現代設計方法在機械創新設計中的研究

高建，孫建廣，祝岳銘

(河北工業大學機械工程學院，天津 300000)

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現代設計方法在機械創新設計中的研究

高建，孫建廣，祝岳銘

(河北工業大學機械工程學院，天津 300000)

摘要：機械創新設計是指在設計者充分發揮創造力的前提下，使用現有的科學技術對構思進行創新，從而設計出實用性、新穎性、創造性的機械產品。在機械創新設計中，創新設計主要包括兩方面，一是對機械產品的適用性、可靠性、經濟性、技術性等進行改進和完善；二是創造性地設計出滿足生活和生產新需求的新產品。

關鍵詞：現代設計方法；機械創新設計；研究

1現代設計的定義和方法

現代設計是把傳統的設計理論和設計方法作為基礎，把計算機的應用作為標志，是具有信息化時代特征的新型設計技術。目前，現代設計已經逐漸發展到產品規劃、產品制造、產品營銷、產品運行、產品回收等各個層面，除開傳統設計的理論和方法外，與設計相關連的技術和學科，特別是自動化的技術、制造工藝、材料知識、自然科學的知識、系統的管理技術等在現代設計中也是十分必要的內容。現代設計的方法是對把產品作為目標的知識的總稱，其涵蓋的內容和方法非常廣泛，主要包括可靠性的設計、優化的設計、有限元的設計、計算機的輔助設計、價值工程等。

2機械設計

機械設計是屬于綜合性較強的工程技術，其在社會生活和生產中有著無可替代的重要作用。例如：人類生活所需的各種用品和工具，工業生產中所需的各種儀器和設備等都和機械設計緊密相連。在機械設計中，主要把機械設計的過程分為以下四個階段：①產品規劃的階段；②方案設計的階段；③技術設計的階段；④制造和試驗的階段。

3機械創新設計的思路

機械的創新設計是設計者在對創造力充分發揮的前提下，使用現有的科學技術進行創造性的構思，從而設計出實用性、創造性、新穎性的產品。在機械創新設計中要著重解決的問題是對機械產品的創造模式、機理、方法、過程等進行探討，通過對機械產品的程式化、算法化、符號化、定量化來強化機械設計的質量、效率、可靠性。雖然機械創新設計要基于機械設計的傳統方法，但是機械創新設計更追求創造性，因為要加強機械產品的競爭力就必須強調設計的創新性。在機械創新設計中，雖然設計的投入只有產品總投入的5%，但是設計的決策在產品投入中占70%。由于在設計階段就要對產品的結構、性能、成本、質量、維護等因素進行確定，且創新設計不僅是關于產品使用周期的設計，還是關于用戶和市場的設計，因此只有通過機械設計的創新才能使機械產品具有更加良好的競爭力。機械的創新設計不僅繁雜、耗時、費腦力，還緊張、繁重、費體力，要有效地提升創新設計的效率，就要使用科學的設計工具和設計方法，而設計的自動化便是創新設計的理想目標。在機械的創新設計中，其科學性一方面可以讓設計者從系統的層面認識設計，從而有效地避免不良設計；另一方面可以實現設計工具的尋求愿望，因此機械創新設計不僅是設計工作的實際需求，更是機械設計中CAD技術的未來發展趨勢。

4現代設計創新的研究

機械創新設計是在設計者對創造力充分發揮的前提下，使用現有的科學技術創造性的構思，從而設計出實用性、創造性、新穎性的產品。機械的優化設計、計算機的輔助設計、有限元設計、系統設計、創新設計等形成了現代設計的系統方法庫，且現代設計對利于設計思想和設計方法的學科不斷吸收。專家系統、思維科學、人腦研究、人工智能等的發展使創新設計在機械設計中越來越重要，因為不僅專家系統、思維科學、人腦研究、人工智能等已經給創新設計奠定了理論基礎，而且創新設計的發展還能促進創造思維的機理解釋和科學技術的發展。在機械的創新設計中，創新設計的內容主要包括兩個方面：①完善機械產品的經濟性、技術性、適用性、可靠性；②設計和創造滿足生活和生產需求的新產品。在機械的創新設計中，其關鍵的核心主要是對機械產品的創造模式、機理、方法進行探索，并對機械產品的創新設計進行定量化和程式化。

