現在機械的發展方向

機械設計在工程設計中占有相當重要的地位。展望現代機械設計技術的發展前景，無疑是我們關心和研究的重要課題，同時也隻有在此基礎上，我們才能對機械設計的規劃發展項目和關鍵技術提出合理的建議。

    現代設計技術主要包括：優良性能設計基礎技術、競争優勢建立設計技術、全壽命周期設計技術、綠色産品設計技術等。下面分别加以介紹。

    優良性能設計基礎技術

    這是以提高機械産品綜合性能為目的的設計技術，同時也是在傳統性能設計基礎上提出的，在對機械及其零件進行材料、結構和尺寸設計的前提下，運用摩擦學及斷裂力學等一系列科研成果，從個體設計到系統設計，并從深度和廣度上拓展此項設計技術的内涵和外延。其内容包括以下幾種設計技術：

    可靠性設計和實驗技術：這是綜合衆多學科成果以解決産品可靠性為出發點的一門應用工程技術。它研究的是産品和系統的故障原因、消除和預防等問題。

    防疲勞斷裂設計技術：它是研究在交變的外界因素如載荷、電場、溫度等作用下，材料和結構在各種工作環境下抗破壞能力的一門科學。 系統動态設計技術：該技術是對結構動态特性，如固有頻率、振型、動态響應、運動穩定性等進行分析、評價與設計，以謀求結構系統在工作過程中受到各種預期可能的瞬變載荷及環境作用時，仍然保持良好的動态性能與工作狀态，并具有足夠的穩定性。

    摩擦學設計技術：該技術是以工程力學、流體力學、流變學、表面實體與表面化學等為主要理論基礎，綜合利用材料科學和工程熱實體等學科的研究成果，以數值計算和表面技術為主要手段的邊緣學科。它的基本内容是研究工程表面的摩擦、磨損和潤滑問題。

    防腐蝕設計技術：其基本内容包括：材料的選擇及其加工制造技術的制訂；防腐蝕結構設計與強度設計；防腐蝕方法的選擇與設計；裝置預期壽命機率和可靠性分析等。

    狀态監測補償與控制技術：該技術是用實體和化學的檢測、分析方法對機械産品在運作狀态下各種參數進行定量檢測和分析，進而作出故障産生原因和部位的正确判斷。

    競争優勢建立設計技術

    這是在市場經濟體制下形成和發展起來的。競争機制和供求關系是市場經濟的兩大特點，這就要求生産設計人員要用新觀點、新原理和新功能來設計不斷滿足顧客需要的新産品，進而使企業在全球範圍的激烈競争中始終處于不敗之地。該項内容包含以下幾種設計技術：

    産品創新設計技術：該技術就設計而言一般可分為三類：适應性設計(AdaptiveDesign)、變型設計(VariantDesign)和創新設計(CreativeDesign)。其中創新設計是針對新的或預測的需求，從已知的、經過實踐檢驗可行的理論和技術出發，充分運用創造性思維，構思并設計出過去所沒有的全新事物的技術過程。

    降低成本設計技術：也稱面向成本的設計(DFC)，它是在保證功能和品質的前提下，通過降低成本來提高産品經濟性以加強競争優勢的設計技術。實踐證明，産品成本的70%以上決定于設計。是以，降低和優化産品成本已成為目前衆多機電産品開發設計成功的關鍵。

    快速設計技術：由于市場動态多變性，使産品投放市場的時間日益成為決定産品競争力的重要因素。快速設計技術是在現代設計理論和方法的指導下，應用微電子、資訊和管理等現代科學技術，以縮短産品開發周期為目的的一切設計技術的總稱。

    仿真與虛拟設計技術：計算機仿真技術是以計算機為工具，建立實際或聯想的系統模型，并在不同條件下，對模型進行動态運作(實驗)的一門綜合性技術。近年來不斷湧現和迅速發展的高新技術，如計算機仿真模組化、CAD/CAM及先期技術示範驗證、可視化計算、遙控機器和計算機藝術等，都有一個共同的需求，就是建立一個比現有計算機系統更為真實友善的輸入輸出系統，使其能與各種傳感器相連，組成更為友好的人機界面的多元化資訊環境。這個環境就是計算機虛拟現實系統(VRS)，在這個環境中從事設計的技術即稱之為虛拟設計(VirtualDesign，VD)。

