机械产品创新设计精选(九篇)

第1篇：机械产品创新设计范文

[关键词]：TRIZ　机械产品　创新设计

一、绪论

在知识经济时代，世界科技的发展将更加迅速，产品的技术含量不断提高，产品生命周期将更加缩短，产品创新的加速发展也变得越来越重要。机械产品开发更多更重要的是非数据计算的、通过思考、推理和判断来解决的创新活动，只有创新活动才能真正从根本原理上进行产品革新，才能在产品的性能、质量、价格等方面产生质的飞跃。TRIZ是俄文英译丁eoHya Resheniya Izobretatelskikh Zadatch的缩写，是指发明问题的解决理论(即发明解题理论)，它是一种系统化的发明工程方法论，是针对问题点加以分析考虑，并寻找出其中的矛盾，再将矛盾归类为物理矛盾与技术矛盾，再进一步采取不同的解决方式。研究TRIZ理论和方法，并将其运用在机械产品创新中具有十分重要的意义。

二、TRIZ亿在机械产品创新中的应用

机械创新设计是指充分发挥设计者的创造力，利用人类已有的相关科学技术成果，进行创新构思，设计出具有新颖性、创造性以及实用性的机构或机械产品的一种实践活动。在进行机械创新设计中会遇到很多技术性问题，在解决这些问题时，如果不明确应该使用哪些科学原理法则，则很难找到问题的解决对策。TRIZ理论给出了解决各类问题需要借助的科学原理，并指明了解决问题对策的探索方向。重视创新设计是增加机械产品竞争力的根本途径。在机械产品设计过程中，存在物理冲突、技术冲突，使得设计过程成为一个具有创新性特征的问题解决过程，完全可以利用TRIZ思想和方法解决机械产品的创新设计，并应用TRIZ的机械产品创新设计模式。

三、基于TRIZ亿的机械产品创新分析――以螺丝刀为例

(一)TRIZ解决问题的流程。

在解决一个工程问题时，可能使用TRIZ的一个工具或者是更多。应用TRIZ的第一步是对给定的问题进行分析；如果发现存在矛盾则应用原理去解决；如果问题明确但不知道如何解决，则应用效应去解决；第三种选择是对待创新的技术系统进行进化过程的预测。之后是评价，确定是否满足要求。如果满足要求，则进行后序的设计工作，反之，要对问题进行再分析。

(二)螺丝刀产品创新――基于了RIZ。

本文选择最常用的手动螺丝刀作为应用实例，通过本实例的验证希望对机械产品的改进以及创新开发提供一种新的解决方法。

1、定义设计需求、确定功能。

对产品的要求为有以下两点：具有方便灵活使用特点的手动螺丝刀；具创意性，可增加在市场上的竞争力。首先考虑螺丝刀操作上的原理及使用的状况，其最主要的功能为锁紧及拆卸螺丝，所以把目标放在能够快速且省力的将螺丝锁紧或是拆卸，是一个非常确切的产品设计方向，以“力”、“时间损失”、“可操作性”作为改进的工程特性。

2、建立基础功能模块。

选定其最具代表性且功能上最基本的一种产品作为基础，建立该类产品的基础功能模块，接下来再运用创新法则在功能模块上增加新的功能，以产生新的概念设计。选择最常见的带棘轮的螺丝刀建立其功能模型，将与棘轮相关的各组件组成为一个次系统视为一个组件，不考虑棘轮内相关组件间的相互关系，只考虑整个次系统组件提供的有益功能与有害功能

3、功能组件模组的建立与增加。

对特定产品，首先由设计需求来决定要改进的工程特性，其次找出对应该工程特性的创新法则，最后将想出的新方法建构成功能组件模块并存人数据库中，集合成为“功能组件数据库一。以“分割”为例，nuZ对此法则的解释为：将一个物体划分成相互独立的零件；使物体分成容易组装及拆卸的部分；增加物体相互独立的程度。配合要改善的工程特性“力”来思考，得到了新的想法，若在螺丝刀头上分割出一可作为力臂的组件，则可有效的增加使用时的扭力，这就是由设计需求定出特定工程特性，再来产生新概念的内涵。

4、组合基础功能模块与功能组件模组。

由前面所建立起用于螺丝刀设计的产品功能模块数据库与功能组件模块数据库，使用二者配合TmZ设计软件来进行产品的概念设计。本方法好比堆积木，首先选择一块大积木(基础产品功能模型)做地基；然后再选择要堆放的各种小积木(功能组件模块)；最后决定堆放的位置(将功能与组件做连结)，由排列组合的概念来产生大量的新设计。在加入功能组件模块后再应用软件进行修剪，将组合产生的新产品功能模型加以最佳化，得到最后需要的概念设计。

5、创新设计软件的评估与裁剪功能。

在组合产品功能模型与功能组件模块，产生初步的创新功能模型后，要对产生的新功能模型进行组件价值的评估修剪，以消除因任意连接功能与组件所可能产生的矛盾。功能等级与功能模型中各组件的连结状况有关，而问题严重性需由功能模型中各问题作用的等级计算出，在软件中会自动为使用者计算。

6、创新设计结果。

经过组合连结修剪所得到的刨新功能模型，考虑其组件与功能间的可能性，设计出的创新产品。组件取代原本握把的功能，而握把与棘轮纽组件间以机构旋转对的方式加以连结，因此当使用者握住握把加以转动，就可增加扭力锁紧螺丝，发挥功能模块想带给新产品的功能，符合设计目的。

(三)小结。

选择螺丝刀做为应用实例，用TRIZ进行设计，得到创新设计结果。经实例验证丁RIZ方法确实可以帮助设计者进行机械产品创新设计，从而对产品创新设计提供了一种新的设计方法和解题思路。

第2篇：机械产品创新设计范文

科技的进步使得人们对机械设计也提出了更高的要求。本文主要对当前机械设计中的相关理论进行系统分析，阐述机械设计的方法和过程，并对现代机械设计的创新方法进行了详细研究，同时论述了机械的创新设计步骤。

关键词:

现代机械设计;创新方法;研究

在科技高速发展的今天，人们的思维方式也产生了很大变化，机械设计人员除了要准确掌握机械设计原理以外，还要在思维方式上有所拓展。要求机械设计人员创新理念，在结构设计上与产品的相关功能进行紧密联系，将设计手段与计算机辅助设计进行有效融合，只有这样才能够设计出令受众满意的机械产品。

1现代机械设计

与传统机械设计相比，现代机械设计更加注重计算机化、动态化和科学化。现代机械设计理论是在机械设计理论学科基础上形成的，它包括了信息、控制、优化等内容，而对于相对比较复杂的产品而言，现代机械设计的优势也体现得更加明显。现代机械设计是在传统机械设计的基础上形成的，但它又在传统机械设计的基础上进行了极大创新，进而形成了一个完美且科学合理的机械产品设计。这不仅需要传统机械设计的相关经验，而且还需要在现代机械设计中引入先进的设计方法。

2机械设计方法及过程

具体机械设计步骤如图1所示。项目设计的前期工作主要包含对地区的实地调研，并对其进行可行性研究，制定可行性的计划和方案。方案设计主要包括:对功能的总体分析、对系统原理进行解释，确定最佳方案。技术设计包括:技术的总体设计、实验环节设计以及选型设计等。施工设计主要包括:零件画图、编写相关的技术文件、生产，等等。在机械设计中，每一个环节都要充分发挥人的主观能动性，利用科学技术手段来对机械设计进行不断创新。

3设计方法创新

创新设计是机械设计领域中对专业知识和设计经验的一个综合，在设计过程中能够真正体现出机械产品的真实价值，所设计的产品一般都是由人的主观能动性和创造性思维共同促成，这也是形成新思维模式的一种方法。对机械设计进行创新时，首先要充分发挥人的主观意识和想象力，能够在机械设计的过程中，运用现代化的机械设计方法来对产品进行创新设计，其设计模式也要选择现代化的科学思维方式来对设计理念进行分析，并且要求运用现代化的科学方法和工具来保证设计过程的完整性。在实际的机械设计过程中还要保证设计的创造性，尤其在对新产品进行设计时，要凸显创新意识。现代机械设计的创新主要包括两方面的内容:第一，通过创新使已经成型的产品更加具有技术性和可靠性。第二，从其他方面挖掘创新设计点，通过创新设计出机械产品来满足人们日益增长的生产生活需求。这两方面的创新与创新思维模式紧密联系在一起，而且与科学技术手段和设计工具也存在紧密联系。

