１ 引言
现代机械设计已经由传统的一般机械工业产品设计发展到直接面向市场的工业产品设计，因此，机械设计方法的发展与工业设计方法的发展是相互包容、相互借鉴和相互促进的。在我国，随着计划经济体制向市场经济体制转化，传统的机械零、部件或一般常用机械产品的设计方法已经不能适应现代机械工业产品设计的需要，这是目前我国机械工业产品缺乏竞争力或生命力的根本原因之一。在我国，近年来现代机械设计方法已经得到了迅速发展，形成了许多相对比较成熟的分支学科，如机械可靠性设计、防断裂设计、抗疲劳设计、耐磨损设计、机械CAD、机械优化设计等，这些方法在实际的一些机械产品设计中得到了不同程度的应用，取得了可观的效益。但这些方法还没有被广大机械设计师普遍掌握和应用，一些新的设计思想和方法更有待于探索和发展。在此，作者根据多年的有关研究结果和实践总结，提出机械设计中的材料设计方法问题，并结合工业设计方法发展的新成果，概述现代机械设计中材料设计的改进方法。以期抛砖引玉，得以讨论和发展。
２ 机械设计中的材料设计问题
材料是工业产品设计的物质基础，任何一种产品设计只有同选用材料的性能特点及其加工工艺性相一致，才能实现设计的目的和要求。材料的品种繁多，性能各异，但只有通过设计和加工才能实现真正的使用价值和审美价值。随着人们对工业产品的使用性能、技术性能及造型款式的要求愈来愈高，需要设计人员熟悉产品设计与材料的关系，掌握各种材料的性能特点及其加工工艺，了解新型材料，从而运用设计手段，充分利用材料的内在功能和表面特征，创造出使用功能好、技术性能高、款式新颖的工业产品。在机械产品设计中，材料设计的重要性愈来愈显著，它对机械产品的性能、价格、造型、重量等都有直接的影响。
传统的机械设计方法中，材料设计实际上仅仅是“材料选择设计”，而这些材料的选择设计过程中，往往也是根据以往设计人员的经验，即设计手册中提供的参考资料或数据来进行的，而这些参考数据常常仅是在一定的标准试验条件下得到的实验数据。这样的材料设计方法，有几个方面的缺点：其一，由于使用条件与实验条件的差异，标准试验过程本身的不确定度问题等，根据参考资料和数据选择材料生产出的机械产品在使用过程中常常会发现不合适，某个（些）零（部）件材料或者因为仅能很好满足整机使用的部分功能而其它功能一般，或者因其某个方面的性能特点产生了对整机其它方面性能的不良影响而致使整个机械产品性能达不到要求，甚至报废；其二，现在工程材料研究发展很快，特别是一些材料加工方法、工艺的改进和发展，使得原有的材料可以达到更高的性能要求，发挥更大、更好的作用。但是这些新材料、新方法、新工艺不可能在短期内编入设计手册，有些内容甚至会滞后十年或几十年，这与当今社会发展对新产品更新速度的要求显然是不适应的，换言之，按手册选择的材料在新产品的开发创新设计中往往是落后的，这将直接影响产品的竞争力或生命力。
３ 案例分析
３．１ 轮—轨耐磨性设计
在铁路的多曲路段，机车轮缘磨损严重，它不仅造成极大的经济损失，而且会危害行车安全。机务部门急迫地需要解决这一问题。从工程摩擦学角度看，轮—轨是一对摩擦副，是一个系统的两个元素，研究其耐磨性问题，应该从整个系统出发，考虑双方的材料最佳配对，以达到使用寿命的最长值，作者基于此研究了一种机车轮缘中频局部淬火技术，经理论分析计算、大量的实验室试验和机车实际运行试验，得到了轮—轨硬度匹配最佳值，在这一硬度比时，可以使机车轮的寿命在不影响钢轨寿命的情况下，提高２～３倍。这种方法是在不改变现有的路轨和机车轮材料的前提下，用一种常规热处理工艺改变其严重磨损区的局部材质，它是经济、易行的。然而，我国的铁路部门，机车轮归机务部门管理而铁轨归工务部门管理，机车轮和钢轨分别由不同的定点厂家生产。早期时候，在多曲路段，机车轮和钢轨磨损都很严重，工务部门就采用淬硬轨，结果是钢轨的寿命延长了，但更加剧了机车轮缘的磨损。作者公开发表研究结果后，并未得到反响，或许主要还是现有体制的制约。当然，机车轮延寿技术可以是多种的，因为轮—轨系统是一个复杂系统，作者研究的只是其中的一种有效方法而已。
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