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1、 摘要本论文通通过对常常规性设设计与创创新设计计的基本本形式、区区别、特特征和设设计原则则的分析析与对比比，对机机械创新新性设计计有初步步的认识识。然后后对创新新性设计计作一些些具体的的认知，如如首先对对创新性性设计思思维的概概念、类类型、思思维过程程、思维维特征等等的了解解的基础础上，再再对机械械创新性性设计的的技术特特征设计计过程深深入的了了解。机机械工程程中的创创新设计计理论研研究了创创新的具具体方法法和结构。发发现创新新的过程中中要不断断发现、探探索、想想象；要要敢于做做第一个个吃螃蟹蟹的人。分析了机械创新设计过程中应用的技法。如换元法、穷举法、组合法等。发现不同的技法能创新出不同的设
2、计，也发现可以把不同的技法综合在一起创新出组合设备。最后进行一些创新性设计的实例的分析，结果表明机械创新性设计(MCD)能给人类的进化带来很大的进步，如果能把人们的有创新付诸实施，那么将会快速推动人类社会迅猛发展。关键词：创新；机械工工程；设计AbsttracctIn tthiss paaperr, tthe dessignn off coonveentiionaal aand innnovaativve ddesiign of thee baasicc foorm of thee diiffeerennce bettweeen ffeatturees aand dessignn prrinc
3、ciplles of anaalyssis andd coompaarisson of thee meechaaniccal dessignn off innnovvatiive preelimminaary unddersstanndinng. Innnovaativve ddesiign andd thhen makke ssomee sppeciificc knnowlledgge, succh aas tthe firrst innnovaativve cconcceptt off deesiggn tthinnkinng, thee tyype of thooughht pprocc
4、esss, uundeersttanddingg thhe ccharractteriistiics of thiinkiing, baasedd onn thhe iinnoovattivee ree-deesiggn oof tthe mecchannicaal ccharractteriistiics of thee teechnnoloogy-deppth unddersstanndinng oof tthe dessignn prroceess . AAppllicaatioon oof mmechhaniicall innnovvatiion andd deesiggn ttheo
5、ory, reeseaarchh meethoods of innnovaativve cconccrette sstruuctuure. Fooundd thhat thee prroceess of innnovaatioon tto cconttinuuoussly disscovver, exxploore, immagiine; shhoulld hhavee thhe ccourragee too doo thhe ffirsst ppersson to eatt crrabss. RReseearcch oon tthe mecchannicaal aappllicaatioon
6、 oof tthe proocesss oof iinnoovattivee deesiggn ttechhniqquess. SSuchhas forr-ellemeent metthodd,exxhauustiive metthodd, ccombbinaatioon oof llaw. Diiffeerennt ttechhniqquess caan bbe ffounnd iin ddifffereent innnovaativve ddesiignss.Alsoo fooundd thhat diffferrentt teechnniquues cann bee innteggrat
