摘 要：机械性能主要由机械设计来形成，而机械设计又组成了机械工程，它的质量好坏能够影响到制造出的产品在质量和性能方面的表现，对研发周期和产生的经济效益也有一定作用。传统机械设计技术与现代机械设计技术的内涵、应用及它们之间内在联系，本文围绕我国机械设计技术的现状，并探索其未来发展趋势，以促进我国机械设计技术的进一步发展。
关键词：机械设计技术；现状；趋势
1 前言
随着科学技术的发展，产品功能要求的增加，特別是产品的复杂性增加，更新换代速度加快致使寿命期缩短，对产品的设计，尤其是机械产品方案的设计要求越来越高。当前设计技术是以计算机技术为依托，以网络为基础，在现代管理理论支撑下，根据全新的机械设计理论、和方法，真正达到和实现计算结果最优化，已经成为一种定量动态化得科学设计模式，现代设计不仅要实现产品的基本功能，更应体现人性化和环境保护的设计理念，这些也是当前机械设计方法的发展趋势和方向。
2 机械设计技术的现状
2.1 一般机械设计现状
优化设计、有限元设计是现代机械设计中的最主要的设计技术。优化设计的学科理论基础是高等数学中的线性规划理论，所凭借的技术支撑是计算机数值程序设计。在机械设计过程中，通过运用数学优化思维和现代计算机技术对所有的机械设计方案进行优化分析，进而选择能够解决各种复杂问题和指标最优的优化方案进行机械设计，能够从最大程度上实现机械设计的完美追求。
2.2 冶金机械设计
目前在冶金机械设计中应用的现代设计理论和方法，例如优化设计方法、有限元设计方法、可靠性设计方法、创新设计方法等，虽然各种现代设计理论和方法在具体应用过程中，立脚点和出发点存在差异，但其均以提升机械设备的整体性能，推动冶金设备更加节能环保为主要目标。需要注意的是，随着冶金机械市场竞争的愈加激烈，在冶金机械设计的过程中基于人类现有的科学技术成果进行机械创新设计具有必要性，这对设计机构创新，设计方法创新等方面均提出了较高的要求。另外，在人工智能技术深化发展的过程中，将人工智能、认知科学等应用于冶金机械设计中也具有必要性，但在设计的过程中，要以生态效益、安全可靠性、经济效益最优等作为现代技术应用的基本前提，使先进的技术和方法在现代设计理论的指导下，合理的应用于冶金机械设计过程中。
3 发展中存在的问题
我国的机械制造技术在发展中存在着一些问题，同国外的技术在产品结构、生产投入结构和产業组织结构方面都有着不小的差距，从以下几个方面： 1） 机械设计技术制约了我国机械制造业的产品结构；在对外引进技术和赶超型发展策略的指引下，中国机械制造业得到了更为迅速的发展，且中国拥有数不胜数的劳动力资源，但是缺乏资金投入，这使得机械制造业的技术进步十分缓慢。在劳动力的带动下，中国的劳动密集型产品数量众多，但拥有高科技含量的高、精、尖产品数量不多。机械制造业的质量得到一定提高，但质量仍不能令人满意，主要是外观设计、产品性能和稳定性方面还有很大不足。2） 机械设计技术制约了我国机械制造业的生产投入结构；一般竞争性行业，机械制造业竞争力的条件和福利状况直接影响生产投入的结构。企业之间的竞争，实际上是科技实力和创新能力的竞争，科技实力和技术创新能力在很大程度上取决于研究和开发的投资。发达国家为了保持市场竞争力的机械制造行业，增加投资在科学和技术方面的努力，以进一步扩大其领先的技术优势，使企业充分竞争的情况下变成了“垄断竞争”，在许多关键领域中占据了有利的战略位置。
4 机械设计技术与应用
4.1 有限元设计
有限元分析技术FED（Finite Element Design）是当前广泛应用的项工程分析技术。近年来，随着计算机技术的普及，有限元设计在机械设计领域的应用变得更为普遍。该技术不仅能够用于机械设计汇中比较复杂的非稳态以及非线行问题，同时在机械设计中也可以用于复杂结构的静动态研究，可以十分精确地计算出形状复杂构件的应力变化和分布情况，是当前复杂构件强度及刚度计算分析的常用工具。有限元法的基本思想为用有限个容易分析的单元用结构离散化进行相应表示，单元与单元之间用有限个节点进行连接，此后依据变形协调条件进行求解。因为单元的数目和相应的节点数目都是有限的，所以该方法被称为有限元法。该方法的最大特征为灵活性很强，仅需改变单元的数目，就能够完成对解的精确度变化，可以获得和实际情况十分接近的解。有限元法基本理论需要综合运用数学和力学等多方面知识。在机械设计中，有限元法的广泛应用使在机械设计发生了深刻变革，实现了从经验设计到理论设计的飞跃。
