機電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計方法綜述

支景鋒

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機電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計方法綜述

支景鋒

（山東科技大學(xué) 山東 青島 266590）

中國是制造大國，需要產(chǎn)品和技術(shù)創(chuàng)新。機電產(chǎn)品在世界各國之間的競爭日益激烈，只有創(chuàng)新才是提高機電產(chǎn)品競爭力的關(guān)鍵所在。本文分析了機電產(chǎn)品的特點及其發(fā)展趨勢，提出了機電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計的要求，并指出了機電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計的四種方法：基于形象思維的創(chuàng)新設(shè)計方法、基于邏輯思維的創(chuàng)新設(shè)計方法、系統(tǒng)設(shè)計方法、智能設(shè)計方法，以期提高機電產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量和競爭力。

機電產(chǎn)品；創(chuàng)新；設(shè)計；智能

我國經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)是制造業(yè)，在全球經(jīng)濟一體化的影響下，機電產(chǎn)品在世界各國之間的競爭日益激烈，市場對機電產(chǎn)品的性價比、性能、質(zhì)量等指標(biāo)的要求越來越高。因此如果中國企業(yè)只簡單的生產(chǎn)和加工機電產(chǎn)品，很難產(chǎn)生競爭力。只有創(chuàng)新才是提高機電產(chǎn)品競爭力的關(guān)鍵所在。所以要想我國的機電產(chǎn)品在國際立足、在國內(nèi)蓬勃發(fā)展，認(rèn)真梳理創(chuàng)新方法和途徑是非常必要的。

1 機電產(chǎn)品及其特點

機電產(chǎn)品廣義上是機械產(chǎn)品、電子產(chǎn)品、機電一體化產(chǎn)品，以及這些產(chǎn)品的零配件、附件等的統(tǒng)稱。[1]如今，機電產(chǎn)品特別是創(chuàng)新型機電產(chǎn)品給人們的工作和生活帶來了巨大的方便。機電產(chǎn)品，它的技術(shù)是來自機電一體化技術(shù)，這是一門新興的交叉學(xué)科。它所涵蓋的主要領(lǐng)域包括：傳統(tǒng)的機械設(shè)計、微電子技術(shù)、經(jīng)典控制理論等內(nèi)容，同時包括了現(xiàn)代信息處理技術(shù)、現(xiàn)代設(shè)計方法、軟件工程以及自適應(yīng)控制、人工智能等現(xiàn)代技術(shù)。而且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，這些學(xué)科之間的相同點會越來越多，它們的界線會越來越模糊。[2]

2 機電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計的要求

機電產(chǎn)品在創(chuàng)新設(shè)計時要考慮很多因素，創(chuàng)新點要求實、高效，設(shè)計起來要滿足機電產(chǎn)品的功能要求、用戶需求、安全要求、成本需求和環(huán)保需求。

機電產(chǎn)品是供人們使用的，它應(yīng)滿足人們所需的功能，如休閑娛樂功能、自動控制功能等。

在設(shè)計時，機電產(chǎn)品應(yīng)該滿足人的心理和情感上的需求，盡量做到人性化。例如，機械產(chǎn)品的設(shè)計要符合用戶的審美，外觀要漂亮大方，使用起來要友好、易操作。一旦用戶使用時得心應(yīng)手，產(chǎn)品的效率就會提高，使用方便，更容易被推廣。

機電產(chǎn)品的安全性能應(yīng)該是放在第一位的。當(dāng)在用戶使用或特殊情況下導(dǎo)致操作失誤時，機電產(chǎn)品的設(shè)計必須要考慮到它的安全因素，尤其是一些工廠中較為危險的大型機電設(shè)備。例如可以提高機電產(chǎn)品的容錯程度，以避免危險的發(fā)生。[3]

設(shè)計機電產(chǎn)品時還要考慮到其在使用時對環(huán)境的影響，進(jìn)行環(huán)保設(shè)計，節(jié)能減排。例如可以盡量減少產(chǎn)品污染性材料的使用、降低產(chǎn)品的耗能，提高產(chǎn)品零部件的回收和循環(huán)利用等。

這要求機電產(chǎn)品在滿足產(chǎn)品功能的前提下，盡量減少產(chǎn)品在設(shè)計、生產(chǎn)、使用、維護(hù)等環(huán)節(jié)的成本，從而達(dá)到從設(shè)計源頭就做到控制成本的要求。

3 機電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計方法

3.1 基于形象思維的創(chuàng)新設(shè)計方法

基于想象思維的創(chuàng)新設(shè)計方法是最普遍的形態(tài)創(chuàng)意方法，包括頭腦風(fēng)暴法、仿生、類推、變形等。頭腦風(fēng)暴法也稱作智力激勵法，它是指在開放的氛圍下，在短時間內(nèi)因為相互啟發(fā)而產(chǎn)生大量的靈感。而仿生法則是從生態(tài)的構(gòu)成規(guī)律和特點上思索產(chǎn)品的方法。類推是基于不同事物表象及內(nèi)在特征的相似性獲得新的概念。變形是對一個已知的原型在材料、尺度、布局等方面進(jìn)行變形來得到新的形態(tài)。[4]

