机械工程中的创新设计论文

第1页共21页摘要本论文通过对常规性设计与创新设计的基本形式、区别、特征和设计原则的分析与对比，对机械创新性设计有初步的认识。然后对创新性设计作一些具体的认知，如首先对创新性设计思维的概念、类型、思维过程、思维特征等的了解的基础上，再对机械创新性设计的技术特征设计过程深入的了解。机械工程中的创新设计理论研究了创新的具体方法和结构。发现创新的过程中要不断发现、探索、想象；要敢于做第一个吃螃蟹的人。分析了机械创新设计过程中应用的技法。如换元法、穷举法、组合法等。发现不同的技法能创新出不同的设计，也发现可以把不同的技法综合在一起创新出组合设备。最后进行一些创新性设计的实例的分析，结果表明机械创新性设计(MCD)能给人类的进化带来很大的进步，如果能把人们的有创新付诸实施，那么将会快速推动人类社会迅猛发展。关键词：创新；机械工程；设计AbstractInthispaper,thedesignofconventionalandinnovativedesignofthebasicformofthedifferencebetweenfeaturesanddesignprinciplesofanalysisandcomparisonofthemechanicaldesignofinnovativepreliminaryunderstanding.Innovativedesignandthenmakesomespecificknowledge,suchasthefirstinnovativeconceptofdesignthinking,thetypeofthoughtprocess,understandingthecharacteristicsofthinking,basedontheinnovativere-designofthemechanicalcharacteristicsofthetechnology-depthunderstandingofthedesignprocess.Applicationofmechanicalinnovationanddesigntheory,researchmethodsofinnovativeconcretestructure.Foundthattheprocessofinnovationtocontinuouslydiscover,explore,imagine;shouldhavethecouragetodothefirstpersontoeatcrabs.Researchonthemechanicalapplicationoftheprocessofinnovativedesigntechniques.Suchasfor-elementmethod,exhaustivemethod,combinationoflaw.Differenttechniquescanbefoundindifferentinnovativedesigns.Alsofoundthatdifferenttechniquescanbeintegratedwithacombinationofinnovativeequipment.Finally,someexamplesofinnovativedesignoftheanalysis,resultsshowedthattheinnovativemechanicaldesign(MCD)togivetheevolutionofhumanbeingsagreatdealofprogress,ifpeoplecanputintopracticealltheinnovation,thenthecommunitywillbequicktopromotehumanrapiddevelopment.Keywords:Innovation;MechanicalEngineering;Design第2页共21页前言在机械系统中，无论是确定技术原理、技术过程或者确定机器系统的功能结构、工作原理、结构布局以至具体零件的尺寸、形状、制造方法等等，都有个求解的问题。所谓求解，就是寻求消除不足之处，达到希望的结果或性能。而创造性设计方法就是提出新方案，探求新解法，它是提高设计质量，开发创新产品的重要基础。机械创新设计不断为机械生产提供更简单有效的生产方法，提高劳动生产率，减少无谓的损耗。机械创新设计是一个永远不过时的课题，创新是不断变化发展的，需要不断去的去经历实践生产的检验。爱因斯坦曾说过：“想象力比知识更重要，现实世界只有一个，而想象力却可以创造千百个世界”。第3页共21页1常规性设计与创新性设计人类从事任何有目的的活动前都要有所构思或谋划便是广义的设计。工程设计是广义设计在工程技术领域中的特有表现。工程设计按其性质可分为常规性设计与创新型设计。1．1简述常规性设计与创新性设计的区别常规性设计以成熟结构为基础，运用常规方法进行产品设计。常规性设计在生产过程中不能充分利用各种资源，也很难取得很高的经济效益。而创新性设计却能充分做物尽其用，减少资源的浪费，降低生产成本，经济效益就比传统的常规性设计的效益要高。创新设计是在设计中采用新的技术手段、技术原理和非常常规的方法进行设计，以满足市场需求，提高产品的竞争能力。高新技术产品的生产大都具有小批量、多品种、多规格、生产工艺复杂、工作条件或环境特殊等特点，因而对一些高新技术机械产品的设计往往不能沿用传统产品设计的老一套方法，需要有针对性地进行创新性设计。创新性设计强调技术要素、才能要素、方法要素。创新设计体现了人们依据社会需要，运用科学技术原理，创造性地构思产品的完整思维过程。是设计构思的高智商思维活动1．2常规性设计和创新设计的基本形式的概述常规性设计形式主要有理论设计、经验设计、模型试验设计三种。理论设计是根据长期研究与实践总结出来的设计理论和实验数据所进行的设计。理论设计的计算过程分为设计计算和核对计算两部分。