機械創(chuàng)新設(shè)計及其研究

1、<p>　　機械創(chuàng)新設(shè)計及其研究</p><p>　　【摘要】文章首先闡述了機械創(chuàng)新設(shè)計的概述，然后分析了機械創(chuàng)新設(shè)計研究的意義，最后對機械創(chuàng)新設(shè)計發(fā)展方向進行了探討。 </p><p>　　【關(guān)鍵詞】機械創(chuàng)新，設(shè)計，研究 </p><p>　　中圖分類號：F407文獻標識碼： A </p><p><b>　　一、前言

2、</b></p><p>　　近年來，我國在機械創(chuàng)新設(shè)計雖然取得了飛速發(fā)展，但依然存在一些問題和不足需要改進，在建設(shè)創(chuàng)新型社會的新時期，加強對機械創(chuàng)新設(shè)計及其研究，對確保機械創(chuàng)新設(shè)計水平的提高有著重要意義。 </p><p>　　二、機械創(chuàng)新設(shè)計的概述 </p><p>　　1．機械創(chuàng)新設(shè)計的研究對象 </p><p>　　所謂

3、機械創(chuàng)新設(shè)計(MechanicalCreativeDesign,MCD)是指充分發(fā)揮設(shè)計者的創(chuàng)造力,利用人類已有的相關(guān)科學(xué)技術(shù)成果(含理論、方法、技術(shù)原理等),進行創(chuàng)新構(gòu)思,設(shè)計出具有新穎性、創(chuàng)造性及實用性的機構(gòu)或機械產(chǎn)品(裝置)的一種實踐活動。它包含兩個部分:一是改進完善生產(chǎn)或生活中現(xiàn)有機械產(chǎn)品的技術(shù)性能、可靠性、經(jīng)濟性、適用性等;二是創(chuàng)造設(shè)計出新機器、新產(chǎn)品,以滿足新的生產(chǎn)或生活的需要。由于MCD過程凝結(jié)了人們的創(chuàng)造性智慧,因而其產(chǎn)

4、品無疑應(yīng)是科學(xué)技術(shù)與藝術(shù)結(jié)晶的產(chǎn)物,具有完滿的美學(xué)性。 </p><p>　　2．MCD與常規(guī)設(shè)計及發(fā)明創(chuàng)造的關(guān)系 </p><p>　?。ㄒ唬?、MCD與常規(guī)設(shè)計 </p><p>　　機械設(shè)計一般可分為方案結(jié)構(gòu)設(shè)計、運動設(shè)計及動力設(shè)計三個階段,其中,方案結(jié)構(gòu)設(shè)計最需要創(chuàng)造性,設(shè)計難度也最大。常規(guī)設(shè)計一般是在給定機械結(jié)構(gòu)或只對某些結(jié)構(gòu)作微小改動的情況下進行的,其主要

5、內(nèi)容是進行尺度設(shè)計及動力設(shè)計。工廠生產(chǎn)中的非標準件設(shè)計已含有較多的創(chuàng)新設(shè)計成分。而相對傳統(tǒng)設(shè)計而言,MCD特別強調(diào)了人在設(shè)計過程中,特別是在方案結(jié)構(gòu)設(shè)計階段中的主導(dǎo)性及創(chuàng)造性作用。 </p><p>　?。ǘ?、MCD與機械的創(chuàng)造發(fā)明 </p><p>　　機械的創(chuàng)造發(fā)明大多屬于機械結(jié)構(gòu)方案的創(chuàng)新設(shè)計。創(chuàng)造發(fā)明過程及方法的專著已有問世，但大多是作宏觀概括的論述,缺少具體的可操作性。MCD

6、要完成的一個核心內(nèi)容就是要探索機械產(chǎn)品創(chuàng)新發(fā)明的機理、模式及方法,要具體描述機械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計的過程,并將之程 </p><p>　　3．機械創(chuàng)新設(shè)計技術(shù) </p><p>　　機械創(chuàng)新設(shè)計技術(shù)(MCD)是一門有待開創(chuàng)發(fā)展的新的設(shè)計技術(shù)和方法,它和機械系統(tǒng)設(shè)計(SD)、計算機輔助設(shè)計(CAD)、優(yōu)化設(shè)計(OD)、可靠性設(shè)計(RD)、摩擦學(xué)設(shè)計(FD)、有限元設(shè)計(FED)等一起構(gòu)成現(xiàn)代機械設(shè)

