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計算機機械輔助設(shè)計方法
計算機機械設(shè)計在近年來發(fā)展迅猛，其便捷、直觀等有點使得在設(shè)計工作中得到普及。
計算機機械輔助設(shè)計方法【1】
摘要：目前來看，現(xiàn)代機械設(shè)計方法是以設(shè)計方法學(xué)為基礎(chǔ)的，通過計算機技術(shù)，使機械設(shè)計朝著定量、動態(tài)的方向發(fā)展，而這種發(fā)展不僅可以明顯提高其設(shè)計質(zhì)量，還可以縮短設(shè)計周期，使成功率有顯著地提高，從而增強機械產(chǎn)品的競爭力。
關(guān)鍵詞：機械設(shè)計方法 發(fā)展 趨勢
1 前言
我們所說的機械設(shè)計指的是根據(jù)要求對機械工作原理、組成結(jié)構(gòu)、運動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，使它成為工作過程中的重要依據(jù)。
機械設(shè)計的目的就是在各種要求之下將設(shè)計圖紙做到最好，也就是做出優(yōu)化的設(shè)計。
當(dāng)今社會，科技在不斷地進(jìn)步，尤其是計算機及系統(tǒng)科學(xué)的迅猛發(fā)展，機械設(shè)計的水平與能力也在不斷提高，在進(jìn)行機械設(shè)計時要將多種設(shè)計技術(shù)與理論緊密的聯(lián)合在一起，使設(shè)計方法得到進(jìn)一步的優(yōu)化，使設(shè)計的手段更具智能化、精確化。
2 現(xiàn)代計算機機械設(shè)計方法的發(fā)展過程
現(xiàn)如今，各種技術(shù)都在快速發(fā)展，現(xiàn)代計算機機械設(shè)計在適應(yīng)科技發(fā)展的要求的同時，更應(yīng)該注重設(shè)計的質(zhì)量，加快設(shè)計的速度，并對現(xiàn)代化的設(shè)計方法進(jìn)行深入的研究與探討。
現(xiàn)代設(shè)計方法顧名思義是將現(xiàn)代化的設(shè)計方法應(yīng)用到機械設(shè)計當(dāng)中，其常用的設(shè)計方法有：技術(shù)預(yù)測法、系統(tǒng)設(shè)計法、可靠性設(shè)計法以及優(yōu)化設(shè)計法等。
各種機械設(shè)計方法由來已久，但機械設(shè)計傳統(tǒng)的設(shè)計方法和理論的形成才僅僅有100年的歷史，當(dāng)然，傳統(tǒng)設(shè)計方法肯定會有很多的局限性，會逐漸的退出機械設(shè)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(yīng)用，這種巨大的改變就使得現(xiàn)代機械的設(shè)計方法也發(fā)生了很大變化，機械設(shè)計由傳統(tǒng)的經(jīng)驗設(shè)計發(fā)展到全面利用的優(yōu)化設(shè)計，促進(jìn)了機械設(shè)計的全面發(fā)展。
計算機技術(shù)的進(jìn)步也為機械設(shè)計提供了便利條件，輔助軟件例如CAD等都極大的便利了設(shè)計人員的工作。
3 現(xiàn)代機械設(shè)計的特點
現(xiàn)代機械設(shè)計分為很多的種類，其結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜，但從實現(xiàn)的功能上來看，它主要包括了動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等，而且每個系統(tǒng)又可以分解為若干的子系統(tǒng)。
現(xiàn)代的機械設(shè)計不但要求設(shè)計師對其原理、結(jié)構(gòu)、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(shè)計出的產(chǎn)品更具有競爭力。
傳統(tǒng)的機械設(shè)計方法過程繁雜，且有很大的局限性，設(shè)計師水平有限，經(jīng)驗缺乏，很多機械中所要求的參數(shù)和指標(biāo)都達(dá)不到要求，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)計的成功率偏低，產(chǎn)品沒有競爭力。
但現(xiàn)代機械設(shè)計是在傳統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上繼承和發(fā)展的，將現(xiàn)代很多的科學(xué)技術(shù)都融入到了機械設(shè)計里，使得現(xiàn)代機械設(shè)計技術(shù)水平更高，同時也向著理性設(shè)計的方向發(fā)展。
使現(xiàn)代機械設(shè)計成為了一門綜合性強、多種學(xué)科交叉進(jìn)行的基礎(chǔ)性科學(xué)，將控制技術(shù)與科學(xué)技術(shù)有機結(jié)合到一起，實現(xiàn)機械系統(tǒng)的最優(yōu)化。
4 現(xiàn)代機械設(shè)計所面臨的形勢
計算機機械設(shè)計在近年來發(fā)展迅猛，其便捷、直觀等有點使得在設(shè)計工作中得到普及。
