現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)概述及創(chuàng)新設(shè)計(jì)

1、第一章 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)概述 2傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與現(xiàn)代設(shè)計(jì) 1.1 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì) 1現(xiàn)代設(shè)計(jì)的概念設(shè)計(jì)是復(fù)雜的思維過程，設(shè)計(jì)過程蘊(yùn)涵著創(chuàng)新和發(fā)明的機(jī)會(huì)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)又稱常規(guī)設(shè)計(jì)，分為初步設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì)三個(gè)步驟。 現(xiàn)代設(shè)計(jì)將傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的經(jīng)驗(yàn)、類比法設(shè)計(jì)提高到邏輯的、理性的、系統(tǒng)的新設(shè)計(jì)方法，是在靜態(tài)分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行動(dòng)態(tài)多變量的最優(yōu)化。（1）系統(tǒng)性現(xiàn)代設(shè)計(jì)把設(shè)計(jì)對(duì)象看作一個(gè)系統(tǒng)，同時(shí)考慮系統(tǒng)與外界的聯(lián)系，用系統(tǒng)工程概念進(jìn)行分析和綜合，通過功能分析、系統(tǒng)綜合等方法，力求系統(tǒng)整體最優(yōu)，使人機(jī)之間的功能相互協(xié)調(diào)。 現(xiàn)代設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)比較，有下列幾個(gè)特征： （2）創(chuàng)造性現(xiàn)代設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)創(chuàng)造能力開發(fā)和

2、充分發(fā)揮人的創(chuàng)造性；重視原理方案的設(shè)計(jì)、開發(fā)和創(chuàng)新產(chǎn)品。只有創(chuàng)新才能有所發(fā)明。但是，今天的科學(xué)技術(shù)已經(jīng)高度發(fā)展，創(chuàng)新往往是在已有技術(shù)基礎(chǔ)上的綜合。有的新產(chǎn)品是根據(jù)別人的研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果而設(shè)計(jì)，有的是博采眾長(zhǎng)，加以巧妙地組合。（3）綜合性現(xiàn)代設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)過程中，綜合考慮、分析市場(chǎng)需求、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、使用、銷售各方面的因素；綜合運(yùn)用優(yōu)化是系統(tǒng)工程、可靠性理論、價(jià)值工程、技術(shù)等學(xué)科的知識(shí)，探索多種解決設(shè)計(jì)問題的科學(xué)途徑。（4）程式性現(xiàn)代設(shè)計(jì)研究設(shè)計(jì)的一般進(jìn)程，包括一般設(shè)計(jì)戰(zhàn)略和用于設(shè)計(jì)各個(gè)具體部分的戰(zhàn)術(shù)方法。要求設(shè)計(jì)者從產(chǎn)品規(guī)劃、方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì)到實(shí)驗(yàn)、試制，按步驟有計(jì)劃地進(jìn)行設(shè)計(jì)。 1.

3、2 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)和范疇 （1）信息論方法如信息分析法，技術(shù)預(yù)測(cè)法等，它們是現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的前提。（2）系統(tǒng)論方法如系統(tǒng)分析法，人機(jī)工程等?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法是科學(xué)方法論在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，可歸納為下列具有普遍意義的方法：（3）控制論方法如動(dòng)態(tài)分析法等。（4）優(yōu)化論方法如有優(yōu)化設(shè)計(jì)等，它是現(xiàn)代設(shè)計(jì)法的目標(biāo)化。（5）對(duì)應(yīng)論方法如相似設(shè)計(jì)等。（6）智能論方法如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算等。（7）壽命論方法如可靠性和價(jià)值工程等。（8）離散論方法如有限元及邊界元方法。（9）模糊論方法如模糊評(píng)價(jià)和決策等。（10）突變論方法創(chuàng)造性設(shè)計(jì)，它是在現(xiàn)代設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上。（11）藝術(shù)論方法如藝術(shù)造型等。1.3 現(xiàn)代機(jī)

4、械設(shè)計(jì)研究的概況 日本自1960年以來開始有關(guān)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法的研究，提高設(shè)計(jì)人員素質(zhì)，開展工程技術(shù)教育?，F(xiàn)在日本在產(chǎn)品開發(fā)中的更新速度受到全世界的關(guān)注，其產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力已給許多國(guó)家造成巨大壓力和挑戰(zhàn)。在美國(guó)的設(shè)計(jì)工作中，產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖紙基本上由計(jì)算機(jī)繪制，設(shè)計(jì)者可以擺脫常規(guī)的技術(shù)工作，集中精力進(jìn)行創(chuàng)造性設(shè)計(jì)。美國(guó)的學(xué)者強(qiáng)調(diào)“創(chuàng)造性設(shè)計(jì)”，提倡設(shè)計(jì)中創(chuàng)造能力的開發(fā)，把設(shè)計(jì)活動(dòng)分為創(chuàng)造分析決策三個(gè)步驟。我國(guó)對(duì)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法的研究是從上世紀(jì)80年代開始的，通過派留學(xué)生到國(guó)外進(jìn)修學(xué)習(xí)和請(qǐng)國(guó)外專家來講學(xué)，組織各種類型的講習(xí)班，培訓(xùn)班、開展國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)交流等，推廣和普及現(xiàn)代設(shè)計(jì)的基本知識(shí)。由于世界各國(guó)對(duì)設(shè)計(jì)

