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為了適應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,機(jī)械設(shè)計在近30年來發(fā)生了相當(dāng)大的變化,機(jī)械設(shè)計學(xué)科涌現(xiàn)出了許多新的前沿知識,一些新的設(shè)計理念與設(shè)計方法也不斷涌現(xiàn)出來,時代也對高校的人才培養(yǎng)提出了新的更高的要求。為適應(yīng)時展和科技進(jìn)步的要求,需要在“機(jī)械設(shè)計”課程教學(xué)進(jìn)行中加強(qiáng)對創(chuàng)新設(shè)計思維的培養(yǎng)。機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計是一個極其重要而又困難的實(shí)踐性較強(qiáng)的研究課題。目前創(chuàng)新設(shè)計方法研究雖然已取得一些成果,但創(chuàng)新學(xué)還處于發(fā)展初期,各種不同理論及工具不斷涌現(xiàn),遠(yuǎn)沒有形成普遍可以接受的統(tǒng)一的理論體系。在此認(rèn)為,要進(jìn)行機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計要有兩個必要條件:一是充分獲取適用的知識進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計;二是要使用符合創(chuàng)新設(shè)計思維并能激發(fā)創(chuàng)新思維的設(shè)計系統(tǒng)。設(shè)計過程充滿了矛盾,所獲取的知識應(yīng)有助于矛盾的迅速解決,這就要求知識獲取工具緊密集成到設(shè)計過程中,因此要統(tǒng)一研究知識獲取工具與設(shè)計系統(tǒng)。另外,人類的創(chuàng)新設(shè)計思維模式是在長期的成功設(shè)計經(jīng)驗(yàn)中總結(jié)形成的,因此設(shè)計系統(tǒng)必需符合創(chuàng)新設(shè)計思維規(guī)律。

一、創(chuàng)新設(shè)計的概念

機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計是指充分發(fā)揮設(shè)計者的創(chuàng)造力,利用人類已有的相關(guān)科學(xué)技術(shù)成果(包括理論、方法、技術(shù)、原理等),進(jìn)行創(chuàng)新構(gòu)思,設(shè)計出有新穎性、創(chuàng)造性、實(shí)用性的機(jī)構(gòu)(結(jié)構(gòu))或機(jī)械產(chǎn)品(裝置)的一種實(shí)踐性活動,它是建立在現(xiàn)有機(jī)械設(shè)計理論基礎(chǔ)上,吸收科技哲學(xué)、認(rèn)識科學(xué)、思維科學(xué)、設(shè)計方法學(xué)、發(fā)明學(xué)、創(chuàng)造學(xué)等相關(guān)學(xué)科的有益成分,經(jīng)過交叉而成的一種新的設(shè)計技術(shù)和方法。

二、創(chuàng)新設(shè)計

機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計與常規(guī)機(jī)械設(shè)計相比,特別注重設(shè)計者在設(shè)計過程中,尤其是在總體方案結(jié)構(gòu)設(shè)計階段中的主導(dǎo)性及創(chuàng)造性作用,探索機(jī)構(gòu)或機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新發(fā)明的機(jī)理、模式和方法,具體描述機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計過程,并將其清晰、準(zhǔn)確地用工程圖樣等技術(shù)文件表達(dá)出來。機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計的特點(diǎn)是:

(一)獨(dú)特性應(yīng)追求與前人、眾人不同的方案,善于打破常規(guī)設(shè)計思維、慣例,提出新功能、新原理、新結(jié)構(gòu),在求異和突破中體現(xiàn)創(chuàng)新;這就涉及多種學(xué)科的交叉,這就要求學(xué)生對知識有全面的掌握如機(jī)械、液壓、電力、氣動、熱力、電子、光電、電磁及控制等。

(二)實(shí)用性應(yīng)從產(chǎn)品的市場適應(yīng)性和可生產(chǎn)性兩方面出發(fā),設(shè)計產(chǎn)品的新功能、新結(jié)構(gòu),沒有實(shí)用性的產(chǎn)品或無法加工的新結(jié)構(gòu)都是紙上談兵,不是真正的創(chuàng)新;這就要求學(xué)生在日常的生活中多觀察和發(fā)現(xiàn)。

(三)多方案選優(yōu)應(yīng)從多方面、多角度、多層次尋求多種解決問題的方案,在多方案中求新、求異、選優(yōu)。機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計的目標(biāo)是由所要求的機(jī)械功能出發(fā),改進(jìn)、完善現(xiàn)有機(jī)械或發(fā)明新機(jī)械,實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能,并使其具有良好的工作品質(zhì)及經(jīng)濟(jì)性;這就要求在設(shè)計中要注意思維的擴(kuò)散。根據(jù)不同的設(shè)計對象,必須對采取哪種創(chuàng)新設(shè)計方法做出比較和判斷。創(chuàng)新設(shè)計方法通常可分為:開發(fā)設(shè)計、改型設(shè)計和變異設(shè)計3種。

1.開發(fā)設(shè)計。主要針對新研設(shè)備提出新的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案,完成從規(guī)劃、方案、技術(shù)設(shè)計到加工、生產(chǎn)的全過程。新的產(chǎn)品的開發(fā)給人門帶來了方便,提高了工作效率。

