探索现代机械设计的创新方法

摘要：概述了现代机械设计的内涵及特点，阐述了现代机械设计的方法与理论，最后就现代机械设计的研究进展情况进行了分析探讨。现代机械设计时一项需要有较高专业知识的活动，同时需要专业素质比较高的设计人员进行设计，具有很强的要求。但是，伴随着科学技术的发展以及社会的进步，本文如何提高科技创新能力进行了讨论。

关键词：现代机械；设计方法；理论；研究

中图分类号： S611 文献标识码： A

前言：现代的机械设计需要创新，所以设计人员必须具备全新的创新理念，充分发挥其主观能动性的同时，能够熟练操作现代设备进行分析处理，以设计出质量更高，更能满足用户需求的机械设备，这同时也是机械设计的发展的一贯要求和准则。

自从我国高等院校提倡素质教育以来，对学生的培养由知识型向创新能力型转变，对于机械类学生来讲，就是要注重培养他们的机械创新意识和创新能力。机械原理与机械设计课程是机械类专业中一门重要的技术基础课程，主要教学研究内容是常用机构和通用零件的基本知识和设计方法，根据院校教学目标的不同，课程通常安排 1-4 周不等的实践教学环节，即课程设计。课程设计环节是学生综合运用所学理论和技术进行机械系统设计的一次综合实践训练，是对学生所学设计理论、设计方法和设计能力的锻炼和检查，通常的做法是在学完本课程的全部理论课之后，由教师给定若干题目和设计方案，学生被动接受进行课程设计，这种课程设计教学模式强调的是对学生基本设计能力的训练，不利于学生进行创造性能力的培养。为主动适应高等院校对于学生素质能力培养的要求，加强对学生的创新意识和创新能力培养，我们对机械原理与机械设计课程设计实践教学模式改革进行了探索和实践，并取得了明显的成效。

1 机械类创新能力的培养

1.1 创新思维能力的培养

创新思维能力是创造力的源泉，爱因斯坦说过：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。”因此，培养创新思维能力对于机械类学生来讲更为重要，包括逻辑思维能力、思维转换能力、分析综合能力、分解协调能力等。创新设计能力离不开创新思维，而思维总是从问题开始的，为了激励学生的创新思维，应该在课堂教学以及设计实践过程中不断地提出问题、分析问题、解决问题、再提出新问题，迫使学生跟着教师的思路去积极思考，不仅掌握现有知识，更要通过不断地学习新的知识、新的能力来对所要研究的内容进行综合归纳和比较。出新问题本身就是创新。思维转换能力是用已有知识解决复杂问题的能力，将复杂问题简单化，在于培养学生的独立解决问题的创新设计能力；分析综合能力首先从机械（机器和机构）分析开始，逐步弄清其本质和内在规律，然后在此基础上进行机械综合，综合就是设计，就是创造；分解协调能力即先将复杂的大系统“分解”为若干简单的小单元，以便应用已学知识和方法进行分析，可对复杂事物总体进行全面透彻地了解与掌握。

1.2 创新设计能力培养

有了创新思维，还需要有敢于创新的机械设计能力，包括原理方案设计、传动方案设计、执行机构设计、结构设计等。为了更好的培养学生根据需求设计机械系统、零部件的能力，初步掌握在机械工程设计实践中使用各种技术（现代机电技术、现代测试技术）、技能和现代化工程工具的能力，具有对机械设计问题进行系统表达、建立模型、分析求解和论证的能力，我们建设了机械装备创新基地，对学生进行现代机械设计技术和设计方法的教学与培训，使学生掌握当前主流商业软件的使用方法，并进行相关的创造性的装备设计与分析，提高综合设计素质与技能，以加强学生创新设计能力的培养。

1.3 创新实践能力培养

创新实践能力是创新思维和创新设计两个层次的深化和提升，包括实验设计能力、制造加工能力、分组协作能力和组织管理能力等。创新实践是学生将创新设计内容动手制作转换成实物的过程，通过这一环节的实践，不仅锻炼了学生的动手能力，而且加深学生对机械系统知识的理解，提高了学生的设计积极性，锻炼了分组协作能力和组织管理能力。并且在学生之间通力合作亲自动手制作出自己设计的机器模型后，会产生一种发自内心的成就感，这种成就感是不断激发学生创新思维和创新设计能力的源泉。

