機(jī)械工程中的創(chuàng)新設(shè)計(jì)論文

1、 創(chuàng)新學(xué)課程論文封面機(jī)械工程中的創(chuàng)新設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 王思文 指導(dǎo)教師： 施培智 專業(yè)班級： 自動化115 學(xué) 號： 1666110419 學(xué) 院： 機(jī)電與車輛工程學(xué)院 學(xué)年學(xué)期： 2011至2012學(xué)年第二學(xué)期 第 16 頁 共 18頁 摘要本論文通過對常規(guī)性設(shè)計(jì)與創(chuàng)新設(shè)計(jì)的基本形式、區(qū)別、特征和設(shè)計(jì)原則的分析與對比，對機(jī)械創(chuàng)新性設(shè)計(jì)有初步的認(rèn)識。然后對創(chuàng)新性設(shè)計(jì)作一些具體的認(rèn)知，如首先對創(chuàng)新性設(shè)計(jì)思維的概念、類型、思維過程、思維特征等的了解的基礎(chǔ)上，再對機(jī)械創(chuàng)新性設(shè)計(jì)的技術(shù)特征設(shè)計(jì)過程深入的了解。機(jī)械工程中的創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論研究了創(chuàng)新的具體方法和結(jié)構(gòu)。發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新的過程中要不斷發(fā)現(xiàn)、探索、想象；要敢

2、于做第一個(gè)吃螃蟹的人。分析了機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用的技法。如換元法、窮舉法、組合法等。發(fā)現(xiàn)不同的技法能創(chuàng)新出不同的設(shè)計(jì)，也發(fā)現(xiàn)可以把不同的技法綜合在一起創(chuàng)新出組合設(shè)備。最后進(jìn)行一些創(chuàng)新性設(shè)計(jì)的實(shí)例的分析，結(jié)果表明機(jī)械創(chuàng)新性設(shè)計(jì)(mcd)能給人類的進(jìn)化帶來很大的進(jìn)步，如果能把人們的有創(chuàng)新付諸實(shí)施，那么將會快速推動人類社會迅猛發(fā)展。關(guān)鍵詞：創(chuàng)新； 機(jī)械工程； 設(shè)計(jì) 前言在機(jī)械系統(tǒng)中，無論是確定技術(shù)原理、技術(shù)過程或者確定機(jī)器系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)、工作原理、結(jié)構(gòu)布局以至具體零件的尺寸、形狀、制造方法等等，都有個(gè)求解的問題。所謂求解，就是尋求消除不足之處，達(dá)到希望的結(jié)果或性能。而創(chuàng)造性設(shè)計(jì)方法就是提出新方案，

3、探求新解法，它是提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，開發(fā)創(chuàng)新產(chǎn)品的重要基礎(chǔ)。機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)不斷為機(jī)械生產(chǎn)提供更簡單有效的生產(chǎn)方法，提高勞動生產(chǎn)率，減少無謂的損耗。機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)是一個(gè)永遠(yuǎn)不過時(shí)的課題，創(chuàng)新是不斷變化發(fā)展的，需要不斷去的去經(jīng)歷實(shí)踐生產(chǎn)的檢驗(yàn)。愛因斯坦曾說過：“想象力比知識更重要，現(xiàn)實(shí)世界只有一個(gè)，而想象力卻可以創(chuàng)造千百個(gè)世界”。1 常規(guī)性設(shè)計(jì)與創(chuàng)新性設(shè)計(jì)人類從事任何有目的的活動前都要有所構(gòu)思或謀劃便是廣義的設(shè)計(jì)。工程設(shè)計(jì)是廣義設(shè)計(jì)在工程技術(shù)領(lǐng)域中的特有表現(xiàn)。工程設(shè)計(jì)按其性質(zhì)可分為常規(guī)性設(shè)計(jì)與創(chuàng)新型設(shè)計(jì)。11 簡述常規(guī)性設(shè)計(jì)與創(chuàng)新性設(shè)計(jì)的區(qū)別常規(guī)性設(shè)計(jì)以成熟結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，運(yùn)用常規(guī)方法進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。常規(guī)性設(shè)計(jì)在

4、生產(chǎn)過程中不能充分利用各種資源，也很難取得很高的經(jīng)濟(jì)效益。而創(chuàng)新性設(shè)計(jì)卻能充分做物盡其用，減少資源的浪費(fèi)，降低生產(chǎn)成本，經(jīng)濟(jì)效益就比傳統(tǒng)的常規(guī)性設(shè)計(jì)的效益要高。創(chuàng)新設(shè)計(jì)是在設(shè)計(jì)中采用新的技術(shù)手段、技術(shù)原理和非常常規(guī)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，以滿足市場需求，提高產(chǎn)品的競爭能力。高新技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)大都具有小批量、多品種、多規(guī)格、生產(chǎn)工藝復(fù)雜、工作條件或環(huán)境特殊等特點(diǎn)，因而對一些高新技術(shù)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)往往不能沿用傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的老一套方法，需要有針對性地進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計(jì)。創(chuàng)新性設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)技術(shù)要素、才能要素、方法要素。創(chuàng)新設(shè)計(jì)體現(xiàn)了人們依據(jù)社會需要，運(yùn)用科學(xué)技術(shù)原理，創(chuàng)造性地構(gòu)思產(chǎn)品的完整思維過程。是設(shè)計(jì)構(gòu)思的高智商

