从事非标机械设计的点滴感悟！

多(duō)年来，我在机械非标设计一線(xiàn)跌跌绊绊，主持设计了几十种产品的设计；在这些项目中与帝都知名设计研究院，著名高校及兄弟(dì)单位进行过多(duō)次合作。深深體(tǐ)会到机械设计人才良莠不齐，浑水摸鱼沽名钓誉之徒太多(duō)；大多(duō)数设计人员毕业后很(hěn)少再學(xué)**，甚至平均下来每月还不看一本专业书籍，所以其水平也不敢恭维。   

國(guó)人學(xué)**做事喜欢捷径找方法，总结起来有(yǒu)四种方法：模仿别人，學(xué)**别人的经验消化理(lǐ)解，这是最聪明的方法；经过自己深思熟虑实践，这是最宝贵的方法；总结自己失败的经验和教训，这是最痛苦的方法。國(guó)外的工业帝國(guó)有(yǒu)企业出书和工程师出书，读几本也受益匪浅。但是机械行业鉴于当今知识产权做的不到位，机械行业大都互相堤防，不像電(diàn)子等新(xīn)兴行业，好多(duō)工程师把自己的经验发到论坛上分(fēn)享。机械行业大家相互遮遮掩掩，唯恐被别人看破看懂；在此我想记录下自己设计过程中的点滴，抛砖引玉，互相交流。

古代有(yǒu)三教九流之类的说法“一官、二吏、三僧、四道、五医、六工、七匠、八娼、九儒、十丐”，一目了然，咱们做匠人的值得庆幸的是排到了娼前面。按照当下國(guó)内的说法人才分(fēn)四类：首先是搞艺术，因為(wèi)中华艺术是神圣的所以咱们常人无法达到；然后一流人才做销售，在中國(guó)各种政府采購(gòu)及规则，能(néng)把销售做好不亚于搞艺术。二流的人才做管理(lǐ)，神舟飞天好几年了贪污腐败到现在还没好办法，可(kě)见管理(lǐ)这潭水不是一般的深啊；当你放弃了梦想，失去了斗志(zhì)，没有(yǒu)了勇气，不要过于悲伤，还可(kě)以做三流人才，做技术吧。

七月又(yòu)一届毕业的人才投入到祖國(guó)建设中；这时候可(kě)以验证一下前面所说的三流人才。首先搞艺术的用(yòng)就业就太俗了，所以就不谈就业了。然后清华，北大，北理(lǐ)等名校的一流人才，大都会选择出國(guó)或者外企，帮助洋人在中國(guó)推广销售优秀产品，开盘稳固國(guó)内市场。二流人才就是各部属重点院校的二流人才，大都能(néng)进央企國(guó)企國(guó)家行政部门，企业或行政部门依靠背景资质等承担國(guó)家重任，有(yǒu)党有(yǒu)钱的地方，当然管理(lǐ)是首要任務(wù)。然后三流人才就不值一提了，勉强填饱肚子就知足了。

说句骄傲的话：机械的发明和精巧的设计仅仅是极少数天才人物(wù)凭知识和才能(néng)所掌握的一种技巧，而且在设计时除了设计者的直观能(néng)力外，还要对设计过程的一系列关键过程加以分(fēn)析，并根据相应的规律有(yǒu)计划地予以实现。过去的几位天才的工程师，如阿基米德、达·芬奇、尼古拉斯特拉、他(tā)们把设计思想留给了后人近代的富朗克、汉森、凯塞林、罗登纳克、沃格包尔、等天才从事机械设计研究。但这些搞机械设计的人才们结局都不很(hěn)乐观，看过電(diàn)影“太极”身為(wèi)铁道部总工程师的方子敬和机械设计工程师陈栽秧的悲催遭遇，还有(yǒu)发明家“灰太狼”身為(wèi)机械设计的优秀人才，却為(wèi)每天吃饱肚子发愁，我不明白為(wèi)什么鄙视机械的片都这么流行；就好像央视那军事评论员说美國(guó)的航母不环保一样，自己做不好的东西就要鄙视。

