现代设计方法综述及在灌注桩抽芯钻机上的应用摘要：现代设计是传统设计活动的延伸和发展，是传统设计的深入、丰富和完善。
随着计算机技术等现代高新技术的高速发展以及设计实践经验的逐步积累，设计工作包括机械产品的设计过程产生了质的飞跃，这种有别于传统设计方法的新兴理论与方法称为现代设计。
现代设计方法以计算机辅助设计技术为主体，以满足产品的质量、性能、时间、成本、价格等综合效益最优为目的，它不仅指设计方法的更新，也包含了新技术的引入和产品的创新，既是新兴理论，亦是相关高新技术。
本文亦对现代设计方法在灌注桩抽芯钻机设计上的应用，从而更好地理解其在现代设计上重要作用。
关键词：现代设计；现代设计方法；发展趋势；灌注桩抽芯钻机1 现代设计的由来设计是把一种计划、规划、设想通过视觉的形式传达出来的活动过程，是具有高级思维能力的人的本能。
人类为了适应生存环境和发展自身，出现了各种精神上和物质上的需求，为了满足这些需求，人们需要通过创造性的思维产生构思，并采取一定的技术途径实现这些构思，改造世界，创造文明，创造物质财富和精神财富，这个过程就是设计。
因此，可以说从人类诞生之日，就孕育了设计的萌芽，设计活动就是人类文明的创造活动，它不论是在精神财富还是在物质财富的创造中都起到了重要作用。
人类最基础、最主要的创造活动是造物。
设计便是造物活动进行预先的计划，可以把任何造物活动的计划技术和计划过程理解为设计。
随着工业革命的到来，生产方式发生了巨大变化，促使人们加强了设计基础理论和各种专业产品设计的研究，以提高设计水平；同时还加强了零件的标准化、部件的通用化以及产品的系列化研究，以进一步提高设计的速度、质量，降低设计成本。
在计算机出现以前，人们就已经把各种产品设计的经验总结成有关的设计理论、设计步骤和设计手册等，这种设计通常称之为传统设计。
随着科学技术的发展和人们需求的不断提高，促使设计的内涵和外延不断深化和扩展。
从20世纪60年代末开始，设计领域相继出现了一系列新的设计思想、理论与方法，使设计变得更加科学、理性和高效，为了与之前相对经验的、感性的、以人工为主的传统设计相区别，人们称之为“现代设计”。
2 现代设计方法现代设计方法是随着当代科学技术的飞速发展和计算机技术的广泛应用而在涉及领域发展起来的一门新兴的多元交叉学科。
它是以设计产品为目标的一个总的知识群体的总称。
目前它的内容主要包括：优化设计、可靠性设计、计算机辅助设计、工业艺术造型设计、虚拟设计、疲劳设计、三次设计、相似性设计、模块化设计、反求工程设计、动态设计、有限元法、人机工程、价值工程、并行工程、人工神经元计算方法等。
在运用他们进行工程设计时，一般都以计算机作为分析、计算、综合、决策的工具。
本文以计算机辅助设计、优化设计、可靠性设计、有限元法、工业艺术造型设计、设计方法学、三次设计等为例来说明现代设计方法的基本内容与特点。
2.1 计算机辅助设计计算机辅助设计（Computer Aided Design)，简称CAD。
他是把计算机技术引入设计过程并用来完成计算、选型、绘图及其他作业的一种现代设计方法。
计算机、绘图积极其他外围设备构成CAD硬件系统，而操作系统、语言处理系统、数据库管理系统和应用软件等构成CAD的软件系统。
通常所说的CAD系统是只由系统硬件和系统软件组成，兼有计算、图形处理、数据库等功能，并能综合利用这些功能完成设计作业的系统。
2.2 优化设计优化设计（Optimal Design）是把最优化数学原理应用于工程设计问题，在所有可行方案中寻求最佳设计方案的一种现代设计方法。
在进行工程优化设计时，首先把工程问题按优化设计所规定的格式建立数学模型，然后选用合适的优化计算方法在计算机上对数学模型进行寻优求解，得到工程设计问题的最优设计方案。
在建立优化设计数学模型的过程中，把影响设计方案选取的那些参数称为设计变量；设计变量应当满足的条件称为约束条件；而设计者选定来衡量设计方案优劣并期望得到改进的指标表示为设计变量的函数，称为目标函数。
设计变量、约束函数、目标函数组成了优化设计问题的数学模型。
优化设计需要把数学模型和优化算发放到计算机程序中用计算机自动寻优求解。
常用的优化算法有：0.618法、鲍威尔（Power）法、变尺度法、复合型法、惩罚函数法。
2.3 可靠性设计可靠性设计（Reliability Design）是以概率论和数理统计为理论基础，是以失效分析、失效预测及各种可靠性试验为依据，以保证产品的可靠性为目标的现代设计方法。
可靠性设计的基本内容是：选定产品的可靠性指标及量值，对可靠性指标进行合理的分配，再把规定的可靠性指标设计到产品中去。
2.4 有限元法有限元法（Finite Method）是以电子计算机为工具的一种数值计算方法。
目前，该方法不仅能用于工程中复杂的非线性问题、非稳态问题（如结构力学、流体力学、热传导、电磁场等方面的问题）的求解，而且还可以用于工程设计中进行复杂结构的静态和动力学分析，并能准确地计算复杂零件的应力分布和变形，成为复杂零件强度和刚度计算的有利分析工具。
2.5 工业艺术造型设计工业艺术造型设计时工程技术与美学艺术相结合的一门新学科。
他是旨在保证产品使用功能的前提下，用艺术手段按照美学法则对工业产品进行造型活动，包括结构尺寸、体面形态、色彩、材质、线条、装饰及人际关系等因素进行有机的综合处理，从而设计出优质美观的产品造型。
