淺談機電產品創新設計

【作者簡介】 劉月琴（1977-），女，內蒙古察右前旗人，烏蘭察布職業學院機電技術系教師，研究方向：數控加工。

【摘要】 機電產品的創新設計是一種經濟性、時效性的創新性的活動，其核心是創新思維，通過多種創新設計的方法集多領域知識和經驗于一體，完成低成本、高效率的機電產品創新設計過程，最終達到應用的目的。

【關鍵詞】 機電產品 創新設計

制造業是我國經濟發展的支柱，隨著制造業信息化和經濟全球化使機電產品的全球性競爭加劇，市場對產品質量、性能、效率、功能、結構和外形、性價比等要求迅速提高，呼喚更多環保、節能、節材產品的出現。隨著計算機技術的發展，機械設計逐步向虛擬環境下的數字化發展，這不僅可以進行結構的最優化設計，而且還可以在虛擬環境下完成各項模擬仿真和工況試驗，以代替甚至包括實物試驗都難以完成的各項實驗，并在數據庫技術支持下基于Web集成機械設計CAD/CAE以及其他技術文檔的全部信息，逐步形成基于專家系統和信息集成系統的機器快速開發平臺系統快速（T）優質（Q）低成本（C）優質服務（S）的所謂TQCS開發新的機械設備，以快速響應市場的需要。

一、 我國創新設計簡述

我國機電產品的創新設計是從反求開始的，反求設計在對已有產品反求的基礎上進行設計，起點高，更容易得到有所創新的產品。研究表明，在新產品開發中，約40%是重用過去的部件設計，約40%是對已有部件的微小修改，而只有約20%是完全新的設計。可重用設計從可重用產品信息建模和可重用信息獲取技術，以及可重用信息和知識的存儲與檢索還有可重用技術知識處理與集成。這樣可以最大限度地實現已有產品設計資源的重用。變形設計（包括曲線、曲面變形設計和結構變形設計）是基于工程要求精度下實現美學要求和知識系統處理的相容性準則。創新設計突出人的創造力，強調發揮集體智慧，探索更多的突破性方案，開發能滿足不斷提高的多個方面、各個層次需求的創新產品。

二、 創新設計的核心

創新設計的核心在于創新思維，創新思維是指在思考過程中，采用能直接或間接起到某種開拓、突破作用的一種思維。它既是一種能動的思維發展過程，又是一種積極的自我激勵過程；它需要邏輯思維作基礎，也需要非邏輯思維在一定環節和階段上發揮作用。創新思維是邏輯與非邏輯思維有機結合的產物。邏輯思維是一種線性思維模式。它具有嚴謹的推理，一環緊扣一環，是有序的。邏輯思維常采用的方式一般有分析與綜合、抽象與概括、歸納與演繹、判斷與推理等。非邏輯思維是人們對事物進行分析和綜合的思維過程中，主要以圖像、音調、動作等形象的符號再現某類事物形象的一般特征的存在性，以形象思維、直覺思維、創新性思維直接感知存在的符號信息。這種思維是發散思維，它是開放式思維。在解決問題時，思維不拘一格地從僅有的信息中盡可能擴展開去，朝著各種方向去探索各種不同的解決途徑和答案。在創新設計中，既需要邏輯與非邏輯思維的互補、協調與配合，也需要非邏輯思維開闊思路，產生新設想、新點子，還需要邏輯思維對各種設想進行加工整理、審查和驗證，這樣才能使創新成果更加完美。

三、 創新設計的方法

創新過程也需要運用一定的方法和技巧。常用的創新技法有觀察法、類比法、移植法、組合法、換元法、還原法、窮舉法、集智法等。觀察法是指人們通過感官或科學儀器，有目的、有計劃地對研究對象進行反復細致的觀察，再通過思維器官的綜合分析，以解釋研究對象本質及其規律的一種方法。類比法是將所研究和思考的事物與人們熟悉的、與之有共同點的某一事物進行對照和比較，從比較中找出其相似點或不同點，并進行邏輯推理，在同中求異或在異中求同來實現創新。移植法是指借用某一領域的成果，引用、滲透到其他領域，用以變革和創新。組合法是指將兩種或兩種以上的技術、事物、產品、材料等進行有機地組合，以產生新事物或成果的創新技法。換元法是指人們在創新過程中，采用替換或代換的方法，是研究不斷深入思維得到更新。還原法是指返回到創新原點。窮舉法是一種輔助的創新技法，它并不提供發明思路與創新技巧，但它可幫助人們明確創新的方向和目標。集智法是指集中大家智慧，并激勵智慧，進行創新。例如，異地協同設計運用集智法，以計算機網絡及分布式人工智能技術的發展為前提，促使并行設計向異地協同設計的方向發展。它們使快速設計理論、方法和技術的發展空間進一步擴寬。虛擬制造技術和基于網絡的并行與協同設計技術縮短了產品開發的周期。另外，懷疑是科技創新的起點。創新設計利用這些方法從功能、原理、結構布局等方面入手找到突破口進行創新。