5、思維活動12 常規(guī)性設(shè)計(jì)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)的基本形式的概述常規(guī)性設(shè)計(jì)形式主要有理論設(shè)計(jì)、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)、模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)三種。理論設(shè)計(jì)是根據(jù)長期研究與實(shí)踐總結(jié)出來的設(shè)計(jì)理論和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所進(jìn)行的設(shè)計(jì)。理論設(shè)計(jì)的計(jì)算過程分為設(shè)計(jì)計(jì)算和核對計(jì)算兩部分。前者是按照已知的運(yùn)動要求，載荷情況及零、部件的材料特性等，運(yùn)用一定的理論公式設(shè)計(jì)零、部件尺寸和形狀的計(jì)算過程。設(shè)計(jì)計(jì)算多用于能通過簡單的力學(xué)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)的零、部件，如：轉(zhuǎn)軸的強(qiáng)度、剛度計(jì)算等；后者是指，先根據(jù)類比法，實(shí)驗(yàn)法等其它方法初步定出零、部件的尺寸和形狀；再用理論公式進(jìn)行精確校核的計(jì)算過程，它多用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，應(yīng)力分布較復(fù)雜，但又能用現(xiàn)有的應(yīng)力分析法（以強(qiáng)度為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

6、）或變形分析法（以剛度為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則時(shí)）進(jìn)行計(jì)算的場合。理論設(shè)計(jì)可得到比較精確而可靠的結(jié)果，重要的零、部件大都選擇這種方法。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)是根據(jù)對某些零、部件已有的設(shè)計(jì)與使用實(shí)踐而歸納出的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，或根據(jù)設(shè)計(jì)者本人的工作經(jīng)驗(yàn)用類比的方法所進(jìn)行的設(shè)計(jì)叫做經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)。對一些次要的零、部件；或者對于一些理論上不夠成熟或雖有理論但沒有必要用繁復(fù)、高級的理論設(shè)計(jì)的零、部件。這對那些使用要求不大變動而結(jié)構(gòu)形狀已典型化的零件，是很有效的設(shè)計(jì)方法。例如箱體、機(jī)架、傳動零件的各結(jié)構(gòu)要素等。模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是把初步設(shè)計(jì)的零、部件或機(jī)器，做成小模型或小尺寸樣機(jī)，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)手段對其各個(gè)方面的特性進(jìn)行檢驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對設(shè)計(jì)進(jìn)行逐步的

7、修改，從而達(dá)到完善。這樣的設(shè)計(jì)過程接叫做模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。對于一些尺寸巨大而結(jié)構(gòu)又很復(fù)雜的重要零件，尤其是一些重型整體機(jī)械零件，為了提高設(shè)計(jì)的可靠性，則可采用模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法。這個(gè)設(shè)計(jì)方法費(fèi)時(shí)、昂貴，因此只用于特別重要的設(shè)計(jì)中。例如：新型、重型設(shè)備及飛機(jī)的機(jī)身，新型艦船的船體等。創(chuàng)新性設(shè)計(jì)方法是以研究產(chǎn)品設(shè)計(jì)為對象的科學(xué)。它以電子計(jì)算機(jī)為手段運(yùn)用工程設(shè)計(jì)的新理論和新方法，使計(jì)算結(jié)果達(dá)到最優(yōu)化，使設(shè)計(jì)過程實(shí)現(xiàn)高效化和自動化。創(chuàng)新性設(shè)計(jì)方法是研究產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法的綜合類科學(xué)，它涉及的科學(xué)范圍非常廣泛，是多學(xué)科交叉融合的產(chǎn)物，是人們把相關(guān)科學(xué)技術(shù)綜合應(yīng)用于設(shè)計(jì)領(lǐng)域的產(chǎn)物。而其中一個(gè)具體的設(shè)計(jì)方法同樣也是若

8、干學(xué)科的交叉與融合。例如優(yōu)化設(shè)計(jì)方法是數(shù)學(xué)規(guī)劃的方法與計(jì)算機(jī)編程的有機(jī)結(jié)合。常用的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)形式有集體集智法、系統(tǒng)分析法、聯(lián)想分析法、轉(zhuǎn)向創(chuàng)新法和組合創(chuàng)新法等。13 常規(guī)性設(shè)計(jì)與創(chuàng)新性設(shè)計(jì)的特征與原則無論常規(guī)性設(shè)計(jì)，還是創(chuàng)新性設(shè)計(jì)。機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)，一般具有三個(gè)基本特征。(1) 約束性機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)是在多種因素的限制和約束下進(jìn)行的，其中包括科學(xué)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等發(fā)展?fàn)顩r和水平的限制，也包括生產(chǎn)廠家所提出的特定要求和條件，同時(shí)還涉及環(huán)境、法律、社會心理、地域文化等因素。這些限制合要求構(gòu)成了一組邊界條件，形成了設(shè)計(jì)人員進(jìn)行謀劃和構(gòu)思的“設(shè)計(jì)空間”。(2)多解性一般來說，解決同一技術(shù)問題的辦法是多種多樣的，要

