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在各种各样的现代机械设计方法中，较具代表性的方法有：计算机辅助设计、有限元法、可靠性设计、优化设计、创新设计、动态设计、智能设计、虚拟设计、并行设计等。下面简要介绍几种方法。
计算机辅助设计（Computer Aided Design），简称CAD。它是指在设计活动中，利用计算机及工程设计软件作为工具，帮助工程技术人员进行设计的一切有关技术的总称。
计算机辅助设计系统由硬件系统和软件系统构成，其中，硬件系统包括计算机主机、输入设备、输出设备、图形显示器、外存储器及其他通信接口。软件系统由系统软件平台、支撑软件和应用软件三个层次构成。
常用的CAD软件有AutoCAD、CAXA、Pro/Engineer、Unigraphics等。
AutoCAD是由美国Autodesk公司于20世纪80年代初为微机上应用CAD技术而开发的绘图程序软件包，目前已经在航空航天、造船、建筑、机械、电子、化工、美工、轻纺等很多领域得到了广泛的应用。
CAXA是北京北航海尔软件有限公司的品牌产品，其也是一个包括了CAM/CAE等模块的系统包，从二维制图到三维实体都很全面，受到很多国内中小企业的青睐，服务于中国制造业。
Pro/Engineer是美国参数技术公司（简称PTC）的产品，于1988年问世。Pro/Engineer具有先进的参数化设计、基于特征设计的实体造型和便于移植设计思想的特点，该软件符合工程技术人员的机械设计思想。Pro/Engineer有20多个模块供用户选择，故能将整个设计和生产过程集成在一起。Pro/Engineer在三维机械设计领域功能非常全面，拥有众多的用户。
Unigraphics缩写为UG，是一个交互式CAD/CAM（计算机辅助设计与计算机辅助制造）系统，它功能强大，可以实现各种复杂实体及造型的建构。UG起源于美国麦道（MD）公司的产品，早年运行在工作站的Unix系统下，1991年11月被并购入美国通用汽车公司EDS分部，Unigraphics由其独立子公司UGS开发，后与同样被并购入的SDRC公司I-deas软件整合，推出Unigraphics NX。这是一个高端的CAD机械工程辅助系统，适用于航空、航天、汽车、通用机械以及模具等的设计、分析及制造工程。
有限元法（FEA，Finite Element Analysis）的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的（较简单的）近似解，然后推导求解这个域的满足条件（如结构的平衡条件），从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。
有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的离散单元。有限元的概念早在几个世纪前就已产生并得到了应用，例如用多边形（有限个直线单元）逼近圆来求得圆的周长，但作为一种方法而被提出，则是最近的事。有限元法最初被称为矩阵近似方法，应用于航空器的结构强度计算，并由于其方便性、实用性和有效性而引起从事力学研究的科学家的浓厚兴趣。经过短短数十年的努力，随着计算机技术的快速发展和普及，有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域，成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法。
有限元方法与其他求解边值问题近似方法的根本区别在于它的近似性仅限于相对小的子域中。20世纪60年代初首次提出结构力学计算有限元概念的克拉夫（Clough）教授形象地将其描绘为：“有限元法=Rayleigh Ritz法+分片函数”，即有限元法是Rayleigh Ritz法的一种局部化情况。不同于求解（往往是困难的）满足整个定义域边界条件的允许函数的Rayleigh Ritz法，有限元法将函数定义在简单几何形状（如二维问题中的三角形或任意四边形）的单元域上（分片函数），且不考虑整个定义域的复杂边界条件，这是有限元法优于其他近似方法的原因之一。
对于不同物理性质和数学模型的问题，有限元求解法的基本步骤是相同的，只是具体公式推导和运算求解不同。有限元求解问题的基本步骤通常为：
第一步：问题及求解域定义。根据实际问题近似确定求解域的物理性质和几何区域。
第二步：求解域离散化。将求解域近似为具有不同有限大小和形状且彼此相连的有限个单元组成的离散域，习惯上称为有限元网络划分。显然单元越小（网络越细）则离散域的近似程度越好，计算结果也越精确，但计算量及误差都将增大，因此求解域的离散化是有限元法的核心技术之一。
第三步：确定状态变量及控制方法。一个具体的物理问题通常可以用一组包含问题状态变量边界条件的微分方程式表示，为适合有限元求解，通常将微分方程化为等价的泛函形式。
第四步：单元推导。对单元构造一个适合的近似解，即推导有限单元的列式，其中包括选择合理的单元坐标系，建立单元试函数，以某种方法给出单元各状态变量的离散关系，从而形成单元矩阵（结构力学中称刚度阵或柔度阵）。
为保证问题求解的收敛性，单元推导有许多原则要遵循。对工程应用而言，重要的是应注意每一种单元的解题性能与约束。例如，单元形状应以规则为好，畸形时不仅精度低，而且有缺秩的危险，将导致无法求解。
第五步：总装求解。将单元总装形成离散域的总矩阵方程（联合方程组），反映对近似求解域的离散域的要求，即单元函数的连续性要满足一定的连续条件。总装是在相邻单元结点进行，状态变量及其导数（可能的话）连续性建立在结点处。
第六步：联立方程组求解和结果解释。有限元法最终导致联立方程组。联立方程组的求解可用直接法、选代法和随机法。求解结果是单元结点处状态变量的近似值。对于计算结果的质量，将通过与设计准则提供的允许值比较来评价并确定是否需要重复计算。