7、ted witth aa coombiinattionn off innnovvatiive equuipmmentt. FFinaallyy, ssomee exxamppless off innnovvatiive dessignn off thhe aanallysiis, ressultts sshowwed thaat tthe innnovaativve mmechhaniicall deesiggn (MCDD) tto ggivee thhe eevollutiion of humman beiingss a greeat deaal oof pproggresss, if p
8、eooplee caan pput intto ppraccticce aall thee innnovvatiion, thhen thee coommuunitty wwilll bee quuickk too prromoote humman rappid devveloopmeent.Key worrds: IInnoovattionn;Mecchannicaal EEngiineeerinng; Deesiggn前言在机械系系统中，无无论是确确定技术术原理、技技术过程程或者确确定机器器系统的的功能结结构、工工作原理理、结构构布局以以至具体体零件的的尺寸、形形状、制制造方法法等等，都都
9、有个求求解的问问题。所所谓求解解，就是是寻求消消除不足足之处，达达到希望望的结果果或性能能。而创创造性设设计方法法就是提提出新方方案，探探求新解解法，它它是提高高设计质质量，开开发创新新产品的的重要基基础。机机械创新新设计不不断为机机械生产产提供更更简单有有效的生生产方法法，提高高劳动生生产率，减减少无谓谓的损耗耗。机械械创新设设计是一一个永远远不过时时的课题题，创新新是不断断变化发发展的，需需要不断断去的去去经历实实践生产产的检验验。爱因斯斯坦曾说说过：“想象力力比知识识更重要要，现实实世界只只有一个个，而想想象力却却可以创创造千百百个世界界”。1常规性性设计与与创新性性设计人类从事事任何有
10、有目的的的活动前前都要有有所构思思或谋划划便是广广义的设设计。工工程设计计是广义义设计在在工程技技术领域域中的特特有表现现。工程程设计按按其性质质可分为为常规性性设计与创创新型设设计。11 简述述常规性性设计与与创新性性设计的的区别常规性设设计以成成熟结构构为基础础，运用用常规方方法进行行产品设设计。常常规性设设计在生生产过程程中不能能充分利利用各种种资源，也也很难取取得很高高的经济济效益。而而创新性性设计却却能充分分做物尽尽其用，减减少资源源的浪费费，降低低生产成成本，经经济效益益就比传传统的常常规性设设计的效效益要高高。创新设计计是在设设计中采采用新的的技术手手段、技技术原理理和非常常常规
11、的的方法进进行设计计，以满满足市场场需求，提提高产品品的竞争争能力。高新技术产品的生产大都具有小批量、多品种、多规格、生产工艺复杂、工作条件或环境特殊等特点，因而对一些高新技术机械产品的设计往往不能沿用传统产品设计的老一套方法，需要有针对性地进行创新性设计。创新性设计强调技术要素、才能要素、方法要素。创新设计体现了人们依据社会需要，运用科学技术原理，创造性地构思产品的完整思维过程。是设计构思的高智商思维活动12 常规规性设计计和创新设设计的基基本形式式的概述述常规性设设计形式式主要有有理论设设计、经经验设计计、模型型试验设设计三种种。理论设计计是根据据长期研研究与实实践总结结出来的的设计理理论
12、和实实验数据据所进行行的设计计。理论论设计的的计算过过程分为为设计计计算和核核对计算算两部分分。前者者是按照照已知的的运动要要求，载载荷情况况及零、部部件的材材料特性性等，运运用一定定的理论论公式设设计零、部部件尺寸寸和形状状的计算算过程。设设计计算算多用于于能通过过简单的的力学模模型进行行设计的的零、部部件，如如：转轴轴的强度度、刚度度计算等等；后者者是指，先先根据类类比法，实实验法等等其它方方法初步步定出零零、部件件的尺寸寸和形状状；再用用理论公公式进行行精确校校核的计计算过程程，它多多用于结结构复杂杂，应力力分布较较复杂，但但又能用用现有的的应力分分析法（以以强度为为设计准准则）或或变形