9、滿足一定目的的設(shè)計(jì)方案通常也并不唯一的，任何設(shè)計(jì)對象本身都是包括各種因素構(gòu)成的功能系統(tǒng)，其參數(shù)的選擇、尺寸的確定、結(jié)構(gòu)形式的構(gòu)思等都有很強(qiáng)的可選擇性，有很大的思維空間。(3)相對性設(shè)計(jì)結(jié)論或結(jié)果都是相對準(zhǔn)確的，而不是絕對完備的。比如，利用優(yōu)化技術(shù)對某一系統(tǒng)進(jìn)行求解，其結(jié)果也只是近似的，得到該系統(tǒng)的局部最優(yōu)化或全局最優(yōu)化，而且模型的建立會因人而異，也可能因條件而異，其結(jié)果都會有差異。同時(shí)，設(shè)計(jì)者還會經(jīng)常處于一種相互矛盾的情境之中，比如既要降低成本，又要增加安全性、可靠性等。這種相互矛盾的要求給設(shè)計(jì)工作增加了難度，加上事先難以預(yù)料的影響，使得設(shè)計(jì)者在對設(shè)計(jì)方案的選擇和判定時(shí)，只能做到一定條件下的相

10、對滿意和最佳。所有的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)都是在遵守機(jī)械設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)上的升華，機(jī)械創(chuàng)新性原則在機(jī)械設(shè)計(jì)方面起到了規(guī)范和指導(dǎo)的作用。機(jī)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)方面，要做到機(jī)構(gòu)盡可能簡單。機(jī)構(gòu)運(yùn)動鏈盡量簡短，完成同樣的運(yùn)動要求，應(yīng)優(yōu)先選用構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動副數(shù)最少的機(jī)構(gòu)，這樣可以簡化機(jī)器的構(gòu)造，從而減輕重量、降低成本。在基本機(jī)構(gòu)中，高副機(jī)構(gòu)只有3個(gè)構(gòu)件和3個(gè)運(yùn)動副，低副機(jī)構(gòu)則至少有4個(gè)構(gòu)件和4個(gè)運(yùn)動副。因此，從減少構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動副數(shù)，以及設(shè)計(jì)簡便等方面考慮，應(yīng)優(yōu)先采用高副機(jī)構(gòu)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的形式與原動機(jī)的形式密切相關(guān)，不要局限于選擇傳統(tǒng)的電動機(jī)傳動方式，要適當(dāng)?shù)倪x擇原動機(jī)。盡量縮小機(jī)構(gòu)的尺寸，在相同的傳動比情況下，周轉(zhuǎn)輪系減速器

11、的尺寸和重量比普通定軸輪系減速器要小得多。在連桿機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)構(gòu)中，也可以利用齒輪傳動時(shí)節(jié)圓作純滾動的原理或利用杠桿放大或縮小的原理等來縮小機(jī)構(gòu)尺寸。在保證以上原則的同時(shí)，還要是機(jī)構(gòu)具有較好的動力學(xué)特征，要盡可能選擇傳動角較大的機(jī)構(gòu)，以提高機(jī)器的傳動效益，減少功耗。采用對稱布置的機(jī)構(gòu)，對于高速轉(zhuǎn)動的機(jī)構(gòu)，其作往復(fù)運(yùn)動和平面一般運(yùn)動的構(gòu)件，以及偏心的回轉(zhuǎn)構(gòu)件的慣性力和慣性力矩較大，在選擇機(jī)構(gòu)時(shí)應(yīng)盡可能考慮機(jī)構(gòu)的對稱性，以減少運(yùn)動過程中的動載荷和振動；采用增力機(jī)構(gòu)，對于執(zhí)行構(gòu)件行程不大，而短時(shí)克服工作阻力很大的機(jī)構(gòu)（如沖壓機(jī)械中的主機(jī)構(gòu)），應(yīng)采用“增力”的方法，即有瞬時(shí)較大機(jī)2 創(chuàng)新性設(shè)計(jì)思維與內(nèi)涵

12、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)是人類創(chuàng)造活動領(lǐng)域的具體領(lǐng)域，需要設(shè)計(jì)者對創(chuàng)造性思維的類型、思維過程和特征等有所掌握和了解。21 創(chuàng)新性設(shè)計(jì)思維的概念及類型創(chuàng)造性思維是指突破原有的思維模式，重新組織已有的知識、經(jīng)驗(yàn)、信息和素材等要素，在大腦思維反應(yīng)場中激活后，提出新的方案或程序，并創(chuàng)造出新的思維成果的思維方式要創(chuàng)造，首先要有創(chuàng)造性思維，創(chuàng)造性思維是人類大腦的特有屬性。創(chuàng)造性思維就是“想到別人沒有想到的觀念”。創(chuàng)造性思維是新穎獨(dú)到的信息加工藝術(shù)，是人腦的各種思維活動形式和思維活動的各個(gè)要素之間相互協(xié)同進(jìn)行的有機(jī)結(jié)合的高級整體過程創(chuàng)造性思維不同于在設(shè)計(jì)領(lǐng)域常用的邏輯思維，其主要在于創(chuàng)造性思維有創(chuàng)造想象的參與，而且，邏

