《創(chuàng)新學》課程論文封面 機械工程中的創(chuàng)新設計 學生姓名： 王思文 指導教師： 施培智 專業(yè)班級： 自動化115 學 號： 1666110419 學 院： 機電與車輛工程學院 學年學期： 2011至2012學年第二學期 第 16 頁 共 18頁 摘要 本論文通過對常規(guī)性設計與創(chuàng)新設計的基本形式、區(qū)別、特征和設計原則的分析與對比，對機械創(chuàng)新性設計有初步的認識。然后對創(chuàng)新性設計作一些具體的認知，如首先對創(chuàng)新性設計思維的概念、類型、思維過程、思維特征等的了解的基礎上，再對機械創(chuàng)新性設計的技術特征設計過程深入的了解。機械工程中的創(chuàng)新設計理論研究了創(chuàng)新的具體方法和結構。發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新的過程中要不斷發(fā)現(xiàn)、探索、想象；要敢于做第一個吃螃蟹的人。分析了機械創(chuàng)新設計過程中應用的技法。如換元法、窮舉法、組合法等。發(fā)現(xiàn)不同的技法能創(chuàng)新出不同的設計，也發(fā)現(xiàn)可以把不同的技法綜合在一起創(chuàng)新出組合設備。最后進行一些創(chuàng)新性設計的實例的分析，結果表明機械創(chuàng)新性設計(MCD)能給人類的進化帶來很大的進步，如果能把人們的有創(chuàng)新付諸實施，那么將會快速推動人類社會迅猛發(fā)展。 關鍵詞：創(chuàng)新； 機械工程； 設計 前言 在機械系統(tǒng)中，無論是確定技術原理、技術過程或者確定機器系統(tǒng)的功能結構、工作原理、結構布局以至具體零件的尺寸、形狀、制造方法等等，都有個求解的問題。所謂求解，就是尋求消除不足之處，達到希望的結果或性能。而創(chuàng)造性設計方法就是提出新方案，探求新解法，它是提高設計質(zhì)量，開發(fā)創(chuàng)新產(chǎn)品的重要基礎。機械創(chuàng)新設計不斷為機械生產(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。機械創(chuàng)新設計是一個永遠不過時的課題，創(chuàng)新是不斷變化發(fā)展的，需要不斷去的去經(jīng)歷實踐生產(chǎn)的檢驗。愛因斯坦曾說過：“想象力比知識更重要，現(xiàn)實世界只有一個，而想象力卻可以創(chuàng)造千百個世界”。 1 常規(guī)性設計與創(chuàng)新性設計 人類從事任何有目的的活動前都要有所構思或謀劃便是廣義的設計。工程設計是廣義設計在工程技術領域中的特有表現(xiàn)。工程設計按其性質(zhì)可分為常規(guī)性設計與創(chuàng)新型設計。 1．1 簡述常規(guī)性設計與創(chuàng)新性設計的區(qū)別 常規(guī)性設計以成熟結構為基礎，運用常規(guī)方法進行產(chǎn)品設計。常規(guī)性設計在生產(chǎn)過程中不能充分利用各種資源，也很難取得很高的經(jīng)濟效益。而創(chuàng)新性設計卻能充分做物盡其用，減少資源的浪費，降低生產(chǎn)成本，經(jīng)濟效益就比傳統(tǒng)的常規(guī)性設計的效益要高。 創(chuàng)新設計是在設計中采用新的技術手段、技術原理和非常常規(guī)的方法進行設計，以滿足市場需求，提高產(chǎn)品的競爭能力。高新技術產(chǎn)品的生產(chǎn)大都具有小批量、多品種、多規(guī)格、生產(chǎn)工藝復雜、工作條件或環(huán)境特殊等特點，因而對一些高新技術機械產(chǎn)品的設計往往不能沿用傳統(tǒng)產(chǎn)品設計的老一套方法，需要有針對性地進行創(chuàng)新性設計。創(chuàng)新性設計強調(diào)技術要素、才能要素、方法要素。創(chuàng)新設計體現(xiàn)了人們依據(jù)社會需要，運用科學技術原理，創(chuàng)造性地構思產(chǎn)品的完整思維過程。是設計構思的高智商思維活動 1．2 常規(guī)性設計和創(chuàng)新設計的基本形式的概述 常規(guī)性設計形式主要有理論設計、經(jīng)驗設計、模型試驗設計三種。 理論設計是根據(jù)長期研究與實踐總結出來的設計理論和實驗數(shù)據(jù)所進行的設計。理論設計的計算過程分為設計計算和核對計算兩部分。前者是按照已知的運動要求，載荷情況及零、部件的材料特性等，運用一定的理論公式設計零、部件尺寸和形狀的計算過程。