高建，孫建廣，祝岳銘

(河北工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，天津 300000)

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現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)中的研究

高建，孫建廣，祝岳銘

(河北工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，天津 300000)

摘要：機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)是指在設(shè)計(jì)者充分發(fā)揮創(chuàng)造力的前提下，使用現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)對構(gòu)思進(jìn)行創(chuàng)新，從而設(shè)計(jì)出實(shí)用性、新穎性、創(chuàng)造性的機(jī)械產(chǎn)品。在機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，創(chuàng)新設(shè)計(jì)主要包括兩方面，一是對機(jī)械產(chǎn)品的適用性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性等進(jìn)行改進(jìn)和完善；二是創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)出滿足生活和生產(chǎn)新需求的新產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法；機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)；研究

1現(xiàn)代設(shè)計(jì)的定義和方法

現(xiàn)代設(shè)計(jì)是把傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法作為基礎(chǔ)，把計(jì)算機(jī)的應(yīng)用作為標(biāo)志，是具有信息化時(shí)代特征的新型設(shè)計(jì)技術(shù)。目前，現(xiàn)代設(shè)計(jì)已經(jīng)逐漸發(fā)展到產(chǎn)品規(guī)劃、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品營銷、產(chǎn)品運(yùn)行、產(chǎn)品回收等各個(gè)層面，除開傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論和方法外，與設(shè)計(jì)相關(guān)連的技術(shù)和學(xué)科，特別是自動(dòng)化的技術(shù)、制造工藝、材料知識、自然科學(xué)的知識、系統(tǒng)的管理技術(shù)等在現(xiàn)代設(shè)計(jì)中也是十分必要的內(nèi)容?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)的方法是對把產(chǎn)品作為目標(biāo)的知識的總稱，其涵蓋的內(nèi)容和方法非常廣泛，主要包括可靠性的設(shè)計(jì)、優(yōu)化的設(shè)計(jì)、有限元的設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)、價(jià)值工程等。

2機(jī)械設(shè)計(jì)

機(jī)械設(shè)計(jì)是屬于綜合性較強(qiáng)的工程技術(shù)，其在社會生活和生產(chǎn)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(yè)生產(chǎn)中所需的各種儀器和設(shè)備等都和機(jī)械設(shè)計(jì)緊密相連。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，主要把機(jī)械設(shè)計(jì)的過程分為以下四個(gè)階段：①產(chǎn)品規(guī)劃的階段；②方案設(shè)計(jì)的階段；③技術(shù)設(shè)計(jì)的階段；④制造和試驗(yàn)的階段。

3機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的思路

機(jī)械的創(chuàng)新設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)者在對創(chuàng)造力充分發(fā)揮的前提下，使用現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)造性的構(gòu)思，從而設(shè)計(jì)出實(shí)用性、創(chuàng)造性、新穎性的產(chǎn)品。在機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)中要著重解決的問題是對機(jī)械產(chǎn)品的創(chuàng)造模式、機(jī)理、方法、過程等進(jìn)行探討，通過對機(jī)械產(chǎn)品的程式化、算法化、符號化、定量化來強(qiáng)化機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量、效率、可靠性。雖然機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)要基于機(jī)械設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)方法，但是機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)更追求創(chuàng)造性，因?yàn)橐訌?qiáng)機(jī)械產(chǎn)品的競爭力就必須強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性。在機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，雖然設(shè)計(jì)的投入只有產(chǎn)品總投入的5%，但是設(shè)計(jì)的決策在產(chǎn)品投入中占70%。由于在設(shè)計(jì)階段就要對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、性能、成本、質(zhì)量、維護(hù)等因素進(jìn)行確定，且創(chuàng)新設(shè)計(jì)不僅是關(guān)于產(chǎn)品使用周期的設(shè)計(jì)，還是關(guān)于用戶和市場的設(shè)計(jì)，因此只有通過機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新才能使機(jī)械產(chǎn)品具有更加良好的競爭力。機(jī)械的創(chuàng)新設(shè)計(jì)不僅繁雜、耗時(shí)、費(fèi)腦力，還緊張、繁重、費(fèi)體力，要有效地提升創(chuàng)新設(shè)計(jì)的效率，就要使用科學(xué)的設(shè)計(jì)工具和設(shè)計(jì)方法，而設(shè)計(jì)的自動(dòng)化便是創(chuàng)新設(shè)計(jì)的理想目標(biāo)。在機(jī)械的創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，其科學(xué)性一方面可以讓設(shè)計(jì)者從系統(tǒng)的層面認(rèn)識設(shè)計(jì)，從而有效地避免不良設(shè)計(jì)；另一方面可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)工具的尋求愿望，因此機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)不僅是設(shè)計(jì)工作的實(shí)際需求，更是機(jī)械設(shè)計(jì)中CAD技術(shù)的未來發(fā)展趨勢。