深深地感觉到机械设计师——中國(guó)三流人才里最悲催的职业。之所以称之為(wèi)悲催就是经过痛苦的挣扎和不懈的努力终于从茧里爬了出来却发现自己不是蝴蝶。机械设计有(yǒu)这么难吗？简单地说：设计就是综合。综合是创造一套完成某项给定目标的计划或办法的过程。规定机器的尺寸、形状、材料和零件的组合以便使机器顺利完成它的预定工作的过程。说深奥一些：设计过程的总體(tǐ)却有(yǒu)一种非常象科(kē)學(xué)一样的艺术特性，科(kē)學(xué)在设计中的作用(yòng)仅是為(wèi)设计者提供用(yòng)以实践他(tā)们艺术的工具。想成為(wèi)一个优秀的设计师，要经历以下几个阶段：

1. 婴儿级这个级别就是能(néng)掌握设计所需的工具；熟练操作CAD，ProE，SW，ANSYS、Mathcad等软件，深刻理(lǐ)解材料力學(xué)，工程力學(xué)，机械设计理(lǐ)论，机加工工艺，金属工艺學(xué)等基础理(lǐ)论；熟练掌握公差配合，工程材料等基础知识。当然什么叫做熟练操作，经常见那些自称用(yòng)某种软件很(hěn)熟练的小(xiǎo)伙子们实际操作软件的时候是那么生疏，熟练程度不好界定，如果必须量化那么只能(néng)给个近视量，如果用(yòng)某个软件绘制工程图不到500张，如果三维模型画够上千个就别说自己是熟练。深刻理(lǐ)解力學(xué)理(lǐ)论也一样，不说对那些要点如数家珍，最起码说对一个學(xué)科(kē)能(néng)系统地从头到尾穿起来。熟练掌握是更进一步的要求，举个例子，对于公差配合熟练掌握就是对基准基准體(tǐ)系、形状公差、位置度公差、延伸公差带、等知识熟记于心，对这些公差的应用(yòng)，公差的检测，以及加工过程中保证这些公差的工艺等有(yǒu)初步了解。达到了这些要求，具备了机械设计的基础知识。

2. 幼儿级图纸是工程师的语言，作為(wèi)幼儿就应该學(xué)会说话了；國(guó)标就是语法，常用(yòng)的三五十个制图國(guó)标应该倒背如流，如果有(yǒu)企业标准和规范会稍多(duō)一点，这些倒没这么难绘制两三千张工程图这些标准就会形成一种**惯；关于制图，之前也曾说过“现在好多(duō)工作多(duō)年的机械设计人员连张像样的图纸都画不出来”。三维图也是有(yǒu)语法的，并不是按照尺寸画出三维图就行了：是采用(yòng)自上而下、还是自下而上，如果自下而上从零件时候就必须為(wèi)下一步装配，方针，修改做准备；基准面怎么选，用(yòng)什么特征都不是随便选的；零件图绘制顺序还要结合零件的加工工艺顺序一致，是先拉伸切除还是先旋转切除都要结合零件的加工工艺；三维图装配也一样，根据装配规范的总成逐级装配。