13、分分析法（以以刚度为为设计准准则时）进进行计算算的场合合。理论论设计可可得到比比较精确确而可靠靠的结果果，重要要的零、部部件大都都选择这这种方法法。经验设计计是根据据对某些些零、部部件已有有的设计计与使用用实践而而归纳出出的经验验关系式式，或根根据设计计者本人人的工作作经验用用类比的的方法所所进行的的设计叫叫做经验验设计。对对一些次次要的零零、部件件；或者者对于一一些理论论上不够够成熟或或虽有理理论但没没有必要要用繁复复、高级级的理论论设计的的零、部部件。这这对那些些使用要要求不大大变动而而结构形形状已典典型化的的零件，是是很有效效的设计计方法。例例如箱体体、机架架、传动动零件的的各结构构要素
14、等等。模型实验验设计是是把初步步设计的的零、部部件或机机器，做做成小模模型或小小尺寸样样机，经经过实验验手段对对其各个个方面的的特性进进行检验验，根据据实验结结果对设设计进行行逐步的的修改，从从而达到到完善。这这样的设设计过程程接叫做做模型实实验设计计。对于于一些尺尺寸巨大大而结构构又很复复杂的重重要零件件，尤其其是一些些重型整整体机械械零件，为为了提高高设计的的可靠性性，则可可采用模模型实验验设计的的方法。这这个设计计方法费费时、昂昂贵，因因此只用用于特别别重要的的设计中中。例如如：新型型、重型型设备及及飞机的的机身，新新型舰船船的船体体等。创新性设设计方法法是以研研究产品品设计为为对象的的
15、科学。它它以电子子计算机机为手段段运用工工程设计计的新理理论和新新方法，使使计算结结果达到到最优化化，使设设计过程程实现高高效化和和自动化化。创新新性设计计方法是是研究产产品设计计方法的的综合类类科学，它它涉及的的科学范范围非常常广泛，是是多学科科交叉融融合的产产物，是是人们把把相关科科学技术术综合应应用于设设计领域域的产物物。而其其中一个个具体的的设计方方法同样样也是若若干学科科的交叉叉与融合合。例如如优化设设计方法法是数学学规划的的方法与与计算机机编程的的有机结结合。常常用的创创新性设设计形式式有集体体集智法法、系统统分析法法、联想想分析法法、转向向创新法法和组合合创新法法等。13 常规规
16、性设计计与创新新性设计计的特征征与原则则无论常规规性设计计，还是是创新性性设计。机机械系统统设计，一一般具有有三个基基本特征征。(1) 约束性性机械系统统设计是是在多种种因素的的限制和和约束下下进行的的，其中中包括科科学、技技术、经经济等发发展状况况和水平平的限制制，也包包括生产产厂家所所提出的的特定要要求和条条件，同同时还涉涉及环境境、法律律、社会会心理、地地域文化化等因素素。这些些限制合合要求构构成了一一组边界界条件，形形成了设设计人员员进行谋谋划和构构思的“设计空空间”。(2)多多解性一般来说说，解决决同一技技术问题题的办法法是多种种多样的的，要满满足一定定目的的的设计方方案通常常也并不
17、不唯一的的，任何何设计对对象本身身都是包包括各种种因素构构成的功功能系统统，其参参数的选选择、尺尺寸的确确定、结结构形式式的构思思等都有有很强的的可选择择性，有有很大的的思维空空间。(3)相相对性设计结论论或结果果都是相相对准确确的，而而不是绝绝对完备备的。比比如，利利用优化化技术对对某一系系统进行行求解，其其结果也也只是近近似的，得得到该系系统的局局部最优优化或全全局最优优化，而而且模型型的建立立会因人人而异，也也可能因因条件而而异，其其结果都都会有差差异。同同时，设设计者还还会经常常处于一一种相互互矛盾的的情境之之中，比比如既要要降低成成本，又又要增加加安全性性、可靠靠性等。这这种相互互矛
18、盾的的要求给给设计工工作增加加了难度度，加上上事先难难以预料料的影响响，使得得设计者者在对设设计方案案的选择择和判定定时，只只能做到到一定条条件下的的相对满满意和最最佳。所有的机机械创新新设计都都是在遵遵守机械械设计原原则的基基础上的的升华，机机械创新新性原则则在机械械设计方方面起到到了规范范和指导导的作用用。机构形式式的设计计方面，要要做到机机构尽可可能简单单。机构构运动链链尽量简简短，完完成同样样的运动动要求，应应优先选选用构件件数和运运动副数数最少的的机构，这这样可以以简化机机器的构构造，从从而减轻轻重量、降降低成本本。在基基本机构构中，高高副机构构只有33个构件件和3个个运动副副，低副
