现代机械设计技术

    机械设计在工程设计中占有相当重要的地位。展望现代机械设计技术的发展前景，无疑是我们关心和研究的重要课题，同时也只有在此基础上，我们才能对机械设计的规划发展项目和关键技术提出合理的建议。
    现代设计技术主要包括：优良性能设计基础技术、竞争优势创建设计技术、全寿命周期设计技术、绿色产品设计技术等。下面分别加以介绍。

    优良性能设计基础技术

    这是以提高机械产品综合性能为目的的设计技术，同时也是在传统性能设计基础上提出的，在对机械及其零件进行材料、结构和尺寸设计的前提下，运用摩擦学及断裂力学等一系列科研成果，从个体设计到系统设计，并从深度和广度上拓展此项设计技术的内涵和外延。其内容包括以下几种设计技术：
    可靠性设计和实验技术：这是综合众多学科成果以解决产品可靠性为出发点的一门应用工程技术。它研究的是产品和系统的故障原因、消除和预防等问题。
    防疲劳断裂设计技术：它是研究在交变的外界因素如载荷、电场、温度等作用下，材料和结构在各种工作环境下抗破坏能力的一门科学。
    系统动态设计技术：该技术是对结构动态特性，如固有频率、振型、动态响应、运动稳定性等进行分析、评价与设计，以谋求结构系统在工作过程中受到各种预期可能的瞬变载荷及环境作用时，仍然保持良好的动态性能与工作状态，并具有足够的稳定性。
    摩擦学设计技术：该技术是以工程力学、流体力学、流变学、表面物理与表面化学等为主要理论基础，综合利用材料科学和工程热物理等学科的研究成果，以数值计算和表面技术为主要手段的边缘学科。它的基本内容是研究工程表面的摩擦、磨损和润滑问题。
    防腐蚀设计技术：其基本内容包括：材料的选择及其加工制造工艺的制订；防腐蚀结构设计与强度设计；防腐蚀方法的选择与设计；设备预期寿命概率和可靠性分析等。
    状态监测补偿与控制技术：该技术是用物理和化学的检测、分析方法对机械产品在运行状态下各种参数进行定量检测和分析，从而作出故障产生原因和部位的正确判断。

    竞争优势创建设计技术

    这是在市场经济体制下形成和发展起来的。竞争机制和供求关系是市场经济的两大特点，这就要求生产设计人员要用新观点、新原理和新功能来设计不断满足顾客需要的新产品，进而使企业在全球范围的激烈竞争中始终处于不败之地。该项内容包含以下几种设计技术：
    产品创新设计技术：该技术就设计而言一般可分为三类：适应性设计(Adaptive Design)、变型设计(Variant Design)和创新设计(Creative Design)。其中创新设计是针对新的或预测的需求，从已知的、经过实践检验可行的理论和技术出发，充分运用创造性思维，构思并设计出过去所没有的全新事物的技术过程。
    降低成本设计技术：也称面向成本的设计(DFC)，它是在保证功能和质量的前提下，通过降低成本来提高产品经济性以加强竞争优势的设计技术。实践证明，产品成本的70%以上决定于设计。因此，降低和优化产品成本已成为目前众多机电产品开发设计成功的关键。
    快速设计技术：由于市场动态多变性，使产品投放市场的时间日益成为决定产品竞争力的重要因素。快速设计技术是在现代设计理论和方法的指导下，应用微电子、信息和管理等现代科学技术，以缩短产品开发周期为目的的一切设计技术的总称。
    仿真与虚拟设计技术：计算机仿真技术是以计算机为工具，建立实际或联想的系统模型，并在不同条件下，对模型进行动态运行(实验)的一门综合性技术。近年来不断涌现和迅速发展的高新技术，如计算机仿真建模、CAD/CAM及先期技术演示验证、可视化计算、遥控机器和计算机艺术等，都有一个共同的需求，就是建立一个比现有计算机系统更为真实方便的输入输出系统，使其能与各种传感器相连，组成更为友好的人机界面的多维化信息环境。这个环境就是计算机虚拟现实系统(VRS)，在这个环境中从事设计的技术即称之为虚拟设计(Virtual Design，VD)。
    智能设计技术：由于缺乏人类设计师所具有的推理和决策能力，传统CAD系统已不能满足设计过程自动化的要求。于是智能CAD(ICAD)的理论研究和应用实践便随之而产生了。ICAD系统既具有传统CAD系统的数值计算和图形处理能力，又具有知识处理能力，能够对设计的全过程提供智能化的计算机支持。智能设计就是对智能CAD理论和应用的研究。
    广义优化设计：它主要从方法学角度把传统优化过程中单纯优化算法的研究向前扩展到建立和处理模型，向后扩展到对优化结果显示全过程的研究，并结合先进的计算机技术开发相应的商品化广义优化软件。
    造型色彩设计技术：它是工业设计(Industrial Design)技术的核心，具体指一个构思与表达的过程，设计构思是受市场营销学、普通心理学、消费心理学、人机工程学、技术美学和现代科学技术等因素的约束而形成的；表达设计即传达设计思想的方法和表现技法，可以从简单、传统的手工绘制的效果图、外观模型到复杂的计算机辅助设计效果图及电子模型和由快速成型方式完成的精确效果模型。