設計計算多用于能通過簡單的力學模型進行設計的零、部件，如：轉(zhuǎn)軸的強度、剛度計算等；后者是指，先根據(jù)類比法，實驗法等其它方法初步定出零、部件的尺寸和形狀；再用理論公式進行精確校核的計算過程，它多用于結構復雜，應力分布較復雜，但又能用現(xiàn)有的應力分析法（以強度為設計準則）或變形分析法（以剛度為設計準則時）進行計算的場合。理論設計可得到比較精確而可靠的結果，重要的零、部件大都選擇這種方法。 經(jīng)驗設計是根據(jù)對某些零、部件已有的設計與使用實踐而歸納出的經(jīng)驗關系式，或根據(jù)設計者本人的工作經(jīng)驗用類比的方法所進行的設計叫做經(jīng)驗設計。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、高級的理論設計的零、部件。這對那些使用要求不大變動而結構形狀已典型化的零件，是很有效的設計方法。例如箱體、機架、傳動零件的各結構要素等。 模型實驗設計是把初步設計的零、部件或機器，做成小模型或小尺寸樣機，經(jīng)過實驗手段對其各個方面的特性進行檢驗，根據(jù)實驗結果對設計進行逐步的修改，從而達到完善。這樣的設計過程接叫做模型實驗設計。對于一些尺寸巨大而結構又很復雜的重要零件，尤其是一些重型整體機械零件，為了提高設計的可靠性，則可采用模型實驗設計的方法。這個設計方法費時、昂貴，因此只用于特別重要的設計中。例如：新型、重型設備及飛機的機身，新型艦船的船體等。 創(chuàng)新性設計方法是以研究產(chǎn)品設計為對象的科學。它以電子計算機為手段運用工程設計的新理論和新方法，使計算結果達到最優(yōu)化，使設計過程實現(xiàn)高效化和自動化。創(chuàng)新性設計方法是研究產(chǎn)品設計方法的綜合類科學，它涉及的科學范圍非常廣泛，是多學科交叉融合的產(chǎn)物，是人們把相關科學技術綜合應用于設計領域的產(chǎn)物。而其中一個具體的設計方法同樣也是若干學科的交叉與融合。例如優(yōu)化設計方法是數(shù)學規(guī)劃的方法與計算機編程的有機結合。常用的創(chuàng)新性設計形式有集體集智法、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。 1．3 常規(guī)性設計與創(chuàng)新性設計的特征與原則 無論常規(guī)性設計，還是創(chuàng)新性設計。機械系統(tǒng)設計，一般具有三個基本特征。 (1) 約束性 機械系統(tǒng)設計是在多種因素的限制和約束下進行的，其中包括科學、技術、經(jīng)濟等發(fā)展狀況和水平的限制，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。這些限制合要求構成了一組邊界條件，形成了設計人員進行謀劃和構思的“設計空間”。 (2)多解性 一般來說，解決同一技術問題的辦法是多種多樣的，要滿足一定目的的設計方案通常也并不唯一的，任何設計對象本身都是包括各種因素構成的功能系統(tǒng)，其參數(shù)的選擇、尺寸的確定、結構形式的構思等都有很強的可選擇性，有很大的思維空間。 (3)相對性 設計結論或結果都是相對準確的，而不是絕對完備的。比如，利用優(yōu)化技術對某一系統(tǒng)進行求解，其結果也只是近似的，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，其結果都會有差異。同時，設計者還會經(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計工作增加了難度，加上事先難以預料的影響，使得設計者在對設計方案的選擇和判定時，只能做到一定條件下的相對滿意和最佳。 所有的機械創(chuàng)新設計都是在遵守機械設計原則的基礎上的升華，機械創(chuàng)新性原則在機械設計方面起到了規(guī)范和指導的作用。 機構形式的設計方面，要做到機構盡可能簡單。機構運動鏈盡量簡短，完成同樣的運動要求，應優(yōu)先選用構件數(shù)和運動副數(shù)最少的機構，這樣可以簡化機器的構造，從而減輕重量、降低成本。在基本機構中，高副機構只有3個構件和3個運動副，低副機構則至少有4個構件和4個運動副。因此，從減少構件數(shù)和運動副數(shù)，以及設計簡便等方面考慮，應優(yōu)先采用高副機構。執(zhí)行機構的形式與原動機的形式密切相關，不要局限于選擇傳統(tǒng)的電動機傳動方式，要適當?shù)倪x擇原動機。盡量縮小機構的尺寸，在相同的傳動比情況下，周轉(zhuǎn)輪系減速器的尺寸和重量比普通定軸輪系減速器要小得多。在連桿機構和齒輪機構中，也可以利用齒輪傳動時節(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構尺寸。