创新思维在机械工程设计中的应用.pdf

造纸装备及材料 第 53 卷 总第 227 期 2024 年 2 月造纸装备及材料 第 53 卷 总第 227 期 2024 年 2 月 技术与创新技术与创新109摘要：随着科技的不断进步和社会的日益发展，机械工程设计在产品制造和工业生产中扮演着重要角色。然而，面对日益复杂和多样化的市场需求，传统的机械工程设计已经难以满足人们的要求。因此，如何通过创新思维来推动机械工程设计的发展成为一个亟待解决的问题。创新思维不仅可以促使设计人员超越传统的惯性思维，还可以激发其对技术和产品的创新和突破，提高设计质量和市场竞争力。基于此，文章分析了创新思维在机械工程设计中的作用，探讨了创新思维在机械工程设计中的应用，以期促进设计质量、效率的提高。关键词：创新思维；机械工程设计；设备结构分类号：TH122创新思维在机械工程设计中扮演着重要的角色。机械工程设计是一门综合性的学科，需要结合物理学、工程力学、材料学等多领域知识来解决各种实际问题。在竞争日益激烈的机械工程设计领域，创新思维是不可或缺的能力，它能够使机械产品更具竞争力，并推动整个行业的进步1。1 创新思维在机械工程设计中的作用1.1 实现多学科知识的整合与运用在机械工程设计中，需要将多学科的知识相互协调，才能设计出符合要求的机械产品。创新思维能够促使工程师拓宽思路，跨越学科的界限，将不同学科的知识进行整合和运用。例如，对于一个新型机械装置的设计，创新思维能够帮助工程师从材料学、力学、热学等不同方面考虑，找到最优的设计方案。1.2 挖掘并创新设计方案在机械工程设计中，常常需要面对复杂的问题，可能存在多种解决方案。创新思维可以帮助工程师从不同的角度思考问题，并挖掘出更多的解决方案。通过对不同方案进行评估和比较，选择最合理的设计方案。创新思维能够提供更多的思考角度，使机械工程设计更加创新和高效。1.3 充分发挥主观能动性机械工程设计不仅需要应用已有知识和技术，还需要工程师们敢于挑战现有的思维方式，勇于尝试新的方法和理论。创新思维可以激发工程师的主观能动性，推动他们去寻找更好的解决方案。只有通过创新思维，才能不断推动机械工程设计的发展，并应对日益复杂和多变的市场需求2。2 创新思维在机械工程设计中的应用2.1 运用多种创新思维方式开展设计2.1.1 综合运用推理思维与联想类比思维在不同的机械工程设计场景中，设计师需要运用不同的思维方式，结合推理思维和联想类比思维来强化机械工程设计的关联度。设计师可以通过提问的方式加深对机械工程设计问题的理解。通过提问能够激发思考，对设计问题进行全面的分析和思考。设计师可以问自己关于设计目标、约束条件、功能需求、制造流程等方面的问题，以明确设计的方向和思路。设计师可以通过反向求证的方式验证设计的可行性。设计师可以从所需的功能和性能出发，逆向思考，找到实现这些要求的途径，尽量避免一开始就盲目地进行设计。在反向求证的过程中，设计师可以逐渐明确设计的需求和关键要素，确保设计的合理性和可行性。设计师可以运用联想类比思维中的相似类比法、移植法以及仿生法等设计方法。相似类比法是将已有的设计方案或者经验应用到新的设计中，从而避免重复劳动和从零开始设计；移植法是将某个领域或者产品的设计思路和原理移植到另一个领域或者产品中，利用已有的设计经验来启发创新；仿生法是借鉴自然界的设计原则和模式，将其应用到机械工程的设计中，创新思维在机械工程设计中的应用雷学鹏广西理工职业技术学院，广西 崇左 532200文章编号：2096-3092（2024）02-0109-03作者简介：雷学鹏，男，本科，副教授、高级工程师，研究方向为机械工程。技术与创新 技术与创新 2024 年 第 2 期 总第 227 期 造纸装备及材料2024 年 第 2 期 总第 227 期 造纸装备及材料110以更好地满足功能性能需求。2.1.2 综合运用组合创新与智力思维在机械工程设计中，组合创新和智力思维的结合需要综合运用各种方法和工具来实现更加科学和合理的设计目标。组合创新是指将不同领域的创新元素进行组合，形成新颖的设计理念和方法。它要求设计师具备广泛的知识背景和跨学科的思维能力，能够将多个不同的概念和技术融合在一起，形成创新的解决方案。