4.2 最优化设计
最优化设计方式的出现虽然较晚，但发展十分迅速，在机械产品中、机械零件、钻用机械等多个方面均有十分广泛的应用，优良性设计是计算机技术、优化数学以及机械设计等多个学科的综合运用，在当前机械设计领域作用发挥日益显著，是当前机械设计的趋势之一，应用最优化设计可以有效改善机械产品性能，同时在降低成本等方面也具有重要意义。
5 机械设计技术的发展趋势
5.1 优良性能设计技术
优良性能设计是以提高机械产品综合性能为目的的设计技术，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。优良性能设计技术包括以下几种设计技术：可靠性设计、系统动态设计、防疲劳断裂设计、摩擦学设计、防腐蚀设计、状态监测补偿与控制技术等等。这是综合众多学科成果以提高产品优良性能为出发点的一门应用工程技术。它研究的问题是：产品和系统的故障原因、消除和预防等问题；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；产品的防腐蚀结构、强度及方法设计，材料的选择及其加工制造工艺的制订，设备预期寿命概率和可靠性分析等；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等等问题。
5.2 竞争优势创建设计技术
竞争机制和供求关系是市场经济的两大特点，在市场经济体制下要求生产设计人员要用新观点、新原理和新功能來设计不断满足顾客需要的新产品，使企业在激烈竞争中始终处于不败之地。竞争优势创建设计技术包括以下幾种设计技术：产品创新设计、降低成本设计、快速设计、仿真与虚拟设计、智能设计、广义优化设计、造型色彩设计。它研究的问题是：产品的不断更新；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；缩短产品开发周期使产品投放市场的时间来提高产品竞争力；利用计算机仿真技术和计算机虚拟现实系统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；使用智能 ICAD系统既具有数值计算和图形处理能力，又具有知识处理能力，对设计的全过程提供智能化的计算机支持；构思与表达由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精确效果模型。
5.3 全寿命周期设计技术
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，即要设计产品的规划、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。全寿命周期设计技术包括以下三种设计技术：并行设计、面向制造的新技术、产品数据管理技术。
5.4 绿色产品设计技术
绿色产品设计技术是在产品生命周期中，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、面向能源设计、面向材料设计、人机工程设计等。它研究的问题是：在产品整个生命周期内，考虑产品的环境属性即可拆性、可回收性、可维护性、可重复利用性和人身健康及安全性等，并将其作为设计目标，使产品满足环境目标的要求；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。
将普通原材料优化为节能环保的材料，这个优化的过程只有一个原则就是“资源的节约”，在这个原则指导下，设计者首先要对工程机械的运作方式、原理、材料选择都有深入细致的了解，对于每个环节都熟悉于心。工程机械设计的每一个环节都进行处理优化，节约资源，实现绿色设计。
6 结语
随着经济的发展，计算机网络技术的普及，机械设计方法已经有了实质性改变， 机械设计逐渐向数字化、网络化方向发展，科技新成果，不断丰富着机械设计的思想、理论以及方法，不断促进了机械设计发展和变革。广大机械设计师，应不断更新设计思维和方法，更好地运用现代科技，不断提高设计水平，提升市场竞争力。
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