创新思维在机械工程设计中的作用

2019-02-17马瑞阳

设备管理与维修 2019年22期

马瑞阳

（中铝宁夏能源集团银星能源股份有限公司，宁夏银川 750000）

0 引言

创新力是提升竞争力的重要因素，也是机械设计取得成就的关键，在设计领域创新是重要的能力，创新设计所需要的不仅仅是经验和专业知识，更需要创新思维，创新思维是潜意识及意识共同努力的结果，在思考与实验中，不断实现创新设计，并不是灵光一闪就可以完成。在机械设计中，创新思维至关重要，是提升机械设计竞争力的体现。

1 机械工程创新设计

1.1 机械工程创新设计的目的

（1）机械创新设计能促进工程领域的发展，对机械设计的创新展开深入研究，给工程人员发明新机械以及新产品，带来更多的理论及方法指导。

（2）机械创新设计的不断研究和实践，会提升机械专业的智能化水品。建立真正意义上的专家系统，促进机械创新设计的自动化以及智能化[1]。

（3）机械创新设计出的产品，可以提升机械产品在市场上的竞争力，尤其是在机械创新设计后，专利技术产业化的情况下，会创造出较高的经济效益及社会价值，因此机械创新设计是社会发展中非常重要的促进因素。

（4）机械创新设计的探索与实践，不断提升机械设计人员的创新思维，使设计人员具备创新能力，提升设计人员创新设计的可操作性及自觉性，让机械创新设计成为有效的工具及方法[2]，对产品更新发展有促进作用，也是为社会创造价值及财富的关键。

1.2 机械工程创新设计形成和特点

机械创新设计主要源于形象思维，将逻辑推断以及综合分析结合起来，在头脑中建立设计方案，将机械创新设计进行具体化，建立机械结构及模型，从而进行设计的细化过程。机械创新设计与常规设计的不同是需要设计人员具备一定的创造力和专业能力，运用现有的科学原理以及创新思维，设计出创新和实用的机械设备。机械创新设计有2 个主要部分：一是对生产及生活系统进行完善；二是设计出新产品及新机器。

机械创新设计的主要特点：①机械创新设计涉及到诸多科技的渗透交叉；②在机械创新设计中，一些工作是非数据性的，需要在专业知识以及经验的基础上进行判断，要具备发散思维以及创新思维；③经过逻辑分析以及知识运用，找到合理的机械创新设计方案；④机械创新设计是不断探索和实践的过程，每个阶段要不断筛选，系统具备一定的整体性[3]。

2 机械工程设计中的创新思维

2.1 创新思维的基本概念

创新思维是一种广义的、可物化并且十分新颖的思维活动，有创新意义的思维过程，打破原有的思维模式，对已有的知识以及经验要素进行重新组织，在脑海的反应场中进行超序激活，形成新的程序及方案，创造出全新的思维成果，因此创新思维并不是纯粹的推理过程。需要一定经验以及知识的参与，迸发出一种充满活力的思维方式[4]。在设计领域，创新思维至关重要，具备创新力的设计成果更具备竞争能力。

2.2 创新思维的特点

创新思维在时空以及方案上实现了对传统模式的突破，突出截然不同的方法及成果，会引出新的方法以及理论。创新思维有一定的开放性，与传统模式截然不同，重视系统开放，不被传统约束[5]。

创新思维有一定的多向性，一个问题要站在不同的角度探索和思考。机械产品具有一定的多样性，需要创新思维具备足够的多向性。

创新思维有一定的综合性。综合各类现有信息及概念，形成新的方案和思路，机器人就是将电子技术与传统机械结合形成的综合体。

3 机械工程设计的改进历程

3.1 传统机械工程设计

机械设计已经发展了百余年，现阶段机械设计领域的良好发展，是不断进步的成果。早期机械设计受各方面条件限制，如落后的生产条件以及经济能力，使机械设计处于无法前进的局面。一些技术人员有着不错的技能水平以及实践能力，可以提升机械设计的速度，但受传统观念的限制，机械设计过程中出现诸多问题，前期机械设计发展缓慢，在实际生产中创造出的经济效益也非常有限。