在组合创新中，设计师可以参考各项专家学者的意见和建议，借鉴他们的研究成果，从而形成创新的连锁效应。这样的连锁效应可以帮助设计师在设计中充分考虑多个方面的需求和因素，从而得到更综合和全面的解决方案。智力思维是一种注重思考和分析的思维方式。智力思维可以帮助设计师将问题分解为更小的部分，分析每个部分的关系和作用，从而逐步得到解决整个问题的方案。在机械工程设计中，智力思维可以帮助设计师发现问题的本质，引导设计师进行深入分析和探索，从而提出更创新和优化的设计方案。在机械工程设计中，结合组合创新法和智力思维法可以达到更好的效果3。设计师可以通过组合创新来寻找不同领域的创新元素，并将它们组合在一起形成新的设计概念和方法。设计师可以运用智力思维来分析和思考这些创新元素的关系和作用，并逐步形成更细化和全面的设计方案。通过有机结合组合创新和智力思维，设计师可以从不同的思维角度和方法中获取灵感和解决问题的思路，从而实现更加科学合理的机械工程设计目标和生产加工目标。在实际应用中，设计师还需要考虑具体的应用场景和基本建设条件，需要根据实际情况来确定创新思维方法的具体应用层次。此外，设计师还需要重点划分机械功能系统的结构层次和技术资源，确保创新思维与机械工程设计方案之间具备一定的协调性。只有在实践中不断调整和优化，才能逐步形成更加科学和高效的设计过程。2.2 创新设计设备运行方案为了确保机械设备高效的运行状态，设计者需要在设计方案中有效融入创新思维。通过创新设计机械工程设备的不同运行方案，可以根据设备产品的实际运行场景进行客观建模分析，进而提高机械工程的设计效果。创新设计需要根据机械设备的实际运行要求和工作环境，从技术、效率、质量等多个角度进行全面考虑。例如，在设计输送带时，可以考虑采用新型材料和结构，提高耐磨性和承载能力，同时提高工作效率和安全性。在创新设计过程中，需要对各项数据信息资源进行协同化管理和信息共享。通过建立完善的数据管理系统和信息交流平台，可以实现设计过程中的协同设计、信息共享和资源共享，提高设计效率和质量。例如，可以通过使用计算机辅助设计（CAD）和产品生命周期管理（PLM）软件来实现设计数据的统一管理和协同工作。此外，创新设计还需要与机械工程技术领域内的各项技术规范进行对比分析。设计者需要了解和掌握最新的技术标准和规范，将其融入设计方案中，以确保机械工程设备运行技术参数的规范性和合理性。例如，在设计机械设备时，需要根据相关标准和规范，合理确定设备的承载能力、安全系数以及使用寿命等参数4。2.3 创新设计设备结构方案在创新设计机械工程设备的结构方案过程中，需要将经典的机械系统作为基础，同时结合企业自身的实际应用需求、产品研发工艺和生产加工制造方法，详细划分机械工程设备的内部系统功能结构。只有这样，才能够实现更加科学合理的设备结构设计目标。（1）在进行创新设计之前，需要对机械工程设备的实际应用需求进行充分了解和分析，包括产品的使用环境、工作条件、运行要求等方面。通过深入了解企业自身的技术和生产情况，以及对市场需求的准确把握，可以为创新设计提供有效的指导和依据。（2）在对机械工程设备的内部系统进行功能结构划分时，需要考虑各个模块或部件之间的相互关系和作用，可以将机械工程设备划分为输入、处理和输出三个主要模块。输入模块包括各种传感器、控制器等，用于收集和处理各种输入信号和数据；处理模块是设备的核心部分，包括各种执行器、传动装置等，用于实现设备的功能；输出模块是设备的最终输出部分，包括产品的成品形态或者各种输出信号和数据。通过详细划分和分析各个模块之间的关系和作用，可以有针对性地进行创新设计。（3）在创新设计的过程中，需要灵活运用先进的设计工具和技术，例如 CAD、计算机辅助工程（CAE）等，来进行可行性分析、三维模型设计和仿真等工作。通过这些工具和技术，可以有效地优化和验证设计方案，提高设备的设计效率和质量。此外，创新设计还需要造纸装备及材料 第 53 卷 总第 227 期 2024 年 2 月造纸装备及材料 第 53 卷 总第 227 期 2024 年 2 月 技术与创新技术与创新111注重对设备的可靠性、安全性和可维护性的考虑5。