3.1机械创新设计步骤

A.重点研究机械产品的工作原理及其本质。B.重点对机械生产产品的性能和结构进行分析，并对其类型进行综合考量。C.对机械产品的尺度以及参数进行优化选择。D.对机械产品进行最终的综合分析和协调。机械长效设计步骤的具体内容如图2所示。

3.2机械创新设计分类

3.2.1变形设计

这一设计手段主要是在原机械产品的基础上进行系列化、标准化的设计，以此来进一步满足使用者的实际需求，除此之外，还要对产品的功能、原理以及结构进行系统性分析，同时还可以进行跨系列产品的设计，这也是产品动力提升的主要手段。

3.2.2可靠性设计

这一设计也是当前机械设计中工程师们追求的主要目标。可靠性是衡量产品质量的重要指标。一般来说，可靠性设计与常规设计基本上都可以实现对应，常规的设计手段是凭借着多年的经验来进行设计，而可靠性设计则是在常规设计的基础上进行了延伸，更加系统地明确了科学分析与设计变量之间的关系。机械的可靠性设计融合了当前各个学科的知识点，并且将常规设计中的变量直接转变为随机变量，以分布规律为基准，运用相关的统计方法来对机械产品进行设计，从而满足可靠性的要求。

3.2.3并行设计

一般传统的机械设计采用的是串行设计方法，这种方法存在一个较大的弊端，即:生产周期相对较长且成本非常高。并行设计是一种系统化的设计方法，它也是以计算机为基础，这种设计手段打破了传统意义上的系统内部结构，创建了相互促进、相互协调的设计模式，很好地实现了机械设计制造的一体化发展。在机械设计制造的过程中，设计人员还充分考虑了机械设计质量、周期以及成本等因素，由此可见，并行设计是一种集成性极强的设计方法。

3.2.4反求设计

反求设计方法是目前多数国家发展科学技术和研究新产品的主要设计方法。目前反求设计需要解决的问题主要包括:A.三维重构方法，提高设计进度，减小误差区间。B.结合人工智能形成一套科学的设计还原技术，进而完成对原有设计的反求。C.重点研究适合反求设计的机械产品模型技术，并将相关的配套产品进行模型建立，以方便原始参数的反求还原要求。

4结语

本文针对当前现代化的机械设计理论进行了系统分析，对机械设计中的相关设计方法进行重点讨论，并对现代机械设计中的创新点进行了系统研究。通过研究发现，现代机械设计要比传统意义上的机械设计优势更为明显，这一优势主要体现在系统的结构重组以及实现过程上。现代机械设计与科学技术手段的结合也使机械设计的创新提升到了另一个高度。创新是以人的主观能动性为基础，而机械设计人员要想以创新思维来对产品需求进行分析和设计时，须保证对现代机械设计工具熟练掌握，只有这样才能够设计出满足人们实际需求的机械产品。

参考文献:

［1］曹春红，张斌，王利民，等.基于免疫神经网络的几何约束求解技术的研究［C］//第二十七届中国控制会议论文集，2008.

［2］张铮，胡社教，江萍.基于EP模式的特征选择算法［C］//2011中国仪器仪表与测控技术大会论文集，2011.

［3］戴旭东，谢友柏.以企业为中心的产品设计平台构建方法［C］//第二届中国CAE工程分析技术年会论文集，2006.

［4］戴旭东，谢友柏.集成分布式知识资源的企业技术研发平台构建［C］//企业应用集成系统与技术学术研究会论文集，2006.

［5］许勇，邹慧君.基于子系统匹配的机电一体化系统概念设计［C］//全国印刷、包装机械凸轮、连杆机构学术研讨会(第6届全国凸轮机构学术年会)论文集，2005.

［6］彭一凡，陈文.基于XML的动态数据结构持久化方法之研究［C］//促进企业信息化进程———第九届中国Java技术及应用交流大会文集，2006.

［7］全国高等工业学校机械设计及制造专业教学指导委员会第六次工作会议———实验教学工作会议纪要［C］//第五届全国机械设计及制造专业教学研讨会议论文集(卷2•教学史志)，2015.

第3篇：机械产品创新设计范文

[关键词] 机械设计； 实验分析； 设计水平； 综合应用

科技推动着社会的进步，科技也使得设计方法变得更加现代化。现代设计特征表现在设计出的产品具备市场针对性，能够根据客户的设计需求进行设计方案的确定，比起原先的设计手段，现代设计在能够达到产品的基础性能的前提下，更体现了人性化与环保意识。尤其是计算机的普遍使用，使得机械设计迈向更高水平，机械设计理论、手段都发生突破性的改革与进步。换句话说，科技的成果让设计变得简易、经济与实用[1]。本文就机械设计在现代化设计中的应用展开研究和实验分析。

一 简述机械设计和现代设计

机械设计是指：具备有一定科技知识的设计人员在现有的科学技术基础上，发挥自身的创作力，进行机械技术的创新，经过技术创新设计出现在科学技术中还未存在的、具备先进性与实际应用价值的机械装置的某种实践行为。现代设计对于机械设计人员的要求较高，包括科技技术知识掌握的要求与创新能力的要求。

而现代设计是指借助计算机软件，结合现代化的设计理念，进行工程设计和软件探究的新一代设计方法。现代设计方法的设计理念较为先进，是科技发展的设计有效产物，设计技术方法可靠，设计的产品种类也比较多[2]。

二 当前应用较多的机械设计方法

产品方法的设计是一项比较复杂的设计程序，当前应用较多的机械设计方法有系统化的机械设计、结构模块化的机械设计等几种。下面笔者介绍几种当前应用较多的机械设计方法。

（一）系统化的机械设计

系统化的机械设计方法的主要特性表现在：可以以把设计所需的几类设计元素综合在一起形成统一的体系，任何一个设计都具备单独的设计元素，不同的元素之间具备有机的关联，不仅如此，各个设计元素还有层次的划分，全部的设计重要元素经过组合后能够满足设计系统的任务需求[3]。

（二）结构模块化的机械设计

结构模块化的机械设计方法是经由系统结构模块化的形式，完成产品的计划设计。结构模块化的机械设计方法所设计出的产品的实际用途明确，结构相对稳定，每一个结构模块之间关系分明容易操作，所以这类机械设计方法比较适宜在特殊类型的机械产品中使用。在使用结构模块化的机械设计方式时，要依据产品性能需求进行产品功能设计的研究，每个结构模块体系中明企鹅相应模块功能。

（三）自动化的机械设计

自动化的机械设计也称智能化的机械设计，该机械设计方法的重要特征是采用信息化科技技术，并结合现代设计理论，借助多媒体工具开展产品的开发研究，完成产品的设计[4]。计算机本身就是一个庞大的信息载体与智能化的操作体系，在借助计算机与网络体系的自动化的机械设计水平得到提高，让设计者在较短的时间内完成大量的产品设计工作。不仅如此，在计算机与其它多媒体工具的协助下，该方法的机械设计所表达的产品较为直观，容易被客户接受，因此其成为机械设计的重要设计方法。自动化的机械设计存在一些不足之处：系统性能较差，设计过程中需要极高的智能化程度，经验丰富的设计人员在设计中较为得心应手[5]。

（四）结合产品特点的机械设计

能够使用计算机识别并阐述产品的构思与特性是结合产品特点的接卸设计方法的重要特征，除此之外，结合产品特点的机械设计还能够体现出设计人员在机械设计这一领域的知识，同时能够构建对应的知识框和逻辑推理，使用计算机协作产品的设计能够借助计算机所存储的广泛知识和逻辑机制开展对应应用。关于机械产品的计划设计，可以把具备特殊性能的通用零件与结构当成设计的结构模块，提高设计的规范化程度，简化设计操作，从而使设计变得实用而经济[6]。

三 机械设计在现代设计中的应用分析

现代设计的技术基础是创造，所以，机械设计在现代设计中的应用离不开创造设计技术。机械设计在现代设计中应用，在机械设计技术的基础上增加现代设计理论基础与技术基础，实现产品的开发创新与技术创新，所设计出的产品达到市场产品使用标准。