实用和美观的最佳统一是工业艺术造型的基本原则。
这一学科的主要内容包括：造型设计的基本要素、造型设计的基本原则、美学法则、色彩设计、人机工程学等。
2.6 反求工程设计反求工程设计（Reverse Engineering）是消化吸收并改进国内外先进技术的一系列工作方法和技术的总和。
它是通过实物或技术资料对已有的先进产品进行分析、解剖、试验，了解其材料、组成、结构、性能、功能，掌握其工艺原理和工作机理，已进行消化仿制、改进或发展、创造新产品的一种方法和技术。
它是针对消化吸收先进技术的系列分析方法和应用技术的组合。
5.现代设计理论与方法的发展趋势为了提高产品的设计质量，科技工作者深入研究了各种设计方法，获得了许多有重大应用价值的成果，这些成果在诸多产品的设计中发挥了良好的作用。
如果在这个基础上，将宏观研究与微观研究很好地结合起来，我国将在设计理论与方法的研究上有更大的突破。
因此，不断的改进设计理念，使用先进设计制造技术，提高产品质量，降低成本，提高生产率，生产出符合用户需求的高科技产品，这也是现代设计技术的发展方向。
现代设计方法将会是各学科群之间的相互交叉渗透，愈益频繁的一门综合性学科，涉及的内容十分广泛，而且随着科学技术的飞速发展，必将还会有许多新的设计方法不断涌现。
因此，在现有研究成果的基础上，设计理论与方法应该更加突出科学发展观的基本要求；应该更有效地提高产品质量、降低成本和保证使用寿命；应考虑如何缩短设计和制造周期，更广泛地采用信息化技术；应该针对更复杂机械系统和更高难度的问题开展研究工作；应该在最大范围内满足用户对产品广义质量的要求。
3 现代设计设计方法的特点1）程式性要求设计者从产品规划、方案设计、技术设计、施工设计到试验、试制进行全面考虑，按步骤有计划地进行设计。
创造性：突出人的创造性，发挥集体智慧，力求探寻更多突破性方案，开发创新产品系统性：强调用系统工程处理技术系统问题。
设计时应分析各部分的有机关系，寻求多目标兼顾、系统整体最优。
同时考虑技术系统与外界的联系，即人—机—环境的大系统关系。
2）综合性：现代设计方法是建立在系统工程、创造工程基础上，综合运用信息论、优化论、相似论、模糊论、可靠性理论等自然科学理论和价值工程、决策论、预测论等社会科学理论、同时采用集合、矩阵、图论等数学工具和电子计算机技术，总结设计规律，提供多种解决设计问题的科学途径。
3）计算机化：将计算机全面地引入设计。
通过设计者和计算机的密切配合，采用先进的设计方法，提高设计质量和速度。
计算机不仅用于设计计算和绘图，同时在信息贮存、评价决策、动态模拟、人工智能等方面将发挥更大作用。
4 现代设计方法研究的发展趋势由于国际化市场的激烈竞争和用户对产品的功能、质量、价格、供货期、售后服务等要求越来越高，以及高新技术的飞速发展，以信息科学与微电子技术为代表的现代科学技术对制造业的渗透、改造和更新，使传统的制造技术演变成为一门涵盖从产品设计、制造、管理、销售到回收再生的全过程，跨多个学科且高度复杂化、集成化的先进制造技术。
柔性自动化，智能化，并行工程，虚拟制造，精密、微细加工等，是当今先进制造技术的发展趋势。
现代设计技术是现代制造技术的主体技术之一，也是先进制造技术的核心与灵魂，必将伴随着先进制造技术的发展，计算机和信息技术的进步，制造业生产模式的变革，竞争与合作的全球化，人们对生态环境、资源的关切和对产品品质多样化等方面的要求，而发生着深刻的变化。
展望现代设计技术的发展趋势，大致有以下几方面：1）设计过程的数字化，不仅要完善工程对象中确定性变量的数学描述和数学建模，而且更要研究非确定性变量，包括随机变量、随机过程、模糊变量（人的智能、经验、创造力、语言及政治、经济、人文等社会科学因素）等的数学描述和数学建模。
2）设计过程的自动化和智能化研究。
健全、研究、发展各种类型的数据库、方法库和知识库，及自动编程、自学习、自适应等高级商品化软件的研制，如研究设计知识、数据、信息的获取与处理技术、智能CAD人工神经网络专家系统的模型和应用软件等。
3）动态多变量优化和工程不确定模型优化（模糊优化）、不可微模型优化及多目标优化等优化方法与程序的研究，并进一步发展到广义工程大系统的优化设计的研究。
4）网络化并行设计及协同设计技术、方法及软件的研究。
5）虚拟设计和仿真虚拟试验及快速成形技术的深入研究，是一种以计算机仿真为基础，集计算机图形学、智能技术、并行工程、人机工程、材料、成形工艺、光电传感技术和多媒体技术为一体的综合学科研究。
6）大力普及、推广与发展CAD技术的应用研究，其重点是研制开发功能强的商品化软件。
7）面向集成制造和分布式经营管理的设计方法、人员组织及规划的研究。
据参考文献[11]介绍，企业的成功中只有20%来自技术方面，不低于80%依赖于如何组织和设计生产过程。
这也是美国、日本大公司成功的一条经营之道。
如，近年来出现的并行工程（Concurrent Engineering——CE）、精益生产（Lean Production——LP）、灵捷制造（Agile Manufacturing——AM）、准时生产（Just －in－Time）、质量功能配置（Quality Function Deployment——QFD）等生产管理中的设计技术，应依据国情和市场的动态变化研究将这些技术贯彻到生产过程中。