在保證以上原則的同時，還要是機構具有較好的動力學特征，要盡可能選擇傳動角較大的機構，以提高機器的傳動效益，減少功耗。采用對稱布置的機構，對于高速轉(zhuǎn)動的機構，其作往復運動和平面一般運動的構件，以及偏心的回轉(zhuǎn)構件的慣性力和慣性力矩較大，在選擇機構時應盡可能考慮機構的對稱性，以減少運動過程中的動載荷和振動；采用增力機構，對于執(zhí)行構件行程不大，而短時克服工作阻力很大的機構（如沖壓機械中的主機構），應采用“增力”的方法，即有瞬時較大機 2 創(chuàng)新性設計思維與內(nèi)涵 機械創(chuàng)新設計是人類創(chuàng)造活動領域的具體領域，需要設計者對創(chuàng)造性思維的類型、思維過程和特征等有所掌握和了解。 2．1 創(chuàng)新性設計思維的概念及類型 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、信息和素材等要素，在大腦思維反應場中激活后，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)造性思維是新穎獨到的信息加工藝術，是人腦的各種思維活動形式和思維活動的各個要素之間相互協(xié)同進行的有機結合的高級整體過程創(chuàng)造性思維不同于在設計領域常用的邏輯思維，其主要在于創(chuàng)造性思維有創(chuàng)造想象的參與，而且，邏輯思維是一維的，具有單向性和單解性的特點，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，它更加強調(diào)直觀、聯(lián)想、幻想和靈感。所以創(chuàng)新設計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合體，把握創(chuàng)造性思維的關鍵是在認識不同思維類型的特點和功用的基礎上，進行思維的辯證組合與綜合運用。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，擴散出兩個或多個可能的答案、設想或解決方式。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，對所思考的問題標新立異，達到“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是獲得盡可能多，盡可能新，盡可能獨創(chuàng)的，前所未有的設想、方法、形式、思路、解法和可能性。它為機械創(chuàng)新設計提供了多種可能。 (2) 聚合型思維 聚合型思維就是以某個思考對象為軸，從不同的方向和不同的角度，將思維指向這個中心點以供選擇，達到解決問題的目的。也就是從眾多的信息中確認一個自認為最佳的或最好的方案。聚合型思維要求思維具有概括性、及時性、正確性，聚合型思維能力的高低，取決于一個人的分析、綜合、抽象、概括和判斷推理能力強弱。 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。任何一個機械創(chuàng)新設計都必然從發(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，直到解決問題，或創(chuàng)造性思維形成。“多謀善斷”的成語就說明這個道理，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)散運動過程，后者體現(xiàn)了“去粗取精”、“去偽存真”的聚合運動過程。發(fā)散型思維和聚合型思維是一個辨證統(tǒng)一的過程，創(chuàng)造性思維的全過程都是為了達到創(chuàng)造、創(chuàng)新的目的，從種種設想中找出最佳的解決方案。 (3) 靈感思維 靈感是指經(jīng)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)的獨創(chuàng)性的意念或設想。它是人們的創(chuàng)造活動達到高潮后出現(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)”。柏拉圖認為：這是神性著魔，是人與神的溝通!其實，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。作為機械設計工作者更應注重靈感開發(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礎上進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)實為基礎，高度概括性和形象性及重新組合與再創(chuàng)造等特點。