（一）创新的机械设计

创新的机械设计是在机械设计的基础上，融入以人为本的设计理念，并在整体设计过程中结合新型设计手段与技术理论，以机械产品的性能为基础，进行优化和改善，创造能够表达产品主导与实际应用价值，完成所计划的功能产品，推进设计工作质量，提高产品经济效益。

创新的机械设计对设计者的创造思维能力有一定的要求，设计者在创新机械设计期间应具备足够的定向发散能力。然而机械的结构类型设计较为复杂，使得设计者仅可在较小的求解空间中按照设计经验研究所需设计产品的可行解，这会导致部分优秀设计方案被遗漏。现代科技的推动设计手段的自动化，机械设计在自动化的软件系统中得以开发，机械设计有了新的发展方向。比如自动化的智能系统能够提供较大的设计求解空间，进而实现系统化的查找与完善，最终形成原理方案设计，自动完成设计方案的挑选和尺寸的形状设计等[7]。

（二）机械市场设计

机械的市场设计是指以产品的市场需求为设计中心，通过优化设计赢得市场的核心竞争力的设计。产品设计与生产的前提是市场对产品有需求，所以机械市场设计具备市场针对性，该设计方法具有很大的实际应用价值。因为机械的市场设计中心是市场需求，所以该设计要求掌握更多市场的预测技术，了解市场竞争优势特性，探索目前与未来的产品市场的优势技术走向，协调产品的当前发展与未来发展之间的技术联系。不仅如此，机械市场设计还融入其它有效的设计技术，在每个设计环节中进行优势设计，进而提高所设计出的机械产品的市场指导地位与竞争能力。

进行创新机械设计的产品也可能拥有一定的市场竞争力，然而其在市场的预测的走向方面不够成熟。而市场设计技术则是在正确实际与成熟设计的条件下，使用创新设计理念提高产品的市场竞争力。换句话说，在现代化的机械设计中，机械市场设计人员在产品设计的整个过程中都要融入产品优势设计理念，只有具备一定特性的优势产品，才可在现代化设计市场与未来的设计市场中占领主导地位。

（三）机械绿色设计

机械绿色设计是基于“可持续发展”本理念进行研究设计的，机械绿色设计是机械设计与现代设计两种技术的优化结合。所谓机械绿色设计是指在产品的设计、销售、投入使用等过程中，要达到相应的环境持续发展需求。

1环境针对性的机械绿色设计技术

该设计技术的原则是保护生态环境，也就是说，产品的设计与技术围绕“绿色产品”而展开。基于环境的机械绿色设计技术是一项系统化的设计手段，要求产品的设计从系统性概念出发，重复考虑产品的设计生产、使用对环境的影响，尽可能做到产品的可回收、无污染、无危害，在产品本身应用价值属性的基本属性上，达到保护环境的目标。

2能源针对性的机械设计技术

它是指在尽可能降低产品对环境的影响并减少资源使用量的基础上设计出能够回收与循环使用的产品设计技术，通过能源针对性的机械设计技术实现产品设计的全程指导与完善。产品设计的能源优化和完善能够在很大程度上节约能源的损耗，因此，在确立要所要设计的产品的基本性能与基本需求后，在产品的结构类型选择、生产材料、加工工艺等与能源使用有关的方面考虑能源节约的设计理念，进而确定最优化的产品系统设计。换言之，产品的设计之就要考虑设计内容与能源使用量两者之间的相互作用问题，在实际的整体设计操作中，融入节能设计思想，比如考虑设计方案中的重复利用的节能技术。能源针对性的设计技术能够大大提高能源使用率，为缓解我国甚至世界的能源危机现状有很大现实意义。

3人机工程设计技术

人机工程设计技术是针对人所使用的产品生产技术，该技术按照人类的心理生理特点，借助现有的科学技术与科学理论知识进行设计的一项技术体系，让产品能够满足人类的某种使用需求，通过对人机工程设计进行优化，让人类能够使用较少的劳动付出得到更多的经济产物。人机工程设计是在系统约束条件范围内，促进工作的有效开展，提高工作效率与效益，降低工作出错率，让人类在工作操作中花费较少的体力与脑力，并通过设计技术让操作变得简易，优化工作环境，让人类能够在轻松的操作环境中实现高效作业。

四 机械现代设计方案的创新

并行设计是机械现代设计方案中最先进设计方法，它是一项综合型、完整型的现代设计技术。数学教学是并行设计的基础，计算机软件系统这是并行设计技术主体。并行设计综合设计产品与设计过程的完整方法，借助计算机软件和计算机数据库进行设计系统的网络管理从而完成产品的设计与制造的同步进行，理清产品设中的周期、质量与花费等方面因素之间的关系，使得设计开发出的产品更具市场优势。

机械现代设计方案创新中的新产品的开发研究。进行产品的创新是每个工业行业未来发展的重要保障。而且新产品的开发生产也是我国经济协调控制的决策之一、是国家经济进步的标志体现。新产品的开发设计风险较高，投入较大，其收益也受到一定的不确定因素的影响，新产品的开发不同阶段其收益特点表现不一，因此在不同的开发阶段要对市场需求和产品实际需求进行全面的考察和了解，在开发中尽量明确新产品的实际应用价值，并尽量做到新产品的物美价廉，这样能使新产品较快抢占市场。

总的来说，机械现代设计方案的创新要以市场需求为基础，通过技术创造产品创造实现工业最优化效益。借助可靠的标准化、模块化与CAD技术，开展新产品设计方案的创新，不断推出经济、安全、实用的新产品。这不仅是每个工业设计行业的追求，也是机械设计与生产制造行业的未来发展趋势。

五 总结

总而言之，机械设计在现代设计中的应用推动了机械工业的高速发展，带动工业的经济发展，实现国家工业生产建设目标。各个国家和机械工业企业要积极进行产品的创新和开发，探讨现代设计技术，借助科技的力量保障企业的未来发展。

[参考文献]

[1]董立立，赵益萍，梁林泉，朱煜，段广洪.机械优化设计理论方法研究综述[J].机床与液压，2010，（15）：114-119.

[2]张冠军，陈立人.我国石油机械制造业热处理的现状与展望[J].金属热处理，2010，（03）：76-82.

[3]张照军.金属材料专业综合实验课进一步改革的实践[J].中国科技信息，2009，（04）：230-231.

[4]王春燕.浅谈《机械设计基础》课程教学[J].科学大众（科学教育），2009，（09）：145.

[5]汪小凯，华林.立式轧环机传动机构力学分析和优化设计[J].中国机械工程，2010，（13）：1594-1597+1604.

第4篇：机械产品创新设计范文

关键词：机械设计；课程教学；挑战；对策讨论

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）15-0109-03

一、引言

“作为生产力的一个要素，工程技术把科学原理转变为改造世界的动力，是科学发现和产业发展联系的桥梁；是产业革命、经济发展与社会进步的强大杠杆。”人类社会已经经历了三次工业革命。18世纪的机械工业革命产生了纺织工业、机械制造业、铁路运输业和煤炭工业等；第二次工业革命中崛起了电力工业、化工工业、冶金工业和汽车工业等；第三次工业革命催生了电子工业、计算机工业、空间工业、合成材料工业和原子能工业等。机械设计作为机械工程的技术基础在不断地更新与发展，机械设计课程的内容与教学方式也随着新科技的发展而不断进化，机械设计教学的基本要求就是使得学生获取机械产品设计的知识、拓展设计能力、提高素质和开启智慧。

人们设计、制造、检测和销售产品是为了获取利润，在向用户提供使用价值的同时获得自己劳动应该得到的利润。劳动创造价值，机械产品的设计最终目的就是提供使用价值，同时获得劳动报酬。因此，价值—功能—原理—结构的产品设计思路认为，在设计产品的初期，设计者思考的不仅仅是产品应具有的功能，也必然考虑产品的市场销售能得到多少利润。

在创新氛围日益浓厚的21世纪，创新教育与创新实践是各国教育界特别重视的问题。面对生命科学与技术为核心的21世纪，机械设计课程面临新的挑战。在新的世纪，机械设计教学不应“渴而穿井，斗而铸锥”，而是应该未雨绸缪、积极面对新的挑战。本文从当前科技的发展出发，讨论机械设计课程面临的挑战。

