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機械創新設計及其研究

作者:admin 更新時間:2019年03月19日 16:32:31

  【摘要】文章首先闡述了機械創新設計的概述,然后分析了機械創新設計研究的意義,最后對機械創新設計發展方向進行了探討。【關鍵詞】機械創新,設計,研究


  中圖分類號:F407文獻標識碼:A


  一、前言


  近年來,我國在機械創新設計雖然取得了飛速發展,但依然存在一些問題和不足需要改進,在建設創新型社會的新時期,加強對機械創新設計及其研究,對確保機械創新設計水平的提高有著重要意義。


  二、機械創新設計的概述


  1.機械創新設計的研究對象


  所謂機械創新設計(MechanicalCreativeDesign,MCD)是指充分發揮設計者的創造力,利用人類已有的相關科學技術成果(含理論、方法、技術原理等),進行創新構思,設計出具有新穎性、創造性及實用性的機構或機械產品(裝置)的一種實踐活動。它包含兩個部分:一是改進完善生產或生活中現有機械產品的技術性能、可靠性、經濟性、適用性等;二是創造設計出新機器、新產品,以滿足新的生產或生活的需要。由于MCD過程凝結了人們的創造性智慧,因而其產品無疑應是科學技術與藝術結晶的產物,具有完滿的美學性。


  2.MCD與常規設計及發明創造的關系


  (一)、MCD與常規設計


  機械設計一般可分為方案結構設計、運動設計及動力設計三個階段,其中,方案結構設計最需要創造性,設計難度也最大。常規設計一般是在給定機械結構或只對某些結構作微小改動的情況下進行的,其主要內容是進行尺度設計及動力設計。工廠生產中的非標準件設計已含有較多的創新設計成分。而相對傳統設計而言,MCD特別強調了人在設計過程中,特別是在方案結構設計階段中的主導性及創造性作用。


  (二)、MCD與機械的創造發明


  機械的創造發明大多屬于機械結構方案的創新設計。創造發明過程及方法的專著已有問世,但大多是作宏觀概括的論述,缺少具體的可操作性。MCD要完成的一個核心內容就是要探索機械產品創新發明的機理、模式及方法,要具體描述機械產品創新設計的過程,并將之程


  3.機械創新設計技術


  機械創新設計技術(MCD)是一門有待開創發展的新的設計技術和方法,它和機械系統設計(SD)、計算機輔助設計(CAD)、優化設計(OD)、可靠性設計(RD)、摩擦學設計(FD)、有限元設計(FED)等一起構成現代機械設計方法學庫,并吸收鄰近學科有益的設計思想與方法。人們對后面六種設計理論和方法的研究較為深入且都已有專著問世,但隨著認識科學、思維科學、人工智能、專家系統及人腦研究的發展,MCD正在日益受到專家學者的重視。一方面,認識科學、思維科學、人工智能、設計方法學、科學技術哲學等已為MCD提供了一定的理論基礎及方法;另一方面,MCD的深入研究及發展有助于揭示人類的思維過程、創造機理等前沿課題,反過來促進上述科學的發展,實現真正的機械專家系統(MES)及智能工程(IE)。因此,MCD是MES、IE等學科深入研究發展進程中必須解決的一個分支,它要求能真正為發明創造新機械和改進現有機械性能提供正確有效的理論和方法。


  三、機械創新設計研究的意義


  開展MCD研究不僅具有重要的理論學術價值,而且具有較大的經濟效益和社會效益。MCD的深入研究將為人們發明創造新機器、新機械提供有效的理論和方法。MCD研究必然要涉及人的思維過程、創造機理及過程等研究內容,因此MCD研究能加速機械專家智能化,實現真正的“專家”系統,在加速機械設計水平向自動化、智能化、最優化、集成化實現過程中可以作出自己的貢獻。


  創新設計的機械產品,必定在其原理確定階段經過反復的綜合選擇,結構上或尺度設計上必定蘊含了較高的創造性,也即必定含有較高的關鍵技術附加值,因此產品不僅具有優越的使用性能,而且具有較完美的造型性能,這包括科學技術原理與藝術性的完美結合、人機系統的良好協調性以及良好的經濟性等。這樣無疑提高了產品在同類產品中的競爭力,特別是當專利產品技術形成產業化的時候,可以創造出較高的經濟效益及社會效益。在MCD的實踐中培養了設計人員的創造性思維,增強了其創新能力,提高了人們進行創新設計的自覺性及技術上的可操作性,使MCD成為一種工具或手段,這樣,就促進了新產品(含專利產品)的繁榮與更新,為社會創造了財富。


