机械制造和机械设计创新的实现

黄金波，杨 萍

（湖南有色金属职业技术学院，湖南株洲 412006）

0 引言

随着科技的发展、社会的进步，人们的思维也跟随着社会的发展而发生变化，抽象思维、逻辑思维、逆向思维等多种思维模式成为人们生活中常用的模式，其中创新思维是人类在发展过程中，通过对过去不断总结、突破而形成的新思维，创新思维能够推动社会进步，促进各行各业的发展。创新是时代发展的动力所在，是国家富强的基础，因此在机械设计中融入创新元素对于机械制造的发展十分必要。

1 机械创新设计的特征

机械制造指从事各种动力机械、起重运输机械、化工机械、纺织机械、机床、工具、仪器、仪表及其他机械设备等生产的工业部门，机械制造业为整个国民经济提供技术装备，其发展水平是国家工业化程度的主要标志之一[1]。机械制造逐渐与自动化技术相结合，以机械设计与制造为基础，融入计算机科学、信息技术、自动控制技术的交叉学科，主要任务是运用先进设计制造技术的理论与方法，解决现代工程领域中的复杂技术问题，以实现产品智能化的设计与制造。

机械创新设计具有独特性，创新设计过程中需要通过实验进行反复验证，使每个设计环节都能够得到优化，设计的产品应该与传统有明显的优化，因此机械创新设计具有独特性。

机械创新设计具有整体化特征，机械制造与机械设计涉及到自动化、计算机、编程等多个专业领域，在设计过程中，各个专业紧密相连，相互渗透，因此工作人员应该对多个专业都比较熟悉，才能够进行创新性设计，所以机械化创新设计具有整体化特征。

在机械创新设计的过程中，需要引进新技术，对新技术进行了解，然后根据我国机械制造的需求进行创新。

2 机械设计创新的作用

2.1 创新元素在设计中的作用

机械创新设计是指通过对传统机械制造产品或者技术进行研究，然后在此基础上，发挥创新思维，设计出在经济、环保、使用水平等多个方面优化的新产品。创新设计的目的是为了让新的产品服务社会，使人们的生活与工作水平不断提高，因此创新元素在机械设计中的作用分为2 个方面，一方面使能够对原有的机械产品进行改造，使其在人们的工作与生活中发挥出更大的价值；另一方面，通过现有的机械技术研究出新的设计。无论是新产品还是新设计，只要能够在原有的基础上降低成本、使用更加便捷或者更加环保等，都属于创新性设计。

2.2 创新元素在产品中的作用

机械产品设计比较复杂，包括外部结构的设计、内部零件的设计等多个方面，不同类型的客户对机械产品的需求不同，以钟表为例，老年人对钟表的需求是能以最方便的方式准确看出时间，而儿童对钟表的需求是多一些花哨的设计，吸引其对钟表的好奇，所以创新元素在产品中也十分重要。随着人们生活水平的提高，人们对于生活质量的要求也越来高，比如办公设备，打印机、扫描仪等体积越来越小，这都是根据人们的需求，使机械产品不断创新。

2.3 创新元素在制造中的作用

我国出版的《现代化机械设计手册》中提出，将创新元素融入到制造设计中，因此机械设计的创新并不只是理念，应该与实际相结合，使创新思维在机械制造中能够发挥出真正的价值。在制造过程中，创新是打破传统，改善当前存在缺陷的实际，使更多的新仪器设备改善人们的生活。

3 机械制造和机械设计创新案例分析

机械制造与机械设计已经逐渐与我们的生活相结合，我国很多高校对机械设计创新高度重视[2]，在一次机械设计活动中，有同学以德国的慧鱼创意组合模型为基础，通过机械化设计等，制造出多种创意组合。慧鱼创意组合模型主要有组合包、培训模型、工业模型三大系列，涵盖了机械、电子、控制、气动、汽车技术、能源技术和机器人技术等领域和高新学科。本文针对机械创新设计进行研究，以慧鱼创意模型为技术，在设计方面进行创新。首先需要准备慧鱼工业的模板、计算机、编程软件等。