2、现代机械设计方法的基本特点

以自动化设计取代人工设计。充分利用先进的计算机硬件及软件平台，极力提高人机结合的设计系统的自动化水平，以提高产品的设计质量，这是现代机械设计方法的基本特征。以动态建模取代静态模型。典型的如以机器结构动力学计算取代静力学计算，以实时在线测试数据作为评价依据等。以定量计算取代定性判断。如以有限元计算非规则零件的尺寸和刚度，取代传统设计的经验类比法确定箱体各部分壁厚等。以变量取代常量如最优化设计中用随机变量取代传统设计方法中通常以经验常量校核的粗略数据处理方法。以优化设计取代可行性。设计用设计变量恰当地建立设计目标的数学模型，从众多的可行性解决方案中求其最优解。强调从设计阶段就并行地综合考虑产品整个生命周期中各方面的要求与相互关系，避免串行设计中可能发生的干涉与返工。

3、人-一机学的设计

任何机器设备,不论其自动化程度有多高,都需要人的控制、管理和维修,才能发挥其效能。因此,在设计机器的时候,必须对整个“人—机系统”作通盘的合理设计。

人—机学的主要研究内容大体上包括三个方面:

(1)机器系统中直接由人操作或使用的部件如何适合于人的使用。机器系统中直接由人操作或使用的部件如各种显示仪表、示波屏、操纵器、驾驶盘、开关、，驾驶工作台、以及各种照明装置等等。这些装备都必须适合于人的使用，才能保证工作效率达到最优。人—机学所要解决的不是这装备的工程技术设计问题，而是从适合于人的使用的角度，向设计人员提供必要的参数和要求。比如怎样设计仪表才能保证人看得清晰，而且辩读迅速;怎样设计操纵器才能使人应用时得心应手，既方便而又工效高，怎样的照明条件使人视觉效率达到最优等等。

(2)环境控制和生命保证系统的设计要求生产和科技的发展，促使人类向自然界的各个领域深人进军，人们也就面临了种种特殊的环境条件。比如在航空、宇航、潜水、南北极考察等情况下，就会经受缺氧、高温、低温、失重、振动、噪声、污染、辐射以及气压变化等等特殊条件。为了战胜这些不利的环境因素，保证机器正常工作和从保证人体安全、舒适和工作效率出发，为工程设计人员提供这方面的设计参数和要求。

(3)人机系统总体设计

为了提高整个人机系统的效能，还必须;决整个机器系统与人体相配合的问题。比如适器系统如何与人的信息传递特性相配合，机P系统的特性如何与人在操纵活动中的传递函当相配合;如何通过人、机双重优化控制来提砰机器系统性能等等问题。

结语：

振兴机械工业,促进机械产品的升级换代,提高机械产品的质量和技术水平的关键在于设计,因为一个机械产品,设计水平不高,制造再好,也是一个落后的产品。要提高机械设计的质量,就必须对传统的机械设计方法进行全面的改革,将传统的机械设计工作从经验的、类比的、静态的和手工计算方法改革成科学的、合乎逻辑的、动态和计算机辅助设计的先进的机械设计方法。

由于现代机械设计理论和方法还在不断的发展,它的研究内容和应用范围还在不断的扩大,这就需要我们去探索、总结和提高,其中以动态设计、优化设计和计算机辅助设计为它

的核心。希望从事机械工程研究和机械设计的同志们共同努力,为提高机械设计水平而总结

出一套符合我国国情的现代机械设计理论和方法。

参考文献：

［1］ 孙靖民 6 机械优化设计［H］9 北京: 机械工业出版社，

［2］ 赵松年 6 现代设计方法学［H］9 北京: 机械工业出版社，

［3］ 濮良贵 6 机械设计［H］9 高等教育出版社

［4］陈立周等:《机械优化设计》，上海科学技术出版社，1982.

［5］一机部情报所:《国外机械工业消息》，221. 1977.11.26