创新思维在现代机械设计中的体现摘要：创新在现代机械设计中发挥的作用越来越大，本文主要介绍了机械创新设计的特点、形式、意义及其原则，并且以新型内燃机的开发为例，讲述创新在机械设计中的作用。

关键词：机械设计创新；基本形式；原则；新型内燃机0 引言创新为人类进步发挥了极其重要的作用, 而且推动机械设计的发展与变革, 机械结构的每一次重大的改进都离不开发明与创新。

当今世界进入知识经济的时代, 作为国民经济的心脏——机械设计与制造, 创新是其持续发展的基石。

缺乏创新能力将失去知识经济带来的机遇, 没有创新就没有新兴的机械技术。

知识创新和技术创新能力是决定国之间、企业之间、人之间竞争地位的重要因素。

关系到民族、企业和个人的前途和命运。

1机械创新设计及其特点机械创新设计(Mechanical Creative Design ,MCD) 是指充分发挥设计者的创造力,利用人类已有的相关科学技术成果(含理论、方法、技术原理等) ,进行创新构思,设计出具有新颖性、创造性及实用性的机构或机械产品(装置) 的一种实践活动。

机械创新设计是建立在现有机械设计学理论基础上,吸收科技哲学、认识科学、思维科学、设计方法学、发明学、创造学等相关学科的研究成果,经过综合交叉而成的一种设计技术和方法.机械创新设计的特点: ①涉及多学科,如机械、液压、电力、气动、热力、电子、光电、电磁及控制等多学科技的交叉、渗透与融合。

②设计过程中相当部分工作是非数据性、非计算性的,必须依靠在知识和经验积累基础上的思考、推理、判断,以及创造性发散思维(灵感、形象的突发性思维) 相结合的方法。

③尽可能在较多方案中进行方案优选。

即在大型空间设计内,基于知识、经验、灵感与想象力的系统中搜索并优化设计方案。

④创新设计是多次反复、多级筛选的过程,每一阶段既有其特定内容与方法,又彼此密切相关,是一个整体的系统设计。

3 机械创新设计研究的目的和意义开展机械创新设计研究的目的不仅是提高自身学术水平, 更主要是获取较大的经济效益和社会效益。

其意义在于:(1) 机械创新设计的深入研究将为人们发明创造新机器、新机械提供有效的理论和方法；(2) 机械创新设计研究能加速机械专家智能化, 实现真正的“专家”系统, 有利于加速机械设计水平向自动化、智能化、最优化、集成化实现；(3) 创新设计的机械产品提高了产品在同类产品中的竞争力, 特别是当专利产品技术形成产业化的时候, 可以创造出较高的经济效益及社会效益；(4) 在机械创新设计的实践中培养了设计人员的创造性思维, 增强了其创新能力, 提高了人们进行创新设计的自觉性及技术上的可操作性, 使机械创新设计成为一种工具或手段,这样就促进了新产品的繁荣与更新, 为社会创造了财富。

3机械设计中创造性思维的基本形式3.1 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,扩散出两个或更多个可能的答案、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.不墨守成规,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.发散型思维能力的高低,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.3.2 聚合型思维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.发散型思维和聚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.“多谋善断”的成语就说明这个道理,多谋就是发散思维,善断就是聚合思维,前者体现了“由此及彼”、“由表及里”的发散运动过程,后者体现了“去粗取精”、“去伪存真”的聚合运动过程. 发散型思维和聚合型思维是一个辨证统一的过程,创造性思维的全过程都是为了达到创造、创新的目的,从种种设想中找出最佳的解决方案.3.3 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意念或设想. 它是人们的创造活动达到高潮后出现的一种最富有创造性的飞跃思维的智能状态. 德漠克利特认为:“这是一种感情极度狂热或激动的特殊精神状态”. 柏拉图认为:这是神性着魔,是人与神的沟通.其实,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.3.4 想象思维想象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重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. 万有引力定律是从苹果落地充分展开想象翅膀的结果;“嫦娥奔月”的神话想象,诱使人类终于发明创造了飞机. 可见想象有时比知识更重要,想象推动着社会进步,科学发展,并且是知识进化的源泉. 没有想象的机械创新设计是不可想象的,用想象力形成创新成果已成为对现代机械设计人员必然要求4 机械创新设计思维的2个原则机械设计过程是从功能要求到作用原理, 再到物理结构的映射过程。

我们在创新设计思维过程中, 应该把握好2个基本原则:(1) 最短路径原则在明确产品的功能要求后, 就应检索出最佳设计实例, 这样可以最迅速接近目标, 然后运用价值工程方法, 找出价值较低的极少数组件作为研究对象, 再分析所得对象存在的矛盾, 尝试做最小变动以解决矛盾, 如矛盾没有解决, 就要做更大变动或扩大研究对象范围, 最后得出最优结果。