7、計方法學(xué)庫,并吸收鄰近學(xué)科有益的設(shè)計思想與方法。人們對后面六種設(shè)計理論和方法的研究較為深入且都已有專著問世,但隨著認識科學(xué)、思維科學(xué)、人工智能、專家系統(tǒng)及人腦研究的發(fā)展,MCD正在日益受到專家學(xué)者的重視。一方面,認識科學(xué)、思維科學(xué)、人工智能、設(shè)計方法學(xué)、科學(xué)技術(shù)哲學(xué)等已為MCD提供了一定的理論基礎(chǔ)及方法;另一方面,MCD的深入研究及發(fā)展有助于揭示人類的思維過程、創(chuàng)造機理等前沿課題,反過來促進上述科學(xué)的發(fā)展,實現(xiàn)真正的機械專家系統(tǒng)(MES

8、)及智能工程(IE)。因此,MCD是MES、IE等學(xué)科深入研究發(fā)展進程中必須解決的一個分支,它要求能真正為發(fā)明創(chuàng)造新機械和改進現(xiàn)有機械性能提供正確有效的理論和方法。 </p><p>　　三、機械創(chuàng)新設(shè)計研究的意義 </p><p>　　開展MCD研究不僅具有重要的理論學(xué)術(shù)價值,而且具有較大的經(jīng)濟效益和社會效益。MCD的深入研究將為人們發(fā)明創(chuàng)造新機器、新機械提供有效的理論和方法。MCD研究

9、必然要涉及人的思維過程、創(chuàng)造機理及過程等研究內(nèi)容,因此MCD研究能加速機械專家智能化,實現(xiàn)真正的“專家”系統(tǒng),在加速機械設(shè)計水平向自動化、智能化、最優(yōu)化、集成化實現(xiàn)過程中可以作出自己的貢獻。 </p><p>　　創(chuàng)新設(shè)計的機械產(chǎn)品,必定在其原理確定階段經(jīng)過反復(fù)的綜合選擇,結(jié)構(gòu)上或尺度設(shè)計上必定蘊含了較高的創(chuàng)造性,也即必定含有較高的關(guān)鍵技術(shù)附加值,因此產(chǎn)品不僅具有優(yōu)越的使用性能,而且具有較完美的造型性能,這包括科

10、學(xué)技術(shù)原理與藝術(shù)性的完美結(jié)合、人機系統(tǒng)的良好協(xié)調(diào)性以及良好的經(jīng)濟性等。這樣無疑提高了產(chǎn)品在同類產(chǎn)品中的競爭力,特別是當專利產(chǎn)品技術(shù)形成產(chǎn)業(yè)化的時候,可以創(chuàng)造出較高的經(jīng)濟效益及社會效益。在MCD的實踐中培養(yǎng)了設(shè)計人員的創(chuàng)造性思維,增強了其創(chuàng)新能力,提高了人們進行創(chuàng)新設(shè)計的自覺性及技術(shù)上的可操作性,使MCD成為一種工具或手段,這樣,就促進了新產(chǎn)品(含專利產(chǎn)品)的繁榮與更新,為社會創(chuàng)造了財富。 </p><p>　　四

11、、機械創(chuàng)新設(shè)計發(fā)展方向 </p><p>　　1．設(shè)計過程的數(shù)字化 </p><p>　　不僅要完善工程對象中確定性變量的數(shù)學(xué)描述和數(shù)學(xué)建模，而且更要研究非確定性變量，包括隨機變量、隨機過程、模糊變量（人的智能、經(jīng)驗、創(chuàng)造力、語言及政治、經(jīng)濟、人文等社會科學(xué)因素）等的數(shù)學(xué)描述和數(shù)學(xué)建模。 </p><p>　　2．設(shè)計過程的自動化和智能化研究 </p>

12、<p>　　健全、研究、發(fā)展各種類型的數(shù)據(jù)庫、方法庫和知識庫，及自動編程、自學(xué)習、自適應(yīng)等高級商品化軟件的研制，如研究設(shè)計知識、數(shù)據(jù)、信息的獲取與處理技術(shù)、智能CAD人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)的模型和應(yīng)用軟件等。 </p><p>　　3．虛擬設(shè)計和仿真虛擬試驗及快速成形技術(shù)的深入研究 </p><p>　　是一種以計算機仿真為基礎(chǔ)，集計算機圖形學(xué)、智能技術(shù)、并行工程、人機工程、

13、材料、成形工藝、光電傳感技術(shù)和多媒體技術(shù)為一體的綜合學(xué)科研究。 </p><p>　　4．機械創(chuàng)新設(shè)計技術(shù) </p><p>　?。ㄒ唬?、智力激勵法 </p><p>　　人的創(chuàng)造性思維特別是直覺思維在受激發(fā)情況下能得到較好地發(fā)揮。一批人集合在一起，針對某個問題進行討論時，由于各人知識、經(jīng)驗不同，觀察問題的角度和分析問題的方法各異，提出的各種主意能互相啟發(fā)，填補