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!可見想象有時比知識更重要，想象推動著社會進步，科學發(fā)展，并且是知識進化的源泉。沒有想象的機械創(chuàng)新設計是不可想象的，用想象力形成創(chuàng)新成果已成為對現(xiàn)代機械設計人員必然要求。 2．2 創(chuàng)新性設計思維的過程 當要對機械零部件提出一些創(chuàng)新性設計或做一些其它的創(chuàng)新性設計工作，一般要經(jīng)歷一下的創(chuàng)新性思維過程。 (1) 準備階段 準備階段的過程是發(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→繼續(xù)收集資料→從事試驗或研究→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；若問題復雜，可能要經(jīng)歷多次失敗的探求;當阻力很大時，則中斷思維，但潛意識仍在大腦深層活動，等待時機。 (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。 該階段的作用機制比較復雜，一般認為是與長期醞釀所積蓄的思維能量有關。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) 驗證階段 驗證階段表明創(chuàng)造性思維不僅注重形式上標新立異，內(nèi)容上也要求精確可靠。 2．3 創(chuàng)新性設計思維的特征 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 開放性主要是針對封閉性而論的。封閉性思維是指于習慣于從已知經(jīng)驗和知識中求解，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 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，是獨具卓識的思維。 (3) 創(chuàng)新思維具有突發(fā)性的特點 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)過反復思考和逐步分析，而對問題的答案做出合理的猜測、設想，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)造性思維活動達到的一個必然階段。 (4) 創(chuàng)新思維是邏輯與非邏輯思維有機結合的產(chǎn)物 邏輯思維是一種線性思維模式。它具有嚴謹?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 機械創(chuàng)新性設計技術特征與設計過程 創(chuàng)新設計技術是解決創(chuàng)新設計問題的創(chuàng)意藝術，是人們對創(chuàng)新性思維和創(chuàng)造理論加以具體化應用的技巧。 3．1 機械創(chuàng)新性設計技術特征 機械創(chuàng)新設計技術具有以下獨具的特點，對其特征的了解可以幫助我們正確的對待機械創(chuàng)新設計技術的看法，對設計的創(chuàng)新設計起到一定的規(guī)范和引導的作用。 (1) 獨創(chuàng)性 創(chuàng)新設計不是單獨的重復和模仿，而是在自己、前人或他人已經(jīng)獲得的研究成果基礎上新擴展、新開拓。它所追求的是新奇、新穎、獨特和非重復性的結果，有敢于懷疑、突破框框、敢于破陳規(guī)、獨具卓識的思維。 (2) 綜合性 善于進行綜合思維，把已有的概念、事實、信息通過巧妙的結合，形成新的成果。 (3) 人為的目的 任何形式的創(chuàng)新設計,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) 社會價值性 創(chuàng)新必須體現(xiàn)為一定的價值，作為工程技術人員，技術發(fā)明和工程技術設計創(chuàng)造的價值主要看其經(jīng)濟價值以及是否具有實用性、有效性、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。 3．2 機械創(chuàng)新性設計技術的設計過程 機械創(chuàng)新設計的設計過程是對創(chuàng)新思維的利用的發(fā)展和延伸。 