通过这种途径所消耗的能量最少, 体现了最短路径原则。

(2) 相似性联想原则联想就是找出事物彼此相似性的创造力(相似性是指事物间的内在联系) 。

判断联想是否合理的依据是相似性, 相似性由已有产品实例确定, 当多种产品实例可满足同一功能要求, 那么它们用于实现该功能的作用原理及物理结构具有相似性。

在设计中, 功能要求、作用原理与物理结构可作为实例索引, 因此, 可统称它们为索引项目。

同一索引的不同类索引项目之间的联想可称为纵向联想, 而不同索引的同类索引的联想可称为横向联想。

功能要求是联想的起点,经验丰富的设计师通常记忆有大量的设计实例,因而掌握纵向及横向相似性,所以能迅速地进行横向及纵向的联想,能触类旁通,得出具有相似作用原理及物理结构的实例(简称相似实例) 并进行组合优化,最后得到最优解。

5 机械创新设计实例-新型内燃机的开发一般圆柱凸轮机构是将凸轮的回转运动变为从动杆的往复运动，而此处利用饭动作，即当活塞往复运动时，通过连杆端部的滑块在凸轮槽中滑动而推动凸轮转动，经输出轴输出转矩。

活塞往复两次，凸轮旋转360°。

系统中没有飞轮，控制回转运动平稳。

这种无曲轴式活塞发动机若将圆柱凸轮安装在发动机的中心部位，可在其周围设置多个气缸，制成多缸发动机。

通过改变圆柱凸轮的凸轮轮廓形状可以改变输出轴的转速，达到减速增矩的目的。

这种凸轮式无曲轴发动机已用于船舶、重型机械、建筑机械等行业。

旋转式发动机与传统的往复式发动机相比，在输出功率相同时，具有体积小、重量轻、噪声低、旋转速度范围大以及结构简单等优点，但在实用化生产的过程中还有许多问题需要解决。

随着生产科学技术的发展，必然会出现更多新型的内燃机和动力机械。

人们总是在发现矛盾和解决矛盾的过程中不断取得进步。

而在开发设计过程中敢于突破，善于运用类比、组合、替代等创新技法，认真进行科学分析，将会使人们得到更多创新的、进步的、高级的产品。

6 结语(1) 要有敢于创新和寻根究底的精神。

机械设计的创新实际上就是根据已知需求探寻最佳的设计方案。

任何创新可行方案都是需要实践来验证的。

但要提出一种试探方案, 需要具备有关的专业知识。

专业知识渊博, 可提出的试探方案就愈多, 在短时间内找到较好方案的可能性就愈大。

每找出一种试探方案, 都应从理论上分析它的可行性。

有条件的话, 最好通过计算机仿真技术来进行仿真检测和验算, 逐步检验它的原理是否可行, 结构是否复杂, 造价是否低廉, 操作是否方便, 工作寿命是否长久等等, 最后决定取舍。

若存在问题较多且难以改进则应考虑另找新的试探方案。

只有把各种试探方案进行反复论证、比较、筛选和完善才有可能得到较佳方案。

使结构方案逼近最佳状态的条件是设计者要有查漏补缺的知识和能力, 更要有穷追不舍和坚忍不拔的精神。

许多事情就如隔着一张窗户纸, 只要被捅破也就没什么, 但要第一次发现它却往往要经过冥思苦想的过程, 当设计思路出现山穷水尽时, 就要换位思考, 常常会出现柳暗花明的局面。

(2) 要善于古为今用、洋为中用。

在谋求最佳方案的过程中, 已经成熟的技术可以直接拿来应用, 而不必每个环节都进行创新。

(3) 要具有较好的自学能力。

机械设计所涉及的知识是比较广泛的, 设计者要能针对创新过程中遇到的困难参阅有关资料进行自学或独创的理论分析。

只要有必胜的信心, 遵循设计创新规律锲而不舍地进行探索, 最佳的设计方案就一定能够找到。

参考文献[1]沈惠平;机械创新设计及其研究[J];机械科学与技术;1997年05期[2]刘念聪,王银芝,李宏穆,孙未;机械创新设计的概念及其技术内涵[J];矿山机械;2004年09期[3]王瑞芳,陈建平,周桂英;机械产品方案创新设计思维的研究[J];机械研究与应用;2004年04期[4] 倪洪启,谷耀新,现代机械设计方法, 化学工业出版社。