3.2 基于邏輯思維的創(chuàng)新設(shè)計方法

它是應(yīng)用理性的分析去發(fā)現(xiàn)各種可能的方案，它包括包括形態(tài)分析和功能分析等。形態(tài)分析是將產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)分為幾個單元，對所有的單元進(jìn)行排列組合，從而得到可能的結(jié)構(gòu)布局方案。功能分析包括功能邏輯分解方法和FBS方法。在功能邏輯分解方法中，功能的分解是一個不斷問問題的求解過程。在FBS方法中，功能是行為的抽象化描述，狀態(tài)間的改變是行為作用的結(jié)果，F(xiàn)BS方法將功能的分解轉(zhuǎn)變?yōu)樾袨槊枋龅姆纸猓先说乃季S特點。

3.3 系統(tǒng)設(shè)計方法

系統(tǒng)設(shè)計是德國烏爾姆設(shè)計學(xué)院在20世紀(jì)50年代所提的一種工業(yè)設(shè)計方法[5]，其是將繁亂的事物置于相互影響、相互制約的關(guān)系中，使產(chǎn)品建立起聯(lián)系性和統(tǒng)一性。系統(tǒng)概念在工業(yè)設(shè)計中有兩層涵義：不再把設(shè)計對象看作是孤立的，而是把它放在相互關(guān)聯(lián)的體系中考慮；單個產(chǎn)品也被看作由多個單元組成的系統(tǒng)，并以此來實現(xiàn)產(chǎn)品在使用功能上的互換性、靈活性、補充性。

3.4 智能設(shè)計方法

智能設(shè)計是一種用人工智能完成設(shè)計的方法。依據(jù)對設(shè)計行為某一側(cè)面的認(rèn)知，智能設(shè)計方法主要有六種：

基于規(guī)則的方法。它是將設(shè)計過程中運用的產(chǎn)生式規(guī)則知識表示出來構(gòu)成設(shè)計知識庫，通過對規(guī)則設(shè)計知識的推理和利用完成設(shè)計。

基于實例的方法。它源于設(shè)計者，能夠通過效仿以往的設(shè)計案例來完成新設(shè)計。

基于約束滿足的方法。它是把設(shè)計方案的形成過程視為一個設(shè)計約束不斷得到滿足的問題。該方法把設(shè)計要求、限制都轉(zhuǎn)化為對設(shè)計變量、設(shè)計空間的約束，通過對設(shè)計空間的搜索等來尋求滿足各種設(shè)計約束解。[6]

基于形狀文法的方法。

基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法。它采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)分部設(shè)計知識的表述與推理，來模擬在設(shè)計時人類大腦的思維活動。

基于進(jìn)化計算的方法。這種方法是將設(shè)計問題模型轉(zhuǎn)化為生物進(jìn)化。在遺傳算法中，用編碼代表基因，用繁殖、雜交和突變算子模擬進(jìn)化過程。用遺傳算法的編碼規(guī)則表示設(shè)計方案和設(shè)計知識，設(shè)計過程就可以轉(zhuǎn)變?yōu)榛驑颖痉N群的進(jìn)化過程。

4 結(jié)語

在長時間的發(fā)展過程中，機電產(chǎn)品的技術(shù)逐漸受到各種行業(yè)的重視，機電產(chǎn)品已經(jīng)走進(jìn)全家萬戶、工場等每一個角落，它已深深融入人們的日常生活當(dāng)中。經(jīng)濟全球化給我國帶來機遇的同時，也帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。為了在國際舞臺上立足，我們需要充分發(fā)掘機電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計方法，研究出更加智能、強大、高效、安全、綠色的機電產(chǎn)品，提高我國機電產(chǎn)品的競爭力！

[1]唐靜，王斌.創(chuàng)新型機電產(chǎn)品的快速設(shè)計[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備，2014，6（9）：39-41.

[2]徐釗.現(xiàn)代設(shè)計方法在機電產(chǎn)品中的應(yīng)用[J].電子世界，2012，10（2）：79-80.

[3]何偉民.產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計方法研究[J].設(shè)計研究，2007,9（1）：92.

[4]蔣雯.產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計理論與方法綜述[J].包裝工程，2010，3（1）：130-132.

[5]李樂山.工業(yè)設(shè)計思想基礎(chǔ)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001:164.

[6]胡雨霞，李志英.淺談產(chǎn)品設(shè)計創(chuàng)新方法[J].藝術(shù)與設(shè)計，2013,6（2）：127.

China is a big manufacturing country and needs product and technological innovation. The competition between mechanical and electrical products in the world is increasingly fierce, and only innovation is the key to improve the competitiveness of mechanical and electronic products. This paper analyzes the characteristics and development trend of mechanical and electrical products, puts forward the innovative design of mechanical and electronic products, and points out the innovative design of mechanical and electronic products of four kinds of methods: innovation design method based on image thinking, innovative design method based on logical thinking, system design method, method of intelligent design, in order to improve the quality of the design of the mechanical and electrical products and competitiveness.

mechanical and electrical products; Innovation; Design; smart

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.10.022

TH122

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1672-9129(2017)10-0019-02