常規(guī)現(xiàn)代創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法的比較

1、常規(guī)、現(xiàn)代與創(chuàng)新設(shè)計(jì) 【摘要】 機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械工程的重要組成部分，設(shè)計(jì)水平的高低直接關(guān)系到產(chǎn) 品的質(zhì)量性能、研制周期和經(jīng)濟(jì)效益等。設(shè)計(jì)方法包括常規(guī)設(shè)計(jì)、現(xiàn)代設(shè)計(jì)、創(chuàng) 新設(shè)計(jì)，他們之間有區(qū)別，也有共同性。只有了解了三種設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)，并相 互配合運(yùn)用， 才能將機(jī)械設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品性能達(dá)到最高。本文通過(guò)生活中一些具體 的實(shí)例分析，闡述了三種設(shè)計(jì)給人們的生活帶來(lái)了巨大便利。 【關(guān)鍵詞】 常規(guī)設(shè)計(jì) ；現(xiàn)代設(shè)計(jì) ；創(chuàng)新設(shè)計(jì) 1.機(jī)械設(shè)計(jì)的三種方法的特點(diǎn): 在知識(shí)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的時(shí)代，創(chuàng)新是國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的基石，對(duì)于一個(gè)和國(guó) 家，一個(gè)民族而言，擁有持續(xù)的創(chuàng)新能力就意味著發(fā)展經(jīng)濟(jì)具有巨大的潛能。對(duì) 于機(jī)械專業(yè)設(shè)計(jì)

2、人員而言， 應(yīng)當(dāng)看到全球制造業(yè)面臨前所未有的挑戰(zhàn)， 縮短產(chǎn)品 開發(fā)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、增加產(chǎn)品的核心競(jìng)爭(zhēng)力已成為制造業(yè) 的共識(shí)。如何加強(qiáng)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)，挖掘創(chuàng)造性思維，顯得尤為重要。 1.1常規(guī)設(shè)計(jì)方法又稱傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其發(fā)展過(guò)程包含三個(gè)階段：（1）直覺設(shè)計(jì)階段 古代的設(shè)計(jì)是一種直覺設(shè)計(jì)。當(dāng)時(shí)人們或是從自然現(xiàn)象中直接得到啟示，或是全憑人的直觀感覺來(lái)設(shè)計(jì)制作工具。設(shè)計(jì)方案存在于手工藝人頭腦之中，無(wú)法記錄表達(dá)，產(chǎn)品也是比較簡(jiǎn)單的。直覺設(shè)計(jì)階段在人類歷史中經(jīng)歷了一個(gè)很長(zhǎng)的時(shí)期，17世紀(jì)以前基本都屬于這一階段。（2）經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段 隨著生產(chǎn)的發(fā)展，單個(gè)手工藝人的經(jīng)驗(yàn)或其頭腦中的構(gòu)思已很難滿足

3、這些要求。于是，手工藝人聯(lián)合起來(lái)，互相協(xié)作。一部分經(jīng)驗(yàn)豐富的手工藝人將自己的經(jīng)驗(yàn)或構(gòu)思用圖紙表達(dá)出來(lái)，然后根據(jù)圖紙組織生產(chǎn)。圖紙的出現(xiàn)，即可使具有豐富經(jīng)驗(yàn)的手工藝人通過(guò)圖紙將其經(jīng)驗(yàn)或構(gòu)思記錄下來(lái)，傳與他人，便于用圖紙對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分析、改進(jìn)和提高，推動(dòng)設(shè)計(jì)工作向前發(fā)展；還可滿足更多的人同時(shí)參加同一產(chǎn)品的生產(chǎn)活動(dòng)，滿足社會(huì)對(duì)產(chǎn)品的需求及提高生產(chǎn)率的要求。因此，利用圖紙進(jìn)行設(shè)計(jì)，使人類設(shè)計(jì)活動(dòng)由直覺設(shè)計(jì)階段進(jìn)入到經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段。（3）半理論半經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段 20世紀(jì)以來(lái)，由于科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論研究和實(shí)驗(yàn)研究得到加強(qiáng)，隨著理論研究的深入、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的積累，已形成了一套半經(jīng)驗(yàn)半理論

4、的設(shè)計(jì)方法。這種方法以理論計(jì)算和長(zhǎng)期設(shè)計(jì)實(shí)踐而形成的經(jīng)驗(yàn)、公式、圖表、設(shè)計(jì)手冊(cè)等作為設(shè)計(jì)的依據(jù)，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式、近似系數(shù)或類比等方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。依據(jù)這套方法進(jìn)行機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)，稱為傳統(tǒng)設(shè)計(jì)。1.2.現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的產(chǎn)生背景：近30年來(lái)，由于科學(xué)和技術(shù)迅速發(fā)展，對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)不斷深入，設(shè)計(jì)工作所需的理論基礎(chǔ)和手段有了很大進(jìn)步，特別是電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，對(duì)設(shè)計(jì)工作產(chǎn)生了革命性的突變，為設(shè)計(jì)工作提供了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)自動(dòng)或和精密計(jì)算的條件。例如CAD技術(shù)能得出所需要的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果資料、生產(chǎn)圖紙和數(shù)字化模型，一體化的CAD/CAM技術(shù)更可直接輸出加工零件的數(shù)控代碼程序，直接加工出所需要的零件，從而使人類設(shè)計(jì)

