機械制造和機械設計創(chuàng)新的實現(xiàn)

黃金波，楊 萍

（湖南有色金屬職業(yè)技術學院，湖南株洲 412006）

0 引言

隨著科技的發(fā)展、社會的進步，人們的思維也跟隨著社會的發(fā)展而發(fā)生變化，抽象思維、邏輯思維、逆向思維等多種思維模式成為人們生活中常用的模式，其中創(chuàng)新思維是人類在發(fā)展過程中，通過對過去不斷總結(jié)、突破而形成的新思維，創(chuàng)新思維能夠推動社會進步，促進各行各業(yè)的發(fā)展。創(chuàng)新是時代發(fā)展的動力所在，是國家富強的基礎，因此在機械設計中融入創(chuàng)新元素對于機械制造的發(fā)展十分必要。

1 機械創(chuàng)新設計的特征

機械制造指從事各種動力機械、起重運輸機械、化工機械、紡織機械、機床、工具、儀器、儀表及其他機械設備等生產(chǎn)的工業(yè)部門，機械制造業(yè)為整個國民經(jīng)濟提供技術裝備，其發(fā)展水平是國家工業(yè)化程度的主要標志之一[1]。機械制造逐漸與自動化技術相結(jié)合，以機械設計與制造為基礎，融入計算機科學、信息技術、自動控制技術的交叉學科，主要任務是運用先進設計制造技術的理論與方法，解決現(xiàn)代工程領域中的復雜技術問題，以實現(xiàn)產(chǎn)品智能化的設計與制造。

機械創(chuàng)新設計具有獨特性，創(chuàng)新設計過程中需要通過實驗進行反復驗證，使每個設計環(huán)節(jié)都能夠得到優(yōu)化，設計的產(chǎn)品應該與傳統(tǒng)有明顯的優(yōu)化，因此機械創(chuàng)新設計具有獨特性。

機械創(chuàng)新設計具有整體化特征，機械制造與機械設計涉及到自動化、計算機、編程等多個專業(yè)領域，在設計過程中，各個專業(yè)緊密相連，相互滲透，因此工作人員應該對多個專業(yè)都比較熟悉，才能夠進行創(chuàng)新性設計，所以機械化創(chuàng)新設計具有整體化特征。

在機械創(chuàng)新設計的過程中，需要引進新技術，對新技術進行了解，然后根據(jù)我國機械制造的需求進行創(chuàng)新。

2 機械設計創(chuàng)新的作用

2.1 創(chuàng)新元素在設計中的作用

機械創(chuàng)新設計是指通過對傳統(tǒng)機械制造產(chǎn)品或者技術進行研究，然后在此基礎上，發(fā)揮創(chuàng)新思維，設計出在經(jīng)濟、環(huán)保、使用水平等多個方面優(yōu)化的新產(chǎn)品。創(chuàng)新設計的目的是為了讓新的產(chǎn)品服務社會，使人們的生活與工作水平不斷提高，因此創(chuàng)新元素在機械設計中的作用分為2 個方面，一方面使能夠?qū)υ械臋C械產(chǎn)品進行改造，使其在人們的工作與生活中發(fā)揮出更大的價值；另一方面，通過現(xiàn)有的機械技術研究出新的設計。無論是新產(chǎn)品還是新設計，只要能夠在原有的基礎上降低成本、使用更加便捷或者更加環(huán)保等，都屬于創(chuàng)新性設計。

2.2 創(chuàng)新元素在產(chǎn)品中的作用

機械產(chǎn)品設計比較復雜，包括外部結(jié)構(gòu)的設計、內(nèi)部零件的設計等多個方面，不同類型的客戶對機械產(chǎn)品的需求不同，以鐘表為例，老年人對鐘表的需求是能以最方便的方式準確看出時間，而兒童對鐘表的需求是多一些花哨的設計，吸引其對鐘表的好奇，所以創(chuàng)新元素在產(chǎn)品中也十分重要。隨著人們生活水平的提高，人們對于生活質(zhì)量的要求也越來高，比如辦公設備，打印機、掃描儀等體積越來越小，這都是根據(jù)人們的需求，使機械產(chǎn)品不斷創(chuàng)新。