13、輯思維是一維的，具有單向性和單解性的特點(diǎn)，而創(chuàng)造性思維是一種立體思維，通常沒有固定的延伸方向，它更加強(qiáng)調(diào)直觀、聯(lián)想、幻想和靈感。所以創(chuàng)新設(shè)計(jì)不是靠邏輯推理出來的，而是靠創(chuàng)造性思維的激發(fā)所產(chǎn)生的。創(chuàng)造性思維是整個(gè)創(chuàng)造活動中體現(xiàn)出來的思維方式，它是多種思維類型的復(fù)合體，把握創(chuàng)造性思維的關(guān)鍵是在認(rèn)識不同思維類型的特點(diǎn)和功用的基礎(chǔ)上，進(jìn)行思維的辯證組合與綜合運(yùn)用。創(chuàng)造性思維的類型可如下劃分：(1) 發(fā)散型思維 發(fā)散型思維就是在思維過程中，通過所得到的若干概念的重新組合，大膽地向四周輻射，擴(kuò)散出兩個(gè)或多個(gè)可能的答案、設(shè)想或解決方式。發(fā)散型思維既無一定的方向，也沒有一定的范圍。不墨守成規(guī)，不拘泥于傳統(tǒng)方法

14、，對所思考的問題標(biāo)新立異，達(dá)到“海闊天空”，“異想天開”的境界。發(fā)散型思維能力的高低，取決于知識面、想象力，尤其是遷移能力。發(fā)散型思維具體表現(xiàn)形式有立體思維、多路思維、反向思維、相關(guān)思維、相似思維、求同思維、求異思維、替代思維等等。發(fā)散型思維所追求目標(biāo)是獲得盡可能多，盡可能新，盡可能獨(dú)創(chuàng)的，前所未有的設(shè)想、方法、形式、思路、解法和可能性。它為機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供了多種可能。(2) 聚合型思維 聚合型思維就是以某個(gè)思考對象為軸，從不同的方向和不同的角度，將思維指向這個(gè)中心點(diǎn)以供選擇，達(dá)到解決問題的目的。也就是從眾多的信息中確認(rèn)一個(gè)自認(rèn)為最佳的或最好的方案。聚合型思維要求思維具有概括性、及時(shí)性、正確性

15、，聚合型思維能力的高低，取決于一個(gè)人的分析、綜合、抽象、概括和判斷推理能力強(qiáng)弱。發(fā)散型思維和聚合型思維都是創(chuàng)造性思維的重要組成部分，兩者互相聯(lián)系，密不可分。任何一個(gè)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)都必然從發(fā)散思維到聚合思維，再從聚合思維到發(fā)散思維，多次循環(huán)往復(fù)，直到解決問題，或創(chuàng)造性思維形成?！岸嘀\善斷”的成語就說明這個(gè)道理，多謀就是發(fā)散思維，善斷就是聚合思維，前者體現(xiàn)了“由此及彼”、“由表及里”的發(fā)散運(yùn)動過程，后者體現(xiàn)了“去粗取精”、“去偽存真”的聚合運(yùn)動過程。發(fā)散型思維和聚合型思維是一個(gè)辨證統(tǒng)一的過程，創(chuàng)造性思維的全過程都是為了達(dá)到創(chuàng)造、創(chuàng)新的目的，從種種設(shè)想中找出最佳的解決方案。(3) 靈感思維 靈感是指經(jīng)

16、過長期的思考和探索之后，受某種現(xiàn)象的啟發(fā)，在頭腦中突然閃現(xiàn)的獨(dú)創(chuàng)性的意念或設(shè)想。它是人們的創(chuàng)造活動達(dá)到高潮后出現(xiàn)的一種最富有創(chuàng)造性的飛躍思維的智能狀態(tài)。德墨克利特認(rèn)為：“這是一種感情極度狂熱或激動的特殊精神狀態(tài)”。柏拉圖認(rèn)為：這是神性著魔，是人與神的溝通!其實(shí)，靈感是思維的迅速升華與高級濃縮，是過程的省略。靈感既是一種思維形式，又是大腦加工信息的一種高層次功能。許多科學(xué)發(fā)現(xiàn)，新產(chǎn)品問世都是通過靈感思維活動創(chuàng)造出來的。作為機(jī)械設(shè)計(jì)工作者更應(yīng)注重靈感開發(fā)，得到靈感的幫助而大大提高創(chuàng)造、創(chuàng)新能力。(4) 想象思維 想象是一種抽象的形象思維活動，想象可以是非理性的憑空想象，也可以是理性的在已有確定性基

17、礎(chǔ)上進(jìn)行重新組合或部分更新性質(zhì)的想象。想象思維具有以客觀現(xiàn)實(shí)為基礎(chǔ)，高度概括性和形象性及重新組合與再創(chuàng)造等特點(diǎn)。想象是人類思維之樹上最美麗、神奇的花朵!沒有想象就沒有創(chuàng)造，創(chuàng)造離不開想象，想象是創(chuàng)造的精髓。萬有引力定律是從蘋果落地充分展開想象翅膀的結(jié)果；“嫦娥奔月”的神話想象，誘使人類終于發(fā)明創(chuàng)造了飛機(jī)!可見想象有時(shí)比知識更重要，想象推動著社會進(jìn)步，科學(xué)發(fā)展，并且是知識進(jìn)化的源泉。沒有想象的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)是不可想象的，用想象力形成創(chuàng)新成果已成為對現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)人員必然要求。22 創(chuàng)新性設(shè)計(jì)思維的過程當(dāng)要對機(jī)械零部件提出一些創(chuàng)新性設(shè)計(jì)或做一些其它的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)工作，一般要經(jīng)歷一下的創(chuàng)新性思維過程。(1

