浅谈机械设计的三种类型

华北电力大学机械工程系 赵爱林

机械设计(machine design)，即根据目标功能，对机械的工作原理、结构、运动方式、能量的传递方式、零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。

Pahl和Beitz最早将设计分为开发性设计(original design)、适应设计(adaptive design)、变型设计(variant design)，并指出在实际的设计工作中大约70%属于适应性设计和变型设计。下面，我将就这三种设计类型谈谈个人理解。

一、开发性设计：零—原型的创新开发

一般要提出新的模式概念，或者新的原理方案。往往使用一种新的物理效应来代替旧的物理效应，使机器的工作原理发生根本的变化，设计中要引入某种新技术（新材料、工艺），要求设计人员有一种新的想法和构思，开发型设计能使机器品质发生质的变化。

产品的工作原理，主体结构，所实现的功能，这三者中至少有一项是首创的才可以认定为开发性设计。开发性设计的过程最复杂，创新性强，通常需要一个比较漫长的过程，因此，这种设计往往耗时很长并且需要投资较大。

在我们的日常生活中，大家熟知的电话的发明、蒸汽机的发明、飞机的发明等等从无到有的创造性发明，都是开发性的设计结果。

在当今社会中，随着机械业的逐渐发展，社会需求的不断增加，创新的作用已经超过了运作和经营，是经济发展的重头。除了经济方面，就科技发展来说，势必会向着更高端的目标前进，机械工业作为科技发展的基础工业，是否能够创新和发展，对整个工业和社会的发展都有着举足轻重的意义和影响。因此，机械设计人员在开发型设计这一方面应该多加努力。一个好的创造性观点不是轻易就能提出的，这需要我们在平时的生活和学习中不断积累素材，对生活现象不断提出自己的质疑和见解，才能有好的创意出现。

开发性设计可以着眼于社会生活的各个方面。在日常生活方面，可以从方便人们的衣、食、住、行以及提高人们的生活质量方面考虑。

比如方便残疾人出行用的拐杖，行走时是拐杖，休息时能拼成椅子。再比如现在市面上已经有的USB分线器，一头插在电脑上，另一头可以分出几个USB插口来，可以方便地同时给多个移动设备充电。还有能在面包片上印出文字来的烤面包机，以及适合孩子使用的各种趣味型健身器材。这些大都是利用已有的各种机械机构进行组合和创新从而达到产品的创新。可以看到，这样的创意产品在当今社会层出不穷。

近年来，我国申报专利的人数在不断上升，各个高校也更加重视学生创新性能力的培养，可见，创新已经被越来越多的人所重视。相信随着科技的不断发展，我国的机械创新设计定会更上一层楼。

二、适应性设计

指的是在总的方案原理基本保持不变的情况下，对现有产品进行局部更改，或用微电子技术代替原有的机械结构或为了进行微电子控制对机械结构进行局部适应性设计，以使产品的性能和质量增加某些附加值。由于适应性设计既有一定的创新性，又不用进行功能原理设计，很好的综合了变型设计和开发型设计的优点，具有很大的灵活性和设计潜力。

比如老式的黑白电视机，因为当时技术的局限性，是用旋钮的方式来换台的。而现在用遥控器来控制。电视机成像基本原理没变，控制方式变得更加方便，适应了社会的发展。再比如从早期的自行车到摩托车，只是改变了能量的来源和转换，将产品变得更加适应社会的需求。还有数控车床等传统机械加工业中，在原有的机械产品中加入微机或电子控制，提高了机器的质量和效率，解放了劳动力。

适应性设计不用提出新的原理，不用改变原有的基本功能，只是局部提高或增强产品的功能性，所需的时间和投资不大。因此，在当今设计领域中是有很大发展潜力的。

因此，对于机械设计者来说，适应性设计是值得研究的一个领域。一个好的产品必然是能顺应社会发展的，能适应社会和人文环境的。因此，在设计过程中可以选择改良已有的产品，根据人们的需要来增添或是变换功能等等。

三、变型设计

变更产品的结构配置和尺寸由于需要传递的转矩或速比改变而重新。这种修改一般不破坏原设计的基本原理和基本结构特征，是一种参数的修改或结构的局部调整或两者兼而有之，其目的是快速、高质量、低成本地生产新产品以满足不断变化的市场的要求。为了快速响应市场的要求和达到利益最大化，变型设计是当今使用较为广泛的一种重要设计方式。

例如，北方使用的收割机不适合在田地较小，分布不集中的南方使用，此时，只需改变机器尺寸就可以。

再比如，早期手机键盘是九个数字键型的，有的厂家推出电脑键盘型的，再到现在的全触屏，输入方式的改变适应了不断变化的市场。还有同种产品不同材质的变换，以及为了便利将尺寸变得更小等等。都是通过变型设计来提高产品的质量和市场竞争力的。

在变型设计中，设计者主要考虑的应该是一个现有的产品中不方便的一面，努力的方向是如何采取措施来改变这一弱势，或者是，采用某些新的成果或者新的材料来改进产品的功能和质量，在短期内完成更新换代，使产品拥有更大的市场和竞争力。

总之，在当今的设计领域里，机械设计的三种类型有利有弊，看似独立却是相辅相成，融会贯通的。创新设计里可能会有其它产品功能的变型设计，适应性设计里也会有设计者独特的创意设计，变型设计也可能会设计适应性设计和创新设计。因此，作为一个机械设计者，我们在设计过程中要灵活运用这三种设计方法，以求达到顺应时代的发展和社会的需求。

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