系统性详细概述实用机械设计理论与简史

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：

01、基本机械设计理论

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。

02、机械优化设计理论

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。

03、机械设计方法

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。

01、电 (工) 部分

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。

02、气 (压) 部分

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。

03、液 (压) 部分

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。

04、光学部分

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。