二、机械设计的基础

17世纪和18世纪初叶是钟表时代，18世纪末叶和19世纪是蒸汽机时代。机构学的发展，出现了曲柄滑块原理的内燃机、汽轮机和水轮机等，实现了将柴油和汽油的化学能转化为机械能；原煤的化学能经热能转化为机械能；水的动能和势能转化为电能或机械能。这些技术发展进程中，诞生了机械设计课程。

机械设计包括机械原理、机械零件和机械系统设计三部分内容。机械原理讨论机构的设计、运动分析和动力学分析。机械零件部分讨论机械零件的强度、刚度、振动稳定性和耐磨性等设计方法，并且介绍机械的结构设计。机械系统设计部分讨论机械系统的动平衡、速度波动调节以及系统方案优化设计等。机械产品的创新设计以上述三部分内容为基础，对产品设计进行改进或革新。

1.机械原理。机构的设计与分析是机械原理的核心内容。常用的机构有：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、蜗杆结构、摩擦轮机构、棘轮机构、槽轮机构等。机构的演变或创新方法有：机构的组合、机构的演绎、机构的逆向设计以及新原理的应用等。机构组合是常用的设计方法，通过不同类型机构组合或者同类型机构的组合，得到实现运动轨迹的新组合机构。机构的演绎是通过改变机构的运动副、构件几何设计、机构的变结构等方法，获得新的机构设计。机构的逆向设计，常用主动构件和输出构件互换、增加或减少自由度数即原动件数，来获得新的机构设计方案。机构的运动分析和动力学分析，常用计算机辅助设计的方法来分析，以获得运动轨迹、加速度和跃度的变化曲线。机构的创新设计是机械产品创新的基本内容，也是对产品在较大程度上的革新。

2.机械零件。机械零件分为通用零件和专用零件。机械零件部分介绍的是各类通用零部件，包括连接零件、传动零件、轴系零部件以及弹簧、机架和导轨等。连接零件有螺纹连接、销、键和花键、过盈连接、胶接、焊接和铆接等。传动部分有带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动、摩擦轮传动等。轴系部分有轴承和轴的设计，其中轴承有滑动轴承、滚动轴承、空气轴承、电磁轴承和静电轴承等。机械零件的设计是针对零件的失效形式来进行的。首先由实践确定机械零件的失效形式，然后选择零件的材料和表面处理技术，以抵抗其失效形式，再依据相应的设计理论提出设计准则和设计公式，最后是设计零件的所有结构尺寸。另一方面，机械零件是物化的产品，其结构设计和制造工艺性设计也是关键方面。机械零件的创新设计方法有变结构的设计、组合设计以及采用新原理的设计等。

3.机械系统设计。机械产品越来越复杂，组成机械产品的零件个数越来越多。机械系统的传统设计内容有动平衡、速度波动调节和分系统之间的匹配等。机械子系统的设计，包括动力系统、传动系统、执行系统、控制系统和辅助系统的设计。在计算技术发展后，针对系统层面出现了系统优化设计、系统可靠性设计和系统摩擦学设计，并且在产品设计中得到应用和推广。随着生态设计、全寿命周期设计、维修设计和自动化设计的发展，基于系统分析和计算仿真的设计软件包日益增多。经典的设计内容都可以由软件包来完成，然而对于新材料的机械零部件设计及其系统设计，仍需要理论和实验的应用基础研究，以获得设计准则和相应的设计方法。

三、机械设计面临的挑战

我国的机械工程高等教育是从20世纪初开始的，落后于欧洲的第一次产业革命200余年。因此，我国的机械工程科学与技术距世界先进水平有差距是有其历史原因的。在改革开放后，国家的载人航天、高速铁路和青藏铁路等重大工程的建设推动了机械、电气、信息和材料等学科技术的进步，同时也促进了不同学科的技术整合，以新的系统产品提供给消费者。然而，我国的工程教育历史较短，仍有待借鉴国外先进的工程教育经验和教育方法。目前，机械设计教学与产品设计面临的挑战有创新能力的培养、系统性的思维观、新的科学原理带来的挑战等。

1.新材料带来的挑战。人类的发展史从某种意义上说也是人类利用和制造材料的历史。随着人们对石头、铜及其合金、铁及其合金、半导体材料的制造和使用，人类社会经历了石器时代、青铜时代、铁器时代和半导体时代。在上个世纪末，智能材料的发展非常迅速，例如压电材料、磁致伸缩材料、光敏材料等，机敏材料正得到更多的应用。在量子力学基础上出现的新智能材料，将为机械产品设计提供更广阔的空间。作为机械产品设计工程师，要时刻关注智能材料的进展及其制备技术。纳米材料作为一种介观尺度的材料，已在纳米添加剂方面得到工程应用。另一方面，材料的成本与市场供应也是产品设计阶段需要考虑的内容。新材料的发展与研制，为机械产品设计提供了更多的设计选择，也同时使得以前不可实现的产品功能得以实现。生物材料及其仿生技术是新材料的发展方向之一，设计师应关注这一方面的新进展、新技术和制造过程，在较短时间内将其应用于产品设计，为人们的安全、舒适的生活和健康提供新的产品。

2.信息科技带来的挑战。从信息论和控制论的诞生开始，人们就进入了信息社会。计算技术的软件、硬件和系统技术，作为20世纪的标志性进展，以此为阶梯，人们开始了信息社会的生产与生活。信息技术使得地球变成了地球村，各地信息及时传递与互享共用，改变着人们的生活方式、生产方式和思维习惯等。毫无疑问，我们已经生活在信息社会里，信息技术对机械系统中的控制单元设计进行了彻底的变革。产品的设计涉及功能、结构、外部界面、用户界面和成本五个方面。产品的创新设计方法很多，例如前苏联学者G.S.Altshuller提出了创新问题解决方法。无人车间、无人制造工厂不再是人们的向往，而是已经成为现实。信息技术已经提供了虚拟战场、3D虚拟电影、虚拟产品模型、虚拟产品装配等一系列产品和相关的技术。机械制造的核心，机床已经是计算机控制的可编程设备，机械制造过程也已经是柔性的可变制造系统的生产线。可以预见，信息技术不仅会为人们的生活提供手机和无线网络等，也将提供虚拟的生活体验，例如虚拟的蹦极、虚拟侏罗纪公园等。信息科技对机械设计和机械制造的变革不会比电气化革命带来的少，而且更加深刻、更加深远。机械设计工程师要学习新的信息科学与信息技术，用其革新机械产品的设计、机械制造过程和管理过程。

3.智能科学带来的挑战。21世纪是生命科学与技术的时代，生命的基本特征就是智能与生长。智能科学的发展与信息科学密切相关，也可以说是以信息科技为基础的。简单智能产品，例如冰箱、空调等，已成为商用产品，而且新的更高智能程度产品也在日新月异的发展之中。基于信息技术的智能交通系统、公园导游系统、空中管制系统等产品已具雏形，随着信息处理的高度智能化发展，这些信息管理系统也需不断地升级。1956年到1961年可以说是AI研究的形成时期，卡内基-梅隆大学、麻省理工学院和IBM公司开始了AI的早期研究。1961年到20世纪80年代是AI成长期，80年代是其快速发展期，80年代后人工智能技术步入实用化成熟期。取得了国际象棋、口语识别、机器视角和专家系统等研究成果。

4.生态环境带来的挑战。随着生产的规模扩大，对自然资源的消耗日益严重，伴随出现的环境污染也日益突出。在今天的生产发展阶段，保护自然生态环境的压力更加突出。为了保护人类的生活环境，必须从产品设计、产品制造到产品回收循环利用的全周期，考虑产品的环境绿色性。产品供应链的全球化、网络化与节能设计，是新世纪机械产品设计需要考虑的新问题。机械产品的设计阶段就很大程度上决定了产品的环境友好性。从材料选择来说，应采用材料种类更少的设计方案；从计算参数设计来看，应提高功能参数与质量之比，更大程度地发挥材料的性能；从结构设计来说，应尽可能地循环利用报废机器的零件，或者通过最低成本的再制造，然后循环利用零部件；在功能设计来说，应尽可能发挥产品的设计构思，提供更多、更便捷、更低成本的功能实现方案。如此等等，在整个产品设计阶段贯彻生态设计的理念，为保护自然环境和最大效能利用资源做出努力。

四、小结

机械产品创新设计必需解决新发展的挑战，新材料、信息技术、智能科学与生态环境等带来的将是长期面临的新问题。机械设计的发展是个动态的吐故纳新过程，只要我们睁开眼睛、敞开胸怀，以前期的机械机构设计、结构设计、强度和刚度设计、可靠性设计、优化设计和摩擦学设计等知识为基础，必将在新的世纪中创造出更多更好的新产品。

参考文献：

[1]Naverio M.Design education in Brazil[J].Design Studies，2008，（29）：304-312.

