对机械创新设计的几点思考
彭冬
武汉工业学院机械工程学院过控082班080304223
[摘要]论述了机械创新设计的概念、过程、特点及其步及的技术内容和方法。
[关键词]机械;创新;设计;思考
[引言]
在知识经济发展的时代, 创新是国家国民经济可持续发展的基石。全球科技与经济竞争的实质是人才的竞争, 而人才竞争在于创造力竞争。对于一个国家、一个民族而言, 拥有持续的创新能力和高素质的人力资源, 就意味着发展知识经济蕴藏着巨大的潜能。特别是对机械专业设计人员而言, 应当看到全球制造业面临前所未有的挑战, 缩短产品的开发周期、提高产品的质量、降低生产成本、增加产品的核心竞争力已成为制造业的共识。从目前我国机械设计的现状来看, 主要还是从事常规设计。而国外的一些先进工业国家, 则早已开始研究创新设计, 并已从原来固有的设计模式中走出来, 鼓励设计人员用新观点、新原理、新功能来设计出前所未有的产品。因而, 如何加强机械创新设计, 挖掘创造性思维, 就显得尤为重要。
机械创新设计和制造一般来说, 创新设计的过程大都是从形象思维开始, 然后经过逻辑推理和判断及相应的综合、分析与决策, 而产生设计方案然后进一步将设计具体化, 即建立新的机构、结构和机械系统等模型, 继之进行计算和技术细节的设计。
机械创新设计和制造不同于常规的机械设计, 是设计人员针对新的或预测的需求, 充分发挥设计者的创造力和智慧, 利用已有的相关科学理论、方法和原理, 进行新的构思、设计和制造出新颖、有创造性及实用性的机构或装置的实践活动。它包含改进机械产品的技术性能、可靠性、经济性和适用性, 还反映出和谐统一的技术美。它包含两个部分：一是改进完善生产或生活中现有的机械产品技术性能、可靠性、经济性、适用性。二是创造设计出新机器、新产品, 以满足新的生产和生活的需要。
机械创新设计过程机械创新设计的目标是由所要求的机械功能出发, 改进、完善现有机械或创造发明新机械实现预期的功能, 并使其具有良好的工作性能及经济效益。我国技术专家提出的机械创新设计的一般过程可分为四个阶段:根据设计任务及要求确定机械的基本原理、机械结构类型综合及优选、机构运动尺寸综合及其运动参数优选、机械运动学参数综合及其动力参数优选。完成上述四个阶段便形成了机械设计的优选方案, 而后进人机械结构创新设计阶段。机械创新设计与常规机械设计相比, 其过程没有多大差异, 但它主要强调人在设计过程中的主导性及创造性作用。
机械创新设计的特点：一是多门科学技术交叉、渗透、融合。二是部分工作为非数据性、非计算性的, 必须在知识和经验积累的基础上思考、推理及判断, 并运用创造性及发散思维的方法三是在知识、经验、灵感与想象力的系统中搜索并优化设计方案四是机械创新设计是多次反复、多级筛选的过程。每一设计阶段都有其特定内容及方法。但各阶段之间又密切相关, 形成一个整体的设计系统。
机械创新设计思维的概念是指突破原有的思维模式,重新组织已有的知识、经验、信息和素材等要素, 在大脑思维反应场中超速激活后, 提出新的方案或程序, 并创造出新的思维成果的思维方式。要创造, 首先要有创造性思维, 创造性思维是人类大脑的特有属性。创造性思维就是“想到别人没有想到的观念” , 创造性思维是新颖独到的信息加工艺术, 是人脑的各种思维活动形式和思维活动的各个要素之间相互协同进行的有机结合的高级整体过程。创造性思维不同于在设计领域常用的逻辑思维, 其主要在于创造性思维有创造想象的参与, 而且, 逻辑思维是一维的, 具有单向性和单解性的特点, 而创造性思维是一种立体思维, 通常没有固定的延伸方向, 它更加强调直观、联想、幻想和灵感, 所以创新设计不是靠逻辑推理出来的, 而是靠创造性思维的激发所产生的。
机械创造性思维的四大特征开放性是相对封闭性而言的，传统思维方式的封闭性只关心自己生活的狭小区域, 不去看或很少看他以外的广阔天地, 甚至画地为牢, 坐井观天在思考问题时, 封闭性思维习惯从已有的经验和知识中寻求自以为是的方案, 并且更乐于驾轻就熟, 接受过去所谓成功的办法, 封闭性思维容易造成信息堵塞, 思想呆滞, 使思路缺乏多样性和创造性, 这正是机械创新设计中的大忌。开放性思维的特点是把认识对象作为一个开放的系统来考虑, 注重研究系统与外部环境的关系, 以便更好地认识该对象及其发展规律。
所谓独创性思维是指具备与前人、众人不同的独特见解, 突破一般思维的常规惯例,提出新原理, 创造新模式, 贡献新方法。独创性思维具有求异性, 敢于向司空见惯的事物提出怀疑。敢于向传统的陈规陋习挑战, 敢于否定自己思想上的框框, 从新的角度分析问题,这是机械创新设计的前提条件。
