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高速電子計(jì)算機(jī)的實(shí)用，使得機(jī)械設(shè)計(jì)的理論和方法取得了突破性的進(jìn)展，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)對(duì)有限元、差和邊界元法進(jìn)行了精確分析，可以準(zhǔn)確計(jì)算復(fù)雜結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、振動(dòng)、傳熱等數(shù)值；(2)首次提出了最優(yōu)化設(shè)計(jì)的要求和方法；(3)將可靠性設(shè)計(jì)和概率設(shè)計(jì)作為一個(gè)獨(dú)立方面提出；(4)設(shè)計(jì)方法學(xué)作為一個(gè)獨(dú)立學(xué)科提出；(5)機(jī)械零件的斷裂力學(xué)開始作為研究重點(diǎn)。第四階段，20世紀(jì)80年代以后，人們對(duì)生產(chǎn)數(shù)量的追求開始逐漸被對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量的追求所取代，機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)人員更專注于設(shè)計(jì)低成本、高質(zhì)量、能搶占市場(chǎng)先機(jī)的產(chǎn)品，更加注重機(jī)械產(chǎn)品的輕量化和自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)。這一時(shí)期的機(jī)械產(chǎn)品日益復(fù)雜，其結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求有良好地動(dòng)、靜特性。同時(shí)，這一時(shí)期人們對(duì)環(huán)境保護(hù)更為重視，堅(jiān)決反對(duì)損害工人健康、污染環(huán)境的機(jī)械設(shè)計(jì)方案，這一切促使機(jī)械設(shè)計(jì)由靜態(tài)解析轉(zhuǎn)向動(dòng)態(tài)解析，以方便設(shè)計(jì)出低振動(dòng)、低噪音的產(chǎn)品，動(dòng)態(tài)特性數(shù)學(xué)模型技術(shù)取得了重大進(jìn)展。

第五階段，進(jìn)入21世紀(jì)，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步帶來了機(jī)械設(shè)計(jì)的新的發(fā)展契機(jī)，計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，產(chǎn)生了大量極具實(shí)用價(jià)值的協(xié)同設(shè)計(jì)軟件和繪圖軟件，極大的豐富了機(jī)械設(shè)計(jì)的技術(shù)手段，同時(shí)產(chǎn)生了全新的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)范式。

傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)的基本方法和局限性

傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)基本上經(jīng)過了一個(gè)由直覺設(shè)計(jì)到經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)再到經(jīng)驗(yàn)和理論結(jié)合設(shè)計(jì)的過程。這是一種基于不斷地摸索和改進(jìn)，充分利用經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，利用前人的研究成果和設(shè)計(jì)理論，形成相應(yīng)的設(shè)計(jì)公式、圖表、規(guī)范，利用近似技術(shù)和類比等方法并結(jié)合自己的思想所進(jìn)行的設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)方法主要體現(xiàn)在細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化分析和可靠性分析以及設(shè)計(jì)模型的制作等方面。傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)思路的基本流程大概包括以下幾個(gè)方面：首先確定方案，然后進(jìn)行分析，最后選擇可實(shí)際操作的技術(shù)將方案落實(shí)。

傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)是一種經(jīng)驗(yàn)的累積，同時(shí)又是現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念產(chǎn)生的基石。從設(shè)計(jì)學(xué)的角度來看，傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)是一種經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)思路著眼于產(chǎn)品的技術(shù)層面和物質(zhì)屬性，看重?cái)?shù)據(jù)的計(jì)算和校核，可以利用比較直接的方式獲得具有實(shí)際可操作性的效果。傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)因其簡便實(shí)用的特點(diǎn)大受歡迎，并成為了所有機(jī)械設(shè)計(jì)工作的基礎(chǔ)。

傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)具有比較成熟的理論依據(jù)和可參考的操作方法，而且目標(biāo)明確、功能單一，易于取得成績，而且一旦設(shè)計(jì)成功，非常適合機(jī)器大工業(yè)的生產(chǎn)流程，具有很高的可靠性。但同時(shí)，傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)的缺陷也同樣明顯。首先是這種設(shè)計(jì)方法不夠靈活，很難對(duì)瞬息萬變的市場(chǎng)變化做出及時(shí)反映，在節(jié)約成本、提高效率、綠色環(huán)保的設(shè)計(jì)要求方面顯得力不從心。

傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)不能及時(shí)利用先進(jìn)的設(shè)計(jì)手段，往往造成精度不高、效率低下的情況，跟不上社會(huì)發(fā)展的需要，也不能滿足可持續(xù)發(fā)展的要求。傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)的局限性主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)設(shè)計(jì)的規(guī)范性和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工藝性比較差；(2)設(shè)計(jì)周期比較長、成本比較高；(3)設(shè)計(jì)完成后，一些較小的調(diào)整有可能會(huì)帶來整個(gè)設(shè)計(jì)較大的改動(dòng)，造成整體設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)性較差。