[2]陈秀宁，顾大强.机械设计[M].杭州：浙江大学出版社，2009.

[3]冯·贝塔朗菲.一般系统论——基础、发展和应用[A].林康义，魏宏森，等，译.影响世界的著名文献——自然科学卷[M].北京：新华出版社，1997.

[4]Czichos H.The principles of system analysis and their application to tribology[J].ASLE Transactions，1974，17（4）：300-306.

[5]XieY B.On the systems engineering of tribo-systems[J].Chinese Journal of Mechanical Engineering，1996，9（2）：89-99.

[6]Saunders M N，Seepersad C C，H？ltt？-Otto K.The characteristics of innovative mechanical products[J].Journal of Mechanical Design，2011，（133）.

[7]阮晓钢.神经计算科学[M].北京：国防工业出版社，2006.

第5篇：机械产品创新设计范文

关键词：机械设计；工业设计；融合；发展

21世纪是一个充满创新的时代，中国正在迎接经济发展和科技创新的新时代，新的科学理论、科学技术和设计理念不断涌现，传统的专业和学科正在加速调整和融合，要求人们在继承传统的基础上开拓创新。机械设计与工业设计的结合是时展的要求，尤其是中国加入WTO后，给机械设计与工业设计提出了新的机遇和挑战，这就要求人们要加强合作，设计出符合国际需求的新产品。然而，目前，人们对机械设计和工业设计两个学科关系的研究还不深入，也没有形成科学的理论体系。因此，加强对机械设计与工业设计融合的研究，有助于推动机械设计行业的快速发展。

1.机械设计的内涵

机械的概念是广义的，它除了人们通常所说的机械以外，还包括各种各样的设备、设施、仪器、仪表、工具、器具、家具、交通车辆以及劳动保护用具等。可以说，机械是各类机器的通称。①机械是人类改造自然、发展自己的重要劳动工具。在现代社会里，任何产业和工程领域都要一个用机械，即使是人们的日常生活，也越来越多的应用机械了，如汽车、自行车、钟表、照相机、空调机、吸尘器等。因此，可以说机械在现代社会里发挥着重要作用。

机械设计既是一门学科，也是一门艺术。机械设计就是据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、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。机械设计是机械工程的重要组成部分，是机械生产的第一步，是决定机械性能的最主要的因素。机械设计的努力目标是：在各种限定的条件（如材料、加工能力、理论知识和计算手段等）下设计出最好的机械，即做出优化设计。优化设计需要综合地考虑许多要求，一般有：最好工作性能、最低制造成本、最小尺寸和重量、使用中最可靠性、最低消耗和最少环境污染。这些要求常是互相矛盾的，而且它们之间的相对重要性因机械种类和用途的不同而异。设计者的任务是按具体情况权衡轻重，统筹兼顾，使设计的机械有最优的综合技术经济效果。过去，设计的优化主要依靠设计者的知识、经验和远见。随着机械工程基础理论和价值工程、系统分析等新学科的发展，制造和使用的技术经济数据资料的积累，以及计算机的推广应用，优化逐渐舍弃主观判断而依靠科学计算。

2.工业设计分析

工业设计是一门新兴的综合性学科，它集多门学科知识于一身，既包括科学技术知识，又包括美学艺术知识，以及人机工程学、经济学等等。②工业设计具有狭义和广义之分。从广义上来说，工业设计就是指为了达到某一特定目的，从构思到建立一个切实可行的实施方案，并且用明确的手段表示出来的系列行为。它包含了一切使用现代化手段进行生产和服务的设计过程。而从狭义来讲，工业设计就单指产品设计，即针对人与自然的关联中产生的工具装备的需求所作的响应。包括为了使生存与生活得以维持与发展所需的诸如工具、器械与产品等物质性装备所进行的设计。产品设计的核心是产品对使用者的身、心具有良好的亲和性与匹配。狭义的工业设计与传统的工业设计的概念是一致的。因此，总的来说，工业设计是一种创造性的活动，其目的是为物品、过程、服务以及它们在整个生命周期中构成的系统建立起多方面的品质。

3.工业设计在机械设计中的重要作用

机械产品的传统设计主要考虑机械产品本身的功能，而产品的设计功能也没有得到充分的重视。机械工程师往往借助于专业的技术知识来设计产品，由于缺乏专业的艺术培训和设计理念，使得设计出来的产品在外观质量和使用方式上存在欠缺，导致产品缺乏强有力的竞争力。③目前，工业设计在机械设计中的应用主要体现在人机工程学方面。在产品设计上根据以人为本的原则，设计理念也要从人的自身中去获取，通过研究人、机器以及环境这三个要素，将消费者或使用者和设计的产品，以及将人与产品作为一个系统来实现共同研究。

工业设计还能够实现产品造型、功能结构和材料的科学合理化，在提高产品的整体美与社会文化功能方面起到了非常积极的作用。随着我国社会技术的竞争逐渐激烈，要想在竞争中占有优势就必须充分利用现有技术，依靠工业设计来实现用较低的费用提高产品的功能与质量的目的，从而增强企业的竞争力，提高企业的经济效益。

4.机械设计与工业设计融合的发展特征

21世纪，我国的机械产品在激烈的国际竞争中，如果不加快产业结构、产品结构的调整，不改变传统的设计观念，学习先进的设计理论、技术和方法，不抓技术创新，不通过设计提高附加值，不抓规模效益，就很难立于世界强手之林。也就是说，传统的机械设计理论需要与新的设计理论相结合并加以创新，需要采用新结构、新工艺、新材料以适应现代化机械产品在多功能、可靠、高效、节能、小型、轻量、美观等方面的要求，并且要满足信息化、自动化和智能化对机械设计的要求。

从工业设计角度看，产品设计中的功能设计、人机方式设计、造型设计（形态、色彩、肌理、装饰等）是确保产品内外质量、提高产品附加值、增强市场竞争力等密不可分的整体。就产品造型设计而言，在设计、表现和推出的新款产品中只有那些符合功能、结构、加工工艺技术、人机工程、环境等要求，符合人的审美意识、心理、生理要求，符合市场需求的产品才是好的、美的设计作品。

4.1.机械产品造型设计的特征

4.1.1.机械产品的造型设计首先应服从于功能目的，机械产品是通过大量材料、一定的结构、生产工艺来完成的，是科学技术、材料、结构、工艺、造型艺术完美的统一。

4.1.2.机械产品的造型设计必须适应现代化生产方式，使设计的产品加工方便，符合标准化、通用化、模块化、系列化及批量生产的要求，体现经济性。

4.1.3.机械产品的造型设计，必须符合人的生理、心理特征，设计合理的人机界面，使人-机-环境相适应，体现宜人性。一个产品拥有友好的人机界面往往令使用者倍感亲切。

4.1.4.产品是人类文化的重要载体之一，高精尖的技术产品是人类文明进步的重要标志。机械产品应通过造型设计去反映时代精神和社会物质生活，以及科学技术的面貌、水平，去反映产品特定的内容、情趣，以及民族与文化的特征，以适应市场及消费者需求，产品总是这样具有极其强烈的时代性。

4.1.5.机械产品造型设计要注意继承与创新。要继承前人的设计理论、技术、方法和设计成果，进而创新并形成具有企业自己风格，具有时代特征的新产品。

4.1.6.机械产品的造型设计应同时具有作为物质产品的实用性、使用价值和作为造型艺术的审美性体现物质与精神功能的双重特征。

4.1.7.造型设计应体现出总体设计、结构设计、造型设计、人机设计，甚至管理、销售等的系统性、综合性，达到实用、经济、美观、宜人、创新的设计原则。

4.2.把造型设计中的美学原则融入到机械设计中

4.2.1.比例与尺度：正确的比例尺度，是造型设计的基础。机械产品造型比例的基本构成条件是产品功能。如加工细长零件的普通车床、外圆磨床等，其造型应该是低而长，成为卧式加工机床。不同用途的机械产品，其造型比例关系亦不相同。而不同时代又有不同的审美要求，使产品在比例、现行风格和色彩等方面形成不同的时代风格，具有不同时代特征的形式美。

