專(zhuān)業(yè)的現代設計方法，另一種是通用的現代設計方法。

　　下面我們對其進(jìn)行單獨說(shuō)明：

　　6.1 專(zhuān)業(yè)的現代設計方法

　　現代科技在不斷進(jìn)步，科技也在飛速發(fā)展，為了滿(mǎn)足機械產(chǎn)品性能的需要，計算機專(zhuān)業(yè)人員和機械設計專(zhuān)業(yè)人員應相互合作，共同開(kāi)發(fā)其設計軟件，使設計的軟件能更為準確的反應機械產(chǎn)品在運行中的各種情況，并對其進(jìn)行定量分析，了解各個(gè)零件及機械的動(dòng)態(tài)性能，形成相對穩定的設計程序，這便是專(zhuān)業(yè)的設計方法。

　　6.2 通用的現代設計方法

　　由于計算機的應用和普及，為了滿(mǎn)足機械的各種性能，我們不僅要掌握專(zhuān)業(yè)的現代設計方法，在機械設計上也應該廣泛采用計算機技術(shù)對系統進(jìn)行分析和輔助設計，這種方法就叫做通用的現代設計方法，其中包括最優(yōu)化、可靠性、仿真等。

　　7 現代機械設計的發(fā)展趨勢

　　7.1 智能化

　　計算機技術(shù)的飛速發(fā)展促進(jìn)了智能CAD的產(chǎn)生，將CAD技術(shù)與人工智能結合在一起，提高了系統的創(chuàng )造力。

　　具有一定智能的系統通常用來(lái)進(jìn)行方案的綜合和對設計進(jìn)行評價(jià)。

　　這些年還出現了適合機械設計的模糊設計和模糊評判方法。

　　由于現代化設計有著(zhù)智能化和集成化等特點(diǎn)，就使得CAD技術(shù)必須與人工智能相結合，才能充分發(fā)揮智能作用，實(shí)現其本身的智能化，也進(jìn)一步促進(jìn)了計算機系統集成化的發(fā)展。

　　現如今，計算機在已成為了通用的設計工具，通過(guò)對智能化的處理，使產(chǎn)品的設計方案更加高效、準確。

　　7.2 系統化和定量化

　　現代機械的設計指的是將傳統設計中的經(jīng)驗逐步提高到了邏輯的、理性的、系統的新的設計方法。

　　也就是說(shuō)假如將產(chǎn)品看成是一個(gè)總系統，人們利用計算機技術(shù)，實(shí)現了人、機與環(huán)境相互協(xié)調，共同發(fā)展。

　　現代機械的設計方法不僅要充分考慮到材料的強度，還應運用數學(xué)規劃法等方式實(shí)現設計的可靠性，這樣既縮短了研發(fā)的周期，又保證了設計的成功率。

　　8 結語(yǔ)

　　現代設計方法與傳統方法相比發(fā)生了很大的變化，我們應博取眾科之長(cháng)，對設計的內容進(jìn)行進(jìn)一步的擴展，使設計的產(chǎn)品更加實(shí)用與新穎。

　　參考文獻

　　[1]曾立鋒.現代機械設計方法之我見(jiàn)[J].中華民居，2011，12(8)：34-36.

　　[2]張前森.淺析現代機械設計方法及研究進(jìn)展[J].科技資訊，2011，7(18)：94-96.

　　機械設計課程設計計算機輔助設計的開(kāi)發(fā)【2】

　　摘要：介紹了機械設計課程設計計算機輔助設計的開(kāi)發(fā)意義、程序總體結構及軟件開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。

　　計算機輔助設計作為一種新型的教學(xué)方式受到了愈來(lái)愈高的重視，近年來(lái)得到飛速發(fā)展，該設計正適應了這種形勢。

　　它以模塊化設計思想為主導，以教師的教學(xué)經(jīng)驗為基礎，以Visual Basic為開(kāi)發(fā)工具，進(jìn)行對話(huà)框設計實(shí)現人機對話(huà)，生動(dòng)形象地解決了課程設計中的許多問(wèn)題，具有很好的應用前景。