在设计过程中，该组同学采用了电池供电的形式，电动机输出转矩，然后通过减速器进行变速，再通过转矩进行输出，三轮车就能够前进，开关上可以对发动机进行正反的控制，使三轮车实现前进或者后退的操作。旋转木马是将电源连接之后，通过中心轴的原理使中心轴带动4 个方向的小马进行旋转。在高校中通过机械设计活动提高学生的实践能力，使其了解机械创新的乐趣，在未来的发展中能够在机械方面有更多的创新设计[3]。

在我们工作生活中，机械制造业存在很多问题，比如内燃机是一种动力机械，通过燃料在机器内部燃烧，将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。

传统的内燃机一般由凸轮组成，工作的过程中，溶沟回转动作使动杆往复动作，当活塞进行2 次往复动作后，凸轮旋转360°，达到动力的需求，但回转运动的平稳性很难控制。在制造业对内燃机进行应用的过程中，逐渐发现了这一问题，因此设计对内燃机进行改造，添加多个气缸，使内燃机变成了多缸发动机，气缸能够对凸轮的运动进行控制，也能够改变凸轮的转速，改造后的内燃机在船只、建筑机械设备中都得到了良好的应用。经过创新设计的内燃机体积比传统内燃机更小，在使用的过程中，噪声也比较小，使生产与工作过程得到优化，由此可见，合理应用机械设计知识可以辅助提升创新设计的效率和质量[4]。

4 机械设计发展趋势

4.1 智能化发展

智能化是21 世纪科学与技术发展的必然产物，也是当前制造业追求的方向。智能化能使机械设备具有判断能力、思维逻辑以及面对问题时的决策能力。当机械运行过程中出现故障时，智能化设备能根据算法得出最佳的处理方式，然后进行灵活的处理[5]。机械化应用属于模仿人类的部分智能行为，虽然不能与人类相比较，但是对于工业发展而言，低级的智能就能促进工业发展。智能化主要体现在控制技术方面，是机械设备在应用的过程一种方式的体现。制造行业智能化发展主要是集人工智能技术、计算机科学技术、动力学技术等于一体，通过对人类思维等的模仿，使机械设备的操作更加精准。机械技术的智能化发展使机械设备、机械创意等有了更广阔的发展空间，在未来的发展中，智能化趋势会更加明显。

4.2 网络化发展

互联网的发展逐渐改变了人们的生活方式，在未来的发展中，机械制造与互联网的结合会更加深入。互联网还能改变机械产品的销售模式，打破地区限制，使机械产品能够服务更多的人群。通过互联网技术，也能使各地的机械设计者实现有效沟通，促进行业的发展，为机械创新设计提供更多的可能。中国制造2025 是我国提出的第一个10 年行动纲领，，我国机械制造行业还在延用传统的“师徒制”，使很多工作者的创意与想法被传统的观念禁锢，但在互联网的时代，人们可以通过网络对机械设计与制造等知识进行学习，甚至有再线的课程，使机械制造与机械设计被更多人熟知。因此，在未来的发展中，机械制造和机械设计与网络的联系会越来越紧密。

4.3 节能化发展

随着生活水平的提高，人们对于环境问题越来越重视，保护环境意识也越来越强烈。我国大力提倡可持续发展的基本方针，绿色、节能、低碳、环保概念是我国社会发展的基础。制作业设备的发展也需要具有节能化特点，这样才能可持续的发展。在未来的发展中，机械制造技术也会与绿色环保技术相结合，在机械产品设计的过程中，采用环保材料，使机械产品在满足人们需求的同时也能够满足环境发展的需求。比如当前物流行业采用工业机器人进行分拣货，提高工作效率，是机械发展的一种体现，比如内燃机设计，传统的设计在很多领域也有应用，但改良后的设计，在节能、使用等多个方面都优于传统设计，控制更加顺畅。

5 结语

目前，我国机械制造方面与西方发达国家相比较，仍然存在一定的差距，在机械设计方面也比较落后，因此我国机械制造行业在发展过程中，主要以引进先进技术为主，在管理与研究体系方面仍然存在不足，要想从根本上提高我国机械制造行业的发展水平，就需要完善机械制造的研究系统，融入创新元素，在引进先进技术的同时，融入创新元素，开发出创新产品，使我国制造行业能够带动社会经济的发展，并助推其他产业实现共同发展。