在设备的结构方案设计中，需要充分考虑材料的选择、结构的强度和稳定性、紧固件的选择等方面，以确保设备能够在各种工况下稳定运行、安全可靠，便于维护和维修。2.4 创新优化设备性能方案随着新能源技术的发展和普及，机械工程设计师在进行创新整合时可以考虑将新能源技术和物联网大数据技术资源应用于设备的设计和优化中。在保障设备产品各项性能指标参数有效的基础上，可以进一步提升设备的性能和效率。（1）机械工程设计师可以考虑将新能源技术应用于设备的动力系统中。传统的燃油动力可以逐渐被新能源动力替代，如电池、燃料电池、太阳能等。通过选择合适的新能源动力系统，可以降低设备的能耗和对化石燃料的依赖，实现设备的可持续发展。（2）物联网大数据技术可以应用于设备的监测和管理系统中。通过在设备上添加传感器和数据采集装置，可以实现对设备运行状态的实时监测和数据采集。将采集到的数据通过云平台进行处理和分析，可以及时发现设备故障和异常情况，提高设备的可靠性和稳定性。同时，通过分析和挖掘大数据，可以优化设备的运行策略和维护计划，提高设备的效率和寿命。在保障设备产品各项功能性能指标的完整性和真实有效性的基础上，创新优化设备性能设计方案需要考虑设备的可靠性、安全性和可维护性6。在设计过程中，需要充分考虑新能源动力系统和物联网大数据技术的特点和要求，如新能源动力系统的能源转换效率和储能性能，物联网大数据技术的数据安全和隐私保护等。同时，还需要对设备的结构和材料进行优化和创新。通过应用先进的材料和制造工艺，可以提高设备的强度和耐用性，并降低设备的重量和能耗。在结构设计中，尽量减少零部件的数量和复杂度，提高设备的组装和维护的便利性。2.5 运用系统思维把握事物联系工程机械设备的设计和组成是一个复杂的过程，需要考虑多个方面的要素。在设计过程中，应采用系统思维来优化设计方案，确保设计结果与实际应用需求相符。设计人员需要明确工程机械设备设计的主要目的，包括设备的功能需求、性能需求、使用环境需求等。通过明确主要目标，设计人员可以明确设计的方向和重点，确保设计结果能够满足用户的实际需求。设计人员需要确定核心需求并围绕核心需求组合关键要素。核心需求是指在满足用户需求的前提下，对设备设计的最重要和最关键的要求。围绕核心需求，设计人员需要考虑设计的关键要素，如动力系统、运动机构、控制系统等，以确保设计能够实现核心需求。在设计过程中，设计人员还需考虑设备的可靠性、安全性和可维护性。设备的可靠性是指设备在特定条件下能够保持设计功能和性能的能力，设计人员需要选择合适的材料和制造工艺，并考虑设备的寿命和维修周期。设备的安全性是指设备在正常使用过程中无危险性的特性，设计人员需要考虑设备的结构强度、安全保护装置等。设备的可维护性是指设备在故障发生时能够方便和快速地维修，设计人员需要优化设备的结构和维修便利性7。3 结束语创新思维在机械工程设计中的运用已经成为推动技术进步和提升产品竞争力的重要手段。通过培养和引导设计人员的创新思维，可以激发他们的创造力和想象力，促进技术的突破和创新，提高产品的设计质量和市场竞争力。然而，创新思维需要在实践中不断培养和锻炼，需要创设一个鼓励和支持创新的环境。因此，为了推动机械工程设计的发展，应该注重培养设计人员的创新思维，加强合作与交流，不断探索和创新。相信在创新思维的引领下，机械工程设计领域将迎来更加辉煌的未来。参考文献1 胡建飞.轻型水下机械臂设计及控制研究D.沈阳:沈阳工业大学,2023.2 山显峻.基于折纸机构的软体仿生机械臂设计D.沈阳:沈阳农业大学,2023.3 杨绍隆.面向机械天线的压电结构设计与性能调控D.北京:北京邮电大学,2023.4 刘鑫,段德荣,高常青,等.水下机械臂涡激振动测试装置创新设计J.制造技术与机床,2022(10):133-139.5 桑凌峰,王洪波,史海燕,等.新型双侧患者搬移机器人的创新设计与实验J.机械设计与研究,2022,38(4):43-48.6 刘国凯.机械电子工程设计要点及策略研究J.造纸装备及材料,2022,51(2):88-90.7 苏建宁,李晓晓,王鹏,等.面向品牌风格的机械装备造型创新设计研究J.包装工程,2019,40(18):28-34,47.