  四、機械創新設計發展方向


  1.設計過程的數字化


  不僅要完善工程對象中確定性變量的數學描述和數學建模,而且更要研究非確定性變量,包括隨機變量、隨機過程、模糊變量(人的智能、經驗、創造力、語言及政治、經濟、人文等社會科學因素)等的數學描述和數學建模。


  2.設計過程的自動化和智能化研究


  健全、研究、發展各種類型的數據庫、方法庫和知識庫,及自動編程、自學習、自適應等高級商品化軟件的研制,如研究設計知識、數據、信息的獲取與處理技術、智能CAD人工神經網絡專家系統的模型和應用軟件等。


  3.虛擬設計和仿真虛擬試驗及快速成形技術的深入研究


  是一種以計算機仿真為基礎,集計算機圖形學、智能技術、并行工程、人機工程、材料、成形工藝、光電傳感技術和多媒體技術為一體的綜合學科研究。


  4.機械創新設計技術


  (一)、智力激勵法


  人的創造性思維特別是直覺思維在受激發情況下能得到較好地發揮。一批人集合在一起,針對某個問題進行討論時,由于各人知識、經驗不同,觀察問題的角度和分析問題的方法各異,提出的各種主意能互相啟發,填補知識空隙,啟發誘導出更多創造性思想,通過激勵、智慧交流和集智達到創新的目的。


  (二)、提問追溯法


  提問追溯法是有針對性地、系統地提出問題,在回答問題過程中,便可能產生各種解決問題的設想,使設計所需要的信息更充分,解法更完善。提問追溯法有奧斯本體溫法、阿諾爾特提問法、希望點列舉法、缺點列舉法。


  (三)、聯想類推法


  通過由此及彼的聯想和異中求同,同中求異的類比,尋求各種創新解法。利用聯想進行發明創新是一種常用而且十分有效的辦法。許多發明者都善于聯想,許多發明創新也得益于聯想的妙用。類比聯想由一事物或現象聯想到與其有類似特點的其他事物或現象,從而找出創新解法。


  (四)、返向探求法


  將人們通常思考問題的思路反轉過來,從背逆常規的途徑探尋新的解法,因此返向探求法亦稱逆向思維法。例如聲音既是振動,那么振動為什么不能復現原聲呢?通過這樣的反問,發明了留聲機。


  (五)、系統分析法


  對于技術系統,根據其組成所有影響其性能的全部參量,系統地依次分析搜索,以探索更多和解決問題的途徑。


  (六)、組合創新法


  組合創新法是將現有技術和產品通過功能、原理、結構等方面的組合變化形成新的技術思想和新產品。組合法應用的技術單元一般是已經成熟和比較成熟的技術,不需要從頭開始,因而可以最大限度地節約人力、物力和財力。組合創新的類型很多,常用的有性能組合、原理組合、功能組合、結構重組、模塊組合等。


  5.系統化設計方法


  (一)、設計元素法


  用五個設計元素(功能、效應、效應載體、形狀元素和表面參數)描述“產品解”,認為一個產品的五個設計元素值確定之后,產品的所有特征和特征值即已確定。我國亦有設計學者采(二)、圖形建模法


  研制的“設計分析和引導系統”KALEIT,用層次清楚的圖形描述出產品的功能結構及其相關的抽象信息,實現了系統結構、功能關系的圖形化建模,以及功能層之間的聯接。


  (三)、“構思”—“設計”法


  將產品的方案設計分成“構思”和“設計”兩個階段。“構思”階段的任務是尋求、選擇和組合滿足設計任務要求的原理解。“設計”階段的工作則是具體實現構思階段的原理解。


  五、結束語


  通過對新時期下,機械創新設計及其研究的分析,進一步明確了機械創新設計的方向,為機械創新設計的優化完善奠定了堅實基礎,有助于提高機械創新設計的水平。

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