圖3-1所示為中國的技術專家提出的機械創(chuàng)新設計的一般過程， 圖3-1 機械創(chuàng)新設計的一般過程 （1） 確定(選定或發(fā)明)機械的基本原理:它可能涉及機械學的對象的不同層次、不同類型的機構組合，或不同學科知識和技術的問題； （2） 機構結構類型綜合及優(yōu)選:優(yōu)選的結構類型對機械整體性能和經(jīng)濟性具有重大影響，它多伴隨新機構的發(fā)明。機械發(fā)明專利的大部分屬于結構類型的創(chuàng)新設計。因此，結構類型綜合及其優(yōu)選是機械設計中最富有創(chuàng)造性、最有活力的階段，但又是十分復雜和困難的問題。它涉及到設計者的知識(廣度與深度)、經(jīng)驗、靈感和想象力等方面，成為多年來困擾機構學研究者的主要問題之一。 （3） 機構運動尺寸綜合及其運動參數(shù)的優(yōu)選:其難點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)學方法陸續(xù)引人機構學，使這個問題取得了突破性進展。 （4） 機構動力學參數(shù)綜合及其動力參數(shù)優(yōu)選:其難點是動力參數(shù)盈大、參數(shù)值變化域廣的多維非線性動力學方程組的求解，這是急待深人研究的課題。機構動力學參數(shù)綜合及其動力參數(shù)優(yōu)選:其難點是動力參數(shù)盈大、參數(shù)值變化域廣的多維非線性動力學方程組的求解，這是急待深人研究的課題。 完成以上所述機械工作原理、結構學、運動學、動力學分析與綜合的4個階段，便可形成機械設計的優(yōu)選方案。然后，就可以進人機械結構創(chuàng)新設計階段。主要解決基于可靠性、工藝性、安全性、摩擦學的結構設計問題。 機械創(chuàng)新設計的特點:① 涉及多學科，如機械、液壓、電力、氣動、熱力、電子、光電、電磁及控制等多學科技的交叉、滲透與融合。③ 設計過程中相當部分工作是非數(shù)據(jù)性、非計算性的，必須依命在知識和經(jīng)驗積累基礎上的思考、推理、判斷，以及創(chuàng)造性發(fā)散思維(靈感、形象的突發(fā)性思維)相結合的方法。③ 盡可能在較多方案中進行方案優(yōu)選。即在大型空間設計內(nèi)，基于知識、經(jīng)驗、靈感與想象力的系統(tǒng)中搜索并優(yōu)化設計方案。④ 創(chuàng)新設計是多次反復、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，是一個整體的系統(tǒng)設計。 4 機械創(chuàng)新性設計技術方法與實例 機械創(chuàng)新性設計技術的應用不是憑空的想象，它只有應用于生產(chǎn)和生活中才能充分發(fā)揮創(chuàng)新性思維的社會價值，美化生活。 4．1 機械創(chuàng)新性設計方法 每一項重大的創(chuàng)新設計都對推動了社會發(fā)展，尤其是機械創(chuàng)新設計推動社會的工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展。無論那一項創(chuàng)新設計都有其方法可循，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儀器，有目的、有計劃地對研究對象進行反復細致的觀察，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、并與之有共同點的某一事物進行對照和比較，從比較中找到它們的相似點或不同點，并進行邏輯推理，在同中求異或異中求同中實現(xiàn)創(chuàng)新。 (3) 移植法 移植法是指借用某一領域的成果，引用、滲透到其他領域，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)，進而聯(lián)想進行創(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技術、事物、產(chǎn)品、材料等進行有機的組合，以產(chǎn)生新的事物或成果的創(chuàng)新技法。磁半導體發(fā)明者，日本科學家菊池誠說;“我認為發(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進行組合”。據(jù)統(tǒng)計，在現(xiàn)代技術開發(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)明的復印機，曾采用化學方法進行多次實驗，結果屢次失敗。后來他變換了研究方向，探索采用物理方法，即光電效應，終于發(fā)明了靜電復印機，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。即在創(chuàng)新活動中，追根尋源找到事物的原點，再從原點出發(fā)尋找各種解決問題的途徑。