同時，現(xiàn)代化的機械設(shè)計面臨著非常嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，設(shè)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(shè)計對象也發(fā)生了變化，由單機設(shè)計變成了系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)計人員也從個人發(fā)展到了群體，這樣一來，設(shè)計出的產(chǎn)品會更新穎，設(shè)計步驟會更有序，產(chǎn)品更新?lián)Q代會更迅速。
5 現(xiàn)代機械設(shè)計方法的分類
現(xiàn)代機械設(shè)計的方法可從多方面對其進(jìn)行分類：第一類是從工程領(lǐng)域的角度，我們可以將現(xiàn)代機械設(shè)計方法分為現(xiàn)代模具設(shè)計方法、現(xiàn)代材料設(shè)計方法等等;第二類是按其應(yīng)用成熟度進(jìn)行分類，它大體上分為兩種，一種是應(yīng)用正普及類，另一種是內(nèi)容正發(fā)展類，前一種又可以劃分為優(yōu)化設(shè)計和計算機輔助設(shè)計，而后一種還可以分為創(chuàng)新設(shè)計、虛擬設(shè)計、智能設(shè)計等;第三類是從涵蓋范圍的角度，我們將現(xiàn)代機械設(shè)計分為廣義設(shè)計類及狹義設(shè)計類;第四類便是中義設(shè)計類，顧名思義其設(shè)計內(nèi)容是介于廣義設(shè)計與狹義設(shè)計之間。
目前，在現(xiàn)代機械設(shè)計中應(yīng)用最為廣泛的設(shè)計方法是最優(yōu)化方法、動態(tài)設(shè)計和數(shù)值仿真。
6 機械設(shè)計的現(xiàn)代設(shè)計方法
在機械設(shè)計中，其設(shè)計方法有很多種，但大體上可以分為兩種，一種是專業(yè)的現(xiàn)代設(shè)計方法，另一種是通用的現(xiàn)代設(shè)計方法。
下面我們對其進(jìn)行單獨說明：
6.1 專業(yè)的現(xiàn)代設(shè)計方法
現(xiàn)代科技在不斷進(jìn)步，科技也在飛速發(fā)展，為了滿足機械產(chǎn)品性能的需要，計算機專業(yè)人員和機械設(shè)計專業(yè)人員應(yīng)相互合作，共同開發(fā)其設(shè)計軟件，使設(shè)計的軟件能更為準(zhǔn)確的反應(yīng)機械產(chǎn)品在運行中的各種情況，并對其進(jìn)行定量分析，了解各個零件及機械的動態(tài)性能，形成相對穩(wěn)定的設(shè)計程序，這便是專業(yè)的設(shè)計方法。
6.2 通用的現(xiàn)代設(shè)計方法
由于計算機的應(yīng)用和普及，為了滿足機械的各種性能，我們不僅要掌握專業(yè)的現(xiàn)代設(shè)計方法，在機械設(shè)計上也應(yīng)該廣泛采用計算機技術(shù)對系統(tǒng)進(jìn)行分析和輔助設(shè)計，這種方法就叫做通用的現(xiàn)代設(shè)計方法，其中包括最優(yōu)化、可靠性、仿真等。
7 現(xiàn)代機械設(shè)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(jié)合在一起，提高了系統(tǒng)的創(chuàng)造力。
具有一定智能的系統(tǒng)通常用來進(jìn)行方案的綜合和對設(shè)計進(jìn)行評價。
這些年還出現(xiàn)了適合機械設(shè)計的模糊設(shè)計和模糊評判方法。
由于現(xiàn)代化設(shè)計有著智能化和集成化等特點，就使得CAD技術(shù)必須與人工智能相結(jié)合，才能充分發(fā)揮智能作用，實現(xiàn)其本身的智能化，也進(jìn)一步促進(jìn)了計算機系統(tǒng)集成化的發(fā)展。
現(xiàn)如今，計算機在已成為了通用的設(shè)計工具，通過對智能化的處理，使產(chǎn)品的設(shè)計方案更加高效、準(zhǔn)確。
7.2 系統(tǒng)化和定量化
現(xiàn)代機械的設(shè)計指的是將傳統(tǒng)設(shè)計中的經(jīng)驗逐步提高到了邏輯的、理性的、系統(tǒng)的新的設(shè)計方法。
也就是說假如將產(chǎn)品看成是一個總系統(tǒng)，人們利用計算機技術(shù)，實現(xiàn)了人、機與環(huán)境相互協(xié)調(diào)，共同發(fā)展。
現(xiàn)代機械的設(shè)計方法不僅要充分考慮到材料的強度，還應(yīng)運用數(shù)學(xué)規(guī)劃法等方式實現(xiàn)設(shè)計的可靠性，這樣既縮短了研發(fā)的周期，又保證了設(shè)計的成功率。
8 結(jié)語
現(xiàn)代設(shè)計方法與傳統(tǒng)方法相比發(fā)生了很大的變化，我們應(yīng)博取眾科之長，對設(shè)計的內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步的擴展，使設(shè)計的產(chǎn)品更加實用與新穎。
參考文獻(xiàn)
[1]曾立鋒.現(xiàn)代機械設(shè)計方法之我見[J].中華民居，2011，12(8)：34-36.
