创新设计论文
[摘要] 机械设计是机械工程的重要组成部分,设计水平的高低直接关系到产品的质量性能、研制周期和 经济效益等。设计方法包括常规设计、现代设计、创新设计,他们之间有区别,也有联系。只有了解了三 种设计方法的特点,并相互配合运用,才能将机械设计出的产品性能达到最高。本文通过生活中一些具体 的实例分析,论述了机械常规、现代和创新设计的关系。
[关键词] 常规设计,现代设计,创新设计
1 引言
在当今的机械设计方法中,可以分为正向设计和反向设计,正向设计可以分为常规设计 和现代设计,创新设计用于反向设计比较多。这三种设计有区别也有共性。设计在现代生活 中无处不在,它从很多方面都改变了我们的生活,而我们的理念也在帮助我们完善我们的设 计方法,于是我们在设计一个件物品便比较不同的方法,力求找到最有的设计方案。 2 机械设计的三种方法的特点
2.1 机械常规设计
常规设计方法又称传统设计方法,其发展过程包含三个阶段:
(1)直觉设计阶段古代的设计是一种直觉设计。当时人们或是从自然现象中直接得到
启示,或是全凭人的直观感觉来设计制作工具。设计方案存在于手工艺人头脑之中,无法记 录表达,产品也是比较简单的。直觉设计阶段在人类历史中经历了一个很长的时期,17 世 纪以前基本都属于这一阶段。
(2)经验设计阶段随着生产的发展,单个手工艺人的经验或其头脑中的构思已很难满
足这些要求。于是,手工艺人联合起来,互相协作。一部分经验丰富的手工艺人将自己的经 验或构思用图纸表达出来,然后根据图纸组织生产。图纸的出现,即可使具有丰富经验的手 工艺人通过图纸将其经验或构思记录下来,传与他人,便于用图纸对产品进行分析、改进和 提高,推动设计工作向前发展;还可满足更多的人同时参加同一产品的生产活动,满足社会 对产品的需求及提高生产率的要求。因此,利用图纸进行设计,使人类设计活动由直觉设计 阶段进入到经验设计阶段。
(3)半理论半经验设计阶段20 世纪以来,由于科学和技术的发展与进步,设计的基
础理论研究和实验研究得到加强,随着理论研究的深入、实验数据及设计经验的积累,已形 成了一套半经验半理论的设计方法。这种方法以理论计算和长期设计实践而形成的经验、公 式、图表、设计手册等作为设计的依据,通过经验公式、近似系数或类比等方法进行设计。 依据这套方法进行机电产品设计,称为传统设计。
2.2 机械现代设计
近30 年来,由于科学和技术迅速发展,对客观世界的认识不断深入,设计工作所需的
理论基础和手段有了很大进步,特别是电子计算机技术的发展及应用,对设计工作产生了革 命性的突变,为设计工作提供了实现设计自动或和精密计算的条件。例如CAD 技术能得出所 需要的设计计算结果资料、生产图纸和数字化模型,一体化的CAD/CAM 技术更可直接输出加 工零件的数控代码程序,直接加工出所需要的零件,从而使人类设计工作步入现代设计阶段。 此外,步入现代设计阶段的另一个特点就是,对产品的设计已不是仅考虑产品本身,并且还 要考虑对系统和环境的影响;不仅要考虑技术领域,还要考虑经济、社会效益;不仅考虑当 前,还需考虑长远发展。例如,汽车设计,不仅要考虑汽车本身的有关技术问题,还需考虑 使用者的安全、舒适、操作方便等。此外,还需考虑汽车的燃料供应和污染、车辆存放、道 路发展等问题。现代设计方法因时代的发展应运而生。
2.3 机械创新设计
创新设计是要求在设计中更充分的发挥设计者的创造力,利用最新科技成果,在现代 设计理念和方法的指导下,设计出更具竞争力的产品。
归纳起来创新设计具有如下特点:
(1)创新设计是涉及多种学科的复杂性工作,其结果的评价也是多指标、多角度的。
(2)创新设计中相当一部分工作是非数据性、非计算性的。要依靠对各种学科知识的
综合理解与交融,对已有经验的归纳与分析,要运用创造性的思维方法与创造学的基本原理 开展工作。
(3)创新设计不只是因为问题而设计,更重要的是提出问题、解决问题。
(4)创新设计是多种层次的,不在乎规模的大小,也不在乎理论的深浅,注重的是新 颖性、独创性。
(5)创新设计必须具有实用性,其最终目的在于应用。
3 机械设计的三种方法的区别与联系
常规设计方法是一切方法的基础,现代设计方法是在常规设计方法基础上,提高设计效 率,产品的可靠性和质量的设计方法,创新设计的要素是强调创造性的设计思维,其结果具 有巨大效益。
现代设计与常规设计相比较有几个不同点,首先现代设计更具系统性,现代设计把设计 对象看做一个系统,同时考虑系统与外界的联系,用系统的工程概念进行分析与综合进行设 计,其次它更具综合性,现代设计在设计过程中,综合考虑,分析市场需求,设计,生产, 管理,使用,销售给方面的因素。最后现代设计更具程式性,现代设计要求设计者从产品规 划,方案设计,技术设计,施工设计,试制,按步骤有计划的进行设计。
创新设计与常规设计,现代设计相比,则更有独创性,实用性,突破性,多向性,连动 性,突变性。独创性体现为敢于提出与前人,众人不同的见解,敢于打破一般思维的常规惯 性,寻找更合理的新原理,新机构,新功能,新材料,独创性能使设计方案标新立异,不断 创新。实用性体现在对市场的适应性和可生产型两方面。创新设计的突破性则是敢于克服心 理上的惯性,从思维定式的框框中解脱出来,善于从新的技术领域中接受有用的事物,提出 新原理,创造新模式,贡献新方法,为工程技术问题打开新局面。多向性则表现为从不同的 角度考虑问题,这是创新设计的重要特征。
4 机械设计的三种方法的共性
无论常规性设计、现代设计还是创新性设计。机械系统设计,一般具有三个基本特征:
(1) 约束性
机械系统设计是在多种因素的限制和约束下进行的,其中包括科学、技术、经济等发展 状况和水平的限制,也包括生产厂家所提出的特定要求和条件,同时还涉及环境、法律、社 会心理、地域文化等因素。这些限制合要求构成了一组边界条件,形成了设计人员进行谋划 和构思的“设计空间”。
(2)多解性
一般来说,解决同一技术问题的办法是多种多样的,要满足一定目的的设计方案通常也 并不唯一的,任何设计对象本身都是包括各种因素构成的功能系统,其参数的选择、尺寸的 确定、结构形式的构思等都有很强的可选择性,有很大的思维空间。
(3)相对性
设计结论或结果都是相对准确的,而不是绝对完备的。比如,利用优化技术对某一系统进行 求解,其结果也只是近似的,得到该系统的局部最优化或全局最优化,而且模型的建立会因 人而异,也可能因条件而异,其结果都会有差异。同时,设计者还会经常处于一种相互矛盾 的情境之中,比如既要降低成本,又要增加安全性、可靠性等。这种相互矛盾的要求给设计 工作增加了难度,加上事先难以预料的影响,使得设计者在对设计方案的选择和判定时,只能做到一定条件下的相对满意和最佳。
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