14、知識空隙，啟發(fā)誘導(dǎo)出更多創(chuàng)造性思想，通過激勵、智慧交流和集智達到創(chuàng)新的目的。 </p><p>　　（二）、提問追溯法 </p><p>　　提問追溯法是有針對性地、系統(tǒng)地提出問題，在回答問題過程中，便可能產(chǎn)生各種解決問題的設(shè)想，使設(shè)計所需要的信息更充分，解法更完善。提問追溯法有奧斯本體溫法、阿諾爾特提問法、希望點列舉法、缺點列舉法。 </p><p>　?。?/p>

15、三）、聯(lián)想類推法 </p><p>　　通過由此及彼的聯(lián)想和異中求同，同中求異的類比，尋求各種創(chuàng)新解法。利用聯(lián)想進行發(fā)明創(chuàng)新是一種常用而且十分有效的辦法。許多發(fā)明者都善于聯(lián)想，許多發(fā)明創(chuàng)新也得益于聯(lián)想的妙用。類比聯(lián)想由一事物或現(xiàn)象聯(lián)想到與其有類似特點的其他事物或現(xiàn)象，從而找出創(chuàng)新解法。 </p><p>　?。ㄋ模?、返向探求法 </p><p>　　將人們通常

16、思考問題的思路反轉(zhuǎn)過來，從背逆常規(guī)的途徑探尋新的解法，因此返向探求法亦稱逆向思維法。例如聲音既是振動，那么振動為什么不能復(fù)現(xiàn)原聲呢？通過這樣的反問，發(fā)明了留聲機。 </p><p>　?。ㄎ澹?、系統(tǒng)分析法 </p><p>　　對于技術(shù)系統(tǒng)，根據(jù)其組成所有影響其性能的全部參量，系統(tǒng)地依次分析搜索，以探索更多和解決問題的途徑。 </p><p>　?。?、組合

17、創(chuàng)新法 </p><p>　　組合創(chuàng)新法是將現(xiàn)有技術(shù)和產(chǎn)品通過功能、原理、結(jié)構(gòu)等方面的組合變化形成新的技術(shù)思想和新產(chǎn)品。組合法應(yīng)用的技術(shù)單元一般是已經(jīng)成熟和比較成熟的技術(shù)，不需要從頭開始，因而可以最大限度地節(jié)約人力、物力和財力。組合創(chuàng)新的類型很多，常用的有性能組合、原理組合、功能組合、結(jié)構(gòu)重組、模塊組合等。 </p><p>　　5．系統(tǒng)化設(shè)計方法 </p><p

18、>　?。ㄒ唬?、設(shè)計元素法 </p><p>　　用五個設(shè)計元素(功能、效應(yīng)、效應(yīng)載體、形狀元素和表面參數(shù))描述“產(chǎn)品解”，認為一個產(chǎn)品的五個設(shè)計元素值確定之后，產(chǎn)品的所有特征和特征值即已確定。我國亦有設(shè)計學(xué)者采（二）、圖形建模法 </p><p>　　研制的“設(shè)計分析和引導(dǎo)系統(tǒng)”KALEIT，用層次清楚的圖形描述出產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)及其相關(guān)的抽象信息，實現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能關(guān)系的圖形化

19、建模，以及功能層之間的聯(lián)接 。 </p><p>　?。ㄈⅰ皹?gòu)思”—“設(shè)計”法 </p><p>　　將產(chǎn)品的方案設(shè)計分成“構(gòu)思”和“設(shè)計”兩個階段?！皹?gòu)思”階段的任務(wù)是尋求、選擇和組合滿足設(shè)計任務(wù)要求的原理解?！霸O(shè)計”階段的工作則是具體實現(xiàn)構(gòu)思階段的原理解。 </p><p><b>　　五、結(jié)束語 </b></p>&l

20、t;p>　　通過對新時期下，機械創(chuàng)新設(shè)計及其研究的分析，進一步明確了機械創(chuàng)新設(shè)計的方向，為機械創(chuàng)新設(shè)計的優(yōu)化完善奠定了堅實基礎(chǔ)，有助于提高機械創(chuàng)新設(shè)計的水平。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1]張春林，《機械創(chuàng)新設(shè)計》，北京：機械工業(yè)出版社，2010. </p><p>　　[2]鄒慧君，《機械系