    全寿命周期设计技术

    这要求设计产品时不仅要考虑产品的功能和结构，而且要设计产品的全寿命周期，也就是要设计产品的规划、设计、制造、营销、运行、使用、维修保养，直到回收再用处置的全过程。全寿命周期设计意味着：在设计阶段就要考虑到产品生命历程的所有环节，以求产品全寿命周期设计的综合优化。这项内容具体由三种设计技术组成：
    并行设计技术：其思想是在产品开发的初始阶段，即规划和设计阶段，就以并行的方式综合考虑其生命周期中所有后续阶段，包括工艺规划、制造、装配、试验、检验、营销、运输、使用、维修、保养，直至回收处置等环节，降低产品成本，提高产品质量。其基本特征是集成性，反映了产品全寿命周期各环节间的耦合作用。
    面向制造的新技术：该技术在设计阶段就尽早考虑与制造有关的约束，全面评价和及时改进产品设计，可以得到综合目标较优的设计方案，并可争取产品设计和制造的一次成功。
    产品数据管理技术：它是设计技术的关键，能有效地管理在产品生命链各环节中产生的或者所需要的大量数据和信息，包括工程规范、文档、图纸、CAE/CAD/CAM文件、产品结构模型、产品设计结果、产品订单、供应商状况以及产品工作流程等，做到将正确的数据或信息在适当时间传递到正确的位置或传递给相应的人，这是产品全寿命周期数据管理技术研究的根本内容。

    绿色产品设计技术

    这是对产品在其生命周期中，按符合环境保护、资源利用率最高、能源消耗最低的要求进行设计的技术。它包括以下几种技术：
    面向环境设计技术：也称绿色设计(Green Design)，即在产品整个生命周期内，以系统集成的观点考虑产品的环境属性(可拆性、可回收性、可维护性、可重复利用性和人身健康及安全性等)和基本属性，并将其作为设计目标，使产品在满足环境目标要求的情况下，同时具备应用的基本性能、使用寿命和质量等。
    面向能源设计技术：这是指用对环境影响最小和资源消耗最少的能源供给方式来支持产品的整个生命周期，并以最小的代价来获得能量的可靠回收和重新利用的设计技术。产品设计是影响能源消耗最关键的环节，在产品功能和基本要素确定的情况下，产品的结构布局、材料选择、加工工艺、可制造性、可装配性和可重复使用性等影响能源消耗的主要因素都是在设计阶段确定的。
    面向材料设计技术：该技术以材料为对象，在产品整个寿命周期中的每一阶段，以材料对环境的影响有效利用作为控制目标，在实现产品功能要求的同时，使其对环境污染最小和能源消耗最少。
    人机工程设计技术：它是以人机工程学理论为基础、面向人的产品设计技术。人机工程又称为人体工程(美国称为Human Factors,欧洲国家称为Ergonomics)，它依据人的心理和生理特征，利用科学技术成果和数据设计技术系统，使之符合人的使用要求，改善环境和优化人机系统，随之达到最佳配合，以最小的劳动代价换取最大的经济成果。
    最后需要着重强调的是，以上四项设计技术无一不是在计算机技术高速发展成果的支持和应用下实施的。如网络技术、CAD、CAM、CIMS(计算机集成制造)、CACD(计算机辅助概念设计)、人工智能和专家系统等。