简言之，有限元分析可分成三个阶段，前处理、处理和后处理。前处理是建立有限元模型，完成单元网格划分；后处理则是采集处理分析结果，使用户能简便提取信息，了解计算结果。
目前，普遍使用的通用有限元软件有NASTRAN、ANSYS、MACRO等。这些软件具有功能强大的前处理（自动生成单元网格，形成输入数据文件）和后处理（显示计算结果、绘制变形图、等直线图、振型图并可动态显示结构的动力响应等）程序。
可靠性设计（Reliability Design）是以概率论和数理统计为理论基础，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。
本书的第4章将对可靠性进行进一步介绍。
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法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（Powell）法、变尺度法、复合形法、惩罚函数法等。
本书的下篇将对优化设计进行更多介绍。
不论是国内还是国外，动态设计（Dynamic Design）都还处在初级阶段，许多深层次动态设计问题正处于研究过程中。目前大型高速旋转机械屡屡发生毁机事故，而这些事故多数是在强非线性、非稳态的条件下发生的。近年来国内外科技工作者对这些机械的动态设计十分重视，这就促使动态设计从一般的动态设计向更深层次的方向发展，即向非稳态、非线性、不确定、高维、多参数的研究方向发展。由此需要采用更高深的理论、方法与技术进行更深层次的动态设计，这对设计者而言难度更大。
智能设计（Intelligent Design）有两层含义，一是用智能方法进行设计，二是使设计的对象智能化。这是国内外产品设计的主导方向，也是现代机械设备所应该体现的基本内容。对于智能设计，国内外都十分重视，因为实现智能化会在较大程度上提高产品的性能和质量，增强产品在国际市场上的竞争力。本书所指的智能设计是对产品的性能参数及其工作过程进行智能控制与优化，使产品具有优良的工作性能，进而给产品带来经济效益和社会效益，甚至是重大的经济效益和社会效益的设计，这是任何一种产品设计都不可缺少的，也是机械设计中首先要考虑的问题。
并行设计（Concurrent Design）是对产品设计及其相关过程（包括设计过程、制造过程和支持过程）进行并行、一体化设计的一种系统化的工作模式。这种模式力图使开发者一开始就考虑到产品生命周期中的所有因素，包括质量、成本、进度与用户要求。
并行设计将产品开发周期分解成许多阶段，每个阶段有自己的独立时间段，组成全过程；不同的设计时段之间有一部分重叠，代表了不同设计阶段之间可以同时进行。图1-3所示为并行设计的一般过程，其关键技术有：
图1-3 并行设计的一般过程
1）产品的信息建模和开发过程的集成。
2）产品开发过程的重建，实现从目标管理到过程管理的转变。
3）在产品数据库管理支持环境下，建立产品开发过程建模软件工具、过程监控和管理工具以及协调冲突仲裁工具等。
4）团队工作方式和协同的工作环境。
绿色设计是20世纪90年代初期围绕发展经济的同时，如何节约资源、有效利用资源和保护环境这一主题而提出的新的设计概念和方法。
绿色设计（Green Design）也称生态设计、环境设计、生命周期设计或环境意识设计等，是指在整个产品生命周期内考虑产品的环境属性（可拆卸性、可回收性、可维护性、可重复利用性等），并将其作为设计目标，在满足环境目标要求的同时，保证产品的应有概念、使用寿命、质量等。
绿色设计的特点是：
1）扩大了产品的生命周期。
2）属并行闭环设计。
3）有利于保护环境，维护生态系统平衡。
4）可以防止地球上矿物资源的枯竭。
5）减少了废弃物数量及其处理的棘手问题。
本书第5章将对绿色设计进一步介绍。
机械创新设计（Mechanical Creative Design，MCD）是指充分发挥设计者的创造力，利用人类已有的相关科学技术成果，进行创新构思，设计出具有新颖性、创造性及实用性的机构或机械产品（装置）的一种实践活动。
机械创新设计要求：①具有良好的心理素质和强烈的事业心，善于捕捉和发现社会和市场的需求，分析矛盾，富于想象，有较强的洞察力；②掌握创造性技法，科学地发挥创造力；③善于运用自己的知识和经验，在创新实践中不断地提高创造力。
机械创新设计的过程主要由综合过程、选择过程和分析过程组成：
1）确定机械的基本原理。
2）机构结构类型综合及优选。
3）机构运动尺寸综合及其运动参数优选。
4）机构动力学参数综合及其动力学参数优选。
创新设计过程中的创新思维方法：
（1）直觉思维 直觉思维的基本特征是其产生的突然性，过程的突发性和成果的突破性。在直觉思维的过程中，不仅是意识起作用，而且潜意识也在发挥着重要的作用。
（2）逻辑思维 逻辑思维是一种严格遵循人们在总结事物活动经验和规律的基础上概括出来的逻辑规律，进行系统的思考，由此及彼的联动推理。逻辑思维有纵向推理、横向推理和逆向推理等几种方式。纵向推理是针对某一现象进行纵深思考，探求其原因和本质而得到新的启示。横向推理是根据某一现象联想其特点与其相似或相关的事物，进行“特征转移”而进入新的领域。逆向推理是根据某一现象、问题或解法，分析其相反的方面、寻找新的途径。
创造性思维是直觉思维和逻辑思维的综合，这两种包括渐变和突变的复杂思维过程互相融合、补充和促进，使设计人员的创造性思维得到更加全面的开发。
以上各种现代设计方法，可以从不同角度来实现产品综合设计质量的要求，每一种方法都会在实现机器的功能和性能（包括主辅功能和结构性能、工作性能及制造性能）的一个或一些方面发挥一定的作用。但是如果在设计中全面考虑并采用所有这些方法，需要花费很大的精力和较长的设计时间，也是很难做到的，因此，应该根据具体情况，侧重选择不同的设计方法，如将三种或四种主要设计方法有机地结合在一起，对产品进行设计。