5、工作步入現(xiàn)代設(shè)計(jì)階段。此外，步入現(xiàn)代設(shè)計(jì)階段的另一個(gè)特點(diǎn)就是，對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)已不是僅考慮產(chǎn)品本身，并且還要考慮對(duì)系統(tǒng)和環(huán)境的影響；不僅要考慮技術(shù)領(lǐng)域，還要考慮經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益；不僅考慮當(dāng)前，還需考慮長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。例如，汽車設(shè)計(jì)，不僅要考慮汽車本身的有關(guān)技術(shù)問題，還需考慮使用者的安全、舒適、操作方便等。此外，還需考慮汽車的燃料供應(yīng)和污染、車輛存放、道路發(fā)展等問題?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法因時(shí)代的發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生。1.3創(chuàng)新設(shè)計(jì) 創(chuàng)新性設(shè)計(jì)是指充分發(fā)揮設(shè)計(jì)者的創(chuàng)造力，利用人類已有的相關(guān)科學(xué)技術(shù) 知識(shí)，進(jìn)行創(chuàng)新構(gòu)思，設(shè)計(jì)出具有新穎性的，創(chuàng)造性及實(shí)用性機(jī)械產(chǎn)品的一種實(shí) 踐活動(dòng)。創(chuàng)新設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)發(fā)揮創(chuàng)造性，提出新方案，提供新穎而且

6、獨(dú)特的設(shè)計(jì)。其 特點(diǎn)是運(yùn)用創(chuàng)造性思維，強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品的創(chuàng)新性和新穎性。 創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法分為智力 激勵(lì)法，提問追溯法，聯(lián)想類推法，返向探索法，系統(tǒng)分析法，組合創(chuàng)新發(fā)六種。 創(chuàng)新設(shè)計(jì)沒有局限性，創(chuàng)新成果是知識(shí)、智慧、勤奮和靈感的結(jié)合，生活中 一些看似很簡(jiǎn)單的機(jī)械都是機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的結(jié)果。2.對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)常規(guī)設(shè)計(jì)與現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的異同點(diǎn)如下：2.1傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)：傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是以經(jīng)驗(yàn)總結(jié)為基礎(chǔ)，運(yùn)用長(zhǎng)期設(shè)計(jì)實(shí)踐和理論計(jì)算而形成的經(jīng)驗(yàn)、公式、圖表、設(shè)計(jì)手冊(cè)等作為設(shè)計(jì)的依據(jù)，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式、近似系數(shù)或類比等方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)在長(zhǎng)期運(yùn)用中得到不斷完善和提高，是符合當(dāng)代技術(shù)水平的有效設(shè)計(jì)方法。分析傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，可以看出

7、傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的每一個(gè)環(huán)節(jié)都是依靠設(shè)計(jì)者用手工方式來(lái)完成的。首先憑借設(shè)計(jì)者直接的或間接的經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)類比分析或經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定方案，由于方案的擬定很大程度上取決于設(shè)計(jì)人員的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，即使同時(shí)擬定幾個(gè)方案，也難于獲得最優(yōu)方案。由于分析計(jì)算受人工計(jì)算條件的限制，只能用靜態(tài)的、近似的方法，參考數(shù)據(jù)偏重于經(jīng)驗(yàn)的概括和總結(jié)，往往忽略了一些難解或非主要的因素，因而造成設(shè)計(jì)結(jié)果的近似性較大，有時(shí)不符合客觀實(shí)際。此外，信息處理、經(jīng)驗(yàn)或知識(shí)的存儲(chǔ)和重復(fù)使用方面還沒有一個(gè)理想的有效方法，解算和繪圖也多用手工完成，這不僅影響設(shè)計(jì)速度和設(shè)計(jì)質(zhì)量的提高，也難以做到精確和優(yōu)化的效果。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)、技術(shù)與美學(xué)也未能做到很好的

8、統(tǒng)一，使設(shè)計(jì)帶有一定的局限性。這些都是有待于進(jìn)一步改進(jìn)和完善之處?？傊?，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是一種以靜態(tài)分析、近似計(jì)算、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)、手工勞動(dòng)為特征的設(shè)計(jì)方法。顯然隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展、生產(chǎn)技術(shù)的需要和市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)以及先進(jìn)設(shè)計(jì)手段的出現(xiàn)，這種傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法已難以滿足當(dāng)今時(shí)代的要求，從而迫使設(shè)計(jì)領(lǐng)域不斷研究和發(fā)展新的設(shè)計(jì)方法和技術(shù)。2.2現(xiàn)代設(shè)計(jì)的特點(diǎn)：現(xiàn)代設(shè)計(jì)是過(guò)去長(zhǎng)期的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)活動(dòng)的延伸和發(fā)展，是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的深入、豐富和完善。隨著設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，設(shè)計(jì)理論的發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，設(shè)計(jì)工作包括機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。為區(qū)別過(guò)去常用的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法，人們把這