19、副机构则则至少有有4个构构件和44个运动动副。因因此，从从减少构构件数和和运动副副数，以以及设计计简便等等方面考考虑，应应优先采采用高副副机构。执执行机构构的形式式与原动动机的形形式密切切相关，不不要局限限于选择择传统的的电动机机传动方方式，要要适当的的选择原原动机。尽量缩小机构的尺寸，在相同的传动比情况下，周转轮系减速器的尺寸和重量比普通定轴轮系减速器要小得多。在连杆机构和齿轮机构中，也可以利用齿轮传动时节圆作纯滚动的原理或利用杠杆放大或缩小的原理等来缩小机构尺寸。在保证以上原则的同时，还要是机构具有较好的动力学特征，要尽可能选择传动角较大的机构，以提高机器的传动效益，减少功耗。采用对称布置
20、的机构，对于高速转动的机构，其作往复运动和平面一般运动的构件，以及偏心的回转构件的惯性力和惯性力矩较大，在选择机构时应尽可能考虑机构的对称性，以减少运动过程中的动载荷和振动；采用增力机构，对于执行构件行程不大，而短时克服工作阻力很大的机构（如冲压机械中的主机构），应采用“增力”的方法，即有瞬时较大机械增力机构。2创新性性设计思思维与内内涵机械创新新设计是是人类创创造活动动领域的的具体领领域，需需要设计计者对创创造性思思维的类类型、思思维过程程和特征征等有所所掌握和和了解。21 创新新性设计计思维的的概念及及类型创造性思思维是指指突破原原有的思思维模式式，重新新组织已已有的知知识、经经验、信信息
21、和素素材等要要素，在在大脑思思维反应应场中激激活后，提提出新的的方案或或程序，并并创造出出新的思思维成果果的思维维方式要要创造，首首先要有有创造性性思维，创创造性思思维是人人类大脑脑的特有有属性。创创造性思思维就是是“想到别别人没有有想到的的观念”。创造造性思维维是新颖颖独到的的信息加加工艺术术，是人人脑的各各种思维维活动形形式和思思维活动动的各个个要素之之间相互互协同进进行的有有机结合合的高级级整体过过程创造造性思维维不同于于在设计计领域常常用的逻逻辑思维维，其主主要在于于创造性性思维有有创造想想象的参参与，而而且，逻逻辑思维维是一维维的，具具有单向向性和单单解性的的特点，而而创造性性思维是
22、是一种立立体思维维，通常常没有固固定的延延伸方向向，它更更加强调调直观、联联想、幻幻想和灵灵感。所所以创新新设计不不是靠逻逻辑推理理出来的的，而是是靠创造造性思维维的激发发所产生生的。创造性思思维是整整个创造造活动中中体现出出来的思思维方式式，它是是多种思思维类型型的复合合体，把把握创造造性思维维的关键键是在认认识不同同思维类类型的特特点和功功用的基基础上，进进行思维维的辩证证组合与与综合运运用。创创造性思思维的类类型可如如下划分分：(1) 发散型型思维 发散散型思维维就是在在思维过过程中，通通过所得得到的若若干概念念的重新新组合，大大胆地向向四周辐辐射，扩扩散出两两个或多多个可能能的答案案、
23、设想想或解决决方式。发发散型思思维既无无一定的的方向，也也没有一一定的范范围。不不墨守成成规，不不拘泥于于传统方方法，对对所思考考的问题题标新立立异，达达到“海阔天天空”，“异想天天开”的境界界。发散散型思维维能力的的高低，取取决于知知识面、想想象力，尤尤其是迁迁移能力力。发散散型思维维具体表表现形式式有立体体思维、多多路思维维、反向向思维、相相关思维维、相似似思维、求求同思维维、求异异思维、替替代思维维等等。发散型型思维所所追求目目标是获获得尽可可能多，尽尽可能新新，尽可可能独创创的，前前所未有有的设想想、方法法、形式式、思路路、解法法和可能能性。它为机机械创新新设计提提供了多多种可能能。(
24、2) 聚合型型思维 聚合合型思维维就是以以某个思思考对象象为轴，从从不同的的方向和和不同的的角度，将将思维指指向这个个中心点点以供选选择，达达到解决决问题的的目的。也也就是从从众多的的信息中中确认一一个自认认为最佳佳的或最最好的方方案。聚聚合型思思维要求求思维具具有概括括性、及及时性、正正确性，聚聚合型思思维能力力的高低低，取决决于一个个人的分分析、综综合、抽抽象、概概括和判判断推理理能力强强弱。发散型思思维和聚聚合型思思维都是是创造性性思维的的重要组组成部分分，两者者互相联联系，密密不可分分。任何何一个机机械创新新设计都都必然从从发散思思维到聚聚合思维维，再从从聚合思思维到发发散思维维，多次