5現代設計未來的發展趨勢

現代設計是把分析軟件和工程設計作為基礎，把計算機作為工具，通過現代的設計理念進行設計的新型方法。ADAMS、PRO-E、Solid Edge、I-DEAS、UG、Solid Works、NASTRAN、ADINA等都是現代設計中使用較多的分析軟件。現代設計的方法中，在使用分析軟件和計算機的同時，要遵循常規設計的內容，且在現代設計的方法強調中，不能忽視了常規設計的重要作用。現代設計的方法較多，且涉及學科較廣，虛擬的設計、優化的設計、計算機輔助的設計、可靠性的設計、并行的設計、有限元的設計等都是現代設計中經常使用的設計方法。由于現代設計方法的通用性較強，比如：在優化的設計方法中，其理論基礎不僅可以在機構的和零件的優化設計中使用，還能在建筑工程和電子工程等領域中使用，因此現代設計的發展較為快速。

現代設計發展迅速的表現如下：1、機構的計算機輔助設計和計算機輔助設的并行發展。2、機械的優化化設計和優化設計。3、機械的可靠性設計和可靠性設計。4、設計過程更為數字化，既要對工程中確定性變量的數學建模和描述進行完善，還要對非確定性變量的數學建模和描述進行研究。5、設計過程更為智能化和自動化，不僅要對各種方法庫、數據庫、知識庫進行研究、健全、發展，還要對商品軟件的研發自學習、自適應、自編程，例如：對信息、數據、知識獲取和處理技術的研究。6、對多目標和不可微模型進行優化、對工程的不確定模型和動態的多變量進行優化等優化程序和優化方法的研究，并且優化程序和優化方法的研究已經發展到了對廣義工程系統領域的優化。7、對網絡的協同設計和并行設計的技術研究、方法研究、軟件研究。8、對仿真虛擬的試驗研究、對虛擬設計的研究、對快速形成仿真虛擬的研究，這種研究是把計算機的仿真作為研究基礎，集智能技術、人機工程、成形技術、多媒體技術、光電傳感的技術、并行工程、材料、計算機的圖形學等為一體的綜合性研究。9、對CAD技術應用、推廣、發展的研究，在CAD技術的研究中其關鍵內容是對功能性較強的商品軟件進行研發。10、對微型機電系統的應用技術、設計方法、設計理論進行研究，例如:智能計算、納米技術、微型機械的系統和微型機器人的系統的設計與計算。11、對關于生態設計的理論研究和方法研究，例如：對綠色的產品進行設計、對生產過程的清潔化進行設計、對產品的可回收進行設計等。12、對基礎的設計理論和共性的設計技術進行研究。

參考文獻：

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[6]梅順齊,何雪明.現代設計方法.武漢：華中科技大學出版社，2009.

作者簡介：高建(1990.12-)，男，漢，山東省濱州市，在校研究生，河北工業大學機械工程學院，研究方向：創新設計。

中圖分類號:TH12

文獻標志碼：A

文章編號：1671-1602(2016)10-0044-02

DOI:[1]魏學忠.現代設計方法在機械創新設計中的研究[J].硅谷,2010,(23):98.10.3969/j.issn.1671-7597.2010.23.083. [4]李旭.現代機械設計的創新方法[J].科技經濟市場,2015,(5):199-199.10.3969/j.issn.1009-3788.2015.05.146. [5]羅煜林.現代機械設計方法分析[J].中國科技縱橫,2014,(9):83-83.10.3969/j.issn.1671-2064.2014.09.061.

孫建廣,男,漢,河北張家口，正高級工程師，河北工業大學機械工程學院，研究方向：創新設計理論。

祝岳銘(1990.1-)，男，漢，河北省承德市，在校研究生，河北工業大學機械工程學院，研究方向：創新設計。