18、) 準(zhǔn)備階段 準(zhǔn)備階段的過程是發(fā)現(xiàn)問題分析問題搜集問題形成課題。(2) 醞釀階段醞釀階段的過程是明確創(chuàng)新目標(biāo)繼續(xù)收集資料從事試驗(yàn)或研究嘗試各種思法可行性。若問題簡單，可能會很快找到解決問題的辦法；若問題復(fù)雜，可能要經(jīng)歷多次失敗的探求;當(dāng)阻力很大時(shí)，則中斷思維，但潛意識仍在大腦深層活動，等待時(shí)機(jī)。(3) 頓悟階段頓悟階段是創(chuàng)造性思維的突破階段。創(chuàng)造主題在特定情境下得到特定的啟發(fā)，被喚醒。該階段的作用機(jī)制比較復(fù)雜，一般認(rèn)為是與長期醞釀所積蓄的思維能量有關(guān)。這種能量會沖破思維定勢和障礙，使思維獲得開放性、求異性、非顯而易見性。 (4) 驗(yàn)證階段驗(yàn)證階段表明創(chuàng)造性思維不僅注重形式上標(biāo)新立異，內(nèi)容上也要

19、求精確可靠。23 創(chuàng)新性設(shè)計(jì)思維的特征創(chuàng)新性思維是一種人類高層次的思維，它有下列特征。(1) 創(chuàng)新思維具有開放性的特點(diǎn) 開放性主要是針對封閉性而論的。封閉性思維是指于習(xí)慣于從已知經(jīng)驗(yàn)和知識中求解，偏于繼承傳統(tǒng)，照本宣科，落入“俗套”，因而不利于創(chuàng)新。而開放性思維則是敢于突破定勢思維、打破常規(guī)、挑戰(zhàn)潮流，富有改革精神。(2) 創(chuàng)新思維具有求異性的特點(diǎn)求異性主要是針對求同性而論的。求同性是人云亦云，照葫蘆畫瓢。而求異性則是與眾人、前人不同，是獨(dú)具卓識的思維。(3) 創(chuàng)新思維具有突發(fā)性的特點(diǎn) 突發(fā)性主要體現(xiàn)在直覺與靈感上。所謂直覺思維是指人們對事物不經(jīng)過反復(fù)思考和逐步分析，而對問題的答案做出合理的猜

20、測、設(shè)想，是一種思維的閃念，是一種直接的洞察。靈感思維也常常是以一閃念的形式出現(xiàn)，但它不同于直覺，靈感思維是由人們的潛意識與顯意識多次疊加思維而形成的，是長期創(chuàng)造性思維活動達(dá)到的一個(gè)必然階段。(4) 創(chuàng)新思維是邏輯與非邏輯思維有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物邏輯思維是一種線性思維模式。它具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评?，一環(huán)緊扣一環(huán)，是有序的。邏輯思維常采用的方式一般有分析與綜合、抽象與概括、歸納與演繹、判斷與推理等3 機(jī)械創(chuàng)新性設(shè)計(jì)技術(shù)特征與設(shè)計(jì)過程創(chuàng)新設(shè)計(jì)技術(shù)是解決創(chuàng)新設(shè)計(jì)問題的創(chuàng)意藝術(shù)，是人們對創(chuàng)新性思維和創(chuàng)造理論加以具體化應(yīng)用的技巧。31 機(jī)械創(chuàng)新性設(shè)計(jì)技術(shù)特征機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)技術(shù)具有以下獨(dú)具的特點(diǎn)，對其特征的了解可以幫助我

21、們正確的對待機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)技術(shù)的看法，對設(shè)計(jì)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)起到一定的規(guī)范和引導(dǎo)的作用。(1) 獨(dú)創(chuàng)性 創(chuàng)新設(shè)計(jì)不是單獨(dú)的重復(fù)和模仿，而是在自己、前人或他人已經(jīng)獲得的研究成果基礎(chǔ)上新擴(kuò)展、新開拓。它所追求的是新奇、新穎、獨(dú)特和非重復(fù)性的結(jié)果，有敢于懷疑、突破框框、敢于破陳規(guī)、獨(dú)具卓識的思維。(2) 綜合性 善于進(jìn)行綜合思維，把已有的概念、事實(shí)、信息通過巧妙的結(jié)合，形成新的成果。(3) 人為的目的 任何形式的創(chuàng)新設(shè)計(jì),其主體都是具有主觀能動性的人，并且是一種有目的活動。(4) 社會價(jià)值性 創(chuàng)新必須體現(xiàn)為一定的價(jià)值，作為工程技術(shù)人員，技術(shù)發(fā)明和工程技術(shù)設(shè)計(jì)創(chuàng)造的價(jià)值主要看其經(jīng)濟(jì)價(jià)值以及是否具有實(shí)用性、有效