5、方法的研究越來越重視，目前已成為一項(xiàng)國(guó)際性學(xué)術(shù)活動(dòng)。有關(guān)國(guó)家組織了關(guān)于現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的國(guó)際會(huì)議，比如國(guó)際工程設(shè)計(jì)會(huì)議（ICED）就是其中之一。第2章創(chuàng)新設(shè)計(jì)2.1 創(chuàng)新設(shè)計(jì)的特點(diǎn)（1）獨(dú)創(chuàng)性獨(dú)創(chuàng)性體現(xiàn)為敢于提出與前人、眾人不同的見解，敢于打破一般思維的常規(guī)慣例，尋找更合理的新原理、新機(jī)構(gòu)、新功能、新材料，獨(dú)創(chuàng)性能使設(shè)計(jì)方案標(biāo)新立異，不斷創(chuàng)新。 （2）實(shí)用性實(shí)用性體現(xiàn)在對(duì)市場(chǎng)的適應(yīng)性和可生產(chǎn)型兩方面。（3）突破性人們往往從考慮某類問題獲得成功的思維模式中尋求解題方案，受到“思維定式”的約束。突破性敢于克服心理上的慣性，從思維定式的框框中解脫出來，善于從新的技術(shù)領(lǐng)域中接受有用的事物，提出新原理、創(chuàng)造

6、新模式、貢獻(xiàn)新方法，為工程技術(shù)問題打開新局面。（4）多向性善于從多種不同角度考慮問題，是創(chuàng)新設(shè)計(jì)的重要特征。 （5）連動(dòng)性創(chuàng)造性思維也是一種連動(dòng)思維，它引導(dǎo)人們由已知探索未知，開闊思路。連動(dòng)思維包括縱向、橫向、逆向思維?？v向思維針對(duì)某現(xiàn)象和問題進(jìn)行縱深思考，探尋其本質(zhì)而得到新的啟示。橫向思維通過某一現(xiàn)象聯(lián)想到特點(diǎn)與它相似和相關(guān)的事物，從而發(fā)現(xiàn)新應(yīng)用。逆向思維針對(duì)現(xiàn)象、問題和解法，分析其相反的方面，從另一角度探尋新的途徑。（6）突變型自覺思維、靈感思維是在創(chuàng)造性思維中對(duì)問題產(chǎn)生的一種突如其來的領(lǐng)悟和理解。在思維過程中突然閃現(xiàn)出一種新設(shè)想、新觀念，從而使問題得到解決。如果阿基米德從洗澡時(shí)浴缸中水的

7、溢出產(chǎn)生靈感而推出浮力定律。又如美國(guó)工程公司杜里埃研究如何使汽油和空氣均勻混合以保證內(nèi)燃機(jī)有效工作的問題，一天他看到妻子噴灑香水而受到啟發(fā)，創(chuàng)造了發(fā)動(dòng)機(jī)的汽化器。2.2 創(chuàng)新設(shè)計(jì)的類型（1）開發(fā)設(shè)計(jì)在未知情況下，根據(jù)產(chǎn)品總功能和約束條件，提出新原理、進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)。（2）變異設(shè)計(jì)在已有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，針對(duì)產(chǎn)品的缺點(diǎn)和用戶的要求，進(jìn)行變型產(chǎn)品的開發(fā)，以適應(yīng)市場(chǎng)需要。（3）反求設(shè)計(jì)針對(duì)已有的新進(jìn)展產(chǎn)品和樣機(jī)，分析其關(guān)鍵技術(shù)，在消化、吸收、引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用移植、組合、改造等方法，設(shè)計(jì)創(chuàng)新產(chǎn)品。 2.3 創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法有很多種，下面簡(jiǎn)單介紹智力激勵(lì)法、提問追溯法、聯(lián)想類推法、返向探求法

8、、系統(tǒng)分析法、組合創(chuàng)新法六種。（1）智力激勵(lì)法人的創(chuàng)造性思維特別是直覺思維在受激發(fā)情況下能得到較好地發(fā)揮。一批人集合在一起，針對(duì)某個(gè)問題進(jìn)行討論時(shí)，由于各人知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)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(fā)，填補(bǔ)知識(shí)空隙，啟發(fā)誘導(dǎo)出更多創(chuàng)造性思想，通過激勵(lì)、智慧交流和集智達(dá)到創(chuàng)新的目的。 （2）提問追溯法提問追溯法是有針對(duì)性地、系統(tǒng)地提出問題，在回答問題過程中，便可能產(chǎn)生各種解決問題的設(shè)想，使設(shè)計(jì)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(diǎn)列舉法、缺點(diǎn)列舉法。 （3）聯(lián)想類推法通過由此及彼的聯(lián)想和異中求同，同中求異的類比，尋求各種創(chuàng)

9、新解法。利用聯(lián)想進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)新是一種常用而且十分有效的辦法。許多發(fā)明者都善于聯(lián)想，許多發(fā)明創(chuàng)新也得益于聯(lián)想的妙用。類比聯(lián)想由一事物或現(xiàn)象聯(lián)想到與其有類似特點(diǎn)的其他事物或現(xiàn)象，從而找出創(chuàng)新解法。 （4）返向探求法將人們通常思考問題的思路反轉(zhuǎn)過來，從背逆常規(guī)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(dòng)，那么振動(dòng)為什么不能復(fù)現(xiàn)原聲呢？通過這樣的反問，發(fā)明了留聲機(jī)。（5）系統(tǒng)分析法對(duì)于技術(shù)系統(tǒng)，根據(jù)其組成所有影響其性能的全部參量，系統(tǒng)地依次分析搜索，以探索更多和解決問題的途徑。 （6）組合創(chuàng)新法組合創(chuàng)新法是將現(xiàn)有技術(shù)和產(chǎn)品通過功能、原理、結(jié)構(gòu)等方面的組合變化形成新的技術(shù)思想和新產(chǎn)品。組合法應(yīng)用的技術(shù)單元一般是已經(jīng)成熟和比較成熟的技術(shù)，不需要從頭開始，因而可以最大限度地節(jié)約人力、物力和財(cái)力。