　　關(guān)鍵詞：機械設計課程設計;計算機輔助設計;教學(xué)方式

　　《機械設計》是機械類(lèi)及近機類(lèi)學(xué)生的重要專(zhuān)業(yè)基礎課，機械設計課程設計是將所學(xué)理論與實(shí)踐相結合的重要環(huán)節，是對學(xué)生綜合能力的訓練。

　　通過(guò)設計可以幫助學(xué)生掌握一般機械設計的方法與步驟，使學(xué)生的設計能力得到提高。

　　1 開(kāi)發(fā)工具的選用

　　CAD軟件已經(jīng)發(fā)展成為各種可視化的發(fā)展環(huán)境。

　　目前CAD開(kāi)發(fā)工具軟件可以分為三類(lèi)：一類(lèi)是以Visual C++為代表的元件開(kāi)發(fā)工具;另一類(lèi)是以Visual Basic為代表的方案開(kāi)發(fā)工具;再一類(lèi)是以AutoCAD為代表的基于圖形軟件包的二次開(kāi)發(fā)工具。

　　筆者選用的是Visual Basic(VB)6.0作為開(kāi)發(fā)工具，此軟件功能強大，易用性強，而且控件封裝了大量的屬性和方法，更好地實(shí)現了代碼共享，大大地節省了程序開(kāi)發(fā)的時(shí)間，是當今最普遍的可視化編程工具之一。

　　2 程序總體結構

　　計算機輔助設計軟件以教學(xué)實(shí)用性為根本，主要實(shí)現齒輪傳動(dòng)設計計算和校核的自動(dòng)化，解決傳統的手工設計方法的缺陷。

　　根據開(kāi)發(fā)工具VB模塊化設計的思想，結合齒輪傳動(dòng)設計的特點(diǎn)，確定了程序總體結構，流程圖見(jiàn)圖1：

　　3 軟件開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)

　　計算機輔助設計軟件的整個(gè)過(guò)程由菜單和對話(huà)框驅動(dòng)，分為設計計算、校核計算模塊。

　　其設計，實(shí)現人機對話(huà)，具有良好的交互性，充分考慮了變化的參數需要學(xué)生參與改變的特點(diǎn)，使學(xué)生既感到計算的快捷方便，又鍛煉了設計能力。

　　具體體現在學(xué)生在軟件使用過(guò)程中可以看到清楚的設計步驟，在不斷提示下進(jìn)行每步設計。

　　3.1 圖表功能的實(shí)現

　　在機械設計課程設計中有大量的圖表要查。

　　圖表的特點(diǎn)是鮮明直觀(guān)，并能看出變化趨勢，在設計手冊和資料中經(jīng)常采用。

　　但是在計算機輔助設計中，圖表不能直接存儲在計算機里，而且圖表本身不能用來(lái)直接解題，參與計算的只是根據圖表查得的有關(guān)數據，因此必須將其程序化，變成計算機可存儲的數據形式，供解題時(shí)檢索和調用。

　　如圖2所示，為了選擇使用系數 ，需要決定選取的原動(dòng)機和載荷狀態(tài)。

　　在機械設計中，將使用系數數值列于表1-1。

　　根據設計參數，選擇的狀態(tài)決定使用系數的數值，這樣解決了查圖表的問(wèn)題。

　　3.2 齒輪設計校核模塊的開(kāi)發(fā)

　　齒輪的設計計算是比較復雜的一個(gè)過(guò)程。

　　在設計過(guò)程中，既要滿(mǎn)足傳動(dòng)比的要求，又要滿(mǎn)足強度的要求，所以要多次進(jìn)行參數調整和試算后才能得到滿(mǎn)足要求的齒輪，學(xué)生需要較長(cháng)的時(shí)間完成齒輪的設計計算。