實際上，任何事物都有其創(chuàng)造的起點和原點。創(chuàng)造的原點是惟一的，創(chuàng)造的起點則可很多。創(chuàng)造的原點可作為創(chuàng)造的起點，但創(chuàng)造的起點卻不能作為創(chuàng)造的原點。以研制洗衣機為例，為減輕人的勞動開始著手洗衣機的研究，首先想到的是如何代替手搓、腳踩、板揉和捶打，結果導致了研究問題的復雜性，使創(chuàng)新活動受阻。實際上將問題返回到原點，則是分離問題，即將污物與衣物分離。從原點出發(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，如機械分離、物理分離、化學分離等等，就可以創(chuàng)新出基于不同工作原理的各類洗衣機。 (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。列舉法將問題逐一列出，將事物的細節(jié)全面展開，使人們?nèi)菀渍业絾栴}的癥結所在，從各個細節(jié)人手探索創(chuàng)新途徑。列舉法一般分三步進行，第一步是確定列舉對象，一般選擇比較熟悉和常見的，進行改進與創(chuàng)新可獲得明顯效益的；第二步分析所選對象的各類特點，如缺點、希望點等，并一一列舉出來；第三步則從列舉的問題出發(fā)，運用自己所熟悉的各種創(chuàng)新技法進行具體的改進，解決所列出的問題。 (8)集智法 集智法是指集中大家智慧，并激勵智慧，進行創(chuàng)新。 該種技法是一種群體操作型的創(chuàng)新技法。不同知識結構、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、探索未來時一定會在感覺和認知上產(chǎn)生差異，而正是這種差異會形成一種智力互激、信息互補的氛圍，從而可以很有效地實現(xiàn)創(chuàng)新效果。 以上介紹了8種創(chuàng)新技法，在具體運用時，可以分別使用，但實際上這些技法往往聯(lián)起來應用。 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話：“我做的任何一件有價值的事情都非偶然，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?，發(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，對各種材料進行了幾百次的試驗。創(chuàng)新源于個別敢吃螃蟹的人。在目前迫求個性化的時代中，生產(chǎn)的規(guī)模均以單件化、中小批量為主，這就要求機械產(chǎn)品或者有很強的柔性，或者種類極大豐富，因而擺在設計師面前的任務就是要實現(xiàn)機械產(chǎn)品的創(chuàng)新設計，唯有這樣才能增強產(chǎn)品的市場能力。機械創(chuàng)新設計和傳統(tǒng)設計雖然大多遵循同樣的設計過程，但機械創(chuàng)新設計要求設計者在設計的全過程中不僅僅是重復和模仿，更要求設計者在新成果的基礎上，敢于懷疑，有所突破，充分發(fā)揮創(chuàng)造力和想象力，利用已有的理論、原理、方法、技術進行創(chuàng)新構思，使產(chǎn)品具有更強的競爭力。 4．2 機械創(chuàng)新性設計實例分析 對機械創(chuàng)新設計的實例的分析，可以清楚地看的出對機械創(chuàng)新設計方法的應用對機械工程的深刻影響。 (1) 虎鉗的快速夾緊機構 圖4-1 虎鉗的快速夾緊機構 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。這種快速夾緊機構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)動凸輪快進到預定位置。然后，螺旋機構進行夾緊，虎鉗的鉗口位置可以借助夾壓間距調(diào)節(jié)手輪進行調(diào)節(jié)，以適宜不同的材料厚度，同時也可調(diào)整夾緊力，該機構可用作銑床、鏜床、裝配夾具等的夾壓機構，是一種夾緊力調(diào)節(jié)簡單的快速夾緊裝置。該裝置利用機械創(chuàng)新設計方法中的類比法。 (2) 無死點機構的設計 在曲柄滑塊機構中，當滑塊為主動件時，機構有死點出現(xiàn)。如何構思一個無死點機構？ 若采用圖4-2(a)所示結構形式，則無死點出現(xiàn)。再如蒸汽機動力設備是90°開式雙汽缸結構，這樣的結果也可避開死點（圖4-2（b））。 圖4-2(a) 無死點出現(xiàn) 圖4-2(b) 可避開死點 圖4-3所示為一種巧妙的無死點機構，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構的死點問題。