[2]張前森.淺析現(xiàn)代機械設(shè)計方法及研究進(jìn)展[J].科技資訊，2011，7(18)：94-96.
機械設(shè)計課程設(shè)計計算機輔助設(shè)計的開發(fā)【2】
摘要：介紹了機械設(shè)計課程設(shè)計計算機輔助設(shè)計的開發(fā)意義、程序總體結(jié)構(gòu)及軟件開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。
計算機輔助設(shè)計作為一種新型的教學(xué)方式受到了愈來愈高的重視，近年來得到飛速發(fā)展，該設(shè)計正適應(yīng)了這種形勢。
它以模塊化設(shè)計思想為主導(dǎo)，以教師的教學(xué)經(jīng)驗為基礎(chǔ)，以Visual Basic為開發(fā)工具，進(jìn)行對話框設(shè)計實現(xiàn)人機對話，生動形象地解決了課程設(shè)計中的許多問題，具有很好的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：機械設(shè)計課程設(shè)計;計算機輔助設(shè)計;教學(xué)方式
《機械設(shè)計》是機械類及近機類學(xué)生的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，機械設(shè)計課程設(shè)計是將所學(xué)理論與實踐相結(jié)合的重要環(huán)節(jié)，是對學(xué)生綜合能力的訓(xùn)練。
通過設(shè)計可以幫助學(xué)生掌握一般機械設(shè)計的方法與步驟，使學(xué)生的設(shè)計能力得到提高。
1 開發(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開發(fā)工具軟件可以分為三類：一類是以Visual C++為代表的元件開發(fā)工具;另一類是以Visual Basic為代表的方案開發(fā)工具;再一類是以AutoCAD為代表的基于圖形軟件包的二次開發(fā)工具。
筆者選用的是Visual Basic(VB)6.0作為開發(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，更好地實現(xiàn)了代碼共享，大大地節(jié)省了程序開發(fā)的時間，是當(dāng)今最普遍的可視化編程工具之一。
2 程序總體結(jié)構(gòu)
計算機輔助設(shè)計軟件以教學(xué)實用性為根本，主要實現(xiàn)齒輪傳動設(shè)計計算和校核的自動化，解決傳統(tǒng)的手工設(shè)計方法的缺陷。
根據(jù)開發(fā)工具VB模塊化設(shè)計的思想，結(jié)合齒輪傳動設(shè)計的特點，確定了程序總體結(jié)構(gòu)，流程圖見圖1：
3 軟件開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)
計算機輔助設(shè)計軟件的整個過程由菜單和對話框驅(qū)動，分為設(shè)計計算、校核計算模塊。
其設(shè)計，實現(xiàn)人機對話，具有良好的交互性，充分考慮了變化的參數(shù)需要學(xué)生參與改變的特點，使學(xué)生既感到計算的快捷方便，又鍛煉了設(shè)計能力。
具體體現(xiàn)在學(xué)生在軟件使用過程中可以看到清楚的設(shè)計步驟，在不斷提示下進(jìn)行每步設(shè)計。
3.1 圖表功能的實現(xiàn)
在機械設(shè)計課程設(shè)計中有大量的圖表要查。
圖表的特點是鮮明直觀，并能看出變化趨勢，在設(shè)計手冊和資料中經(jīng)常采用。
但是在計算機輔助設(shè)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直接解題，參與計算的只是根據(jù)圖表查得的有關(guān)數(shù)據(jù)，因此必須將其程序化，變成計算機可存儲的數(shù)據(jù)形式，供解題時檢索和調(diào)用。
如圖2所示，為了選擇使用系數(shù) ，需要決定選取的原動機和載荷狀態(tài)。
在機械設(shè)計中，將使用系數(shù)數(shù)值列于表1-1。
根據(jù)設(shè)計參數(shù)，選擇的狀態(tài)決定使用系數(shù)的數(shù)值，這樣解決了查圖表的問題。