　　由于給每個(gè)學(xué)生的設計數據不一樣，且每個(gè)學(xué)生在設計時(shí)所選擇的參數也不相同，因此開(kāi)發(fā)了齒輪材料及其設計計算的模塊，如圖3、圖4所示。

　　若齒輪的強度不滿(mǎn)足要求，則，所得出的數字呈紅色，需返回到初始界面重新設計，輸入及確定相關(guān)參數。

　　3.3 整體界面

　　以上界面是針對標準直齒圓柱齒輪進(jìn)行的設計計算，如進(jìn)行圓錐齒輪、斜齒圓柱齒輪、蝸輪蝸桿等類(lèi)型的傳動(dòng)設計，可依照以上設計進(jìn)行對應的界面設計。

　　結束語(yǔ)

　　機械設計課程設計計算機輔助設計的開(kāi)發(fā)，一方面節約了時(shí)間，使學(xué)生可以將設計重點(diǎn)放在方案設計和結構設計上，有利于培養創(chuàng )新能力;另一方面改變了傳統的教學(xué)方式，給這門(mén)課程帶來(lái)了新的活力，提高了教學(xué)效果和設計效率。

　　目前此軟件系統已在教學(xué)中得到應用，正在不斷完善中，若有不妥之處，望與筆者商榷，使之不斷改進(jìn)和提高。

　　計算機輔助設計在機械設計教學(xué)應用【3】

　　【關(guān)鍵詞】機械設計 教學(xué)方法 探究

　　引言

　　隨著(zhù)計算機技術(shù)的飛速發(fā)展， 利用計算機輔助設計來(lái)改善機械類(lèi)專(zhuān)業(yè)基礎課程機械設計教學(xué)學(xué)模式已成為必然趨勢。

　　機械結構設計作為傳統機械設計教學(xué)中最基礎的一部分，作為教師一方面考慮如何在現有機械設計理論與方法的基礎上與現代的機械設計方法和理論，應用現代的計算機將兩方面有效的結合起來(lái)，更加拓寬了機械設計教學(xué)的思路和方法。

　　本文將從以下幾個(gè)方面來(lái)探討計算機輔助設計如何來(lái)貫穿于機械設計的教學(xué)中去。

　　1.傳統機械設計教學(xué)中面臨的挑戰

　　《機械設計》是一門(mén)古老的學(xué)科，隨著(zhù)時(shí)代的發(fā)展本課程的教學(xué)也出現一系列的問(wèn)題，主要體現在以下四個(gè)方面：(1)傳統的課堂教學(xué)形式仍占主要地位課堂教學(xué)是傳授知識的主陣地和主渠道，《機械設計》課程內容的廣泛性與授課方式及學(xué)時(shí)的有限性之間有矛盾，影響了學(xué)生掌握更多有關(guān)機械設計的知識，限制了學(xué)生分析、構思和設計能力的培養，阻礙了教學(xué)改革進(jìn)程。

　　(2)實(shí)踐知識的匱乏。

　　現在的大學(xué)生尤其是近機專(zhuān)業(yè)類(lèi)的，他們在平時(shí)的實(shí)踐和實(shí)驗課程中接觸機械方面的機會(huì )比較少，就是觀(guān)察到一些機械機構與原理方面的現象，也不會(huì )刻意去留意。

　　這樣的話(huà)，學(xué)習本課程，就更缺乏實(shí)踐方面的知識，甚至連感性認識都沒(méi)有。

　　(3)現代設計理論及方法的出現。

　　近些年來(lái)，現代機械設計方法取得了飛速的發(fā)展，目前常用的有：計算機輔助設計、優(yōu)化設計、可靠性設計、摩擦學(xué)設計、設計方法學(xué)設計、并行設計、人機工程學(xué)設計、虛擬現實(shí)、相似系列產(chǎn)品的設計、質(zhì)量驅動(dòng)設計、工程反求設計和分型設計等。

