现代机械设计的创新方法

田华玉

摘 要：随着科技的进步，机械设计有很大的发展。机械设计的目的是通过新的设计理念和设计实施手段实现机械设备的便捷性和高效性。现代的机械设计就更是如此，它在设计方式的独特性和机械功能的综合性上都提出了更高标准的创新要求，而且，设计的应用性与和社会发展需求的匹配性更加适应社会发展的动态变化。即现代的机械设计，是要不断地进行更新和发展的。因此，如何找准它的设计创新方向，使用科学的方法实施机械设计的创新，促进机械设备设计水平的不断提升，需要进行深层次的总结和思考。

关键词：机械设计；创新；制造工艺；自动化

引言

机械本身就是个庞大的硬件，其设计的过程不仅仅需要一定的专业技术知识，而且需要很大的耐心，同时也需要设计人员细心。传统的机械设计可能具备以上几点就足够了，但新时期我们更需要的是创新、革新的理念。

第三次工业革命带来的巨大冲击使机械行业发展飞速，相应地，对于机械设计的要求也必定越来越高。创新是机械设计领域的一次机遇，将大胆创新的设计理念应用到机械领域必定会推动其发展。机械设计具有时代性，也就是说设计理念是随时代发展而变革的，中国当下需要的是设计与创新相结合，紧跟时代发展的步伐。本文接下来将探讨机械设计的具体创新方法以及对于这些方法的评估。

1机械设计人员应当树立创新的理念

要突破传统模式而有所创新，首先要求机械设计人员具有大胆创新的理念并将其运用到实践中去。创新意味着突破传统的思维方式，运用现代的超前的理念来想问题。创新对于一个民族、一个国家来说是不可缺少的，而对于一个设计者来说，如果没有创新的能力，他的工作就无法被肯定。一个优秀而专业的机械设计者必然时刻谨记创新理念，运用独特的创新思维来深入思考问题，然后不断运用自己的专业知识来促成设计的变革。现在我们来具体探讨一下创新的理念。

（1）创新具有独创性，即敢于突破一切传统理念，打破常规，寻找更加合理的新原理、新机构、新功能等等。独创性能使设计方案在理念上脱颖而出，不断追求更高层次的创新。

（2）创新具有实用性，它体现在对市场的适应性和可生产性2方面。

（3）创新具有突破性，它要求设计人员敢于突破思维惯性，从定向思维中走出来，善于从新的技术领域中接受有用的事物，提出新的原理，为机械设计打开新的局面。

（4）创新还具有联动性。创造性思维就是一种联动思维，包括横向、纵向及逆向思维，这三种思维要求我们从不同的角度去思考问题，进而得出最合理有效的设计方案。

2关于机械设计的优化设计

现代的优化设计是以数学规划为理论基础，以电子计算机为工具，在充分考虑各种相关约束的前提下，寻求满足某些预定目标的最优方案的设计方法。优化设计是现代机械设计创新方法中较为先进的一种，它建立在最优化数学理论和现代计算机技术基础之上，运用数学函数和计算机来计算出最优、最有效率的设计方案，其核心的设计理念适应了时代发展的需求。我国在优化设计的研究方面已经有了很大突破，开发了一些先进的优化设计程序并在设计行业引起了很大反响，但在应用方面优化设计方法尚未普及到每一个设计领域，对于机械设计领域来说，优化设计是机械创新设计的一个前进方向。优化设计方法无疑是科学的，它不仅要求设计者具有较高的专业技能，更要求他们具备大胆的创新理念，有创造性、革新性，在原来的基础上不停追求新的高度，由此设计出满足大家需要并且引领一个时代发展的产品。采用优化设计方法，可以使我们综合考虑到方方面面的因素，更全面更系统地分析问题、解决问题；可以使我们获得更加精确的设计所需数据，缩短设计周期。它是新时期CAD设计不可缺少的一部分，它将设计最优的原则注入了设计中，总是寻求最优的设计方案，大大提高了机械设计的质量，使机械设计彻底摆脱了古老的设计模式。

3关于机械设计的变型设计

机械设计的变型设计是指在原产品的基础上进行新的开发，使机械零件的规格更加标准、产品部件通用化、产品系列化，从而能够更好地满足广大使用者需求的设计方法。我们将产品功能、原理和结构都相同，而尺寸和性能参数不同的设计称为纵系列产品的设计变型；将在基础型产品的基础上扩展功能的设计称为横系列产品的设计变型；另外，设计具有先进动力参数的不同类型产品我们称之为跨系列产品的设计变型。由此可见，机械设计的变型设计可以在保证产品原有基本功能和原理不变的情况下，随时根据使用者的需要，调整其他参数，从而设计出更加完善的产品。

机械产品三维参数化变型设计是以拓扑约束、尺寸约束、工程约束驱动为技术基础的变型设计方法中的一种。传统参数化设计对部分特征驱动尺寸做出修改，使其他关联尺寸得到相应调整，从而得到结构相同但尺寸不同的系列零件三维模型；三维参数化变型设计不仅包括这些，而且涵盖了三维参数化模型驱动后与之相关联的工程图的视图位置、比例、尺寸、注释、BOM表等相关信息的自动更新，生产制造的下游工装夹具、工艺规程规划、NC代码等的参数化关联设计，乃至整个产品生命周期的参数化设计。机械设计是一门博大精深的学科，包含了很多方面，所以机械设计的方法也相应有很多种。作为这些设计方法中的一种，变型设计理念的先进性、科学性让机械设计突破了以往的设计模式，走向了更加成熟、精确、理想的路线。

4关于机械设计的反求设计

對于反求工程的研究，应解决以下关键技术问题：

（1）研究更加实用的测量方法和设备，提高测量精度，减小测量误差。

（2）研究更加实用的三维重构方法和软件系统，提高计算精度，减小计算误差。

（3）将人工智能技术、数理统计理论、精度设计等多学科技术合理融合运用，形成一种独特的设计参数还原技术，有效地解决原始设计参数还原问题。

（4）研究能满足反求工程Ⅱ要求的产品主模型技术，形成描述产品装配关系的建模体系，以利于原始设计参数的还原。

（5）开发具备原型产品设计精度分析功能，可实现原始设计参数还原的软件。

结语

现代机械设计离不开创新，设计人员应当树立创新的理念，充分发挥主观能动性，同时熟练应用现代机械分析工具，从而设计出质量更高、更能满足使用者需要的机械，这是贯穿于机械设计发展始终的必然要求。

参考文献

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[2]白柳.浅谈机械创新设计中的反求设计[J].山西冶金，2009（6）

[3]程志刚，李瑞琴，董亚峰，等.机电一体化产品概念设计理论现状与展望[J].中北大学学报，2006（1）

（作者身份证号码：130221198801202381）