传统的机械设计步骤非常复杂，首先需要市场调研人员借助各类工具，了解客户的需求，结合市场的需求对设计中容易出现的问题进行预测总结，将整理好的问题，以及解决方案进行审查，制作成策划案。最后是将方案分发给有关人员，对方案进行分析以及评价，提升设计方案的认可度以及权威性。在这个过程中，市场调研、模型建立、探讨分析等环节相互关联，设计方案并不是在严格数据的基础上建立起来的，还需要降低设计风险值。

3.2 现代机械工程设计

机械设计是创造性极强的活动，现阶段国内的工业水平进步迅速，科技水平在不断提升，社会重视人才的能动性以及创造性，很多专业人员不断为企业创造价值，成为社会发展的重要力量。因此，在机械设计中，人才的作用不可忽视的。专业的机械设计人才，能将先进的科研方法及技术应用到机械设计中，与创新思维结合，创造出有新意的产品，为企业创造出更多的价值和利润。

4 创新思维在机械设计中的运用

4.1 智力思维法

一般情况下，智力思维法是抓住瞬间的灵光一闪，或是潜意识中的新想法，再者是针对一个确定的目标，组织相关的专家一同探讨。专家会议通常是围绕某个课题展开探讨，会上专家可以自由发言，思维碰撞，尽可能激发思路。思路越多对创新设计就越有利，提出的方案就越多，相互之间可以取长补短，形成创新连锁反应，进而取得创新成果。在智力思维法的实际应用中，短时间内探讨一些专业性极强的创新项目，会取得非常好的效果，也是一种常用的创新设计方法。

4.2 推理思维法

推理思维法通常有4 种形式。①提问法。提问法就是用提问的方式，发现产品在设计制造以及性能方面的一些不足，找到改进之处，从而开发出各方面表现更加优秀的新产品；②反面求索法。是对现阶段形成的解决方案进行否定，然后从常规的对立方向考虑，从产品相反方面以及组成部件的相反方面进行分析，找到创新设计途径；③缺点列举法。发现设计方案或者机械产品的缺陷，进行缺点列举，可以看出原方案以及产品的诸多不足，找到改进的方案以及方法，展开创新设计，缺点列举法通常在机械改良型产品的创新设计中经常用到；④系统分析法。是对设计系统以及方案展开分析，找到设计方案中的优缺点，并根据系统存在的环境，找到合理的解决方法，在机械设计中，系统分析法是常用的方法。

4.3 联想类比法

①相似类比法。是在工程技术中，对结构、性能及工艺相似的系统或者部件展开分类，分类的基础上进行分析分解，找到其中相似的单元进行优化综合。在相似类比分析中，要结合实际需求，对分类后形成的单元进行组合及优化，在其中运用新科技，形成新技术以及新事物。如在设计中结合齿轮啮合原理，发明同步齿形传动技术，经过对人与动物进行相似类比，可以设计一些动物的运动方式，转变为产品功能，如根据螃蟹钳爪，设计出蟹爪装载结构；②移植法。是将其他方面的技术移植到机械产品中，如物理学的激光技术可以移植到机械产品，设计出激光切割机；③仿生法。模仿人类设计出的机器人，就是仿生法的应用。在机械设计中，联想类比法需要一定的经验以及专业知识，同时有广泛的应用。

4.4 组合创新法

①模块组合法。是在系统以及设备中结合相似功能及联系的分类，找到基本功能的单元以及独立层次，将这些单元设计成规范及标准的模块，用户对其中一些模块进行更换，不需要重新购买机器；②形态矩阵法。是将复杂问题结合影响因素的分类做出分解。用图解法将各个影响因素配合组合，然后找到其中每个参量的所有可能状态。将目标标记与目标的特征形成形态矩阵，这样就会得到很多设计方案，在大型机械设计中，形态矩阵法是应用非常广泛的方法。组合创新法是现阶段提升机械设计水平的一种方法，特别是大型设备的设计中，需要运用组合创新法的地方很多，组合创新法具有便捷性及高效性，可以运用于很多方面。