创新作业-王孝凯.doc

机械创新设计期末作业题 目： 机械创新设计方法 学生姓名: 王孝凯 学号: 200808310308 专业班级: 机械设计082 系名称: 工程技术系 2011年 12 月1 日摘要：机械设计是一门离不开创新的复杂学科，只有设计出创新、合格、高效的产品，才能更好地为整个社会服务。现从机械设计的创新理念、优化设计、变型设计、反求设计及现代机械设计与计算机的关系等方面浅析机械设计的创新方法。关键词：创新设计 反求设计 机械本身就是个庞大的硬件，其设计的过程不仅仅需要一定的专业技术知识，而且需要很大的耐心，同时也需要设计人员细心。传统的机械设计可能具备以上几点就足够了，但新时期我们更需要的是创新、革新的理念。第三次工业革命带来的巨大冲击使机械行业发展飞速，相应地，对于机械设计的要求也必定越来越高。创新是机械设计领域的一次机遇，将大胆创新的设计理念应用到机械领域必定会推动其发展。机械设计具有时代性，也就是说设计理念是随时代发展而变革的，中国当下需要的是设计与创新相结合，紧跟时代发展的步伐。本文接下来将探讨机械设计的具体创新方法。一、机械设计人员应当树立创新的理念要突破传统模式而有所创新，首先要求机械设计人员具有大胆创新的理念并将其运用到实践中去。创新意味着突破传统的思维方式，运用现代的超前的理念来想问题。创新对于一个民族、一个国家来说是不可缺少的，而对于一个设计者来说，如果没有创新的能力，他的工作就无法被肯定。一个优秀而专业的机械设计者必然时刻谨记创新理念，运用独特的创新思维来深入思考问题，然后不断运用自己的专业知识来促成设计的变革。现在我们来具体探讨一下创新的理念。（1）创新具有独创性，即敢于突破一切传统理念，打破常规，寻找更加合理的新原理、新机构、新功能等等。独创性能使设计方案在理念上脱颖而出，不断追求更高层次的创新。（2）创新具有实用性，它体现在对市场的适应性和可生产性2方面。（3）创新具有突破性，它要求设计人员敢于突破思维惯性，从定向思维中走出来，善于从新的技术领域中接受有用的事物，提出新的原理，为机械设计打开新的局面。（4）创新还具有联动性。创造性思维就是一种联动思维，包括横向、纵向及逆向思维，这三种思维要求我们从不同的角度去思考问题，进而得出最合理有效的设计方案。二、关于机械设计的变型设计机械设计的变型设计是指在原产品的基础上进行新的开发，使机械零件的规格更加标准、产品部件通用化、产品系列化，从而能够更好地满足广大使用者需求的设计方法。我们将产品功能、原理和结构都相同，而尺寸和性能参数不同的设计称为纵系列产品的设计变型；将在基础型产品的基础上扩展功能的设计称为横系列产品的设计变型；另外，设计具有先进动力参数的不同类型产品我们称之为跨系列产品的设计变型。由此可见，机械设计的变型设计可以在保证产品原有基本功能和原理不变的情况下，随时根据使用者的需要，调整其他参数，从而设计出更加完善的产品。机械产品三维参数化变型设计是以拓扑约束、尺寸约束、工程约束驱动为技术基础的变型设计方法中的一种。传统参数化设计对部分特征驱动尺寸做出修改，使其他关联尺寸得到相应调整，从而得到结构相同但尺寸不同的系列零件三维模型；三维参数化变型设计不仅包括这些，而且涵盖了三维参数化模型驱动后与之相关联的工程图的视图位置、比例、尺寸、注释、BOM 表等相关信息的自动更新，生产制造的下游工装夹具、工艺规程规划、NC 代码等的参数化关联设计，乃至整个产品生命周期的参数化设计。机械设计是一门博大精深的学科，包含了很多方面，所以机械设计的方法也相应有很多种。作为这些设计方法中的一种，变型设计理念的先进性、科学性让机械设计突破了以往的设计模式，走向了更加成熟、精确、理想的路线。三、关于机械设计的优化设计现代的优化设计是以数学规划为理论基础，以电子计算机为工具，在充分考虑各种相关约束的前提下，寻求满足某些预定目标的最优方案的设计方法。优化设计是现代机械设计创新方法中较为先进的一种，它建立在最优化数学理论和现代计算机技术基础之上，运用数学函数和计算机来计算出最优、最有效率的设计方案，其核心的设计理念适应了时代发展的需求。我国在优化设计的研究方面已经有了很大突破，开发了一些先进的优化设计程序并在设计行业引起了很大反响，但在应用方面优化设计方法尚未普及到每一个设计领域，对于机械设计领域来说，优化设计是机械创新设计的一个前进方向。优化设计方法无疑是科学的，它不仅要求设计者具有较高的专业技能，更要求他们具备大胆的创新理念，有创造性、革新性，在原来的基础上不停追求新的高度，由此设计出满足大家需要并且引领一个时代发展的产品。采用优化设计方法，可以使我们综合考虑到方方面面的因素，更全面更系统地分析问题、解决问题；可以使我们获得更加精确的设计所需数据，缩短设计周期。它是新时期CAD 设计不可缺少的一部分，它将设计最优的原则注入了设计中，总是寻求最优的设计方案，大大提高了机械设计的质量，使机械设计彻底摆脱了古老的设计模式。