曲線形長孔的傾斜方向確定了曲柄軸的旋轉(zhuǎn)方向。該機構利用了創(chuàng)新設計方法中的換元法。 圖4-3 無死點機構 圖4-4 深孔鉆床進刀裝置 (3) 深孔鉆床進刀裝置 鉆深孔是一件較麻煩的工作。圖4-4所示為深孔鉆床進刀裝置，該裝置在一次鉆孔的自動循環(huán)中能多次進刀和退刀。在每次進刀終了時，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。 鉆頭的進給和快速移動，分別由電動機A和B通過齒輪系驅(qū)動螺桿來完成。在每次完成鉆削進刀量以后，進給電動機A就反轉(zhuǎn)，同時，電動機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，電磁離合器D被結合，使螺桿C通過渦輪系統(tǒng)而驅(qū)動凸輪E轉(zhuǎn)動。當鉆頭快速移動到終端時，由一機構（沒畫出）使進給電動機A停止，且使電動機B反轉(zhuǎn)。這樣，鉆頭就快速移向工件，此時凸輪E以相反的方向轉(zhuǎn)動。當凸輪E回到其原來的正常位置時，凸輪E使開關F動作，使電動機B停止，同時離合器D脫開。這時，進給電動機A又被重新啟動，以進行下一次的鉆削。 由于進給電動機A在鉆頭向工件快速趨近時不轉(zhuǎn)動，所以當電動機B停止時，能保證鉆頭的前端與工件前一次鉆削的孔底之間存在一個小的間隙。這樣，就不會出現(xiàn)鉆頭快速移動的過進給而造成損壞鉆頭的現(xiàn)象。該裝置利用機械創(chuàng)新設計方法中的組合法。 (4)六足爬行機器人結構設計 圖4-5 六足爬行結構簡圖 手爪——機器人行走的觸地部分，在結構設計上，采用了常用的球形足端。這種足端的作用及優(yōu)點是：能在觸地時始終保持有1點接觸，并且可以是足端的任意一點，不需要像平地足似的需要考慮具體的地形狀況，而且在行走時能適應其弧形軌跡。手腕的設計是為了避免機器人在行走過程中，由于機構設計的不完善導致的始終只有3腿觸地，其他3腿懸空的現(xiàn)象發(fā)生。加人手腕以后，驅(qū)動足下臂可以繞上臂的腕關節(jié)旋轉(zhuǎn)。在正常的行走時，機器人上下臂成1條直線，并保持不變。在2組腿要進行觸地交換時，正在觸地的1組腿將下臂繞腕關節(jié)旋轉(zhuǎn)收縮， 使重心下降，這時，2組腿開始著地，當1組腿離開地面后，腕關節(jié)再旋轉(zhuǎn)伸開，使上下臂成1條直線，如此循環(huán)下去。四桿機構的設計主要是為了確定足端運動軌跡。本文的4個連桿的設計為曲柄搖桿機構。將驅(qū)動足放置在搖桿上，使其在 平面內(nèi)做擺動。曲柄放置在傳動軸上，固定桿為機架和傳動軸的連線。該裝置利用機械創(chuàng)新設計方法中的換元法。 結 論 實際上，機械創(chuàng)新設計意味著艱苦而扎實的工作，而非異想天開所能解決的事。然而，這并不等于說企業(yè)對待員工的創(chuàng)造力要采取消極的態(tài)度。有創(chuàng)造力是一件好事，但要記住，創(chuàng)造力并非憑空妄想，而是一種行為的綜合，即以新穎、新奇的方法把幾種東西結合起來。創(chuàng)造力是為創(chuàng)新服務的，而無法代替創(chuàng)新本身。再有就是，要強調(diào)創(chuàng)新是一種艱苦的勞動。對于機械工程來說，創(chuàng)新性思維要應用到生產(chǎn)中，但不是妄想，要有足夠的專業(yè)知識積淀，機遇總是青睞有準備的人，擁有創(chuàng)造性的想法，要轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械創(chuàng)新設計成果，不斷實踐。創(chuàng)新性機械設計要積極地應用到社會生產(chǎn)中就會有很大的社會效益。 創(chuàng)新設計并非某人的突發(fā)奇想。在創(chuàng)新活動中，只有知識廣博、信息靈敏、理論功底深厚、實踐經(jīng)驗豐富的人，才易于在多學科、多專業(yè)的結合創(chuàng)新中和跳躍性的創(chuàng)造性思維中求較大的突破。────中國、郎加明著《創(chuàng)新的奧秘》第１１頁 。 參考文獻 [1]宗培言.從東華.機械工程概論.北京.機械工業(yè)出版社.2001 [2]楊家軍.機械系統(tǒng)創(chuàng)新設計.武漢.華中科技大學出版社.2000 [3]黃春穎.機械創(chuàng)新設計.北京.高等教育出版社.2000 [4]強建國.機械原理創(chuàng)新設計.北京.  華中科技大學出版社.2007 [5]高志.機械創(chuàng)新設計.北京.清華大學出版社.2008