4.2.2.均衡与稳定：一般情况下应有意识地运用不同结构布局、质量、几何形状、肌理、色彩、装饰件等的精心处理，形成既有造型变化，又产生视觉上均衡、稳定效果的完美整体。

4.2.3.（3）统一与变化：这是产品设计中最为重要、最能发挥工业设计师才华的美学原则，应从机械产品的整个系统、主体造型一直到装饰的细微处全面考虑。这应由工业设计师自始至终与工程技术人员密切协作，发挥各自的长处，从系统、整机一直至细部均统一协调。

4.3.机械产品的色彩设计

机械产品的色彩，不仅具有保护、防锈的作用，更具有美化产品、美化环境、提高工作效率、增加产品价值等作用。当然，机械产品的色彩设计不同于工艺品、装饰品、日用品，而有其特定的基本原则。其特点是色彩设计应符合功能要求、环境要求、人机工程要求，应符合人的审美情趣及经济性。色彩应简洁、单纯、美观、大方，既协调柔和又富有时代性、装饰性。

5.机械设计与工业设计融合的发展趋势

机械设计和工业设计的有机融合的实现能为企业带来更多的经济效益，最终实现企业的综合竞争力。但是，工业设计的发展不能照搬照抄，要进行合理的筛选。目前，我国很多企业的工业产品现代设计仍然很落后，主要是由于企业对实践探索的忽略，加之政府的不重视，不能进行科学的引导和有效的支持。由此可知，政府对设计的重视才能使得各种设计组织展开有效的工作，政府应该构建扶持型的发展模式，使得工业设计的组织及活动得到科学规范，通过政府的干预使得工业设计向节能节约方向发展，应该积极促进我国工业设计和机械设计的联合发展，通过制定相应的法律法案和政策，以及建立合作发展战略和加强国际间交流，实现国外优秀设计人才的引进和设计理念的发展。在财政上还要注重扶持中小企业开发机械设计和工业设计结合的发展策略，实现传统机械设计理念的转变。为此作为开发培养机械设计和工业设计综合性人才的高等中学教育，应该开设相应的工业设计课程，逐步建立研发中心来实现高水平设计人才的培养。

总而言之，一项产品的推出总是以社会需要为前提的，没有需要就没有市场。但是社会需要是变化的，不同的时期、不同的环境，就会有不同的市场行情和需求。因此，机械设计也要不断的改进和创新，更要不断开发新产品以满足市场的变化和市场的需求。在当今全球化的大潮中，无论是机械设计，还是工业设计，都要树立市场观念，以真实的社会需求作为出发点来设计产品。机械工程师设计创造的产品、工业设计师设计创作的作品、市场营销商经销的商品是三位一体的整体，机械设计工程师与工业设计师必须密切合作，共同努力，不但要研制出功能优秀的产产品，还要为这种功能产品找到符合人们审美需要、符合时代潮流的形式，从而向市场提供适销对路的商品。机械设计和工业设计是密不可分的，成功的商品是来机械设计工程师和工业设计师共同的知识、技能、智慧和汗水的结晶。

过去的实践表明，机械设计工程师设计的纯功能产品是缺乏市场竞争力的，艺术家创作的纯艺术作品只是仅供观赏，缺乏实用价值。在经济全球化、社会变异和技术创新的新世纪，生产与工艺趋通化，大部分行业受到相当程度的冲击，工业设计与机械设计在现代社会中所扮演的角色与任务也面临重新自我检视与调整。工业设计与机械设计进行更紧密的结合是时展的需要，是提高我国产业技术创新能力和国际竞争力的有效途径。机械设计工程师和工业设计师迫切需要携手并进、通力合作、提高设计水平，为市场提供优质的设计服务和优秀的产品，开辟工业设计与机械设计合作的新篇章。

6.结语

机械设计与工业设计的结合，是未来机械设计发展的重要方向。作为制造业价值链中最具增值潜力的重要环节，工业设计对于提升产品附加值、增强企业核心竞争力、促进产业结构升级等方面具有重要作用。因此，在机械设计中融入工业设计，对提高机械设计产品的性能将会起到非常重要的作用。机械设计与工业设计的融合，将会使工业设计向节能节约方向发展，也会提高机械设计产品的主要功能。

参考文献：

[1]沈乐年，刘向锋：《机械设计基础》，清华大学出版社（北京），1997年版

[2]帅德瑞：《工业设计与机械设计结合应用的发展趋势》，《硅谷》，2012年第18期

第6篇：机械产品创新设计范文

针对包装设计需要由新颖性，也就是要求包装机械的新型号等其结构特点与已出现的同等型号等有明显区别；其次就是设计需要由先进性，新产品在性能上优于其他产品；第三就是要求设计的实用性，需要让包装机械新产品可以有更广阔的使用范围和市场前景。针对包装机械的创新设计不可以仅仅依靠测绘或者仿绘国外产品的方式，一定要在设计理念上进行改进或者提高。针对包装机械的创新设计，首先需要大量参阅国外资料以及先进机械。针对一些选定的机型要全面分析其性能中的优劣，更重要的是要吸取其设计理念中的内涵。针对任何机械设备的设计，都需要从工艺以及关键环节和部位入手。针对包装机械的创新设计更是需要如此，首先从工艺和关键部位入手做细致的设计分析来找到创新点。目前随着虚拟概念的提出，计算机辅助设计以及三维设计等新技术等都融入到了包装机械设计的过程中。虚拟设计以及虚拟制作技术就是指将包装机械的各种机器元素等都存入到计算机中，然后将图纸进行数字化后输入到计算机中，既可以得到三维模型，然后再将包装机械进行生产时的数据和指标都输入到计算机中来演示实际生产中的能力、产生废品的数量等。

包装机械设计新趋势分析

目前全世界在包装机械的设计上处于领先地位的是美国和日本、德国等国，其设计理念和制作技术等都处于领先地位。例如说德国针对包装机械设计，其优点就是根据详细的市场调研工作以及市场分析结果来针对客户或者大型企业进行服务。根据笔者调研总结，将新趋势总结为以下几个方面：第一就是工艺流程的自动化程度越来越高，其目的就是有效提高生产效率和设备柔性，采用机械手来完成一些较为复杂的动作。在操作包装机械设备时，用电脑摄像机记录下这些信息，由机械手按照电脑指令来完成规定动作确保包装机械质量。第二就是提高包装机械的生产率来降低生产成本来最大限度满足生产需求。例如说德国企业的包装机械就以食品包装盒啤酒包装等见长，特点就是速度较快并且自动化程度高，针对小袋包装器速度可以达到每分钟900袋，针对灌装饮料包装速度高达12万瓶。第三就是包装机械和产品机械一体化的趋势，很多产品在生产指挥会进行直接包装操作来提高生产效率，例如美国某巧克力品牌的生产以及包装就是由一个系统来完成的，产品机械以及包装机械的一体化，其最关键的就是需要解决生产能力上互相匹配的问题。第四就是具有良好的柔性和灵活性。现在因为市场竞争激烈，产品更新换代周期缩短，比如说日本化妆品的生产周期已经降到随季度变化，因此要求包装机械的柔性和灵活性较高来包装机械寿命长于产品寿命。尤其是目前我国很多企业都是代工企业，这就更加需要根据欧美企业和日韩企业的产品变化来改进自身产品包装机械设计。第五就是普遍使用仿真设计技术来大大缩短包装机械的开发设计周期。针对包装机械设计不仅需要重视其生产效率和使用性能，还需要注重经济性，经济性不完全指机械设备本身成本，同时还包括了运转成本。因为在包装机械中折旧费用只占不到成本的一成，其余的就是运转成本。

第7篇：机械产品创新设计范文

关键词:结构优化;产品设计;创新方法

一、结构优化的层次与分类

不同的结构优化的方法是在研究对象、目标函数、约束对象、变量和寻优策略的不同要求上派生出来的日。由优化目标的深浅将结构优化划分为三个不同层次:尺寸优化、形状优化、拓扑优化、布局优化和结构选型优化。以上各层次按顺序难度依次增加,收益依次增大。

