芻議如何創(chuàng)新機(jī)械工程設(shè)計(jì)思維

摘 要：機(jī)械工程設(shè)計(jì)是一項(xiàng)需要較高專(zhuān)業(yè)知識(shí)水平的活動(dòng)，同時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)人員的細(xì)心和耐心也有很強(qiáng)的依賴(lài)性。但是伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們生活品味的逐漸提高，當(dāng)今的機(jī)械設(shè)計(jì)在上述要求之外還要求設(shè)計(jì)人員有較強(qiáng)的創(chuàng)新思維。文章對(duì)如何提升這種創(chuàng)新思維展開(kāi)討論，提出幾條具體的創(chuàng)新方法并對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械工程；設(shè)計(jì)思維；創(chuàng)新

自第三次工業(yè)革命以來(lái)，機(jī)械行業(yè)飛速發(fā)展，同時(shí)對(duì)其設(shè)計(jì)人員的要求也不斷提升。當(dāng)前的機(jī)械設(shè)計(jì)需要?jiǎng)?chuàng)新思維，只有不斷創(chuàng)新才能進(jìn)一步推動(dòng)機(jī)械工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域的變革和進(jìn)步。而國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)已經(jīng)形成了一套機(jī)械化的模式，設(shè)計(jì)思想一直沒(méi)有大的改變，本文就對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)中的一些創(chuàng)新方法加以討論研究，分析如何在機(jī)械工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域如何創(chuàng)新思維，拓寬思路，帶動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)的改革和進(jìn)步。

1 設(shè)計(jì)人員本身創(chuàng)新思想的樹(shù)立

要想在原有的機(jī)械設(shè)計(jì)模式上有所創(chuàng)新，從事機(jī)械設(shè)計(jì)人員首先必須樹(shù)立起敢于創(chuàng)新的精神和思維。也就是說(shuō)要改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)套路，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)用更多現(xiàn)代化理念。創(chuàng)新，是一個(gè)企業(yè)甚至一個(gè)民族進(jìn)步的原動(dòng)力，缺乏創(chuàng)新精神的設(shè)計(jì)者只能在自己的工作領(lǐng)域里停滯不前。要成為一個(gè)優(yōu)秀的設(shè)計(jì)者就必須在工作中時(shí)刻保持著創(chuàng)新思維，以自己獨(dú)特的角度和深度看待問(wèn)題，在應(yīng)用所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)把想法付諸行動(dòng)，推動(dòng)變革與創(chuàng)新。

機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新理念對(duì)設(shè)計(jì)者具有以下一些要求：

A.挑戰(zhàn)性，即需要勇于對(duì)一切的傳統(tǒng)理念進(jìn)行挑戰(zhàn)，在常規(guī)之外尋找更加合適的機(jī)構(gòu)和功能。這對(duì)于方案的改進(jìn)以及創(chuàng)新有著極其重大的意義。

B.實(shí)用性，也就是在適應(yīng)市場(chǎng)的同時(shí)在生產(chǎn)上還要有可操作性，即要切合實(shí)際情況，不能盲目進(jìn)行幻想式的創(chuàng)新。

C.跳躍性，要求設(shè)計(jì)人員勇于跳出思維慣性，克服思維定勢(shì)，能夠在全新的技術(shù)領(lǐng)域里發(fā)現(xiàn)并學(xué)習(xí)有用部分，找到新的原理，從而給眼下的機(jī)械設(shè)計(jì)帶來(lái)創(chuàng)新。

2 樹(shù)立優(yōu)化設(shè)計(jì)的思想

現(xiàn)代優(yōu)化設(shè)計(jì)建立在數(shù)學(xué)規(guī)劃的基礎(chǔ)之上，依靠計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代計(jì)算工具，通過(guò)分析相關(guān)約束條件，找到既定問(wèn)題的最優(yōu)解的設(shè)計(jì)方法。優(yōu)化設(shè)計(jì)是在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)中一種先進(jìn)的創(chuàng)新方法，以現(xiàn)代的數(shù)學(xué)最優(yōu)理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)為前提，通過(guò)設(shè)定函數(shù)由計(jì)算機(jī)計(jì)算得到最優(yōu)或效率最高的設(shè)計(jì)方案，優(yōu)化設(shè)計(jì)的理念符合現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展的需求。