2.3 創(chuàng)新元素在制造中的作用

我國出版的《現(xiàn)代化機械設計手冊》中提出，將創(chuàng)新元素融入到制造設計中，因此機械設計的創(chuàng)新并不只是理念，應該與實際相結(jié)合，使創(chuàng)新思維在機械制造中能夠發(fā)揮出真正的價值。在制造過程中，創(chuàng)新是打破傳統(tǒng)，改善當前存在缺陷的實際，使更多的新儀器設備改善人們的生活。

3 機械制造和機械設計創(chuàng)新案例分析

機械制造與機械設計已經(jīng)逐漸與我們的生活相結(jié)合，我國很多高校對機械設計創(chuàng)新高度重視[2]，在一次機械設計活動中，有同學以德國的慧魚創(chuàng)意組合模型為基礎，通過機械化設計等，制造出多種創(chuàng)意組合?；埕~創(chuàng)意組合模型主要有組合包、培訓模型、工業(yè)模型三大系列，涵蓋了機械、電子、控制、氣動、汽車技術、能源技術和機器人技術等領域和高新學科。本文針對機械創(chuàng)新設計進行研究，以慧魚創(chuàng)意模型為技術，在設計方面進行創(chuàng)新。首先需要準備慧魚工業(yè)的模板、計算機、編程軟件等。

在設計過程中，該組同學采用了電池供電的形式，電動機輸出轉(zhuǎn)矩，然后通過減速器進行變速，再通過轉(zhuǎn)矩進行輸出，三輪車就能夠前進，開關上可以對發(fā)動機進行正反的控制，使三輪車實現(xiàn)前進或者后退的操作。旋轉(zhuǎn)木馬是將電源連接之后，通過中心軸的原理使中心軸帶動4 個方向的小馬進行旋轉(zhuǎn)。在高校中通過機械設計活動提高學生的實踐能力，使其了解機械創(chuàng)新的樂趣，在未來的發(fā)展中能夠在機械方面有更多的創(chuàng)新設計[3]。

在我們工作生活中，機械制造業(yè)存在很多問題，比如內(nèi)燃機是一種動力機械，通過燃料在機器內(nèi)部燃燒，將其放出的熱能直接轉(zhuǎn)換為動力的熱力發(fā)動機。

傳統(tǒng)的內(nèi)燃機一般由凸輪組成，工作的過程中，溶溝回轉(zhuǎn)動作使動桿往復動作，當活塞進行2 次往復動作后，凸輪旋轉(zhuǎn)360°，達到動力的需求，但回轉(zhuǎn)運動的平穩(wěn)性很難控制。在制造業(yè)對內(nèi)燃機進行應用的過程中，逐漸發(fā)現(xiàn)了這一問題，因此設計對內(nèi)燃機進行改造，添加多個氣缸，使內(nèi)燃機變成了多缸發(fā)動機，氣缸能夠?qū)ν馆喌倪\動進行控制，也能夠改變凸輪的轉(zhuǎn)速，改造后的內(nèi)燃機在船只、建筑機械設備中都得到了良好的應用。經(jīng)過創(chuàng)新設計的內(nèi)燃機體積比傳統(tǒng)內(nèi)燃機更小，在使用的過程中，噪聲也比較小，使生產(chǎn)與工作過程得到優(yōu)化，由此可見，合理應用機械設計知識可以輔助提升創(chuàng)新設計的效率和質(zhì)量[4]。

