時 旭

現(xiàn)階段，科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，創(chuàng)新設(shè)計已經(jīng)深入到社會中的各個領(lǐng)域，在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計中也摒棄了傳統(tǒng)的設(shè)計方式。在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的發(fā)展進(jìn)程中，經(jīng)歷了從簡到繁、從粗糙到精密的改革，當(dāng)陳舊的構(gòu)件在新環(huán)境中實(shí)驗(yàn)失敗時，激勵了人們對機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計的欲望。變元法是機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計中常用的機(jī)械方法，而TRIZ 設(shè)計理論是在技術(shù)發(fā)展演化規(guī)律基礎(chǔ)上進(jìn)行的創(chuàng)新發(fā)明創(chuàng)造，二者對機(jī)械設(shè)計的發(fā)展具有重要意義。

一、變元法在機(jī)械結(jié)構(gòu)中的創(chuàng)新設(shè)計運(yùn)用

（一）形狀元素的設(shè)計應(yīng)用

變元法是指通過改變機(jī)械的內(nèi)部或外部結(jié)構(gòu)設(shè)計，來實(shí)現(xiàn)機(jī)械預(yù)期的性能指標(biāo)。形狀元素的創(chuàng)新設(shè)計，是指設(shè)計機(jī)械外表形狀，令機(jī)械性能夠滿足形狀元素的創(chuàng)新設(shè)計，合理調(diào)整零件的規(guī)格，令機(jī)械構(gòu)件的結(jié)構(gòu)性能愈發(fā)完善。比如，在彈簧的設(shè)計理念中，主要通過彈力來壓緊零件。通過將形狀元素創(chuàng)新設(shè)計，使彈簧形狀、類型的選擇更加多樣化，令壓緊件的形狀可以改變。需要注意的是，實(shí)際設(shè)計中需要充分考慮彈簧與零件之間的距離，合理施加壓緊力，保障機(jī)械零件的整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

（二）數(shù)量元素的設(shè)計應(yīng)用

機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計中的數(shù)量變元，需要結(jié)合相關(guān)行業(yè)的具體使用需求來適當(dāng)改變機(jī)械結(jié)構(gòu)內(nèi)部的數(shù)量。基于變元法的設(shè)計理念，機(jī)械構(gòu)件原理包括工作面與加工面，在結(jié)構(gòu)原理中包含了個體元素與整體元素。調(diào)整相關(guān)元素，將會產(chǎn)生新的產(chǎn)品。例如，在直線設(shè)計中，注重產(chǎn)品的實(shí)用性與簡單性。在進(jìn)行螺絲設(shè)計時，需要考慮穩(wěn)定性，通過增加彈簧墊的方法可以起到緩沖作用。通過對數(shù)量元素的整合，可以有效增加機(jī)械安裝的便捷性。在不影響機(jī)械構(gòu)件使用性能的基礎(chǔ)上，降低零件的使用量，積極開發(fā)一體化螺絲的應(yīng)用，可以減少工作內(nèi)容，提升工作效率。

（三）材料元素創(chuàng)新設(shè)計

機(jī)械的設(shè)計材料將會直接影響機(jī)械結(jié)構(gòu)質(zhì)量，因此，合理選擇機(jī)械結(jié)構(gòu)的材料，可以保障機(jī)械正常發(fā)揮自身的效用。不同的設(shè)計材料具有本質(zhì)上的區(qū)別，在創(chuàng)新設(shè)計的過程當(dāng)中會產(chǎn)生不同效用。在優(yōu)化設(shè)計不同的機(jī)械結(jié)構(gòu)時，需要嚴(yán)格根據(jù)材料的實(shí)際情況進(jìn)行，確保機(jī)械構(gòu)件的設(shè)計質(zhì)量。比如，當(dāng)機(jī)械創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用鋼材為主體材料時，需要在構(gòu)件設(shè)計中發(fā)揮出鋼材的優(yōu)勢，進(jìn)一步提高鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與硬度。擴(kuò)大鋼結(jié)構(gòu)的橫截面面積，可以增強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的使用質(zhì)量。如果在機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計中應(yīng)用鑄鐵材料，需要提升其使用性能，由于鑄鐵材料的強(qiáng)度和硬度相對較差，在傳統(tǒng)設(shè)計理念中無法保障機(jī)械構(gòu)件的使用壽命。對于此種情況，可以在鑄鐵中加入強(qiáng)筋或隔板，來增強(qiáng)機(jī)械結(jié)構(gòu)使用性能。

（四）位置元素的設(shè)計應(yīng)用

在機(jī)械構(gòu)件的組成當(dāng)中，往往具有多種多樣的元器件，并且各個元器件之間有不同的聯(lián)系與作用，所處的位置與功能也各有差異。位置變元在變元法中的應(yīng)用也十分普遍，簡單來說，在機(jī)械構(gòu)造中對原件進(jìn)行空間位置上的移動與調(diào)試，來找到構(gòu)件設(shè)計的最佳位置。例如，在元器件焊接的過程中，可將焊接位置設(shè)置在機(jī)械的對稱軸處，有效防止機(jī)械構(gòu)件產(chǎn)生變形，影響整體部件的協(xié)調(diào)性美觀性，同時實(shí)現(xiàn)了將有限資源合理利用的目標(biāo)。此外，在變元設(shè)計的過程中，還需應(yīng)用科學(xué)的加工工藝。例如，在模具的設(shè)計當(dāng)中，采用特殊工藝來提升斜頂?shù)脑O(shè)計質(zhì)量，使材料的剛度更強(qiáng)。

二、機(jī)械結(jié)構(gòu)中TRIZ 創(chuàng)新設(shè)計理論的應(yīng)用

TRIZ 創(chuàng)新設(shè)計理論的核心為“解決沖突”，改進(jìn)系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)與性能，同時不對系統(tǒng)中的其他構(gòu)件與結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。在機(jī)械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計中可以應(yīng)用這一理念，避免在機(jī)械設(shè)計中發(fā)生物理沖突或技術(shù)沖突。物理沖突指的是機(jī)械中的構(gòu)件之間產(chǎn)生了相反行為，導(dǎo)致機(jī)械中某部分的行為偏離正常運(yùn)行狀態(tài)；技術(shù)沖突是指機(jī)械系統(tǒng)中增強(qiáng)某一部分的性能對整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了有害結(jié)果。有效運(yùn)用TRIZ 創(chuàng)新設(shè)計理論，可以調(diào)節(jié)和澄清機(jī)械系統(tǒng)中存在的矛盾，將“完全解決矛盾”作為目標(biāo)，獲得最終的理想結(jié)果。TRIZ 理論基于技術(shù)的演化規(guī)律，加快了人們發(fā)明創(chuàng)造的進(jìn)程。

綜上所述，在機(jī)械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計中，可以在基礎(chǔ)經(jīng)驗(yàn)之上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，也可以從宏觀的角度切入，實(shí)現(xiàn)理論體系的創(chuàng)新。在解決實(shí)際設(shè)計問題時，將經(jīng)驗(yàn)與方法相結(jié)合，既是互相彌補(bǔ)也是互相檢驗(yàn)。當(dāng)下的各項(xiàng)技術(shù)在日益更新，未來將出現(xiàn)更加巧妙的新思路，推動機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計的發(fā)展。