優(yōu)化設(shè)計(jì)方面，我國(guó)在研究上也有了較大的進(jìn)步，對(duì)一些先進(jìn)優(yōu)化程序的設(shè)計(jì)在業(yè)內(nèi)影響很大，然而對(duì)其在應(yīng)用方面還不能延伸到所有相關(guān)領(lǐng)域。在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新中，優(yōu)化設(shè)計(jì)是一個(gè)很重要的研究方向，這種設(shè)計(jì)方法建立在科學(xué)的基礎(chǔ)上，對(duì)設(shè)計(jì)者本身的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)要求較高，同時(shí)需要其擁有先進(jìn)的創(chuàng)新理念，能夠在原有基礎(chǔ)上不斷挑戰(zhàn)新的高度，設(shè)計(jì)出在實(shí)用的同時(shí)可以引領(lǐng)時(shí)代發(fā)展的創(chuàng)新產(chǎn)品。

3 變型設(shè)計(jì)思想

所謂機(jī)械設(shè)計(jì)的變型設(shè)計(jì)，就是在以原產(chǎn)品為平臺(tái)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，加強(qiáng)零件的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)化，部件通用化以及產(chǎn)品的系列化。進(jìn)而滿(mǎn)足更多用戶(hù)的具體需求。

一般可以將功能、原理和結(jié)構(gòu)相同，但尺寸和性能不同的產(chǎn)品設(shè)計(jì)叫做縱系列產(chǎn)品的設(shè)計(jì)變型；而把在基礎(chǔ)型產(chǎn)品的基礎(chǔ)上擴(kuò)展功能的設(shè)計(jì)稱(chēng)為橫系列產(chǎn)品的設(shè)計(jì)變型；另外，設(shè)計(jì)具有先進(jìn)動(dòng)力參數(shù)的不同類(lèi)型產(chǎn)品我們稱(chēng)之為跨系列產(chǎn)品的設(shè)計(jì)變型。所以，機(jī)械設(shè)計(jì)中的變型設(shè)計(jì)在確保產(chǎn)品的基本功能不變的同時(shí)，可以隨時(shí)根據(jù)用戶(hù)需求對(duì)參數(shù)進(jìn)行改變調(diào)整，使得所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品更加完善。

產(chǎn)品三維參數(shù)化的變型設(shè)計(jì)，就是變形設(shè)計(jì)中把拓?fù)涑叽缂s束以及工程約束的驅(qū)動(dòng)作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法之一。傳統(tǒng)參數(shù)化設(shè)計(jì)對(duì)部分特征驅(qū)動(dòng)尺寸做出修改，使其他關(guān)聯(lián)尺寸得到相應(yīng)調(diào)整，從而得到結(jié)構(gòu)相同但尺寸不同的系列零件三維模型；三維參數(shù)化變型設(shè)計(jì)不僅包括這些，而且涵蓋了三維參數(shù)化模型驅(qū)動(dòng)后與之相關(guān)聯(lián)的工程圖的視圖位置、比例、尺寸、注釋、B0M 表等相關(guān)信息的自動(dòng)更新，生產(chǎn)制造的下游工裝夾具、工藝規(guī)程規(guī)劃、NC代碼等的參數(shù)化關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)，乃至整個(gè)產(chǎn)品生命周期的參數(shù)化設(shè)計(jì)。

機(jī)械設(shè)計(jì)是一門(mén)博大精深的學(xué)科，包含了很多方面，所以機(jī)械設(shè)計(jì)的方法也相應(yīng)有很多種。作為這些設(shè)計(jì)方法中的一種，變型設(shè)計(jì)理念的先進(jìn)性、科學(xué)性讓機(jī)械設(shè)計(jì)突破了以往的設(shè)計(jì)模式，走向了更加成熟、精確、理想的路線。

4 應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)

4.1 使用CAD軟件

作為信息時(shí)代成果之一的現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)，其進(jìn)步和發(fā)展與計(jì)算機(jī)技術(shù)密不可分，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行復(fù)雜的分析和計(jì)算能夠大大減少設(shè)計(jì)所需的必要時(shí)間，并幫助進(jìn)行設(shè)計(jì)的改進(jìn)和調(diào)整。由于計(jì)算機(jī)具有儲(chǔ)存量大，速度快以及處理信息能力強(qiáng)的特點(diǎn)，所以能夠在短時(shí)間內(nèi)通過(guò)各種數(shù)據(jù)的分析找出最優(yōu)解，這些是傳統(tǒng)的計(jì)算方式所無(wú)法代替的。因而可以說(shuō)，在現(xiàn)代的機(jī)械設(shè)計(jì)中計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛運(yùn)用將是不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。