3.2 齒輪設(shè)計校核模塊的開發(fā)
齒輪的設(shè)計計算是比較復(fù)雜的一個過程。
在設(shè)計過程中，既要滿足傳動比的要求，又要滿足強度的要求，所以要多次進(jìn)行參數(shù)調(diào)整和試算后才能得到滿足要求的齒輪，學(xué)生需要較長的時間完成齒輪的設(shè)計計算。
由于給每個學(xué)生的設(shè)計數(shù)據(jù)不一樣，且每個學(xué)生在設(shè)計時所選擇的參數(shù)也不相同，因此開發(fā)了齒輪材料及其設(shè)計計算的模塊，如圖3、圖4所示。
若齒輪的強度不滿足要求，則，所得出的數(shù)字呈紅色，需返回到初始界面重新設(shè)計，輸入及確定相關(guān)參數(shù)。
3.3 整體界面
以上界面是針對標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪進(jìn)行的設(shè)計計算，如進(jìn)行圓錐齒輪、斜齒圓柱齒輪、蝸輪蝸桿等類型的傳動設(shè)計，可依照以上設(shè)計進(jìn)行對應(yīng)的界面設(shè)計。
結(jié)束語
機械設(shè)計課程設(shè)計計算機輔助設(shè)計的開發(fā)，一方面節(jié)約了時間，使學(xué)生可以將設(shè)計重點放在方案設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計上，有利于培養(yǎng)創(chuàng)新能力;另一方面改變了傳統(tǒng)的教學(xué)方式，給這門課程帶來了新的活力，提高了教學(xué)效果和設(shè)計效率。
目前此軟件系統(tǒng)已在教學(xué)中得到應(yīng)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(shè)計在機械設(shè)計教學(xué)應(yīng)用【3】
【關(guān)鍵詞】機械設(shè)計 教學(xué)方法 探究
引言
隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展， 利用計算機輔助設(shè)計來改善機械類專業(yè)基礎(chǔ)課程機械設(shè)計教學(xué)學(xué)模式已成為必然趨勢。
機械結(jié)構(gòu)設(shè)計作為傳統(tǒng)機械設(shè)計教學(xué)中最基礎(chǔ)的一部分，作為教師一方面考慮如何在現(xiàn)有機械設(shè)計理論與方法的基礎(chǔ)上與現(xiàn)代的機械設(shè)計方法和理論，應(yīng)用現(xiàn)代的計算機將兩方面有效的結(jié)合起來，更加拓寬了機械設(shè)計教學(xué)的思路和方法。
本文將從以下幾個方面來探討計算機輔助設(shè)計如何來貫穿于機械設(shè)計的教學(xué)中去。
1.傳統(tǒng)機械設(shè)計教學(xué)中面臨的挑戰(zhàn)
《機械設(shè)計》是一門古老的學(xué)科，隨著時代的發(fā)展本課程的教學(xué)也出現(xiàn)一系列的問題，主要體現(xiàn)在以下四個方面：(1)傳統(tǒng)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(shè)計》課程內(nèi)容的廣泛性與授課方式及學(xué)時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(shè)計的知識，限制了學(xué)生分析、構(gòu)思和設(shè)計能力的培養(yǎng)，阻礙了教學(xué)改革進(jìn)程。
(2)實踐知識的匱乏。
現(xiàn)在的大學(xué)生尤其是近機專業(yè)類的，他們在平時的實踐和實驗課程中接觸機械方面的機會比較少，就是觀察到一些機械機構(gòu)與原理方面的現(xiàn)象，也不會刻意去留意。
這樣的話，學(xué)習(xí)本課程，就更缺乏實踐方面的知識，甚至連感性認(rèn)識都沒有。
(3)現(xiàn)代設(shè)計理論及方法的出現(xiàn)。
近些年來，現(xiàn)代機械設(shè)計方法取得了飛速的發(fā)展，目前常用的有：計算機輔助設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計、摩擦學(xué)設(shè)計、設(shè)計方法學(xué)設(shè)計、并行設(shè)計、人機工程學(xué)設(shè)計、虛擬現(xiàn)實、相似系列產(chǎn)品的設(shè)計、質(zhì)量驅(qū)動設(shè)計、工程反求設(shè)計和分型設(shè)計等。