四、 现代机械设计与计算机CAD 软件的应用现代机械设计是信息时代的产物，它离不开计算机技术的应用与发展，通过计算机来分析计算可以缩短设计时间，并且更好地改进设计。计算机储存量大、运算速度快、集合分析信息能力强，可以综合分析各种数据进而得出最佳答案，这是人脑所不能比拟的。基于这些优势，我们在机械设计中广泛运用计算机技术可以说是大势所趋。需求分析与可行性研究这个部分较少用到计算机，但是其他设计步骤都可以运用计算机来完成，例如画图、计算、设计等等，再加上我们自己创新的设计理念，设计质量必然得到提高。CAD 就是这样应运而生的。CAD 软件主要分为3 个部分：系统软件、支撑软件及应用软件。系统软件与应用软件密切相关，主要用来管理系统资源。而支撑软件在CAD 设计软件中占了大部分，我们目前进行CAD 设计（包括画图、分析、计算等）时应用的软件大都属于此列。现代机械设计的目标是完全自动化，但是在这之前我们还有很长的一段路要走，目前的科技尚不能做到这一点；同时，我们在前文提过，设计需要有创造性，所以现在最佳的设计方式是人机结合。在CAD 软件的应用过程中，人的力量是主要的，也就是说人才是主导，计算机是人们在设计时用到的一种工具，处于从属地位。既然如此，设计者就必须在设计过程中充分发挥主观能动性，灵活运用计算机，尽可能做到人与计算机完美融合，人的主观能动性、创造性加上计算机的灵活性、精确性，这样设计出的产品才更能满足当今机械设计的要求。在现代机械设计中，计算机与CAD 等软件解决了数据分析与计算的难题，前文我们提到的优化设计、变型设计及反求设计就是明证。五、 关于机械设计的反求设计对于反求工程的研究，应解决以下关键技术问题：（1）研究更加实用的测量方法和设备，提高测量精度，减小测量误差 测。（2） 研究更加实用的三维重构方法和软件系统，提高计算精度，减小计算误差 计。（3）将人工智能技术、数理统计理论、精度设计等多学科技术合理融合运用，形成一种独特的设计参数还原技术，有效地解决原始设计参数还原问题。（4）研究能满足反求工程要求的产品主模型技术，形成描述产品装配关系的建模体系，以利于原始设计参数的还原。（5）开发具备原型产品设计精度分析功能，可实现原始设计参数还原的软件。现阶段国内外反求工程所构造的CAD 模型，基本上仅为几何形状重构，谈不上满足一定要求的“精度设计”和“精度制造”。为说明这一点，以下引入反求工程所独有的3 个参数的概念：重构参数、实物原型参数和原始设计参数。反求工程设计阶段的结果是重构的CAD 三维模型，这种CAD 模型自然具有各种参数（主要是几何形状参数）。这些参数是反求工程依据测量点数据经拟合运算得到的，体现在重构的CAD 模型上，故被称为重构参数。一般地讲，反求工程并不去直接测量实物原型参数，故实物原型参数是未知的，自然，原始设计参数也是未知的。目前，反求工程均使用重构后的模型参数作为制造产品的原始参数，即用重构参数去制造产品。这里我们来比较一下重构参数（制造产品的原始参数）与原始设计参数（制造原型的原始参数）之间的误差：在重构的计算中，不可避免地会产生误差，记其为计算误差 计；在对零件或原型进行测量时，会产生测量误差 测；零件或原型本身也带有误差，包括制造原型时产生的制造误差 制和原型在使用中的磨损和破损误差 损。原型是用原始设计参数制造的，现有产品是用重构参数制造的，所以这2 个参数之间存在重构误差 构。因此，用重构参数作为原始参数制造的产品若被置于原型的环境下工作，在某些情况下会达不到要求。六、 结语 现代机械设计离不开创新，设计人员应当树立创新的理念，充分发挥主观能动性，同时熟练应用现代机械分析工具，从而设计出质量更高、更能满足使用者需要的机械，这是贯穿于机械设计发展始终的必然要求。参考文献1 吴红.论机械设计中的绿色思维J.芜湖学报，2007（1）2 袁祖强，倪受东，齐新丹.“机械设计”、“机械设计基础”课程设计标准体系的研究J.中国科技信息，2007（13）3 宋乐永.寻找创新的“云梯”N.计算机世界技术与应用，20064 田梦.数据库技术创新推动行业创新N.计算机世界，2009-07-065 杨璟.创新超越N.中国民航报，2008-01-256 白柳.浅谈机械创新设计中的反求设计J.山西冶金，2009（6）7 程志刚，李瑞琴，董亚峰，等.机电一体化产品概念设计理论现状与展望J.中北大学学报，2006（1）8 宋丽娜，何丕廉，刘德建.基于多种群协同进化计算的创新概念设计J.计算机辅助工程，2005（3）9 俞国燕，何真，郑时雄，等.基于人机一体的混合智能创新设计J.计算机工程与应用，2003（7）小发明方便的开瓶器我爸很爱喝啤酒，每次用开瓶器开了啤酒后，瓶盖会掉，而我妈妈是个非常爱干净的人，每次我爸这样做就会被我妈说，随着年龄的增大，每次开瓶后爸总是要弯腰去捡盖子。所