4現(xiàn)代設(shè)計(jì)創(chuàng)新的研究

機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)是在設(shè)計(jì)者對創(chuàng)造力充分發(fā)揮的前提下，使用現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)創(chuàng)造性的構(gòu)思，從而設(shè)計(jì)出實(shí)用性、創(chuàng)造性、新穎性的產(chǎn)品。機(jī)械的優(yōu)化設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)、有限元設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)等形成了現(xiàn)代設(shè)計(jì)的系統(tǒng)方法庫，且現(xiàn)代設(shè)計(jì)對利于設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法的學(xué)科不斷吸收。專家系統(tǒng)、思維科學(xué)、人腦研究、人工智能等的發(fā)展使創(chuàng)新設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)中越來越重要，因?yàn)椴粌H專家系統(tǒng)、思維科學(xué)、人腦研究、人工智能等已經(jīng)給創(chuàng)新設(shè)計(jì)奠定了理論基礎(chǔ)，而且創(chuàng)新設(shè)計(jì)的發(fā)展還能促進(jìn)創(chuàng)造思維的機(jī)理解釋和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。在機(jī)械的創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，創(chuàng)新設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括兩個(gè)方面：①完善機(jī)械產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性、適用性、可靠性；②設(shè)計(jì)和創(chuàng)造滿足生活和生產(chǎn)需求的新產(chǎn)品。在機(jī)械的創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，其關(guān)鍵的核心主要是對機(jī)械產(chǎn)品的創(chuàng)造模式、機(jī)理、方法進(jìn)行探索，并對機(jī)械產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)進(jìn)行定量化和程式化。

5現(xiàn)代設(shè)計(jì)未來的發(fā)展趨勢

現(xiàn)代設(shè)計(jì)是把分析軟件和工程設(shè)計(jì)作為基礎(chǔ)，把計(jì)算機(jī)作為工具，通過現(xiàn)代的設(shè)計(jì)理念進(jìn)行設(shè)計(jì)的新型方法。ADAMS、PRO-E、Solid Edge、I-DEAS、UG、Solid Works、NASTRAN、ADINA等都是現(xiàn)代設(shè)計(jì)中使用較多的分析軟件?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)的方法中，在使用分析軟件和計(jì)算機(jī)的同時(shí)，要遵循常規(guī)設(shè)計(jì)的內(nèi)容，且在現(xiàn)代設(shè)計(jì)的方法強(qiáng)調(diào)中，不能忽視了常規(guī)設(shè)計(jì)的重要作用?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)的方法較多，且涉及學(xué)科較廣，虛擬的設(shè)計(jì)、優(yōu)化的設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助的設(shè)計(jì)、可靠性的設(shè)計(jì)、并行的設(shè)計(jì)、有限元的設(shè)計(jì)等都是現(xiàn)代設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用的設(shè)計(jì)方法。由于現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的通用性較強(qiáng)，比如：在優(yōu)化的設(shè)計(jì)方法中，其理論基礎(chǔ)不僅可以在機(jī)構(gòu)的和零件的優(yōu)化設(shè)計(jì)中使用，還能在建筑工程和電子工程等領(lǐng)域中使用，因此現(xiàn)代設(shè)計(jì)的發(fā)展較為快速。