22、性、可靠性。(5) 探索性 創(chuàng)新通常是在知識、手段、方法等不甚充分的條件下進(jìn)行的探索活動。(6) 推理性 對某一種現(xiàn)象或想法，善于由此及彼地進(jìn)行縱向、橫向、逆向推理。(7) 多向性 善于從不同角度的角度思考問題。通過發(fā)散、換元、轉(zhuǎn)向等途徑，以獲得新的思路和方案。32 機(jī)械創(chuàng)新性設(shè)計(jì)技術(shù)的設(shè)計(jì)過程機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)過程是對創(chuàng)新思維的利用的發(fā)展和延伸。圖3-1所示為中國的技術(shù)專家提出的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的一般過程，圖3-1 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的一般過程（1） 確定(選定或發(fā)明)機(jī)械的基本原理:它可能涉及機(jī)械學(xué)的對象的不同層次、不同類型的機(jī)構(gòu)組合，或不同學(xué)科知識和技術(shù)的問題；（2） 機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)類型綜合及優(yōu)選:優(yōu)選

23、的結(jié)構(gòu)類型對機(jī)械整體性能和經(jīng)濟(jì)性具有重大影響，它多伴隨新機(jī)構(gòu)的發(fā)明。機(jī)械發(fā)明專利的大部分屬于結(jié)構(gòu)類型的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。因此，結(jié)構(gòu)類型綜合及其優(yōu)選是機(jī)械設(shè)計(jì)中最富有創(chuàng)造性、最有活力的階段，但又是十分復(fù)雜和困難的問題。它涉及到設(shè)計(jì)者的知識(廣度與深度)、經(jīng)驗(yàn)、靈感和想象力等方面，成為多年來困擾機(jī)構(gòu)學(xué)研究者的主要問題之一。（3） 機(jī)構(gòu)運(yùn)動尺寸綜合及其運(yùn)動參數(shù)的優(yōu)選:其難點(diǎn)在于求得非線性方程組的完全解(或多解)，為優(yōu)選方案提供較大的空間。由于優(yōu)化法、代數(shù)消元法等數(shù)學(xué)方法陸續(xù)引人機(jī)構(gòu)學(xué)，使這個(gè)問題取得了突破性進(jìn)展。（4） 機(jī)構(gòu)動力學(xué)參數(shù)綜合及其動力參數(shù)優(yōu)選:其難點(diǎn)是動力參數(shù)盈大、參數(shù)值變化域廣的多維非線性動力

24、學(xué)方程組的求解，這是急待深人研究的課題。機(jī)構(gòu)動力學(xué)參數(shù)綜合及其動力參數(shù)優(yōu)選:其難點(diǎn)是動力參數(shù)盈大、參數(shù)值變化域廣的多維非線性動力學(xué)方程組的求解，這是急待深人研究的課題。完成以上所述機(jī)械工作原理、結(jié)構(gòu)學(xué)、運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)分析與綜合的4個(gè)階段，便可形成機(jī)械設(shè)計(jì)的優(yōu)選方案。然后，就可以進(jìn)人機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)階段。主要解決基于可靠性、工藝性、安全性、摩擦學(xué)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題。機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的特點(diǎn): 涉及多學(xué)科，如機(jī)械、液壓、電力、氣動、熱力、電子、光電、電磁及控制等多學(xué)科技的交叉、滲透與融合。 設(shè)計(jì)過程中相當(dāng)部分工作是非數(shù)據(jù)性、非計(jì)算性的，必須依命在知識和經(jīng)驗(yàn)積累基礎(chǔ)上的思考、推理、判斷，以及創(chuàng)造性發(fā)散思維(靈

25、感、形象的突發(fā)性思維)相結(jié)合的方法。盡可能在較多方案中進(jìn)行方案優(yōu)選。即在大型空間設(shè)計(jì)內(nèi)，基于知識、經(jīng)驗(yàn)、靈感與想象力的系統(tǒng)中搜索并優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。 創(chuàng)新設(shè)計(jì)是多次反復(fù)、多級篩選的過程，每一階段既有其特定內(nèi)容與方法，又彼此密切相關(guān)，是一個(gè)整體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。4 機(jī)械創(chuàng)新性設(shè)計(jì)技術(shù)方法與實(shí)例機(jī)械創(chuàng)新性設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用不是憑空的想象，它只有應(yīng)用于生產(chǎn)和生活中才能充分發(fā)揮創(chuàng)新性思維的社會價(jià)值，美化生活。41 機(jī)械創(chuàng)新性設(shè)計(jì)方法每一項(xiàng)重大的創(chuàng)新設(shè)計(jì)都對推動了社會發(fā)展，尤其是機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)推動社會的工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展。無論那一項(xiàng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)都有其方法可循，一般可分為以下八種方法。(1) 觀察法觀察法是指人們通過感官或科學(xué)