一個新的機械設(shè)計體系正在發(fā)展和形成，現(xiàn)代設(shè)計方法將不斷得到推廣和應(yīng)用。
這方面也是我們機械設(shè)計教學(xué)遇到的新的挑戰(zhàn)。
(4)缺乏實踐手段，教學(xué)目標(biāo)難以實現(xiàn)《機械設(shè)計基礎(chǔ)》是一門實踐性較強的課程，邊學(xué)習(xí)邊實踐才能實現(xiàn)提高設(shè)計能力、培養(yǎng)創(chuàng)造性素質(zhì)的要求。
但實際上由于學(xué)時所限，加之一般院校缺乏相關(guān)實驗、實習(xí)操作手段，很難達(dá)到上述要求。
由于學(xué)生缺乏對實際機械系統(tǒng)的感性認(rèn)識，所以教學(xué)效果不太理想。
(5)社會需求和要求的不斷提高。
2.計算機輔助設(shè)計融入機械設(shè)計教學(xué)模式的研究
就《機械設(shè)計》教學(xué)在新的時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。
主要從以下四個方面進(jìn)行探究。
(1)機械設(shè)計教學(xué)中推廣三維設(shè)計的方法。
(2)注重培養(yǎng)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)科研究成果與專業(yè)技術(shù)。
以虛擬現(xiàn)實技術(shù)為基礎(chǔ)，以機械產(chǎn)品為對象，能使設(shè)計人員與多維的信息環(huán)境進(jìn)行交互。
同時，利用虛擬技術(shù)可以大大地減少實物模型和樣件的制造。
虛擬技術(shù)以CAD為基礎(chǔ)，是一種新的制造系統(tǒng)，這種系統(tǒng)按應(yīng)用情況又可分為增強的可視化系統(tǒng)和基于現(xiàn)實的CAD系統(tǒng)。
�、僭鰪姷目梢暬到y(tǒng)。
利用現(xiàn)行的CAD系統(tǒng)進(jìn)行建模，通過對數(shù)據(jù)格式進(jìn)行適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換輸出虛擬環(huán)境系統(tǒng)。
利用三維的交互設(shè)備(如頭盔式顯示器、數(shù)據(jù)手套等)，在一個虛擬真實的環(huán)境中，設(shè)計人員對虛擬模型進(jìn)行各個角度的觀察。
目前投入使用的虛擬設(shè)計多采用增強的可視化系統(tǒng)，這主要是因為基于建模系統(tǒng)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。
�、诨谔摂M現(xiàn)實的CAD系統(tǒng)。
利用這樣的技術(shù)用戶可以在虛擬環(huán)境中進(jìn)行設(shè)計活動。
與純粹的可視化系統(tǒng)相反，這種系統(tǒng)不再使用傳統(tǒng)的二維交互手段進(jìn)行建模，而直接進(jìn)行三維設(shè)計。
此外，它也支持如語言識別、手勢及眼神跟蹤等。
這種虛擬設(shè)計系統(tǒng)在機械設(shè)計的教學(xué)中融會貫通，更加深入的了解現(xiàn)代機械設(shè)計的理念和思維。
3.總結(jié)
《機械設(shè)計》是一門非常重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程，內(nèi)容多，課時少。
研究如何解決當(dāng)前機械設(shè)計教學(xué)中面臨的問題，我們一方面要從教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)方法不斷提高和改進(jìn)，另外還要培養(yǎng)在機械設(shè)計中融入現(xiàn)代計算機的設(shè)計思想，增強他們學(xué)習(xí)的主動性，為今后進(jìn)行相關(guān)機械設(shè)計工作打好良好的基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)：
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