(一)尺寸优化

在保持组件原有的结构形状与拓扑结构不变的情况下,通过对设计变量的分析重组,寻求最佳的性能组合关系的优化方法。

(二)形状优化

形状的优化设计是指在设计域内的拓扑关系保持不变的情况下求得结构的边界,使得这些边界构成的结构组件达到理想的几何形状,并实现某种性能的最佳表现。

(三)拓扑优化

结构拓扑优化包括了连续结构和离散结构的拓扑优化。连续体结构拓扑优化,包括孔洞个数及形状分布的优化,以及结构的边界形状的优化:离散结构的拓扑优化,就是在给定节点位置情况下,确定各节点的最佳联结关系Ⅲ。

二、产品生命周期的设计制造环节

产品生命周期(Product Ljfecycle,PLC)的概念源于生产管理领域的产品的市场战略。经过半个多世纪的发展,产品生命周期的概念和内涵也在不断发展变化H。并行工程概念提出促使产品生命周期的概念逐渐从经济管理领域扩展到了工程制造领域,将产品命周期的范围从市场阶段扩展到了研制阶段,覆盖了包括需求分析、产品设计、原料采购、制造装配以及销售维护阶段。20世纪90年代以来,全球机械产品市场进入了大规模定制与个性化需求并举的时代。在这种情况下,规模化的生产能力与机械产品的可靠性固然重要,而能否根据潜在客户需求做出快速响应,已经成为未来装备制造企业在激烈竞争中取胜的关键。这里我们将规模化机械产品的设计与生产过程加以分离,重点研究在结构优化的基础上寻求创新产品的设计的思路,以期快速响应客户需求。

三、基于结构优化的产品创新设计方法

产品的创新设计方法是指设计人员根据创造性思维的发展规律,在优化产品结构的基础上总结的一系列的原理、技巧以及方法。这些方法或技巧,可以在各种创造、创新过程中得到借鉴,同时提高人们的创造、创新思维的能力和促进产品设计创新成果的实现效率。产品设计创新的方法对创新有十分重要的作用,它既能产生直接的创新成果提高创新概念到产品实现的效率,同时也可启发设计人员的创新思维,提高创新的能力。机械产品的市场需求是进行产品设计创新的基础,要把产品需求转化为产品的创新设计成果,必须经过在原有的外形、尺寸及拓扑结构的基础上通过创新设计方法来实现产品的创新功能。机械产品的设计创新分为两个层次:一是运用工业设计的技术以及方法,以产品需求为基础,开发出全新的产品,成为原创型设计创新:二是运用现代工业的设计方法对原有产品进行外观以及内部结构的优化与改进,实现局部改进创新,称为次生型设计创新。实际上,人类数百年的工业发展史中,开创性的原创型设计创新产品所占的比例微乎其微,大量实用性高的创新产品都是次生型设计创新的产物。同时,由于无需进行原创型设计创新所需要进行的大量原型设计,因而能够有效提高机械产品的设计效率,减少设计环节所占用的时间。本文所介绍的基于结构优化的产品创新设计方法属于次生型设计创新的范畴。

四、机械产品的次生型优化创新方法

针对机械产品的次生型优化设计创新是指以在原有产品设计的结构基础上,在保留原有产品设计的核心功能与产品优点的同时,对该产品外形、拓扑结构等进行优化和再设计,使得新产品具备原有产品所不具备的 新功能和特征。产品的次生型优化设计创新是建立在产品的结构优化层次分类基础上的创新活动,机械结构的布局包括尺寸、形状、拓扑三个方面的信息,而尺寸优化、形状优化和拓扑优化体现了结构优化中三个不同层次的问题月。针对机械产品尺寸、形状、拓扑结构的优化创新设计,以产品基本架构组成零件之间的装配关 系为前提,结构优化的关注点是有待改进或者进一步开发的结构要素。通常,这些结构要素在设计之初并不明确,隐藏在复杂的形状、色彩以及结构形态之中,只有通过对多变的市场需求、多方面的用户期望以及现有同类产品的优缺点进行深入分析,才能找出最具创新价值的结构优化要素。成功地选择结构优化关注要素,为机械产品的创新思考确定清晰的方向。对机械产品的创新问题包含了优化问题的三个要素,即设计变量、目标函数以及约束条件,机械产品的次生型优化创新方法是TRJz。

发明解决理论中最常用的创新工具,也是全工程化的解决问题方式,对于创新思考的要素与方向难于把握的产品形态创新设计而言,这种高效率的创新解决方法不仅能够提供明确的创新方向,而且能够使创新设计人员准确把握创新要素,从而降低了创新思考的盲目性。

第8篇：机械产品创新设计范文

【关键词】机械设计；设计创新；创新方法

引言

科技的发展和进步离不开创新精神，在机械设计领域同样如此。文章对现代机械的特点进行了介绍，并对国内机械设计的创新方法进行了深入细致的分析和探讨，希望能够起到一定的参考借鉴作用。

一、机械自动化的定义

对于现代机械的定义，因为研讨的视点不一样，进而给出不一样的定义。例如美国机械工程师协会，在1984 年将其定义为：“现代机械就是经过计算机信息网络和谐与控制的机械和（或）机电部件彼此联系的体系，该体系可以完结机械力、运动和能量流等动力学任务”。而世界机器与组织理论联合会将现代机械定义为：机电一体化是精细机械工程、电子控制和体系思维在产品设计和制造过程中的协同联系。

二、现代机械特点

1、性能较高结构简单

与传统机械不同的是，现代机械具有较高的性能，其结构也越来越简单，功能变更更加容易、方便。随着技术的发展，设计方法变得多样化，作为设计人员，可以将多种技术进行融合，最终实现现代机械的综合利用。并通过不同的角度和切入点，使现代机械具有更加科学合理的结构，顺应时展的需求。

2、成本降低效率提高

现代机械的成本大幅度降低，因此能够获得更多的效益，节省人力、物力、财力。同时现代机械的效率也获得提高，缩短了工作时间。对于工作成果的展示更加清晰和明确，使现代机械使用人员对于工作成果可以进行较为直观的理解和感受。在产品质量上也获得提高，工作整体质量得以提升。

三、现代机械设计方法概论

1、现代机械设计创新理论

现代机械创新设计是一种实践活动，以理论知识和实践知识为基础，充分发挥设计者的想象力和创造力，合理运用已有的科技成果和技术手段，使得设计出来的产品更加具有实用性、创造性。现代机械设计已成为一个庞大的学科，种类和结构日益复杂，功能更加多样化。机械设计创新理论是指在机械设计学理论的基础上，联系并紧密结合认识哲学、认识科学、思维科学、设计方法学、发明学、创造学等相关学科中的有益成分，凝结设计人员的聪明才智，并且运用系统科学、信息科学、计算机技术等技术手段，融合美学原理，设计出对国家经济发展和社会进步有价值的产品。

2、机械设计创新内涵

机械设计创新可以通过多种方式实现，较为常用的是提高机械产品的性能以及优化产品的技术特性，如适应性、可靠性、经济性等指标。此外，也可以设计全新的机械产品来实现创新。随着社会的发展，科技的进步，旧的设计思维和设计方式已不能适应现代设计的需求，机械设计需要具有独创性、实用性、突破性和联动性。独创性，即打破传统的设计模式和设计理念，采用科学合理的全新的方案和组合。实用性，即机械设计的创新应具有针对性，满足市场的需求，具有合理的功能，易于生产，使用方便。突破性，即转变原有的思维方式，不局限于机械设计领域自身，而是扩展到其他领域，并从中获取灵感，为机械设计提出新的原理，开拓新的局面。

3、开展现代机械设计创新的意义

现代机械设计创新的研究成果，运用到生产实际将带来巨大的经济效益和社会效益，同时其具有的学术价值更是不容忽视的，对于机械设计行业的可持续发展具有非常重要的意义，是其发展的根本动力。机械设计产品所体现出来的并不仅仅是科学技术的运用与实现，更是设计者思维方式的反映。设计者在进行机械设计的过程中，其思维方式也不断地获得提高。同样设计者的思维方式融入到产品的设计中，使产品更加具有人性化的特征。在两者的相互作用下，使得机械设计作品更具实用性和可操作性，向着集约化、自动化、智能化的方向发展。现代化的创新力量不断涌入，必将促进机械设计的发展，使机械产品更加充满生机和活力。