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)注重高科技的技術(shù)手段和對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法的改良。現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)根植于傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)，但它更是一系列新的設(shè)計(jì)觀念的產(chǎn)物，這些觀念產(chǎn)生了很多的新的方法和技術(shù)，而這些方法和技術(shù)也在不斷的發(fā)展變化和組合中。數(shù)字化技術(shù)創(chuàng)造了數(shù)字仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)，這為機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)開辟了全新的視野。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來自于電子學(xué)和生物學(xué)的科研成果，它利用多媒體仿真技術(shù)形成一個(gè)具有一定目標(biāo)性的特殊的三維環(huán)境，并且通過傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)了人機(jī)對(duì)話和交流。在這種環(huán)境下，機(jī)械設(shè)計(jì)工作者可以得到更加真實(shí)的設(shè)計(jì)感受。利用數(shù)字化仿真技術(shù)，虛擬環(huán)境可以創(chuàng)造出足以取代物理模型的數(shù)字化設(shè)計(jì)模型，并且可以完成各種在物理真實(shí)環(huán)境下很難實(shí)現(xiàn)的試驗(yàn)和測(cè)試。

仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)有效地縮短了設(shè)計(jì)周期，減少了成本，極大地提高了設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效果。現(xiàn)代設(shè)計(jì)已經(jīng)越來越像一個(gè)集團(tuán)化的產(chǎn)品。隨著設(shè)計(jì)內(nèi)容的復(fù)雜性越來越高，不同領(lǐng)域、不同技術(shù)層面的專業(yè)人員相互之間的協(xié)同也變得越來越重要。人員協(xié)調(diào)和信息的實(shí)時(shí)交互已經(jīng)成為機(jī)械設(shè)計(jì)中的重要課題。由此，協(xié)同設(shè)計(jì)理念應(yīng)運(yùn)而生。

協(xié)同設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的組合體，計(jì)算機(jī)技術(shù)、行為科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、網(wǎng)絡(luò)通訊、人工智能等領(lǐng)域都有涉及。協(xié)同設(shè)計(jì)有效地協(xié)調(diào)了設(shè)計(jì)工作者不同的專業(yè)特長和主觀能動(dòng)性，在較少的時(shí)間和空間內(nèi)分析并組合了各種設(shè)計(jì)信息，從而實(shí)現(xiàn)了極高的設(shè)計(jì)效率。全生命周期設(shè)計(jì)是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)所提出的全新的設(shè)計(jì)理念，這一理念從根本上顛覆了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路。全生命周期設(shè)計(jì)就是指機(jī)械設(shè)計(jì)要對(duì)產(chǎn)品的規(guī)劃、制造、使用、報(bào)廢、回收等各個(gè)歷史階段全面負(fù)責(zé)。現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)工作人員不但要熟悉自己的技術(shù)領(lǐng)域，同時(shí)也要熟悉相關(guān)的其他方面的技術(shù)領(lǐng)域，要能清晰的了解全盤的設(shè)計(jì)意圖。生命周期設(shè)計(jì)是一個(gè)平行的設(shè)計(jì)流程，所有設(shè)計(jì)人員都要考慮到機(jī)械產(chǎn)品使用周期的各個(gè)環(huán)節(jié)和所有因素，要以最優(yōu)的方法解決產(chǎn)品的加工性、可靠性和維護(hù)性等方面的問題。與此同時(shí)，設(shè)計(jì)人員還要思考產(chǎn)品包裝的美觀性、裝配的便利性和報(bào)廢后的可回收性。

隨著機(jī)械和電子技術(shù)的發(fā)展，以人工智能為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)開始出現(xiàn)。這一系統(tǒng)具有自我學(xué)習(xí)能力，可以對(duì)已有的知識(shí)進(jìn)行提煉和總結(jié)，然后形成新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)概念。如何充分利用人工智能系統(tǒng)，設(shè)計(jì)出更為符合時(shí)代需要的機(jī)械產(chǎn)品，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭力，是對(duì)每一個(gè)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)工作者的新的挑戰(zhàn)。

由于互聯(lián)網(wǎng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)相比已經(jīng)產(chǎn)生了極大地變化，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上逐步歸納演繹、綜合發(fā)展，延伸了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)活動(dòng)，開創(chuàng)了全新的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，極大地綜合集成了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，使得產(chǎn)品質(zhì)量和綜合性能得到了空前的提升。

作者：秦保杰單位：山東輕工業(yè)學(xué)院