3. 儿童级儿童级是最為(wèi)漫長(cháng)的一个阶段，这个阶段可(kě)以在师傅的指导下完成简单的零件设计。既然是设计肯定要对这个零件的功能(néng)要求力學(xué)性能(néng)了如指掌，然后进行适当的力學(xué)计算；不要依靠分(fēn)析软件，因為(wèi)当没搞明白本质之前，靠软件就是盲目的；在这里需要强调的就是在机械设计中任何软件都是工具，真正宝贵的是设计者的思想和创意，而并非软件。分(fēn)析的目的在于获得符合要求的工作性能(néng)的同时，做到重量轻巧，加工简单，降低成本，其实归根结底就是钱的问题；那么设计就可(kě)以理(lǐ)解為(wèi)在某事某地某工况下為(wèi)某一技术任務(wù)给出一个尽可(kě)能(néng)好的解决办法所必须的一切综合和分(fēn)析的活动，在儿童级别可(kě)以狭义地理(lǐ)解设计即：确定一个零件部件机器的尺寸结构及材料特性等。这个阶段应该很(hěn)清楚设计的每一个零件是怎么加工出来的，用(yòng)到什么机床，采用(yòng)什么样的表面处理(lǐ)工艺，每个公差存在的意义，只有(yǒu)这样才能(néng)保证你设计的零件在当今的加工条件下能(néng)制造出来。然后就是装配问题，心中应该比较明确自己设计的部件，机器，是怎么安装的，采用(yòng)什么工具安装，需不需要吊装孔，要不要定位。然后维修，使用(yòng)，易损件更换是否方便。这个阶段应该深刻认识到对加工工艺了解遠(yuǎn)比理(lǐ)论更有(yǒu)意义，这个阶段你会慢慢感觉到那些每天炫耀三维软件制作三维动画和生成红黄绿网格的最多(duō)只能(néng)算是个制图员。当终于把这个阶段走完的时候，发现作為(wèi)设计师终于可(kě)以自己设计一些简单的结构了。这时候也慢慢发现有(yǒu)人在骂你，或者说有(yǒu)机会挨骂了。因為(wèi)生产、采購(gòu)、使用(yòng)、维修、运输、所有(yǒu)的错误都可(kě)以归结為(wèi)设计的错误，的确如此，因為(wèi)设计的时候都可(kě)以避免的。首先車(chē)间的工人会骂你，理(lǐ)由如下。你设计的一个零件某个工序会让他(tā)们更换20把刀(dāo)具；因為(wèi)你设计的零件某个公差要求导致加工合格率只有(yǒu)50%；因為(wèi)你设计的零件加工时候需要翻来覆去折腾好几次，甚至不得不為(wèi)了加工一个零件而做了一堆工装，因為(wèi)你设计的一个零件质检人员检测时必须用(yòng)三坐(zuò)标才能(néng)检验。当然也会有(yǒu)一些科(kē)研单位不在乎，实现同样的功能(néng)难度越大越能(néng)证明研究所的技术水平高，甚至成為(wèi)炫耀的资本，可(kě)以吹牛我这个零件必须用(yòng)電(diàn)火花(huā)，必须采用(yòng)激光，必须采用(yòng)特种复合材料喷涂。简单就是科(kē)學(xué)是设计的通用(yòng)思想，据说國(guó)外设计师完成一个零件设计后都要问自己两句话公差精度可(kě)不可(kě)以再低一些，结构可(kě)不可(kě)以再简单一些；但是在國(guó)内一切皆有(yǒu)可(kě)能(néng)，以后我把某研设计院特聘专家们让人作呕的设计跟同行们作為(wèi)反面教材分(fēn)享一下，因為(wèi)这是我迄今為(wèi)止见过犯错误犯的最全面的设计。其次就是产品使用(yòng)者会骂，理(lǐ)由更多(duō)。设计出的设备难以操作，或者你写的使用(yòng)说明书密密麻麻50页，让操作者难以掌握，操作者是反应问题最多(duō)的，所以你的设计必须把使用(yòng)产品的人想的足够笨。然后就是误操作，不要怀疑，误操作也是设计者的设计失误造成的，如果你把两个按钮设计的一样，操作者肯定会不小(xiǎo)心按错啊。然后就是舒适度，如果你了解操作者手操作的最佳高度是1~1.2米，一般人手操作50N左右的时候最舒适，低于20N的操作件要考虑误操作的可(kě)能(néng)性，大于130N的操作件人会感觉费力。严谨的统计计算可(kě)以解决这个问题：一个操作手柄在多(duō)高的位置需要多(duō)大的力量可(kě)以扳动这个是可(kě)以计算的，一个普通工人在指定工况下所能(néng)轻松扳动的力量也是可(kě)以统计的，人在什么高度下操作最舒适也是可(kě)以统计的，手握手柄的时候当手柄做成什么形状什么尺寸最舒服，所有(yǒu)的这些问题都要想到。如果这些都满足了，也许客户依然会感觉你的设计不太舒服，或许操作者自己也说不出是哪设计的不合理(lǐ)；这些设计者依然可(kě)以避免，《机械设计心理(lǐ)學(xué)》和《设计美學(xué)》这是设计者的必修课。例如你在一个仪表盘上的数据显示了8位数字，但是一般人的记忆的最佳長(cháng)度是不大于7位；例如你某个结果设计的足够坚固，可(kě)以别人看起来总感觉你这结构弱不禁风；例如本来一个具有(yǒu)亲和力的产品，经过你设计后却让人感觉不敢触摸，等等这些问题，你都可(kě)以在心理(lǐ)和美中找出答(dá)案解决。接下来就说说包装运输及维修，这些因素也应该是设计者需要考虑的。产品采用(yòng)什么样的包装方式，怎么运输，采用(yòng)公路运输时候長(cháng)宽高的限制，如果需要出口产品还要考虑集装箱因素，等等一系列问题。维修更是一门學(xué)问，还是那句话“简单就是科(kē)學(xué)”；同样的产品别的设计师设计的需要取得麻省理(lǐ)工學(xué)士學(xué)位的才能(néng)维修，你设计的只需要一个农民(mín)工便可(kě)维修，这就是设计的境界；同样别家的产品维修售后人员带两把扳手两种配件就搞定了，而你设计的产品需要带一套呆扳手一套套筒扳手一套内六角扳手，外加20种规格配件，这肯定是你设计的失败。所以要做一个少挨骂的设计师，还要树立终身學(xué)**的决心。设计是一份充满挑战的工作，所以不要抱怨有(yǒu)多(duō)少人骂你，也不要想原来我的设计水平是这么烂。

