機械制造和機械設計創新的實現

黃金波，楊 萍

（湖南有色金屬職業技術學院，湖南株洲 412006）

0 引言

隨著科技的發展、社會的進步，人們的思維也跟隨著社會的發展而發生變化，抽象思維、邏輯思維、逆向思維等多種思維模式成為人們生活中常用的模式，其中創新思維是人類在發展過程中，通過對過去不斷總結、突破而形成的新思維，創新思維能夠推動社會進步，促進各行各業的發展。創新是時代發展的動力所在，是國家富強的基礎，因此在機械設計中融入創新元素對于機械制造的發展十分必要。

1 機械創新設計的特征

機械制造指從事各種動力機械、起重運輸機械、化工機械、紡織機械、機床、工具、儀器、儀表及其他機械設備等生產的工業部門，機械制造業為整個國民經濟提供技術裝備，其發展水平是國家工業化程度的主要標志之一[1]。機械制造逐漸與自動化技術相結合，以機械設計與制造為基礎，融入計算機科學、信息技術、自動控制技術的交叉學科，主要任務是運用先進設計制造技術的理論與方法，解決現代工程領域中的復雜技術問題，以實現產品智能化的設計與制造。

機械創新設計具有獨特性，創新設計過程中需要通過實驗進行反復驗證，使每個設計環節都能夠得到優化，設計的產品應該與傳統有明顯的優化，因此機械創新設計具有獨特性。

機械創新設計具有整體化特征，機械制造與機械設計涉及到自動化、計算機、編程等多個專業領域，在設計過程中，各個專業緊密相連，相互滲透，因此工作人員應該對多個專業都比較熟悉，才能夠進行創新性設計，所以機械化創新設計具有整體化特征。

在機械創新設計的過程中，需要引進新技術，對新技術進行了解，然后根據我國機械制造的需求進行創新。

2 機械設計創新的作用

2.1 創新元素在設計中的作用

機械創新設計是指通過對傳統機械制造產品或者技術進行研究，然后在此基礎上，發揮創新思維，設計出在經濟、環保、使用水平等多個方面優化的新產品。創新設計的目的是為了讓新的產品服務社會，使人們的生活與工作水平不斷提高，因此創新元素在機械設計中的作用分為2 個方面，一方面使能夠對原有的機械產品進行改造，使其在人們的工作與生活中發揮出更大的價值；另一方面，通過現有的機械技術研究出新的設計。無論是新產品還是新設計，只要能夠在原有的基礎上降低成本、使用更加便捷或者更加環保等，都屬于創新性設計。

2.2 創新元素在產品中的作用

機械產品設計比較復雜，包括外部結構的設計、內部零件的設計等多個方面，不同類型的客戶對機械產品的需求不同，以鐘表為例，老年人對鐘表的需求是能以最方便的方式準確看出時間，而兒童對鐘表的需求是多一些花哨的設計，吸引其對鐘表的好奇，所以創新元素在產品中也十分重要。隨著人們生活水平的提高，人們對于生活質量的要求也越來高，比如辦公設備，打印機、掃描儀等體積越來越小，這都是根據人們的需求，使機械產品不斷創新。

2.3 創新元素在制造中的作用

我國出版的《現代化機械設計手冊》中提出，將創新元素融入到制造設計中，因此機械設計的創新并不只是理念，應該與實際相結合，使創新思維在機械制造中能夠發揮出真正的價值。在制造過程中，創新是打破傳統，改善當前存在缺陷的實際，使更多的新儀器設備改善人們的生活。

3 機械制造和機械設計創新案例分析

機械制造與機械設計已經逐漸與我們的生活相結合，我國很多高校對機械設計創新高度重視[2]，在一次機械設計活動中，有同學以德國的慧魚創意組合模型為基礎，通過機械化設計等，制造出多種創意組合。慧魚創意組合模型主要有組合包、培訓模型、工業模型三大系列，涵蓋了機械、電子、控制、氣動、汽車技術、能源技術和機器人技術等領域和高新學科。本文針對機械創新設計進行研究，以慧魚創意模型為技術，在設計方面進行創新。首先需要準備慧魚工業的模板、計算機、編程軟件等。