26、儀器，有目的、有計(jì)劃地對研究對象進(jìn)行反復(fù)細(xì)致的觀察，再通過思維器官的綜合分析，以解釋研究對象本質(zhì)及其規(guī)律的一種方法。觀是指用敏銳眼光去看，察是指用科學(xué)思維去想。(2) 類比法將所研究和思考的事物與人們熟悉的、并與之有共同點(diǎn)的某一事物進(jìn)行對照和比較，從比較中找到它們的相似點(diǎn)或不同點(diǎn)，并進(jìn)行邏輯推理，在同中求異或異中求同中實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新。(3) 移植法移植法是指借用某一領(lǐng)域的成果，引用、滲透到其他領(lǐng)域，用以變革和創(chuàng)新。移植與類比的區(qū)別是，類比是先有可比較的原形，然后受到啟發(fā)，進(jìn)而聯(lián)想進(jìn)行創(chuàng)新移植則是無有問題，然后去尋找原形，并巧妙地將原形應(yīng)用到所研究的問題上來。(4) 組合法組合法是指將兩種或兩種以上的

27、技術(shù)、事物、產(chǎn)品、材料等進(jìn)行有機(jī)的組合，以產(chǎn)生新的事物或成果的創(chuàng)新技法。磁半導(dǎo)體發(fā)明者，日本科學(xué)家菊池誠說;“我認(rèn)為發(fā)明有兩條路，第一條是全新的發(fā)明，第二條是把已知其原理的事實(shí)進(jìn)行組合”。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在現(xiàn)代技術(shù)開發(fā)巾，組合型的發(fā)明成果已占全部發(fā)明的60到70%。由此可以看出組合創(chuàng)新具有非常的普遍性與廣泛性。(5) 換元法換元法是指人們在創(chuàng)新過程中，采用替換或代換的方法，使研究不斷深入，思路獲得更新。例如，卡爾森研究發(fā)明的復(fù)印機(jī)，曾采用化學(xué)方法進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，結(jié)果屢次失敗。后來他變換了研究方向，探索采用物理方法，即光電效應(yīng)，終于發(fā)明了靜電復(fù)印機(jī)，一直沿用到現(xiàn)在。在許多事物中各式各樣的替代或代換內(nèi)容是很

28、多的，用成本低的代替昂貴的，用容易獲得的代替不容易獲得的，用性能良好的代替性能差的等。例如，用玻璃纖維制成的沖浪板，比木制的沖浪板更輕巧，也更容易制成各種形狀。(6) 還原法 還原法是指返回創(chuàng)新原點(diǎn)。即在創(chuàng)新活動中，追根尋源找到事物的原點(diǎn)，再從原點(diǎn)出發(fā)尋找各種解決問題的途徑。實(shí)際上，任何事物都有其創(chuàng)造的起點(diǎn)和原點(diǎn)。創(chuàng)造的原點(diǎn)是惟一的，創(chuàng)造的起點(diǎn)則可很多。創(chuàng)造的原點(diǎn)可作為創(chuàng)造的起點(diǎn)，但創(chuàng)造的起點(diǎn)卻不能作為創(chuàng)造的原點(diǎn)。以研制洗衣機(jī)為例，為減輕人的勞動開始著手洗衣機(jī)的研究，首先想到的是如何代替手搓、腳踩、板揉和捶打，結(jié)果導(dǎo)致了研究問題的復(fù)雜性，使創(chuàng)新活動受阻。實(shí)際上將問題返回到原點(diǎn)，則是分離問題，即

29、將污物與衣物分離。從原點(diǎn)出發(fā)尋找各種解決問題的途徑，廣泛考慮各種各樣的分離方法，如機(jī)械分離、物理分離、化學(xué)分離等等，就可以創(chuàng)新出基于不同工作原理的各類洗衣機(jī)。 (7) 窮舉法窮舉法又稱為列舉法，是一種輔助的創(chuàng)新技法，它并不提供發(fā)明思路與創(chuàng)新技巧，但它可幫助人們明確創(chuàng)新的方向與目標(biāo)。列舉法將問題逐一列出，將事物的細(xì)節(jié)全面展開，使人們?nèi)菀渍业絾栴}的癥結(jié)所在，從各個(gè)細(xì)節(jié)人手探索創(chuàng)新途徑。列舉法一般分三步進(jìn)行，第一步是確定列舉對象，一般選擇比較熟悉和常見的，進(jìn)行改進(jìn)與創(chuàng)新可獲得明顯效益的；第二步分析所選對象的各類特點(diǎn)，如缺點(diǎn)、希望點(diǎn)等，并一一列舉出來；第三步則從列舉的問題出發(fā)，運(yùn)用自己所熟悉的各種創(chuàng)新

30、技法進(jìn)行具體的改進(jìn)，解決所列出的問題。(8)集智法集智法是指集中大家智慧，并激勵(lì)智慧，進(jìn)行創(chuàng)新。該種技法是一種群體操作型的創(chuàng)新技法。不同知識結(jié)構(gòu)、不同工作經(jīng)歷、不同興趣愛好的人聚集在一起分析問題、討論方案、探索未來時(shí)一定會在感覺和認(rèn)知上產(chǎn)生差異，而正是這種差異會形成一種智力互激、信息互補(bǔ)的氛圍，從而可以很有效地實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新效果。以上介紹了8種創(chuàng)新技法，在具體運(yùn)用時(shí)，可以分別使用，但實(shí)際上這些技法往往聯(lián)起來應(yīng)用。創(chuàng)新的例子還有很多，然而，我們一味說的創(chuàng)新并不是盲目的脫離實(shí)際去空想主義。 愛迪生大概稱得上是創(chuàng)新者的鼻祖了，他素以高效創(chuàng)新而著稱。事實(shí)上，若論名言警句，創(chuàng)新者或許大多會引用他說過的這樣一段