盡管對(duì)需求和設(shè)計(jì)的可行性進(jìn)行分析時(shí)計(jì)算機(jī)能夠完成的工作并不多，然而剩下的設(shè)計(jì)步驟幾乎都能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)算完成以節(jié)省大量的人力物力，包括畫(huà)圖，計(jì)算等等一些復(fù)雜的工作，如果能夠合理配合設(shè)計(jì)者自身的設(shè)計(jì)創(chuàng)新理念，就一定可以使得設(shè)計(jì)質(zhì)量大幅度提高，而CAD軟件就是被出于這樣的目的而開(kāi)發(fā)的。

現(xiàn)代機(jī)械化的設(shè)計(jì)以完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作為其最終目標(biāo)，但是要真正實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)需要做到的事情還有很多，甚至當(dāng)前的科技水平還需要有所不足。同時(shí)，由于機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新需要，目前的最佳設(shè)計(jì)方式是進(jìn)行人機(jī)合作。在應(yīng)用CAD軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，設(shè)計(jì)者的創(chuàng)新理念是主要的，處于主導(dǎo)地位，而計(jì)算機(jī)則是設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)的過(guò)程中的一種工具，在從屬地位。所以，設(shè)計(jì)者必須在設(shè)計(jì)的過(guò)程中充分發(fā)揮其主觀能動(dòng)性，通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)的靈活操作實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)的完美結(jié)合。可以說(shuō)，人的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造力配合計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大計(jì)算處理能力，才能設(shè)計(jì)出更加貼近當(dāng)今機(jī)械設(shè)計(jì)需求的產(chǎn)品。

現(xiàn)代的機(jī)械設(shè)計(jì)里，應(yīng)用計(jì)算機(jī)和CAD等軟件已經(jīng)基本可以解決數(shù)據(jù)分析和計(jì)算上的障礙，上文中的優(yōu)化設(shè)計(jì)和變型設(shè)計(jì)及就是最好的例子。

4.2 數(shù)據(jù)庫(kù)管理

現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件種類(lèi)很多，廣泛應(yīng)用于商業(yè)領(lǐng)域或企事業(yè)單位管理部門(mén)。在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，數(shù)據(jù)庫(kù)管理也十分重要，需要一個(gè)儲(chǔ)存量大、可以管理復(fù)雜數(shù)據(jù)的完善的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，但當(dāng)下大多數(shù)此類(lèi)軟件還不能完全做到這一點(diǎn)。這就要求我們充分發(fā)揮創(chuàng)造性，根據(jù)自己的設(shè)計(jì)需要來(lái)建立數(shù)據(jù)庫(kù)，以便更好、更精確地分析數(shù)據(jù)，從而達(dá)到我們想要的設(shè)計(jì)效果。

設(shè)計(jì)者在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)常需要查閱一些數(shù)據(jù)資料和文獻(xiàn)，從而得到所需數(shù)據(jù)、公式或理念。傳統(tǒng)方式是設(shè)計(jì)者花費(fèi)大量時(shí)間和力氣自己去一一查找，十分耗費(fèi)人力。但在計(jì)算機(jī)已經(jīng)普及的今天，設(shè)計(jì)者完全可以省下這番功夫，只需事先把機(jī)械設(shè)計(jì)的相關(guān)資料都儲(chǔ)存進(jìn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，建立完善的數(shù)據(jù)庫(kù)，這時(shí)就可以利用計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存量大、查找速度快的優(yōu)勢(shì)，迅速分析查找并最終得到所需的資料。查找資料歷來(lái)都是龐大而復(fù)雜的工作，計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)解決了這個(gè)問(wèn)題，為機(jī)械設(shè)計(jì)者節(jié)約了很多時(shí)間，使他們可以把更多的時(shí)間投入到機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新當(dāng)中去，從而促進(jìn)了機(jī)械設(shè)計(jì)更快更好地發(fā)展。

5 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)代的機(jī)械設(shè)計(jì)需要?jiǎng)?chuàng)新，所以設(shè)計(jì)人員必須具備全新的創(chuàng)新理念，充分發(fā)揮其主觀能動(dòng)性的同時(shí)，能夠熟練操作現(xiàn)代設(shè)備進(jìn)行分析處理，以設(shè)計(jì)出質(zhì)量更高，更能滿(mǎn)足用戶(hù)需求的機(jī)械設(shè)備，這同時(shí)也是機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展的一貫要求和準(zhǔn)則。

參考文獻(xiàn)

[1]葉云岳.科技發(fā)明與新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

[2]李立斌.機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：國(guó)防科技大學(xué)出版社，2001.

[3]檀潤(rùn)華.創(chuàng)新設(shè)計(jì)-TRIZ：發(fā)明問(wèn)題解決理論[M].北京機(jī)械工業(yè)出版社，2002.