 系统性详细概述实用机械设计理论与简史 从 18 世纪 60 年代 “工业 1.0” 蒸汽机时代，到现在 “工业 4.0” 所谓的 “虚拟网络 -实体物理系统” (Cyber-Physical System，CPS)，世界主要工业大国已见证了 150 多年的工业历程。“工业 4.0” 又称智能制造。相比之下，中国工业一直起起伏伏，真正的起步或者说有大的发展时期，是从 1978 年的改革开放起到现在。 世界机械设计发展史 按时间大致分 3 阶段，分别是：机械设计起源和古代机械设计阶段、近代机械设计阶段、现代机械设计阶段 从古代社会到 17 世纪为机械设计起源和古代机械设计阶段。该阶段从学术上严格来说，还谈不上什么机械设计与机械设计理论。这阶段的所有类似机械设计都是基于人们在生活中，对自然规律的总结与体会，并不成系统且比较粗糙。 由 17 世纪至第 2 次世界大战结束为近代机械设计阶段。这个阶段因金属冶练与加工技术的成熟、系统性机械设计理论基本成型、电气自动化的出现，大批量生产具备了条件；所以，才有了极具破坏性的第 2 次世界大战。 从第 2 次世界大战结束直到现在为现代机械设计阶段。这个阶段人们开始研究机械设计方法、在大批量生产的基础上继续提高产品质量。也就是在这个阶段，出现了数控加工技术，设计软件、力学分析软件，人机工程学、等等。  在现代实际生产中，需要学习一些什么机械设计理论才算比较实用且系统呢？下面将会作出解答。在 “工业 3.0” 时代，作为一台现代化设备当然少不了机、电、气、液、光学的共同作用。到了 “工业 4.0”，还要增加 PC 与 “大数据” 及 “互联网思维”。下面将对各部分逐一区别大致描述： 机械部分 机械部分是机械设计理论的基本核心，也是最难最基础的部分。不管是 “工业 1.0”，还是 “工业 2.0”、“工业 3.0”，甚至是 “工业 4.0”，核心都是要有机械的参与才行。机械部分理论可分为几下 3 块： 也就是大家在学校接受的基本教育，譬如：结构力学、材料力学、流体力学、加工工艺、材料成型、机构、机械传动、等等。力学是这里面的重点，力是自然界有形物体驱动或被驱动的能量源。加工工艺与材料成型是做好机械设计的必备前提。机构与机械传动比较复杂一点，但不搞定这两样设备是运转不好的。 机械优化设计主要有用到：弹性力学、摩擦学、振动学、有限元分析、热力学、人机工程学、等等。用得比较多是弹性力学、摩擦学、振动学，每台设备都可能遇到。有限元分析、热力学并不是所有设备在研发、设计、使用过程中，都需要。人机工程学也就是人机交互，人种不同，东西方文化不同理解也会不同。 机械设计方法是形而上的一种机械设计理论。机械设计方法有如功夫片中的内功，虽有点神秘，但还是可传授的，也可在短期内达到一定高水平；但前提是，必需有牢固基本功。机械设计方法很多，譬如：几何法、力学法、简化法、计算法、经验法、电气法、仿生法、软件法、产品导向法、行规法、人机交互法、心理设计法、综合设计法、等等。 这里主要说一下心理设计法：人是一种高智慧生物，在做机械设计这种高脑力劳动时，内分泌及个人信仰可在一定程度上左右您产品的文化倾向。 电、气、液、光学部分 社会上常说的电气工程师，大家可能以为他们一般的工作任务就是负责电 (工)、气 (压)、液 (压) 部分。在很多情况下，这不全对；至少在以研发、设计、生产为主的机械行业大部分不是这样的。很多电气工程师主要只负责电 (工) 部分的编程与接线，及后期调试。 气 (压)、液 (压) 在做方案及技术设计的时候已基本确定。因此，在实际工作中要用好机械设计理论，最好还是把电 (工) 部分也包括进去。电 (工)、气 (压)、液 (压) 部分是 “工业 2.0” 的核心。“工业 3.0” 的核心是：各种传感器、光学传感器。 包括在机械设计理论中的电 (工) 部分，包括：继电器电路、PLC 电路、IC 芯片电路。 “IC 芯片电路” 可独立出来，由成本、稳定性、批量问题决定；加之，主要开发 “IC 芯片电路” 的汇骗语言、C 语言学习有一定难度。 气 (压) 部分主要指的是气动元件、气压回路。这部分不是很难，必须掌握。 液 (压) 部分主要指的是液压元件、液压回路。相比气 (压)，液 (压) 知识要难一些；原因在于：气 (压) 的压力变化范围很小，而液 (压) 的压力变化范围非常广。 由于电气工程师经常调试，所以，他们非常了解光学部分的性能。同样，光学部分在做方案及技术设计的时候也已基本确定。光学部分的知识在 “工业 3.0” 时代才出现，且以后还会是 “工业 4.0” 的核心之一。因为光学部分主要指的是：各种传感器、光学传感器。 PC 与 “大数据” 及 “互联网思维” 产生 “工业 4.0” 的前提是 “Web 2.0”，没有 “Web 2.0” 就只能算是 “工业 3.0”。而 “Web 2.0” 的核心就是 PC 或类似 PC 的智能设备，譬如：智能手机、智能平板。而在这方面的机械设计理论核心是机械手、机械人、3D 打印、高自动化智能设备。 由于这些原因，不是所有企业和国家都可以或可能升级到 “工业 4.0” 的。当然，也不是所有企业和国家都有必要升级到 “工业 4.0”。“工业 4.0” 的前提是：需要这个国家在互联网方面具有强大、系统的高技术前沿支持。说白了，至少得有一个强大的卫星通信网；不可能什么都靠有线吧，这样成本会非常高。再加上各种传感器及 “Web 2.0” 就可基本成形。 也由这些原因，才有了 “大数据” 及 “互联网思维” 的需求。才产生了所谓的 “虚拟网络 -实体物理系统” (Cyber-Physical System，CPS) 概念。 版权声明： 本文为独家原创稿件，版权归 德云社区，未经许可不得转载；否则，将追究其法律责任。 |