25、次循环往往复，直直到解决决问题，或或创造性性思维形形成。“多谋善善断”的成语语就说明明这个道道理，多多谋就是是发散思思维，善善断就是是聚合思思维，前前者体现现了“由此及及彼”、“由表及及里”的发散散运动过过程，后后者体现现了“去粗取取精”、“去伪存存真”的聚合合运动过过程。发发散型思思维和聚聚合型思思维是一一个辨证证统一的的过程，创创造性思思维的全全过程都都是为了了达到创创造、创创新的目目的，从从种种设设想中找找出最佳佳的解决决方案。(3) 灵感思思维灵感感是指经经过长期期的思考考和探索索之后，受受某种现现象的启启发，在在头脑中中突然闪闪现的独独创性的的意念或或设想。它它是人们们的创造造活动达
26、达到高潮潮后出现现的一种种最富有有创造性性的飞跃跃思维的的智能状状态。德德墨克利特特认为：“这是一一种感情情极度狂狂热或激激动的特特殊精神神状态”。柏拉拉图认为为：这是是神性着着魔，是是人与神神的沟通通!其实，灵灵感是思思维的迅迅速升华华与高级级浓缩，是是过程的的省略。灵灵感既是是一种思思维形式式，又是是大脑加加工信息息的一种种高层次次功能。许许多科学学发现，新新产品问问世都是是通过灵灵感思维维活动创创造出来来的。作作为机械械设计工工作者更更应注重重灵感开开发，得得到灵感感的帮助助而大大大提高创创造、创创新能力力。(4) 想象思思维 想象是是一种抽抽象的形形象思维维活动，想想象可以以是非理理性
27、的凭凭空想象象，也可可以是理理性的在在已有确确定性基基础上进进行重新新组合或或部分更更新性质质的想象象。想象象思维具具有以客客观现实实为基础础，高度度概括性性和形象象性及重重新组合合与再创创造等特特点。想想象是人人类思维维之树上上最美丽丽、神奇奇的花朵朵!没有想想象就没没有创造造，创造造离不开开想象，想想象是创创造的精精髓。万万有引力力定律是是从苹果果落地充充分展开开想象翅翅膀的结结果；“嫦娥奔奔月”的神话话想象，诱诱使人类类终于发发明创造造了飞机机!可见想想象有时时比知识识更重要要，想象象推动着着社会进进步，科科学发展展，并且且是知识识进化的的源泉。没没有想象象的机械械创新设设计是不不可想象
28、象的，用用想象力力形成创创新成果果已成为为对现代代机械设设计人员员必然要要求。22 创新新性设计计思维的的过程当要对机机械零部部件提出出一些创创新性设设计或做做一些其其它的创创新性设设计工作作，一般般要经历历一下的的创新性性思维过过程。(1)准准备阶段段准备阶段段的过程程是发现现问题分析问问题搜集问问题形成课课题。(2)酝酝酿阶段段酝酿阶段段的过程程是明确确创新目目标继续收收集资料料从事试试验或研研究尝试各各种思法法可行性性。若问题简简单，可可能会很很快找到到解决问问题的办办法；若若问题复复杂，可可能要经经历多次次失败的的探求;当阻力力很大时时，则中中断思维维，但潜潜意识仍仍在大脑脑深层活活动
29、，等等待时机机。(3)顿顿悟阶段段顿悟阶段段是创造造性思维维的突破破阶段。创创造主题题在特定定情境下下得到特特定的启启发，被被唤醒。该阶段的的作用机机制比较较复杂，一一般认为为是与长长期酝酿酿所积蓄蓄的思维维能量有有关。这这种能量量会冲破破思维定定势和障障碍，使使思维获获得开放放性、求求异性、非非显而易易见性。(4) 验证阶阶段验证阶段段表明创创造性思思维不仅仅注重形形式上标标新立异异，内容容上也要要求精确确可靠。23 创新新性设计计思维的的特征创新性思思维是一一种人类类高层次次的思维维，它有有下列特特征。(1) 创新思思维具有有开放性性的特点点开放性主主要是针针对封闭闭性而论论的。封封闭性思
30、思维是指指于习惯惯于从已已知经验验和知识识中求解解，偏于于继承传传统，照照本宣科科，落入入“俗套”，因而而不利于于创新。而开放性思维则是敢于突破定势思维、打破常规、挑战潮流，富有改革精神。(2) 创新思思维具有有求异性性的特点点求异性主主要是针针对求同同性而论论的。求求同性是是人云亦亦云，照照葫芦画画瓢。而而求异性性则是与与众人、前前人不同同，是独独具卓识识的思维维。(3) 创新思思维具有有突发性性的特点点突发性主主要体现现在直觉觉与灵感感上。所所谓直觉觉思维是是指人们们对事物物不经过过反复思思考和逐逐步分析析，而对对问题的的答案做做出合理理的猜测测、设想想，是一一种思维维的闪念念，是一一种直
