机电创新设计学习报告

机械创新设计学习报告

机械创新一直是我们专业所极力强调的，通过我院的科技论文报告会、科研立项申报等形式让我在潜移默化中渐渐熟悉着机械创新的方法和过程。在本学期学习本门课程之后，我对此的认识又更加清晰深刻了。创新一直推动社会发展的源泉和生命，“创新”也是发现或发明新思维、新理论、新方法、新技术或新产品的过程。

机械创新设计是一个极其重要而又困难的实践性较强的课题。通过该门课程的学习必然会提高我们以后在工作中的创新能力，拓宽设计思路。在知识经济时代，机械设计和制造的发展源泉和生命在于“创新”。对我们机械专业的学生来说，激发我们的机械创新设计的潜能，全面提高综合素质，成为具有创新意识和创新能力的应用型的工程技术人才是适应社会发展的必然。

一、机械创新设计目的及其一般过程

机械创新设计的目标是由所要求的机械功能出发，改进、完善现有机械或创造发明新机械实现预期的功能，并使其具有良好的工作性能及经济效益。机械创新设计的一般过程，可分为四个阶段：根据设计任务及要求确定机械的基本原理、机械结构类型综合及优选、机构运动尺寸综合及其运动参数优选、机械运动学参数综合及其动力参数优选。完成上述四个阶段，便形成了机械设计的优选方案，而后进入机械结构创新设计阶段。机械创新设计与常规机械设计相比，其过程没有多大差异，但它主要强调人在设计过程中的主导性及创造性作用

二、机械创新设计的特点

一是多门科学技术交叉、渗透、融合；二是部分工作为非数据性、非计算性的，必须在知识和经验积累的基础上思考、推理及判断，并运用创造性及发散思维的方法；三是在知识、经验、灵感与想象力的系统中搜索并优化设计方案；四是机械创新设计是多次反复、多级筛选的过程，每一设计阶段都有其特定内容及方法。但各阶段之间又密切相关，形成一个整体的设计系统。

三、机械创新设计的常用方法

1．智力合成法

一种发挥集体智慧的方法。通过集体讨论的形式，发散和激励创新思维。讨论时应相互启发激励，取长补短，引起创新设想的连锁反应，使思维自由奔放，新的设想激烈涌现。讨论的目标要明确，事先有准备。其原则有：鼓励自由思考，随心所欲，设想新异；不许批评别人的设想；推迟评价，不过早定论；有的放矢，不泛泛空谈；讨论者一律平等，不提倡少数服从多数；及时归纳，总结、纪录各种设想，留作下次再议；最后挑选最合适、最有前途的见解，并审查其可行性。

2、类比法

从事物的千差万别，不同程度的对应和相似之处的类比中得到创新。如拟人类比，设计两足步行机；从面包加入发酵剂而蓬松的类比，发明泡沫塑料；从人手盖章类比，设计出印刷机等。

3、仿生类比法

通过对自然界生物机能的分析类比，从事物的千差万别、不同程度的对应和相似之处的类比中得到创新，设计出新机械，这也是最常用的创新设计方法。

4、列举创新法

是把问题展开列举，帮助思维进行构思的方法。按机构的特性，设计者的意愿、毛病的改进等进行列举，找出改进创新的方案。如希望能飞上天，发明了飞机；能在黑夜中视物而发明红外线夜视装置；能像鱼一样在水中活动，研制出潜水艇。

5、移植技术法

把一个领域内的先进技术移植到另一个领域中，或把一种产品内的先进技术应用到另一种产品中，从而设计出新产品的方法。如电火花技术应用于机械加工，产生了电火花加工机床；真空技术移植到家电产品，发明了吸尘器、收缩包装机械。这种方法常能产生功能原理上突破性的创新。

四、机械创新设计思维的两项原则

机械设计过程是从功能要求到作用原理, 再到物理结构的映射过程。我们在创新设计思维过程中, 应该把握好2 个基本原则:(1) 最短路径原则。在明确产品的功能要求后, 就应检索出最佳设计实例, 这样可以最迅速接近目标, 然后运用价值工程方法, 找出价值较低的极少数

组件作为研究对象, 再分析所得对象存在的矛盾, 尝试做最小变动以解决矛盾, 如矛盾没有解决, 就要做更大变动或扩大研究对象范围, 最后得出最优结果。通过这种途径所消耗的能量最少, 体现了最短路径原则。(2) 相似性联想原则。联想就是找出事物彼此相似性的创造力(相似性是指事物间的内在联系) 。判断联想是否合理的依据是相似性, 相似性由已有产品实例确定, 当多种产品实例可满足同一功能要求, 那么它们用于实现该功能的作用原理及物理结构具有相似性。在设计中, 功能要求、作用原理与物理结构可作为实例索引, 因此, 可统称它们为索引项目。同一索引的不同类索引项目之间的联想可称为纵向联想, 而不同索引的同类索引的联想可称为横向联想。

功能要求是联想的起点,经验丰富的设计师通常记忆有大量的设计实例,因而掌握纵向及横向相似性,所以能迅速地进行横向及纵向的联想,能触类旁通,得出具有相似作用原理及物理结构的实例(简称相似实例) 并进行组合优化,最后得到最优解。这2 项原则已被多种设计方法不自觉地采用。基于实例推理可迅速接近最优解, 体现最短路径原则;物场分析法(简称TRIZ) 分析了上百万设计实例, 确定了功能要求与作用原理及物理载体的内在联系, 以及不同作用原理或物理载体的可替代关系, 使设计师可根据功能要求找到适当的作用原理及物理载体, 体现相似性联想原则。

五、计算机创新设计系统的组成及其关键技术

以CAD 技术为核心的创新设计技术, 在新产品设计中得到越来越广泛的应用, 并且在各行业中已经取得了良好的效果, 缩短了产品设计周期, 提高了知识的重复利用率, 显著降低了设计成本。目前, 很多软件和网站能提供机械行业设计过程中所需的各种设计资料。专用软件模块集成了机械设计过程中常用的原料信息、形状信息、工艺信息、设计知识、设计流程等各方面的资料。这些软件支持拖放(drag&drop) 式操作, 通常在使用这些软件进行设计时, 只要把这些资料进行整合, 将所需要的零部件拖到工作区编辑和组合, 即可得到所需要的个性化新产品。通常计算机创新设计系统由数据库(基本信息库、知识库、实例库等) 及其管理系统、推理决策系统、人机交互系统、三维模型显示系统等几部分组成(如图1 所示) 。图1 中, 功能创新、原理创新和结构创新模块是图2 所表示的创新设计模型的简化。二者之间既相对独立又相互影响。

图1 图2

功能创新是根据产品市场需求, 将各种相互关联的功能信息进行搭配、组合, 产生新的满足要求的功能。原理创新是从功能要求(系统产生的或已知的) 出发, 通过技术分析, 寻求不同功能在原理上的重组,从而实现原理创新。结构创新是指在设计后期, 对功能、原理创新的结果匹配以对应结构化设计方案(包括各个结构对象自身及其相互间的连接关系、控制关系等) 。

图1 计算机创新设计系统的组成。实现创新的关键阶段是产品设计