4. 少年级最漫長(cháng)的儿童级终于熬过去了,接下来就是少年级。所谓年少轻狂，这时候感觉自己水平面面俱到，设计也比较轻浮、狂妄，不会深思熟虑，感觉自己经验丰富，总是想当然。到了这个阶段可(kě)以用(yòng)爱去形容，深深地爱着自己的每一个产品，深深地爱着自己的行业。每一个产品都是设计师的孩子；引用(yòng)一句名言“付出才会爱”，那么付出太多(duō)才会爱的痴狂。因為(wèi)為(wèi)机械设计付出过那么多(duō)辛勤的汗水；為(wèi)了设计某个产品而彻夜难眠，甚至為(wèi)设计中的一个失误而在梦中惊醒；注重每个细节甚至為(wèi)了某个螺栓的取舍而费尽心思；為(wèi)了攻读某个學(xué)科(kē)而熬过的无数个夜晚；為(wèi)了未知领域自己一个人与枯燥的专业书為(wèi)伴；最好的年华献给了机械，所以轻狂一些可(kě)以理(lǐ)解因為(wèi)你已经具备了一些可(kě)以轻狂的基础。工艺方面。这个阶段不但清楚地知道每一个零件是怎么加工出来的，而且知道这个零件有(yǒu)多(duō)少种加工方法，每道工序在机床上装卡几次，需要什么样的机床附件，需要用(yòng)到什么规格的刀(dāo)具等；拿(ná)螺纹為(wèi)例：車(chē)削内外螺纹各需要什么的車(chē)刀(dāo)，常见螺纹刀(dāo)有(yǒu)多(duō)少种，螺纹刀(dāo)进刀(dāo)方式有(yǒu)多(duō)少种，梯形螺纹锯齿形螺纹矩形螺纹各怎么加工。总之，一切错误都是设计者的错，机械设计者是可(kě)怜的。设计出好的产品并非是件容易的事情。厂商(shāng)希望尽量降低成本，销售商(shāng)希望产品能(néng)吸引客户。客户在采購(gòu)时候领导会注重产品的价格、外观和品牌；一線(xiàn)使用(yòng)人员更在乎产品的功能(néng)和操作。售后维修人员所关心的则是产品拆装、检查和维修的难易度。与产品相关的各方面有(yǒu)不同的需求，而且这需求还经常相互冲突。即便如此，一个优秀的设计师依然能(néng)够设计出让各方面都能(néng)接受或都能(néng)满意的产品自己一番牢骚写了这么多(duō)字，**说过“牢骚太盛防肠断,风物(wù)長(cháng)宜放眼量”。看来我的废话是有(yǒu)点多(duō)了，言归正传。钱學(xué)森临死之前给教育部長(cháng)写信说：”為(wèi)什么我们的學(xué)校就培养不出杰出人才呢(ne)“，著名的钱學(xué)森之问。民(mín)國(guó)时期培养的知名科(kē)學(xué)家：邓稼先、侯德榜、梁思成、吴有(yǒu)训、陈建功等，建國(guó)后就再也没出过國(guó)际公认的什么家了。机械领域也是一样，1949年建國(guó)，经过9年义務(wù)教育8年高等教育，1949+9+8=1966年新(xīn)人才开始写书，事实也正是如此，1966年以后出版的机械书籍中很(hěn)难找到一本好书，大都是為(wèi)了职称积分(fēn)等拼凑的专业书。1985年教育改革开始，随着電(diàn)脑的推广，扫描及复制粘贴水平迅速提高，专业书籍的数量与日俱增，这时候就会想，同样是复制粘贴為(wèi)什么还会有(yǒu)错的呢(ne)，难道是盖茨的程序错咯。如果不凑书，不拼对教材，其实复制黏贴的水平高低对于机械设计来说并不重要 。机械设计的重点在于以下几个方面：