31、接接的洞察察。灵感感思维也也常常是是以一闪闪念的形式出出现，但但它不同同于直觉觉，灵感感思维是是由人们们的潜意意识与显显意识多多次叠加加思维而而形成的的，是长长期创造造性思维维活动达达到的一一个必然然阶段。(4) 创新思思维是逻逻辑与非非逻辑思思维有机机结合的的产物逻辑思维维是一种种线性思思维模式式。它具具有严谨谨的推理理，一环环紧扣一一环，是是有序的的。逻辑辑思维常常采用的的方式一一般有分分析与综综合、抽抽象与概概括、归归纳与演演绎、判判断与推推理等，是是人们思思考问题题常采用用的基本本手段。3 机机械创新新性设计计技术特特征与设设计过程程创新设计计技术是是解决创创新设计计问题的的创意艺艺术
32、，是是人们对对创新性性思维和和创造理理论加以以具体化化应用的的技巧。31 机械创新新性设计计技术特特征机械创新新设计技技术具有有以下独独具的特特点，对对其特征征的了解解可以帮帮助我们们正确的的对待机机械创新新设计技技术的看看法，对对设计的的创新设设计起到到一定的的规范和和引导的的作用。(1) 独创性性 创创新设计计不是单单独的重重复和模模仿，而而是在自自己、前前人或他他人已经经获得的的研究成成果基础础上新扩扩展、新新开拓。它它所追求求的是新新奇、新新颖、独独特和非非重复性性的结果果，有敢敢于怀疑疑、突破破框框、敢敢于破陈陈规、独独具卓识识的思维维。(2) 综合性性 善善于进行行综合思思维，把把
33、已有的的概念、事事实、信信息通过过巧妙的的结合，形形成新的的成果。(3) 人为的的目的 任何何形式的的创新设设计,其其主体都都是具有有主观能能动性的的人，并并且是一一种有目目的活动动。(4) 社会价价值性 创新新必须体体现为一一定的价价值，作作为工程程技术人人员，技技术发明明和工程程技术设设计创造造的价值值主要看看其经济济价值以以及是否否具有实实用性、有有效性、可可靠性。(5) 探索性性 创创新通常常是在知知识、手手段、方方法等不不甚充分分的条件件下进行行的探索索活动。(6) 推理性性 对对某一种种现象或或想法，善善于由此此及彼地地进行纵纵向、横横向、逆逆向推理理。(7) 多向性性 善善于从不
34、不同角度度的角度度思考问问题。通通过发散散、换元元、转向向等途径径，以获获得新的的思路和和方案。32 机械创新新性设计计技术的的设计过过程机械创新新设计的的设计过过程是对对创新思思维的利利用的发发展和延延伸。图3-11所示为为中国的的技术专专家提出出的机械械创新设设计的一一般过程程，图3-11 机械械创新设设计的一一般过程程（1） 确定(选定或或发明)机械的的基本原原理:它它可能涉涉及机械械学的对象的的不同层层次、不不同类型型的机构构组合，或或不同学学科知识识和技术术的问题题；（2） 机构结结构类型型综合及及优选:优选的的结构类类型对机机械整体体性能和和经济性性具有重重大影响响，它多多伴随新新
35、机构的的发明。机机械发明明专利的的大部分分属于结结构类型型的创新新设计。因因此，结结构类型型综合及及其优选选是机械械设计中中最富有有创造性性、最有有活力的的阶段，但但又是十十分复杂杂和困难难的问题题。它涉涉及到设设计者的的知识(广度与与深度)、经验验、灵感感和想象象力等方方面，成成为多年年来困扰扰机构学学研究者者的主要要问题之之一。（3） 机构运运动尺寸寸综合及及其运动动参数的的优选:其难点点在于求求得非线线性方程程组的完完全解(或多解解)，为为优选方方案提供供较大的的空间。由由于优化化法、代代数消元元法等数数学方法法陆续引引人机构构学，使使这个问问题取得得了突破破性进展展。（4）机机构动力力
36、学参数数综合及及其动力力参数优优选:其难点点是动力力参数盈盈大、参参数值变变化域广广的多维维非线性性动力学学方程组组的求解解，这是是急待深深人研究究的课题题。机构构动力学学参数综综合及其其动力参参数优选选:其难难点是动动力参数数盈大、参参数值变变化域广广的多维维非线性性动力学学方程组组的求解解，这是是急待深深人研究究的课题题。完成以上上所述机机械工作作原理、结结构学、运运动学、动动力学分分析与综综合的44个阶段段，便可可形成机机械设计计的优选选方案。然然后，就就可以进进人机械械结构创创新设计计阶段。主主要解决决基于可可靠性、工工艺性、安安全性、摩摩擦学的的结构设设计问题题。机械创新新设计的的特