四、国内外机械设计创新的方法研究

1、国内机械设计创新方法

随着经济的发展和科学技术的进步，对于机械产品无论从质量上还是从精度上都有了更高的要求，机械设计领域也产生了重大的突破，取得了令人瞩目的成果。先进的设计理论和设计方法不断涌现，在传统机械设计方法的基础上获得了进展。机械设计是十分复杂的过程，涉及到的知识和理论也非常复杂，在设计过程中会遇到各种各样的问题，然而在我国的科研工作者和机械设计人员坚持不懈的努力下，丰富了机械设计的理论，积累了宝贵的实践经验，对于机械设计中出现的问题，已经能够很好地进行解决。高科技及先进理论的引进使设计过程得以简化，为机械设计的发展作出重要的贡献。当前，计算机辅助设计、系统化设计、局部或全局性设计等创新方法已获得广泛的应用。

2、国外机械设计创新方法

相对于国内的机械设计创新，国外的创新研究开始的较早，并取得了一定的研究成果，目前应用得较为广泛有以下三种。普适设计理论是在传统设计方法的基础上发展起来的，起源于德国，通过将现有设计方法进行总结和规范，形成具体的设计规则模型，根据既有的经验，设计和构建能量的输出和输入环节，进而将机械设计的功能结构具体化。公理化设计理论方法则是在决策的基础上发展起来的，起源于美国，使科学决策和系统理论相结合，与普世理论相同的是，功利化设计方法同样注重于经验的积累，最终形成以法律公则和科学方法为基础的创新方法。公理化设计理论的优势在于能够优化和完善较为复杂的机械设计，其设计效果也比较令人满意。三次设计法理论主要包括系统设计、参数设计、容差设计几个方面，起源于日本，近几年获得了较为广泛的应用。这种方法是目前较为先进的设计方法，准确率和效率都有所提高，机械设计的整个过程可以很快的完成，充分体现了高质、高效、方便、快捷的特性。

3、培养机械创新设计思维

在进行机械设计的过程中，创新思维方式的培养非常重要。这是因为机械创新设计是极具创造性的工作，作为设计人员，在提高自身知识水平和能力的同时，培养具有创新精神的思维方式尤为重要。对于机械设计工作应以全新的视角来看待，突破传统的设计方法和思维模式，广开新思路，探索新方法、新技巧，运用先进设计手段，使原有的设计更加完善或者创造出全新的设计作品。

结束语

与传统的机械设计相比，现代机械设计具有自身设计新理念和新思路。而现代机械设计离不开创新思维，创新思维是社会发展的源泉，是现代机械设计中重要的组成部分。机械设计人员只有树立创新思维的理念，并结合自身丰富的实践经验和扎实的理论知识，同时充分利用现代计算机技术的优势，发挥主观能动性，才能够设计出满足人们对于产品越来越高的要求，从而促进我国现代机械设计发展。

参考文献

[1]许鸿艳.讨论现代机械设计的方法及研究进展[J].湖南农机，2013，40（5）：55-57.

第9篇：机械产品创新设计范文

    现代设计方法是一种需要不断进行创造的活动,是多种设计技术和设计方法的交叉应用,现代设计方法比传统的设计方法更统一,能够大大提高工作效率,提高产品质量。随着科学技术的发展。人们对产品功能的要求日益增多,更新速度加快,在原有设计基础上进行创新研究越来越重要。

    2现代设计方法

    2.1计算机辅助设计

    计算机辅助设计简称CAI),利用计算机运算速度快、存储量大、运算准确、逻辑判断功能强等优点,通过人机交互进行信息的处理,完成设计工作。主要有以下特点:(1)由于可以存储大量的设计信息和设计经验。可以帮助缺乏设计经验的新手顺利完成工作。(2)计算机辅助设计与计算机辅助制造(CAM)、计算机自动化管理结合起来形成计算机集成制造系统,进行产品设计、市场预测、生产计划、制造和销售等一系列工作。以企业的最高效益为目标,综合对人力、物力和时间各种资源进行最有效的利用。(3)还可以大大提高设计的效率,加快产品的更新速度,缩短设计周期,增强市场竞争力。(4)设计人员不仅能在很短时间里给出多种设计方案,分析比较后获得最佳设计方案:还可以从繁重的重复性工作中得到解脱,有更多的时间和精力进行创造性工作。’

    22模块化设计

    模块化设计就是在对一定范围内的不同规格产品或相同功能不同性能的产品进行分析后,划分并设计出一系列的功能模块。然后通过对模块进行组合就可以组成不同产品来满足市场需求。其目的主要是以尽可能少的模块种类和数量构成尽可能多规格的产品。模块化设计不仅有利于产品的更新换代,还有利于提高产品的质量,降低成本,加快新产品的开发速度。

    23并行设计

    并行设计工程叉叫同步工程或集成工程,主要并行的设计产品以及各种制造和支持过程的系统化方法。机械产品的设计采用串行设计的缺点主要在于在产品设计过程中,必须要等到上一环节结束后才能进行后一环节,设计不仅改动量大,而且产品的开发周期长,成本高。采用并行设计的核心在于要打破内部各个单元界限,建立以人际关系为基础的协同工作模式。进一步提高产品质量、缩短产品上市时间等。

    2.4机械系统设计

    机械系统设计就是一种利用系统的观点进行产品的一系列设计的方法。设计过程包括计划、外部系统设计、内部系统设计以及制造销售阶段。传统设计注重内部系统设计,其重点主要在于改善零件或一些子系统的特性,但是很少考虑对于个零件之间或内部与外部之间的相互影响而系统设计要根据系统原则,综合研究内部外部和各个子系统之间的相互关系,协调各予系统之问的相互作用,使整个系统的功能表现为最佳状态。

    2.5机械优化设计

    优化设计是把设计的实际工程问题的物理模型转化为相应的数学模型,然后运用最优化设计理论,选择合适的优化方法,借助计算机进行求解。从而得到最佳设计方法。近年来,优化设计常结合一些其他方法。形成新的优化设计方法。如和模糊化设计结合,形成模糊优化设计:和可靠性设计结合起来形成可靠性优化设计。除此之外,还有可靠性设计、机械动态设计、疲劳设计、反求工程、摩擦学设计以及创造性设计等。随着科学技术的飞速发展,现代设计方法也在不断改善。

    3现代设计方法翻新研究

    3.1创新设计原则

    (1)生态效益最好原则要在设计过程中尽量选择污染较低的材料。避免使用有毒有害以及有辐射的材料。这是由于在产品制造和使用过程中,都要求产品对周围环境要满足“零污染”原则。(2)安全可靠性原则机械产品品质的保证要通过产品的安全可靠性来体现。产品在强度,刚度、稳定性、以及耐磨性均要满足设计要求,对于一些重型机械,要保证有一定的自锁和保险装置,确保操作人员的人身安全。

    (3)经济效益最好原则

    经济最佳性要从设计以及制造两方面考虑,设计上要选用正确的材料,保证合理的原理方案:制造上要保证零件的加工工艺和装配工艺。设计的产品不仅要满足客户的功能要求,还要保证成本低廉。

    3.2机械创新设计技术

    机械创新设计是指充分发挥设计者的创造性思维,利用人类已有的科学技术成果,设计出具有新颖性、实用性以及创造性的机械装置。机械创新设计技术和机械系统设计、优化设计、可靠性设计、计算机辅助设计、有限元设计等构成现代设计方法学库,吸收了邻近学科有利的设计思想与设计方法,是有待开发的一门新的设计技术方法。随着人工智能、专家系统、认识科学、思维科学以及人脑研究的发展,机械创新设计日益受到人们的重视。一方面,人工智能、专家系统、认识科学、思维科学、设计方法学等已经为创新设计提供了一定的理论基础:另一方面。创新设计的研究及发展有助于解释人类的创造思维机理,还可以促进一系列科学的发展。实现专家系统及智能工程创新设计要求能为发明创造机械和改善现有机械性能提供有效的理论和方法。创新设计包括两方面的内容,一是要改善生产生活中现有机械产品的性能,包括技术性、可靠性、适用性以及经济型:二是要创造设计出新的产品,以满足生产生活的新需要。创新设计的核心内容就是要探索机械产品创新发明的机理、模式及方法,将机械产品创新设计过程程式化、定量化。