四、 創新設計的目的

產品設計，是從需求出發尋求設計解（產品）的過程，是根據市場的客戶需求得出滿足此需求的系統的一系列創造性活動，其目的是實現產品功能，以滿足人們不斷提高的要求。而設計的結果確定了產品的基本質量和成本，也就決定了產品的市場競爭力。機電產品的設計主要進行創新設計、快速設計與經濟性設計、智能設計、異地協同及虛擬設計、動態設計五方面。創新設計是現代設計理論與方法和傳統設計理論與方法相比較的特點之一，現代設計理論與方法強調自功能、效應、原理，直至布局、結構、材料的創新。主要體現在功能創新設計、原理創新設計、結構布局創新設計等。快速設計與經濟性設計是矛盾的統一體，快速設計與經濟性設計也是制造業全球化和競爭激烈化對產品設計和開發提出的必然要求和產物。智能設計是基于CAD和算法等計算機軟件建模和求解過程的設計。異地協同設計的目標是在Web環境下對知識的處理和操作，進行異地協同虛擬設計，其目標不僅對物質形態和制造過程進行模擬和可視化，而且對產品的性能、行為和功能以及產品實現的各個階段的實施方案進行仿真、預測、評價和優化，從而避免設計缺陷，縮短產品開發周期，同時降低產品開發和制造成本。異地協同虛擬設計也為產品創新設計中所依賴的設計資源的建設、整合和網上運行構造一個理論和方法的框架，推動產品創新設計快速發展。結構動態設計是根據結構工作所處的環境，按照功能、力、熱、聲、磁、強度等方面的要求，對設計對象進行動力學建模和動態特性分析、修正和設計結構，從而得到具有良好靜、動態特性的設計方案。

創新設計不僅是一種創新性的活動，還是一個具有經濟性、時效性的活動，它受到意識、制度、管理及市場的影響與制約。創新設計是涉及多重學科，包括設計學、創造學、經濟學、社會學、心理學等的復合性工作，其結果的評價也是多指標、多角度的。創新設計中相當一部分工作是非數據性、非計算性的，而是要依靠對各學科知識的綜合理解與交融，對已有經驗的歸納與分析，運用創新性的思維方法與創造學的基本原理開展工作。創新設計不只是因為問題而設計，更重要的是提出問題，解決問題。同時，它也是多種層次的，既不在乎規模的大小，也不在乎理論的深淺，它所注重的是新穎、獨創、及時，其最終目的在于應用。

總之，隨著科學技術的迅速發展，新產品不斷涌現，產品的創新已經成為增強現代產品競爭力焦點。機電產品的設計已不再僅僅滿足于適應性設計和變形設計，進行產品的創新設計已成為機電產品設計的重點和難點。對機電產品來說，一方面，由于所涉及的電子、機械甚至物理、數學等領域的知識比較多，產品結構復雜，涉及技術和科學領域越來越多，其對新創意、新技術的要求越來越高；另一方面，它又要求產品的開發周期短。這樣在產品設計的過程就會出現緊迫性、創造性、復雜性和不確定性等。為了提高產品的市場競爭力，必須提高設計質量，就要求從設計階段開始創新。一般而言，創新對設計者的經驗、專業知識和其他領域知識有著較高的要求，具有多領域知識和豐富經驗的設計人員在實際過程中很容易產生新的想法和創意；一般技術人員由于經驗和知識所限，創新設計就會有難度。例如，可以采用異地協同進行創新設計，集中多領域知識與經驗共同完成機電產品的創新與設計的“短、精、快”。

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