前者是按照已知的运动要求，载荷情况及零、部件的材料特性等，运用一定的理论公式设计零、部件尺寸和形状的计算过程。设计计算多用于能通过简单的力学模型进行设计的零、部件，如：转轴的强度、刚度计算等；后者是指，先根据类比法，实验法等其它方法初步定出零、部件的尺寸和形状；再用理论公式进行精确校核的计算过程，它多用于结构复杂，应力分布较复杂，但又能用现有的应力分析法（以强度为设计准则）或变形分析法（以刚度为设计准则时）进行计算的场合。理论设计可得到比较精确而可靠的结果，重要的零、部件大都选择这种方法。经验设计是根据对某些零、部件已有的设计与使用实践而归纳出的经验关系式，或根据设计者本人的工作经验用类比的方法所进行的设计叫做经验设计。对一些次要的零、部件；或者对于一些理论上不够成熟或虽有理论但没有必要用繁复、高级的理论设计的零、部件。这对那些使用要求不大变动而结构形状已典型化的零件，是很有效的设计方法。例如箱体、机架、传动零件的各结构要素等。模型实验设计是把初步设计的零、部件或机器，做成小模型或小尺寸样机，经过实验手段对其各个方面的特性进行检验，根据实验结果对设计进行逐步的修改，从而达到完善。这样的设计过程接叫做模型实验设计。对于一些尺寸巨大而结构又很复杂的重要零件，尤其是一些重型整体机械零件，为了提高设计的可靠性，则可采用模型实验设计的方法。这个设计方法费时、昂贵，因此只用于特别重要的设计中。例如：新型、重型设备及飞机的机身，新型舰船的船体等。第4页共21页创新性设计方法是以研究产品设计为对象的科学。它以电子计算机为手段运用工程设计的新理论和新方法，使计算结果达到最优化，使设计过程实现高效化和自动化。创新性设计方法是研究产品设计方法的综合类科学，它涉及的科学范围非常广泛，是多学科交叉融合的产物，是人们把相关科学技术综合应用于设计领域的产物。而其中一个具体的设计方法同样也是若干学科的交叉与融合。例如优化设计方法是数学规划的方法与计算机编程的有机结合。常用的创新性设计形式有集体集智法、系统分析法、联想分析法、转向创新法和组合创新法等。1．3常规性设计与创新性设计的特征与原则无论常规性设计，还是创新性设计。机械系统设计，一般具有三个基本特征。(1)约束性机械系统设计是在多种因素的限制和约束下进行的，其中包括科学、技术、经济等发展状况和水平的限制，也包括生产厂家所提出的特定要求和条件，同时还涉及环境、法律、社会心理、地域文化等因素。这些限制合要求构成了一组边界条件，形成了设计人员进行谋划和构思的“设计空间”。(2)多解性一般来说，解决同一技术问题的办法是多种多样的，要满足一定目的的设计方案通常也并不唯一的，任何设计对象本身都是包括各种因素构成的功能系统，其参数的选择、尺寸的确定、结构形式的构思等都有很强的可选择性，有很大的思维空间。(3)相对性设计结论或结果都是相对准确的，而不是绝对完备的。比如，利用优化技术对某一系统进行求解，其结果也只是近似的，得到该系统的局部最优化或全局最优化，而且模型的建立会因人而异，也可能因条件而异，其结果都会有差异。同时，设计者还会经常处于一种相互矛盾的情境之中，比如既要降低成本，又要增加安全性、可靠性等。这种相互矛盾的要求给设计工作增加了难度，加上事先难以预料的影响，使得设计者在对设计方案的选择和判定时，只能做到一定条件下的相对满意和最佳。所有的机械创新设计都是在遵守机械设计原则的基础上的升华，机械创新性原则在机械设计方面起到了规范和指导的作用。机构形式的设计方面，要做到机构尽可能简单。机构运动链尽量简短，完成同样的运动要求，应优先选用构件数和运动副数最少的机构，这样可以简化机器的构造，从而减轻重量、降低成本。在基本机构中，高副机构只有3个构件和3个运动副，低副机构则至少有4个构件和4个运动副。因此，从减少构件数和运动副数，以及设计简便等方面考虑，应优先采用高副机构。执行机构的形式与原动机的形式密切相关，不要局限于选择传统的电动机传动方式，要适当的选择原动机。尽量缩小机构的尺寸，在相同的传动比情况下，周转轮系减速器的尺寸和重量比普通定轴轮系减速器要小得多。在连杆机构和齿轮机构中，也可以利用齿轮传动时节圆作纯滚动的原理或利用杠杆放大或缩小的原理等来缩小机构尺寸。在保证以上原则的同时，还要是机构具有较好的动力学特征，要尽可能选择传动角较大的机构，以提高机器的传动效益，减少功耗。采用对称布置的机构，对于高速转动的机构，其作往复运动和平面一般运动的构件，以及偏心的回转构件的第5页共21页惯性力和惯性力矩较大，在选择机构时应尽可能考虑机构的对称性，以减少运动过程中的动载荷和振动；采用增力机构，对于执行构件行程不大，而短时克服工作阻力很大的机构（如冲压机械中的主机构），应采用“增力”的方法，即有瞬时较大机械增力机构。第6页共21页2创新性设计思维与内涵机械创新设计是人类创造活动领域的具体领域，需要设计者对创造性思维的类型、思维过程和特征等有所掌握和了解。2．1创新性设计思维的概念及类型创造性思维是指突破原有的思维模式，重新组织已有的知识、经验、信息和素材等要素，在大脑思维反应场中激活后，提出新的方案或程序，并创造出新的思维成果的思维方式要创造，首先要有创造性思维，创造性思维是人类大脑的特有属性。创造性思维就是“想到别人没有想到的观念”。创造性思维是新颖独到的信息加工艺术，是人脑的各种思维活动形式和思维活动的各个要素之间相互协同进行的有机结合的高级整体过程创造性思维不同于在设计领域常用的逻辑思维，其主要在于创造性思维有创造想象的参与，而且，逻辑思维是一维的，具有单向性和单解性的特点，而创造性思维是一种立体思维，通常没有固定的延伸方向，它更加强调直观、联想、幻想和灵感。所以创新设计不是靠逻辑推理出来的，而是靠创造性思维的激发所产生的。创造性思维是整个创造活动中体现出来的思维方式，它是多种思维类型的复合体，把握创造性思维的关键是在认识不同思维类型的特点和功用的基础上，进行思维的辩证组合与综合运用。创造性思维的类型可如下划分：(1)发散型思维发散