1、机械创新设计及其研究【摘要】文章首先阐述了机械创新设计的概述，然后分析了机械创新设计研究的意义，最后对机械创新设计发展方向进行了探讨。 【关键词】机械创新，设计，研究 中图分类号：F407 文献标识码： A 一、前言 近年来，我国在机械创新设计虽然取得了飞速发展，但依然存在一些问题和不足需要改进，在建设创新型社会的新时期，加强对机械创新设计及其研究，对确保机械创新设计水平的提高有着重要意义。 二、机械创新设计的概述 1机械创新设计的研究对象 所谓机械创新设计(MechanicalCreativeDesign,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(含理论、方法、技术
2、原理等),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。它包含两个部分:一是改进完善生产或生活中现有机械产品的技术性能、可靠性、经济性、适用性等;二是创造设计出新机器、新产品,以满足新的生产或生活的需要。由于 MCD 过程凝结了人们的创造性智慧,因而其产品无疑应是科学技术与艺术结晶的产物,具有完满的美学性。 2MCD 与常规设计及发明创造的关系 （一） 、MCD 与常规设计 机械设计一般可分为方案结构设计、运动设计及动力设计三个阶段,其中,方案结构设计最需要创造性,设计难度也最大。常规设计一般是在给定机械结构或只对某些结构作微小改动的情况下进行的,其主要
3、内容是进行尺度设计及动力设计。工厂生产中的非标准件设计已含有较多的创新设计成分。而相对传统设计而言,MCD 特别强调了人在设计过程中,特别是在方案结构设计阶段中的主导性及创造性作用。 （二） 、MCD 与机械的创造发明 机械的创造发明大多属于机械结构方案的创新设计。创造发明过程及方法的专著已有问世，但大多是作宏观概括的论述,缺少具体的可操作性。MCD 要完成的一个核心内容就是要探索机械产品创新发明的机理、模式及方法,要具体描述机械产品创新设计的过程,并将之程 3机械创新设计技术 机械创新设计技术(MCD)是一门有待开创发展的新的设计技术和方法,它和机械系统设计(SD)、计算机辅助设计(CAD)
4、、优化设计(OD)、可靠性设计(RD)、摩擦学设计(FD)、有限元设计(FED)等一起构成现代机械设计方法学库,并吸收邻近学科有益的设计思想与方法。人们对后面六种设计理论和方法的研究较为深入且都已有专著问世,但随着认识科学、思维科学、人工智能、专家系统及人脑研究的发展,MCD 正在日益受到专家学者的重视。一方面,认识科学、思维科学、人工智能、设计方法学、科学技术哲学等已为 MCD 提供了一定的理论基础及方法;另一方面,MCD 的深入研究及发展有助于揭示人类的思维过程、创造机理等前沿课题,反过来促进上述科学的发展,实现真正的机械专家系统(MES)及智能工程(IE)。因此,MCD是 MES、IE
5、等学科深入研究发展进程中必须解决的一个分支,它要求能真正为发明创造新机械和改进现有机械性能提供正确有效的理论和方法。 三、机械创新设计研究的意义 开展 MCD 研究不仅具有重要的理论学术价值,而且具有较大的经济效益和社会效益。MCD 的深入研究将为人们发明创造新机器、新机械提供有效的理论和方法。MCD 研究必然要涉及人的思维过程、创造机理及过程等研究内容,因此 MCD 研究能加速机械专家智能化,实现真正的“专家”系统,在加速机械设计水平向自动化、智能化、最优化、集成化实现过程中可以作出自己的贡献。 创新设计的机械产品,必定在其原理确定阶段经过反复的综合选择,结构上或尺度设计上必定蕴含了较高的创
6、造性,也即必定含有较高的关键技术附加值,因此产品不仅具有优越的使用性能,而且具有较完美的造型性能,这包括科学技术原理与艺术性的完美结合、人机系统的良好协调性以及良好的经济性等。这样无疑提高了产品在同类产品中的竞争力,特别是当专利产品技术形成产业化的时候,可以创造出较高的经济效益及社会效益。在 MCD 的实践中培养了设计人员的创造性思维,增强了其创新能力,提高了人们进行创新设计的自觉性及技术上的可操作性,使 MCD 成为一种工具或手段,这样,就促进了新产品(含专利产品)的繁荣与更新,为社会创造了财富。 四、机械创新设计发展方向 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
7、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。 4机械创新设计技术 （一） 、
8、智力激励法 人的创造性思维特别是直觉思维在受激发情况下能得到较好地发挥。一批人集合在一起，针对某个问题进行讨论时，由于各人知识、经验不同，观察问题的角度和分析问题的方法各异，提出的各种主意能互相启发，填补知识空隙，启发诱导出更多创造性思想，通过激励、智慧交流和集智达到创新的目的。 （二） 、提问追溯法 提问追溯法是有针对性地、系统地提出问题，在回答问题过程中，便可能产生各种解决问题的设想，使设计所需要的信息更充分，解法更完善。提问追溯法有奥斯本体温法、阿诺尔特提问法、希望点列举法、缺点列举法。 （三） 、联想类推法 通过由此及彼的联想和异中求同，同中求异的类比，寻求各种创新解法。利用联想进行发
9、明创新是一种常用而且十分有效的办法。许多发明者都善于联想，许多发明创新也得益于联想的妙用。类比联想由一事物或现象联想到与其有类似特点的其他事物或现象，从而找出创新解法。（四） 、返向探求法 将人们通常思考问题的思路反转过来，从背逆常规的途径探寻新的解法，因此返向探求法亦称逆向思维法。例如声音既是振动，那么振动为什么不能复现原声呢？通过这样的反问，发明了留声机。 （五） 、系统分析法 对于技术系统，根据其组成所有影响其性能的全部参量，系统地依次分析搜索，以探索更多和解决问题的途径。 （六） 、组合创新法 组合创新法是将现有技术和产品通过功能、原理、结构等方面的组合变化形成新的技术思想和新产品。组
10、合法应用的技术单元一般是已经成熟和比较成熟的技术，不需要从头开始，因而可以最大限度地节约人力、物力和财力。组合创新的类型很多，常用的有性能组合、原理组合、功能组合、结构重组、模块组合等。 5系统化设计方法 （一） 、设计元素法 用五个设计元素(功能、效应、效应载体、形状元素和表面参数)描述“产品解” ，认为一个产品的五个设计元素值确定之后，产品的所有特征和特征值即已确定。我国亦有设计学者采（二） 、图形建模法 研制的“设计分析和引导系统”KALEIT，用层次清楚的图形描述出产品的功能结构及其相关的抽象信息，实现了系统结构、功能关系的图形化建模，以及功能层之间的联接 。 （三） 、 “构思”“设计”法 将产品的方案设计分成“构思”和“设计”两个阶段。 “构思”阶段的任务是寻求、选择和组合满足设计任务要求的原理解。 “设计”阶段的工作则是具体实现构思阶段的原理解。 五、结束语 通过对新时期下，机械创新设计及其研究的分析，进一步明确了机械创新设计的方向，为机械创新设计的优化完善奠定了坚实基础，有助于提高机械创新设计的水平。 参考文献 1张春林， 机械创新设计 ，北京：机械工业出版社，2010. 2邹慧君， 机械系统概念设计.北京：机械工业出版社，2003. 3武丽.机械产品的现代设计方法及其创新.科技创新导报,2008