4 機械設計發(fā)展趨勢

4.1 智能化發(fā)展

智能化是21 世紀科學與技術發(fā)展的必然產(chǎn)物，也是當前制造業(yè)追求的方向。智能化能使機械設備具有判斷能力、思維邏輯以及面對問題時的決策能力。當機械運行過程中出現(xiàn)故障時，智能化設備能根據(jù)算法得出最佳的處理方式，然后進行靈活的處理[5]。機械化應用屬于模仿人類的部分智能行為，雖然不能與人類相比較，但是對于工業(yè)發(fā)展而言，低級的智能就能促進工業(yè)發(fā)展。智能化主要體現(xiàn)在控制技術方面，是機械設備在應用的過程一種方式的體現(xiàn)。制造行業(yè)智能化發(fā)展主要是集人工智能技術、計算機科學技術、動力學技術等于一體，通過對人類思維等的模仿，使機械設備的操作更加精準。機械技術的智能化發(fā)展使機械設備、機械創(chuàng)意等有了更廣闊的發(fā)展空間，在未來的發(fā)展中，智能化趨勢會更加明顯。

4.2 網(wǎng)絡化發(fā)展

互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展逐漸改變了人們的生活方式，在未來的發(fā)展中，機械制造與互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合會更加深入?；ヂ?lián)網(wǎng)還能改變機械產(chǎn)品的銷售模式，打破地區(qū)限制，使機械產(chǎn)品能夠服務更多的人群。通過互聯(lián)網(wǎng)技術，也能使各地的機械設計者實現(xiàn)有效溝通，促進行業(yè)的發(fā)展，為機械創(chuàng)新設計提供更多的可能。中國制造2025 是我國提出的第一個10 年行動綱領，，我國機械制造行業(yè)還在延用傳統(tǒng)的“師徒制”，使很多工作者的創(chuàng)意與想法被傳統(tǒng)的觀念禁錮，但在互聯(lián)網(wǎng)的時代，人們可以通過網(wǎng)絡對機械設計與制造等知識進行學習，甚至有再線的課程，使機械制造與機械設計被更多人熟知。因此，在未來的發(fā)展中，機械制造和機械設計與網(wǎng)絡的聯(lián)系會越來越緊密。

4.3 節(jié)能化發(fā)展

隨著生活水平的提高，人們對于環(huán)境問題越來越重視，保護環(huán)境意識也越來越強烈。我國大力提倡可持續(xù)發(fā)展的基本方針，綠色、節(jié)能、低碳、環(huán)保概念是我國社會發(fā)展的基礎。制作業(yè)設備的發(fā)展也需要具有節(jié)能化特點，這樣才能可持續(xù)的發(fā)展。在未來的發(fā)展中，機械制造技術也會與綠色環(huán)保技術相結(jié)合，在機械產(chǎn)品設計的過程中，采用環(huán)保材料，使機械產(chǎn)品在滿足人們需求的同時也能夠滿足環(huán)境發(fā)展的需求。比如當前物流行業(yè)采用工業(yè)機器人進行分揀貨，提高工作效率，是機械發(fā)展的一種體現(xiàn)，比如內(nèi)燃機設計，傳統(tǒng)的設計在很多領域也有應用，但改良后的設計，在節(jié)能、使用等多個方面都優(yōu)于傳統(tǒng)設計，控制更加順暢。

5 結(jié)語

目前，我國機械制造方面與西方發(fā)達國家相比較，仍然存在一定的差距，在機械設計方面也比較落后，因此我國機械制造行業(yè)在發(fā)展過程中，主要以引進先進技術為主，在管理與研究體系方面仍然存在不足，要想從根本上提高我國機械制造行業(yè)的發(fā)展水平，就需要完善機械制造的研究系統(tǒng)，融入創(chuàng)新元素，在引進先進技術的同時，融入創(chuàng)新元素，開發(fā)出創(chuàng)新產(chǎn)品，使我國制造行業(yè)能夠帶動社會經(jīng)濟的發(fā)展，并助推其他產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)共同發(fā)展。