多向性是指要善于从多种不同角度去思考问题, 对同一问题要从不同的角度探索尽可能多的解法和思路。多向性体现了思维方法的多样性和丰富的想象力。爱因斯坦说过“想象力比知识更重要, 现实世界只有一个, 而想象力却可以创造千百个世界” 。因而, 多向性思维是与创造力关系最密切的一种思维方式机械产品的多样性和创造性思维的多向性是分不开的。
自由性人工智能解放了人脑思维的部分机械劳动, 要求人们创造性地思考, 这是以思维的自由、独立为前提的。在当今瞬息万变、“ 知识膨胀” 的时代, 思维自由更是现代技术发展的客观需要。思维方式的自由性是遵循真理发展规律的自由思考和自由探索。科学思维的自由, 也就是不限定科学活动范围, 不用权力裁决科学成果, 允许科学工作者在真理的探索中自由地展开思维的翅膀。当然, 思维的自由性, 也要受到自然科学、社会和法律的制约。在机械设计工作中, 要想不断的取得创新的成果, 就必须根据创造性思维的特征, 自觉地培养自己的创造性思维能力。只要消除白身思想上的束缚, 自我突破并掌握正确的方法, 即能调动创造性而获得出乎意料的创造性成果。
机械创造性思维的基本形式是发散型思维。发散型思维就是在思维过程中通过所得到的若干概念的重新组合, 大胆地向四周辐射, 扩散出两个或更多可能的答案、设想或解决方式。发散型思维既无一定的方向, 也没有一定的范围。不易守成规, 不拘泥于传统方法, 对所思考的问题标新立异达到“ 海阔天空” 、“ 异想天开” 的境界。发放型思维能力的高低, 取决于知识面、想象力, 尤其是迁移能力。发散型思维具体表现形式有立体思维、多路思维、反向思维、相关思维、相似思维、求同思维、求异思维、替代思维等等。发散型思维所追求目标是获得尽可能多, 尽可能新尽可能独创的, 前所未有的设想、方法、形式、思路、解法和可能性。它为机械创新设计提供了多种可能。
聚合型思维就是以某个思考对象为轴,从不同的方向和不同的角度, 将思维指向这个中心点以供选择, 达到解决问题的目的。也就是从众多的信息中确认一个自认为最佳的或最好的方案。聚合型思维要求思维具有概括性、及时性、正确性。聚合型思维能力的高低, 取决于一个人的分析、综合、抽象、概括和判断推理能力强弱。发散型思维和综合型思维都是创造性思维的重要组成部分,两者互相联系, 密不可分。任何一个机械创新设计都必然从发散思维到聚合思维, 再从聚合思维到发散思维, 多次循环往复直到解决问题, 或创造性思维形成灵感。思维灵感是指经过长期的思考和探索之后,受某种现象的启发在头脑中突然闪现的独创性的概念或设想，它是人们的创造活动达到高潮后出现的一种最有创造性思维的智能状态。灵感是思维的迅速升华与高级浓缩,是过程的省略灵感既是一种思维形式, 又是大脑加工信息的一种高层次功能。许多科学发现, 新产品问世都是通过灵感思维活动创造出来的。作为机械设计工作者更应注重灵感开发,得到灵感的帮助而大大提高创造、创新能力。
想象思维是一种抽象的形象思维活动, 想象可以是非理性的凭空想象, 也可以是理性的在已有确定性基础上进行孟新组合或部分更新性质的想象。想象思维具有以客观现实为基础,高度概括性和形象性及重新组合与再创造等特点。想象是人类思维之树上最美丽、神奇的花朵没有想象就没有创造, 创造离不开想象,想象是创造的精髓。机械创新设计方法机械创新设计常用到以下方法智力合成法一种发挥集体智慧的方法。通过集体讨论的形式, 发散和激励创新思维。讨论时应相互启发激励取长补短, 引起创新设想的连锁反应, 使思维自由奔放, 新的设想激烈涌现。
讨论的目标要明确, 事先有准备。其原则有鼓励自由思考,不过早定论，有的放矢, 不泛泛空谈，讨论者一律平等, 不提倡少数服从多数及时归纳, 总结、纪录各种设想, 留作下次再议最后挑选最合适、最有前途的见解, 并审查其可行性。
仿生类比法通过对自然界生物机能的分析类比, 从事物的千差万别、不同程度的对应和相似之处的类比中得到创新, 设计出新机械, 这也是最常用的创新设计方法。
列举创新法是把问题展开列举, 帮助思维进行构思的方法。按机构的特性, 设计者的意愿, 毛病的改进等进行列举找出改进创新的方案。
移植技术法把一个领域内的先进技术移植到另一个领域中, 或把一种产品内的先进技术应用到另一种产品中, 从而设计出新产品的方法。
[结束语]在目前追求个性化的时代中, 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竞争能力。