31、話：“我做的任何一件有價(jià)值的事情都非偶然，我所有的發(fā)明創(chuàng)造也并非出于巧合，而是來源于辛勤的工作?！睈鄣仙睦锖芮宄l(fā)現(xiàn)碳絲作為白熾燈的發(fā)光材料絕非偶然。這一切浸透了他和助手整整一年的心血，對各種材料進(jìn)行了幾百次的試驗(yàn)。創(chuàng)新源于個(gè)別敢吃螃蟹的人。在目前迫求個(gè)性化的時(shí)代中，生產(chǎn)的規(guī)模均以單件化、中小批量為主，這就要求機(jī)械產(chǎn)品或者有很強(qiáng)的柔性，或者種類極大豐富，因而擺在設(shè)計(jì)師面前的任務(wù)就是要實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，唯有這樣才能增強(qiáng)產(chǎn)品的市場能力。機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)雖然大多遵循同樣的設(shè)計(jì)過程，但機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)的全過程中不僅僅是重復(fù)和模仿，更要求設(shè)計(jì)者在新成果的基礎(chǔ)上，敢于懷疑，有所

32、突破，充分發(fā)揮創(chuàng)造力和想象力，利用已有的理論、原理、方法、技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新構(gòu)思，使產(chǎn)品具有更強(qiáng)的競爭力。42 機(jī)械創(chuàng)新性設(shè)計(jì)實(shí)例分析對機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的實(shí)例的分析，可以清楚地看的出對機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用對機(jī)械工程的深刻影響。(1) 虎鉗的快速夾緊機(jī)構(gòu)圖4-1 虎鉗的快速夾緊機(jī)構(gòu)如圖4-1所示為一種快速夾緊，它可以提高虎鉗夾持工件的效率。這種快速夾緊機(jī)構(gòu)采用了一對具有相同曲面的轉(zhuǎn)動凸輪和固定凸輪，手柄轉(zhuǎn)動凸輪快進(jìn)到預(yù)定位置。然后，螺旋機(jī)構(gòu)進(jìn)行夾緊，虎鉗的鉗口位置可以借助夾壓間距調(diào)節(jié)手輪進(jìn)行調(diào)節(jié)，以適宜不同的材料厚度，同時(shí)也可調(diào)整夾緊力，該機(jī)構(gòu)可用作銑床、鏜床、裝配夾具等的夾壓機(jī)構(gòu)，是一種夾緊力調(diào)節(jié)簡單

33、的快速夾緊裝置。該裝置利用機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法中的類比法。(2) 無死點(diǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)滑塊為主動件時(shí)，機(jī)構(gòu)有死點(diǎn)出現(xiàn)。如何構(gòu)思一個(gè)無死點(diǎn)機(jī)構(gòu)？若采用圖4-2(a)所示結(jié)構(gòu)形式，則無死點(diǎn)出現(xiàn)。再如蒸汽機(jī)動力設(shè)備是90°開式雙汽缸結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)果也可避開死點(diǎn)（圖4-2（b）。 圖4-2(a) 無死點(diǎn)出現(xiàn) 圖4-2(b) 可避開死點(diǎn) 圖4-3所示為一種巧妙的無死點(diǎn)機(jī)構(gòu)，其巧妙之處是，滑板與活塞桿相連接，利用滑板上的曲線形長孔及與之配合的曲柄銷驅(qū)動曲柄輪轉(zhuǎn)動，在曲柄銷的左右死點(diǎn)位置上，由于滑板的曲線形長孔的斜面與曲柄銷接觸，所以就能消除一般曲柄機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)問題。曲線形長孔的傾斜方向

34、確定了曲柄軸的旋轉(zhuǎn)方向。該機(jī)構(gòu)利用了創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法中的換元法。 圖4-3 無死點(diǎn)機(jī)構(gòu)圖4-4 深孔鉆床進(jìn)刀裝置(3) 深孔鉆床進(jìn)刀裝置鉆深孔是一件較麻煩的工作。圖4-4所示為深孔鉆床進(jìn)刀裝置，該裝置在一次鉆孔的自動循環(huán)中能多次進(jìn)刀和退刀。在每次進(jìn)刀終了時(shí)，鉆頭就自動退離工件并排出鐵屑。然后，鉆頭又在動力系統(tǒng)的作用下快速回到切削位置。鉆頭的進(jìn)給和快速移動，分別由電動機(jī)a和b通過齒輪系驅(qū)動螺桿來完成。在每次完成鉆削進(jìn)刀量以后，進(jìn)給電動機(jī)a就反轉(zhuǎn)，同時(shí)，電動機(jī)b則在轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)（沒畫出）的作用下啟動，使鉆頭快速退出工件。與此同時(shí)，電磁離合器d被結(jié)合，使螺桿c通過渦輪系統(tǒng)而驅(qū)動凸輪e轉(zhuǎn)動。當(dāng)鉆頭快速移動到終端時(shí)，由一機(jī)構(gòu)（沒畫出）使進(jìn)給電動機(jī)a停止，且使電動機(jī)b反轉(zhuǎn)。這樣，鉆頭就快速移向工件，此時(shí)凸輪e以相反的方