1、绘图是一个设计师的脸面，面子工程由一张图纸可(kě)以看出一个工程师的基本素质，一张图纸可(kě)以看出设计师的严谨程度和对國(guó)标的掌握情况，一张图纸也可(kě)以看出设计师对加工工艺的熟悉程度。绘图的境界就是严谨与艺术的结合，所有(yǒu)的标准、知识、分(fēn)析都是為(wèi)了一个字“美”，这是对绘图的较高层次的要求。作為(wèi)设计师的基本功，所谓功到自然成，“绘制过18K张图纸，才会看到超越机械的美”。

2、螺纹的设计应用(yòng)可(kě)以看出设计师的基础是硬工夫装不出来的。螺纹就像是数學(xué)中的“0”，最简单却又(yòu)最复杂，随处可(kě)见但又(yòu)千变万化。从日不落帝國(guó)发明了英制螺纹，然后山(shān)姆大叔推行联盟标准并衍伸到公制（米制）螺纹，公制螺纹在严谨的日耳曼民(mín)族推广至欧洲大陆然后漂洋过海来到了中國(guó)，螺纹在漫長(cháng)的演变中应用(yòng)到各种各样的工况。常见的米制普通螺纹，美制统一螺纹，英制惠氏螺纹，小(xiǎo)螺纹，航空航天螺纹。用(yòng)于传动的米制梯形螺纹，爱克母螺纹，米制锯齿螺纹，美制锯齿形螺纹，英制锯齿形螺纹。用(yòng)于密封的英制密封管螺纹，英制非密封管螺纹，日韩旧英制管螺纹，美制密封管螺纹，美制干密封管螺纹，美制非密封管螺纹米制管螺纹。另外还有(yǒu)行业专用(yòng)螺纹等。螺纹作為(wèi)复制的空间曲面力學(xué)分(fēn)析更為(wèi)复杂。

3、公差是一门哲學(xué)，是一种思想公差配合是机械的精髓所在。公差之所以称為(wèi)精髓，因為(wèi)公差是影响产品性能(néng)，成本的重要因素；公差可(kě)以解决降低成本和保证性能(néng)的矛盾；对公差的理(lǐ)解也可(kě)以看出设计师空间想象能(néng)力，抽象事物(wù)理(lǐ)解能(néng)力，逻辑思维能(néng)力。在我所接触过的机械设计行业中，能(néng)搞明白公差的人少之又(yòu)少，说白了就是没有(yǒu)；在我看过有(yǒu)关公差的书籍里，能(néng)写明白公差的人寥寥无几，大都一知半解就粘贴上去了。我曾去图书馆查阅关于公差的书籍，这类的书籍在书架上应该有(yǒu)上百本，但是从深度上没有(yǒu)找到一本满意的，不禁想國(guó)图、首图这些人们采購(gòu)书的时候....

4、数學(xué)、力學(xué)决定着机械设计的高度设计就是规定机器的尺寸、形状、材料、零件组合特征及组合方式。在设计者要有(yǒu)科(kē)學(xué)的支撑，要运用(yòng)大量的数學(xué)，力學(xué)及相关學(xué)科(kē)工具；数學(xué)、静力學(xué)、运动力學(xué)、动态力學(xué)所得到的信息会比设计师凭直觉和估计要精确可(kě)靠。再者，机械原理(lǐ)，机构學(xué)等本质也都是数學(xué)物(wù)理(lǐ)的组合。

5、英语水平高低决定着设计师的发展空间。

6、如果说前面这些是一个人的肉體(tǐ)，那么思维方式、设计思想、设计风格就是一个设计师的灵魂。