    智能設計技術：由于缺乏人類設計師所具有的推理和決策能力，傳統CAD系統已不能滿足設計過程自動化的要求。于是智能CAD(ICAD)的理論研究和應用實踐便随之而産生了。ICAD系統既具有傳統CAD系統的數值計算和圖形處理能力，又具有知識處理能力，能夠對設計的全過程提供智能化的計算機支援。智能設計就是對智能CAD理論和應用的研究。

    廣義優化設計：它主要從方法學角度把傳統優化過程中單純優化算法的研究向前擴充到建立和處理模型，向後擴充到對優化結果顯示全過程的研究，并結合先進的計算機技術開發相應的商品化廣義優化軟體。

    造型色彩設計技術：它是工業設計(IndustrialDesign)技術的核心，具體指一個構思與表達的過程，設計構思是受市場營銷學、普通心理學、消費心理學、人機工程學、技術美學和現代科學技術等因素的限制而形成的；表達設計即傳達設計思想的方法和表現技法，可以從簡單、傳統的手工繪制的效果圖、外觀模型到複雜的計算機輔助設計效果圖及電子模型和由快速成型方式完成的精确效果模型。

    全壽命周期設計技術

    這要求設計産品時不僅要考慮産品的功能和結構，而且要設計産品的全壽命周期，也就是要設計産品的規劃、設計、制造、營銷、運作、使用、維修保養，直到回收再用處置的全過程。全壽命周期設計意味着：在設計階段就要考慮到産品生命曆程的所有環節，以求産品全壽命周期設計的綜合優化。這項内容具體由三種設計技術組成：

    并行設計技術：其思想是在産品開發的初始階段，即規劃和設計階段，就以并行的方式綜合考慮其生命周期中所有後續階段，包括工藝規劃、制造、裝配、試驗、檢驗、營銷、運輸、使用、維修、保養，直至回收處置等環節，降低産品成本，提高産品品質。其基本特征是內建性，反映了産品全壽命周期各環節間的耦合作用。

    面向制造的新技術：該技術在設計階段就盡早考慮與制造有關的限制，全面評價和及時改進産品設計，可以得到綜合目标較優的設計方案，并可争取産品設計和制造的一次成功。

    産品資料管理技術：它是設計技術的關鍵，能有效地管理在産品生命鍊各環節中産生的或者所需要的大量資料和資訊，包括工程規範、文檔、圖紙、CAE/CAD/CAM檔案、産品結構模型、産品設計結果、産品訂單、供應商狀況以及産品工作流程等，做到将正确的資料或資訊在适當時間傳遞到正确的位置或傳遞給相應的人，這是産品全壽命周期資料管理技術研究的根本内容。

    綠色産品設計技術

    這是對産品在其生命周期中，按符合環境保護、資源使用率最高、能源消耗最低的要求進行設計的技術。它包括以下幾種技術：

    面向環境設計技術：也稱綠色設計(GreenDesign)，即在産品整個生命周期内，以系統內建的觀點考慮産品的環境屬性(可拆性、可回收性、可維護性、可重複利用性和人身健康及安全性等)和基本屬性，并将其作為設計目标，使産品在滿足環境目标要求的情況下，同時具備應用的基本性能、使用壽命和品質等。

    面向能源設計技術：這是指用對環境影響最小和資源消耗最少的能源供給方式來支援産品的整個生命周期，并以最小的代價來獲得能量的可靠回收和重新利用的設計技術。産品設計是影響能源消耗最關鍵的環節，在産品功能和基本要素确定的情況下，産品的結構布局、材料選擇、加工工藝、可制造性、可裝配性和可重複使用性等影響能源消耗的主要因素都是在設計階段确定的。

    面向材料設計技術：該技術以材料為對象，在産品整個壽命周期中的每一階段，以材料對環境的影響有效利用作為控制目标，在實作産品功能要求的同時，使其對環境污染最小和能源消耗最少。

    人機工程設計技術：它是以人機工程學理論為基礎、面向人的産品設計技術。人機工程又稱為人體工程(美國稱為HumanFactors,歐洲國家稱為Ergonomics)，它依據人的心理和生理特征，利用科學技術成果和資料設計技術系統，使之符合人的使用要求，改善環境和優化人機系統，随之達到最佳配合，以最小的勞動代價換取最大的經濟成果。

    最後需要着重強調的是，以上四項設計技術無一不是在計算機技術高速發展成果的支援和應用下實施的。如網絡技術、CAD、CAM、CIMS(計算機內建制造)、CACD(計算機輔助概念設計)、人工智能和專家系統等。