　　一個(gè)新的機械設計體系正在發(fā)展和形成，現代設計方法將不斷得到推廣和應用。

　　這方面也是我們機械設計教學(xué)遇到的新的挑戰。

　　(4)缺乏實(shí)踐手段，教學(xué)目標難以實(shí)現《機械設計基礎》是一門(mén)實(shí)踐性較強的課程，邊學(xué)習邊實(shí)踐才能實(shí)現提高設計能力、培養創(chuàng )造性素質(zhì)的要求。

　　但實(shí)際上由于學(xué)時(shí)所限，加之一般院校缺乏相關(guān)實(shí)驗、實(shí)習操作手段，很難達到上述要求。

　　由于學(xué)生缺乏對實(shí)際機械系統的感性認識，所以教學(xué)效果不太理想。

　　(5)社會(huì )需求和要求的不斷提高。

　　2.計算機輔助設計融入機械設計教學(xué)模式的研究

　　就《機械設計》教學(xué)在新的時(shí)代面前提出了這些迫切的要求，本文對該課程的教學(xué)模式進(jìn)行了初探。

　　主要從以下四個(gè)方面進(jìn)行探究。

　　(1)機械設計教學(xué)中推廣三維設計的方法。

　　(2)注重培養學(xué)生的創(chuàng )新能力。

　　(3)優(yōu)化教學(xué)手段。

　　(4)CAD的虛擬技術(shù)是一種新興的多學(xué)科交叉技術(shù)，它涉及多方面的學(xué)科研究成果與專(zhuān)業(yè)技術(shù)。

　　以虛擬現實(shí)技術(shù)為基礎，以機械產(chǎn)品為對象，能使設計人員與多維的信息環(huán)境進(jìn)行交互。

　　同時(shí)，利用虛擬技術(shù)可以大大地減少實(shí)物模型和樣件的制造。

　　虛擬技術(shù)以CAD為基礎，是一種新的制造系統，這種系統按應用情況又可分為增強的可視化系統和基于現實(shí)的CAD系統。

　�、僭鰪姷目梢暬�系統。

　　利用現行的CAD系統進(jìn)行建模，通過(guò)對數據格式進(jìn)行適當的轉換輸出虛擬環(huán)境系統。

　　利用三維的交互設備(如頭盔式顯示器、數據手套等)，在一個(gè)虛擬真實(shí)的環(huán)境中，設計人員對虛擬模型進(jìn)行各個(gè)角度的觀(guān)察。

　　目前投入使用的虛擬設計多采用增強的可視化系統，這主要是因為基于建模系統還不夠完善，相比之下，目前CAD建模技術(shù)比較成熟，可以利用。

　�、诨�于虛擬現實(shí)的CAD系統。

　　利用這樣的技術(shù)用戶(hù)可以在虛擬環(huán)境中進(jìn)行設計活動(dòng)。

　　與純粹的可視化系統相反，這種系統不再使用傳統的二維交互手段進(jìn)行建模，而直接進(jìn)行三維設計。

　　此外，它也支持如語(yǔ)言識別、手勢及眼神跟蹤等。

　　這種虛擬設計系統在機械設計的教學(xué)中融會(huì )貫通，更加深入的了解現代機械設計的理念和思維。

　　3.總結

　　《機械設計》是一門(mén)非常重要的技術(shù)基礎課程，內容多，課時(shí)少。

　　研究如何解決當前機械設計教學(xué)中面臨的問(wèn)題，我們一方面要從教學(xué)內容，教學(xué)方法不斷提高和改進(jìn)，另外還要培養在機械設計中融入現代計算機的設計思想，增強他們學(xué)習的主動(dòng)性，為今后進(jìn)行相關(guān)機械設計工作打好良好的基礎。

　　參考文獻：

　　[1]楊可楨，程光蘊。機械設計基礎[M]。北京：高等教育出版社，1999

　　[2]濮良貴，紀名剛。機械設計[M]。北京：高等教育出版社，2001

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