37、点: 涉及及多学科科，如机机械、液液压、电电力、气气动、热热力、电电子、光光电、电电磁及控控制等多多学科技技的交叉叉、渗透透与融合合。 设计计过程中中相当部部分工作作是非数数据性、非非计算性性的，必必须依命命在知识识和经验验积累基基础上的的思考、推推理、判判断，以以及创造造性发散散思维(灵感、形形象的突突发性思思维)相相结合的的方法。尽可能在在较多方方案中进进行方案案优选。即即在大型型空间设设计内，基基于知识识、经验验、灵感感与想象象力的系系统中搜搜索并优优化设计计方案。 创新设计是多次反复、多级筛选的过程，每一阶段既有其特定内容与方法，又彼此密切相关，是一个整体的系统设计。4机械创创新性设设
38、计技术术方法与与实例机械创新新性设计计技术的的应用不不是凭空空的想象象，它只只有应用用于生产产和生活活中才能能充分发发挥创新新性思维维的社会会价值，美美化生活活。41 机械械创新性性设计方方法每一项重重大的创创新设计计都对推推动了社社会发展展，尤其其是机械械创新设设计推动动社会的的工业化化生产的的发展。无无论那一一项创新新设计都都有其方方法可循循，一般般可分为为以下八八种方法法。(1) 观察察法观察法是是指人们们通过感感官或科科学仪器器，有目目的、有有计划地地对研究究对象进进行反复复细致的的观察，再再通过思思维器官官的综合合分析，以以解释研研究对象象本质及及其规律律的一种种方法。观观是指用用敏
39、锐眼眼光去看看，察是是指用科科学思维维去想。(2) 类比比法将所研究究和思考考的事物物与人们们熟悉的的、并与与之有共共同点的的某一事事物进行行对照和和比较，从从比较中中找到它它们的相相似点或或不同点点，并进进行逻辑辑推理，在在同中求求异或异异中求同同中实现现创新。(3) 移植植法移植法是是指借用用某一领领域的成成果，引引用、渗渗透到其其他领域域，用以以变革和和创新。移移植与类类比的区区别是，类类比是先先有可比比较的原原形，然然后受到到启发，进进而联想想进行创创新移移植则是是无有问问题，然然后去寻寻找原形形，并巧巧妙地将将原形应应用到所所研究的的问题上上来。(4) 组合合法组合法是是指将两两种或
40、两两种以上上的技术术、事物物、产品品、材料料等进行行有机的的组合，以以产生新新的事物物或成果果的创新新技法。磁磁半导体体发明者者，日本本科学家家菊池诚诚说;“我认为为发明有有两条路路，第一一条是全全新的发发明，第第二条是是把已知知其原理理的事实实进行组组合”。据统统计，在在现代技技术开发发巾，组组合型的的发明成成果已占占全部发发明的660到到70%。由此此可以看看出组合合创新具具有非常常的普遍遍性与广广泛性。(5) 换元元法换元法是是指人们们在创新新过程中中，采用用替换或或代换的的方法，使使研究不不断深入入，思路路获得更更新。例例如，卡卡尔森研研究发明明的复印印机，曾曾采用化化学方法法进行多多
41、次实验验，结果果屡次失失败。后后来他变变换了研研究方向向，探索索采用物物理方法法，即光光电效应应，终于于发明了了静电复复印机，一一直沿用用到现在在。图4-11 静电复复印机在许多事事物中各各式各样样的替代代或代换换内容是是很多的的，用成成本低的的代替昂昂贵的，用用容易获获得的代代替不容容易获得得的，用用性能良良好的代代替性能能差的等等。例如如，用玻玻璃纤维维制成的的冲浪板板，比木木制的冲冲浪板更更轻巧，也也更容易易制成各各种形状状。图4-22 玻璃纤纤维冲浪浪板(6) 还原法法 还原法是是指返回回创新原原点。即即在创新新活动中中，追根根寻源找找到事物物的原点点，再从从原点出出发寻找找各种解解决
42、问题题的途径径。实际际上，任任何事物物都有其其创造的的起点和和原点。创创造的原原点是惟惟一的，创创造的起起点则可可很多。创创造的原原点可作作为创造造的起点点，但创创造的起起点却不不能作为为创造的的原点。以以研制洗洗衣机为为例，为为减轻人人的劳动动开始着着手洗衣衣机的研研究，首首先想到到的是如如何代替替手搓、脚脚踩、板板揉和捶捶打，结结果导致致了研究究问题的的复杂性性，使创创新活动动受阻。实实际上将将问题返返回到原原点，则则是分离离问题，即即将污物物与衣物物分离。从从原点出出发寻找找各种解解决问题题的途径径，广泛泛考虑各各种各样样的分离离方法，如如机械分分离、物物理分离离、化学学分离等等等，就就