現(xiàn)代設(shè)計(jì)發(fā)展迅速的表現(xiàn)如下：1、機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)的并行發(fā)展。2、機(jī)械的優(yōu)化化設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)。3、機(jī)械的可靠性設(shè)計(jì)和可靠性設(shè)計(jì)。4、設(shè)計(jì)過程更為數(shù)字化，既要對工程中確定性變量的數(shù)學(xué)建模和描述進(jìn)行完善，還要對非確定性變量的數(shù)學(xué)建模和描述進(jìn)行研究。5、設(shè)計(jì)過程更為智能化和自動(dòng)化，不僅要對各種方法庫、數(shù)據(jù)庫、知識庫進(jìn)行研究、健全、發(fā)展，還要對商品軟件的研發(fā)自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自編程，例如：對信息、數(shù)據(jù)、知識獲取和處理技術(shù)的研究。6、對多目標(biāo)和不可微模型進(jìn)行優(yōu)化、對工程的不確定模型和動(dòng)態(tài)的多變量進(jìn)行優(yōu)化等優(yōu)化程序和優(yōu)化方法的研究，并且優(yōu)化程序和優(yōu)化方法的研究已經(jīng)發(fā)展到了對廣義工程系統(tǒng)領(lǐng)域的優(yōu)化。7、對網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同設(shè)計(jì)和并行設(shè)計(jì)的技術(shù)研究、方法研究、軟件研究。8、對仿真虛擬的試驗(yàn)研究、對虛擬設(shè)計(jì)的研究、對快速形成仿真虛擬的研究，這種研究是把計(jì)算機(jī)的仿真作為研究基礎(chǔ)，集智能技術(shù)、人機(jī)工程、成形技術(shù)、多媒體技術(shù)、光電傳感的技術(shù)、并行工程、材料、計(jì)算機(jī)的圖形學(xué)等為一體的綜合性研究。9、對CAD技術(shù)應(yīng)用、推廣、發(fā)展的研究，在CAD技術(shù)的研究中其關(guān)鍵內(nèi)容是對功能性較強(qiáng)的商品軟件進(jìn)行研發(fā)。10、對微型機(jī)電系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)、設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)理論進(jìn)行研究，例如:智能計(jì)算、納米技術(shù)、微型機(jī)械的系統(tǒng)和微型機(jī)器人的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算。11、對關(guān)于生態(tài)設(shè)計(jì)的理論研究和方法研究，例如：對綠色的產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)、對生產(chǎn)過程的清潔化進(jìn)行設(shè)計(jì)、對產(chǎn)品的可回收進(jìn)行設(shè)計(jì)等。12、對基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)理論和共性的設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行研究。

參考文獻(xiàn)：

[2]魯緒芝,賴惠芬.基于現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法學(xué)的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究[J].現(xiàn)代制造工程,2007,(7):111-113.DOI:10.3969/j.issn.1671-3133.2007.07.035.

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[6]梅順齊,何雪明.現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法.武漢：華中科技大學(xué)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(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，研究方向：創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

中圖分類號:TH12

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1671-1602(2016)10-0044-02

DOI:[1]魏學(xué)忠.現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)中的研究[J].硅谷,2010,(23):98.10.3969/j.issn.1671-7597.2010.23.083. [4]李旭.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新方法[J].科技經(jīng)濟(jì)市場,2015,(5):199-199.10.3969/j.issn.1009-3788.2015.05.146. [5]羅煜林.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)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(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，研究方向：創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論。

祝岳銘(1990.1-)，男，漢，河北省承德市，在校研究生，河北工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，研究方向：創(chuàng)新設(shè)計(jì)。