在設計過程中，該組同學采用了電池供電的形式，電動機輸出轉矩，然后通過減速器進行變速，再通過轉矩進行輸出，三輪車就能夠前進，開關上可以對發動機進行正反的控制，使三輪車實現前進或者后退的操作。旋轉木馬是將電源連接之后，通過中心軸的原理使中心軸帶動4 個方向的小馬進行旋轉。在高校中通過機械設計活動提高學生的實踐能力，使其了解機械創新的樂趣，在未來的發展中能夠在機械方面有更多的創新設計[3]。

在我們工作生活中，機械制造業存在很多問題，比如內燃機是一種動力機械，通過燃料在機器內部燃燒，將其放出的熱能直接轉換為動力的熱力發動機。

傳統的內燃機一般由凸輪組成，工作的過程中，溶溝回轉動作使動桿往復動作，當活塞進行2 次往復動作后，凸輪旋轉360°，達到動力的需求，但回轉運動的平穩性很難控制。在制造業對內燃機進行應用的過程中，逐漸發現了這一問題，因此設計對內燃機進行改造，添加多個氣缸，使內燃機變成了多缸發動機，氣缸能夠對凸輪的運動進行控制，也能夠改變凸輪的轉速，改造后的內燃機在船只、建筑機械設備中都得到了良好的應用。經過創新設計的內燃機體積比傳統內燃機更小，在使用的過程中，噪聲也比較小，使生產與工作過程得到優化，由此可見，合理應用機械設計知識可以輔助提升創新設計的效率和質量[4]。

4 機械設計發展趨勢

4.1 智能化發展

智能化是21 世紀科學與技術發展的必然產物，也是當前制造業追求的方向。智能化能使機械設備具有判斷能力、思維邏輯以及面對問題時的決策能力。當機械運行過程中出現故障時，智能化設備能根據算法得出最佳的處理方式，然后進行靈活的處理[5]。機械化應用屬于模仿人類的部分智能行為，雖然不能與人類相比較，但是對于工業發展而言，低級的智能就能促進工業發展。智能化主要體現在控制技術方面，是機械設備在應用的過程一種方式的體現。制造行業智能化發展主要是集人工智能技術、計算機科學技術、動力學技術等于一體，通過對人類思維等的模仿，使機械設備的操作更加精準。機械技術的智能化發展使機械設備、機械創意等有了更廣闊的發展空間，在未來的發展中，智能化趨勢會更加明顯。

4.2 網絡化發展

互聯網的發展逐漸改變了人們的生活方式，在未來的發展中，機械制造與互聯網的結合會更加深入。互聯網還能改變機械產品的銷售模式，打破地區限制，使機械產品能夠服務更多的人群。通過互聯網技術，也能使各地的機械設計者實現有效溝通，促進行業的發展，為機械創新設計提供更多的可能。中國制造2025 是我國提出的第一個10 年行動綱領，，我國機械制造行業還在延用傳統的“師徒制”，使很多工作者的創意與想法被傳統的觀念禁錮，但在互聯網的時代，人們可以通過網絡對機械設計與制造等知識進行學習，甚至有再線的課程，使機械制造與機械設計被更多人熟知。因此，在未來的發展中，機械制造和機械設計與網絡的聯系會越來越緊密。

4.3 節能化發展

隨著生活水平的提高，人們對于環境問題越來越重視，保護環境意識也越來越強烈。我國大力提倡可持續發展的基本方針，綠色、節能、低碳、環保概念是我國社會發展的基礎。制作業設備的發展也需要具有節能化特點，這樣才能可持續的發展。在未來的發展中，機械制造技術也會與綠色環保技術相結合，在機械產品設計的過程中，采用環保材料，使機械產品在滿足人們需求的同時也能夠滿足環境發展的需求。比如當前物流行業采用工業機器人進行分揀貨，提高工作效率，是機械發展的一種體現，比如內燃機設計，傳統的設計在很多領域也有應用，但改良后的設計，在節能、使用等多個方面都優于傳統設計，控制更加順暢。

5 結語

目前，我國機械制造方面與西方發達國家相比較，仍然存在一定的差距，在機械設計方面也比較落后，因此我國機械制造行業在發展過程中，主要以引進先進技術為主，在管理與研究體系方面仍然存在不足，要想從根本上提高我國機械制造行業的發展水平，就需要完善機械制造的研究系統，融入創新元素，在引進先進技術的同時，融入創新元素，開發出創新產品，使我國制造行業能夠帶動社會經濟的發展，并助推其他產業實現共同發展。