43、可以创创新出基基于不同同工作原原理的各各类洗衣衣机。图4-33 滚筒洗洗衣机图图4-44波轮洗洗衣机(7) 穷举法法穷举法又又称为列列举法，是是一种辅辅助的创创新技法法，它并并不提供供发明思思路与创创新技巧巧，但它它可帮助助人们明明确创新新的方向向与目标标。列举举法将问问题逐一一列出，将将事物的的细节全全面展开开，使人人们容易易找到问问题的症症结所在在，从各各个细节节人手探探索创新新途径。列列举法一一般分三三步进行行，第一一步是确确定列举举对象，一一般选择择比较熟熟悉和常常见的，进进行改进进与创新新可获得得明显效效益的；第二步步分析所所选对象象的各类类特点，如如缺点、希希望点等等，并一一一列举
44、举出来；第三步步则从列列举的问问题出发发，运用用自己所所熟悉的的各种创创新技法法进行具具体的改改进，解解决所列列出的问问题。(8)集集智法集智法是是指集中中大家智智慧，并并激励智智慧，进进行创新新。该种技法法是一种种群体操操作型的的创新技技法。不不同知识识结构、不不同工作作经历、不不同兴趣趣爱好的的人聚集集在一起起分析问问题、讨讨论方案案、探索索未来时时一定会会在感觉觉和认知知上产生生差异，而而正是这这种差异异会形成成一种智智力互激激、信息息互补的的氛围，从从而可以以很有效效地实现现创新效效果。以上介绍绍了8种种创新技技法，在在具体运运用时，可可以分别别使用，但但实际上上这些技技法往往往联起来
45、来应用。创新的例例子还有有很多，然然而，我我们一味味说的创创新并不不是盲目目的脱离离实际去去空想主主义。爱迪生大大概称得得上是创创新者的的鼻祖了了，他素素以高效效创新而而著称。事事实上，若若论名言言警句，创创新者或或许大多多会引用用他说过过的这样样一段话话：“我做的的任何一一件有价价值的事事情都非非偶然，我我所有的的发明创创造也并并非出于于巧合，而而是来源源于辛勤勤的工作作。”爱迪生生心里很很清楚，发发现碳丝丝作为白白炽灯的的发光材材料绝非非偶然。这这一切浸浸透了他他和助手手整整一一年的心心血，对对各种材材料进行行了几百百次的试试验。创创新源于于个别敢敢吃螃蟹蟹的人。在目前迫求个性化的时代中，
46、生产的规模均以单件化、中小批量为主，这就要求机械产品或者有很强的柔性，或者种类极大丰富，因而摆在设计师面前的任务就是要实现机械产品的创新设计，唯有这样才能增强产品的市场能力。机械创新设计和传统设计虽然大多遵循同样的设计过程，但机械创新设计要求设计者在设计的全过程中不仅仅是重复和模仿，更要求设计者在新成果的基础上，敢于怀疑，有所突破，充分发挥创造力和想象力，利用已有的理论、原理、方法、技术进行创新构思，使产品具有更强的竞争力。42 机械械创新性性设计实实例分析析对机械创创新设计计的实例例的分析析，可以以清楚地地看的出出对机械械创新设设计方法法的应用用对机械械工程的的深刻影影响。(1) 虎钳的快快
47、速夹紧紧机构图4-11 虎虎钳的快快速夹紧紧机构如图4-1所示示为一种种快速夹夹紧，它它可以提提高虎钳钳夹持工工件的效效率。这这种快速速夹紧机机构采用用了一对对具有相相同曲面面的转动动凸轮和和固定凸凸轮，手手柄转动动凸轮快快进到预预定位置置。然后后，螺旋旋机构进进行夹紧紧，虎钳钳的钳口口位置可可以借助助夹压间间距调节节手轮进进行调节节，以适适宜不同同的材料料厚度，同同时也可可调整夹夹紧力，该该机构可可用作铣铣床、镗镗床、装装配夹具具等的夹夹压机构构，是一一种夹紧紧力调节节简单的的快速夹夹紧装置置。该装置置利用机机械创新新设计方方法中的的类比法法。(2)无无死点机机构的设设计在曲柄滑滑块机构构中，当当滑块为为主动件件时，机机构有死死点出现现。如何何构思一一个无死死点机构构？若采用图图4-22(a)所示结结构形式式，则无无死点出出现。再再如蒸汽汽机动力力设备是是90开式双双汽缸结结构，这这样的结结果也可可避开死死点（图图4-22（b）。图4-22(a)无死点点出现图图4-22(b)可避开开死点图4-33所示为为