9、些新興理論與方法稱為現(xiàn)代設(shè)計(jì)?！艾F(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)”就是以滿足市場(chǎng)產(chǎn)品的質(zhì)量、性能、時(shí)間、成本、價(jià)格綜合效益最有為目的，以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)為主體，以知識(shí)為依托，以多種科學(xué)方法及技術(shù)為手段，研究、改進(jìn)、創(chuàng)造產(chǎn)品活動(dòng)過(guò)程所用到的技術(shù)群體的總稱。現(xiàn)代設(shè)計(jì)不僅指設(shè)計(jì)方法的更新，也包含了新技術(shù)的引入和產(chǎn)品的創(chuàng)新。目前現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法所指的新興理論與方法主要包括優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)方法學(xué)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、有限元法、工業(yè)藝術(shù)造型設(shè)計(jì)、人機(jī)工程、并行工程、價(jià)值工程、反求工程設(shè)計(jì)、模塊化設(shè)計(jì)、相似性設(shè)計(jì)、虛擬設(shè)計(jì)、疲勞設(shè)計(jì)、三次設(shè)計(jì)、摩擦學(xué)設(shè)計(jì)、綠色設(shè)計(jì)等。2.3現(xiàn)代設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)系如下：繼承關(guān)系。

10、現(xiàn)代設(shè)計(jì)是過(guò)去長(zhǎng)期的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)活動(dòng)的延伸和發(fā)展，它繼承了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的精華，克服了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的一些不足。共存于突破的關(guān)系。設(shè)計(jì)方法的發(fā)展，都有著時(shí)序性、繼承性，兩種方法在一定時(shí)間內(nèi)還會(huì)共存。當(dāng)前的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法正處在發(fā)展之中，可以預(yù)見，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步必將有新的突破。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)以經(jīng)驗(yàn)、試湊、靜態(tài)、定性分析、手工勞動(dòng)為特征，導(dǎo)致設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，設(shè)計(jì)質(zhì)量差，設(shè)計(jì)費(fèi)用高，產(chǎn)品缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域中相繼出現(xiàn)了一系列新型理論與方法。這些新興理論與方法統(tǒng)稱為現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。2.4現(xiàn)代設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的比較：系統(tǒng) 方法 手段傳統(tǒng)設(shè)計(jì) 靜態(tài) 經(jīng)驗(yàn) 手工現(xiàn)代設(shè)計(jì) 動(dòng)態(tài) 科學(xué) 計(jì)算機(jī) 3.常規(guī)性設(shè)計(jì)

11、與創(chuàng)新性設(shè)計(jì)的特征與原則無(wú)論常規(guī)性設(shè)計(jì)、現(xiàn)代設(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(huì)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(lái)說(shuō)，解決同一技術(shù)問題的辦法是多種多樣的，要滿足一定目的的設(shè)計(jì)方案通常也并不唯一的，任何設(shè)計(jì)對(duì)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。

12、(3)相對(duì)性設(shè)計(jì)結(jié)論或結(jié)果都是相對(duì)準(zhǔn)確的，而不是絕對(duì)完備的。比如，利用優(yōu)化技術(shù)對(duì)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(huì)因人而異，也可能因條件而異，其結(jié)果都會(huì)有差異。同時(shí)，設(shè)計(jì)者還會(huì)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(duì)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對(duì)滿意和最佳。 總的來(lái)說(shuō)，常規(guī)設(shè)計(jì)方法是一切方法的基礎(chǔ)，現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法是在常規(guī)設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)上，提高設(shè)計(jì)效率，產(chǎn)品的可靠性和質(zhì)量的設(shè)計(jì)方法，創(chuàng)新設(shè)計(jì)的要素是強(qiáng)調(diào)創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)思維，其結(jié)果具有巨大效益。 創(chuàng)新設(shè)計(jì)與常規(guī)設(shè)計(jì)，現(xiàn)代設(shè)計(jì)相比，則更有獨(dú)創(chuàng)性，實(shí)用性，突破性，多向性，連動(dòng)性，突變性。獨(dú)創(chuàng)性體現(xiàn)為敢于提出與前人，眾人不同的見解，敢于打破一般思維的常規(guī)慣性，尋找更合理的新原理，新機(jī)構(gòu)，新功能，新材料，獨(dú)創(chuàng)性能使設(shè)計(jì)方案標(biāo)新立異，不斷創(chuàng)新。實(shí)用性體現(xiàn)在對(duì)市場(chǎng)的適應(yīng)性和可生產(chǎn)型兩方面。創(chuàng)新設(shè)計(jì)的突破性則是敢于克服心理上的慣性，從思維定式的框框中解脫出來(lái)，善于從新的技術(shù)領(lǐng)域中接受有用的事物，提出新原理，創(chuàng)造新模式，貢獻(xiàn)新方法，為工程技術(shù)問題打開新局面。多向性則表現(xiàn)為從不同的角度考慮問題，這是創(chuàng)新設(shè)計(jì)的重要特征。4. 實(shí)例展示：自行車的演變