2.改型設(shè)計。在已有設(shè)備的基礎(chǔ)上,針對原有的缺陷或新的工作要求,從工作原理、機(jī)構(gòu)、結(jié)構(gòu)、參數(shù)、尺寸等方面進(jìn)行一定的改進(jìn)設(shè)計,以提高設(shè)備質(zhì)量、可靠性等,使設(shè)備滿足新的工作要求。如在基本型設(shè)備的基礎(chǔ)上,開發(fā)不同參數(shù)、尺寸或不同功能、性能的改型系列設(shè)備,就是改型設(shè)計的成果。這種設(shè)計有利于發(fā)展產(chǎn)品品種;有利于提高設(shè)計、生產(chǎn)效率,縮短交貨期;有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性;使產(chǎn)品具有良好的可維護(hù)性等。例如內(nèi)燃機(jī)增加增壓器,以增大輸出功率;增加節(jié)油器,以節(jié)約燃料。

3.變形設(shè)計。針對已有的先進(jìn)設(shè)備或結(jié)構(gòu)設(shè)計,進(jìn)行深入分析,探索、掌握其關(guān)鍵技術(shù),在消化、吸收的基礎(chǔ)上,設(shè)計出同類型其它類似的創(chuàng)新設(shè)備。它的實(shí)現(xiàn)過程可以最大限度地重用企業(yè)已有的成熟產(chǎn)品資源,具有很強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性,不但可以快速開發(fā)產(chǎn)品、響應(yīng)市場,而且還可以極大地降低產(chǎn)品設(shè)計階段的成本,是一種適應(yīng)于大規(guī)模客戶化定制生產(chǎn)模式的現(xiàn)代設(shè)計方法。變形設(shè)計有效地解決了大批量生產(chǎn)的低成本、短交貨期與定制生產(chǎn)的高成本、長生產(chǎn)周期的統(tǒng)一問題`。例如將臺式電風(fēng)扇設(shè)計為落地式電風(fēng)扇。開發(fā)設(shè)計以開創(chuàng)探索創(chuàng)新,改型設(shè)計通過改進(jìn)創(chuàng)新,變形設(shè)計在吸取、消化中創(chuàng)新。

三、創(chuàng)新思維的概念

創(chuàng)新思維是人們在學(xué)習(xí)、生活、工作或問題解決過程所表現(xiàn)出來的能夠產(chǎn)生新穎獨(dú)創(chuàng)性產(chǎn)品與觀念的一種思維方式。提高創(chuàng)新能力的根本是提高創(chuàng)新思維,是進(jìn)行創(chuàng)新思維的培養(yǎng)和訓(xùn)練。創(chuàng)新思維不是邏輯推理的結(jié)果,而是非邏輯的。創(chuàng)新思維通常是通過類比、聯(lián)想,從看起來毫不相關(guān)的事物中得到啟示,跳躍式的想象出來的。四、創(chuàng)新思維對于學(xué)生學(xué)習(xí)完《機(jī)械設(shè)計》這門課程后,對于學(xué)生來說表現(xiàn)出的創(chuàng)新能力不一定是開發(fā)出對于這個世界來說新的機(jī)械。事實(shí)上,學(xué)生每天都在創(chuàng)新。比如學(xué)生在學(xué)習(xí)《機(jī)械設(shè)計》這門課程的時候通過學(xué)習(xí)和思考在不斷改變自身對機(jī)械設(shè)計的認(rèn)識,而對于他們自身的思維來說就是全新的,因?yàn)槠鋸膭e人那里學(xué)習(xí)了并且合并了,從而產(chǎn)生了一個“新”的對《機(jī)械設(shè)計》的理解。孔子說:“學(xué)而不思則罔,思而不學(xué)則殆。”所以在《機(jī)械設(shè)計》這門課程教學(xué)中,學(xué)與思是教學(xué)過程中有機(jī)統(tǒng)一的兩個方面。因此,要指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究性閱讀,使學(xué)生會思、善想,這樣才能更好的對《機(jī)械設(shè)計》這門課程有個“新”的認(rèn)識。機(jī)械零件的機(jī)構(gòu)受到強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、工藝性、摩擦、磨損、壽命、標(biāo)準(zhǔn)化等方面的限制,因而具有約束性;機(jī)械傳動的方案可由多種運(yùn)動形態(tài)及變換并配以不同的運(yùn)動控制方式來實(shí)現(xiàn),因而具有多解性;機(jī)械設(shè)計的結(jié)論受客觀矛盾因素的影響和主觀判斷能力的局限,因而具有相對性。機(jī)械的這種約束性、多解性和相對性特點(diǎn)。為《機(jī)械設(shè)計》創(chuàng)新思維中的“學(xué)”和“思”的培養(yǎng)提供了廣闊的空間。我們常把思維的過程稱為“思路”,是因?yàn)榭捎寐窂絾栴}來說明人類思維過程。而對于《機(jī)械設(shè)計》創(chuàng)新思維的路徑是“學(xué)”和“思”。

(一)積極學(xué)習(xí)獨(dú)立思考,培養(yǎng)思維的求異性首先,教師要幫助學(xué)生樹立自信心,不盲從。“師不必賢于弟子,弟子不必不如師”的古訓(xùn),“人非圣賢,孰能無惑”的道理,都是很好的教育素材。其次,教師要經(jīng)常啟發(fā)學(xué)生。在學(xué)習(xí)的過程中知道在傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計中,書本上總是有對各種機(jī)構(gòu)、構(gòu)件和零件的性能、應(yīng)用限制,比如帶傳動難以克服彈性滑動,鏈傳動不可以用在交叉軸之間的傳動、兩輪反向傳動或轉(zhuǎn)動等等。這些限制對于缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生們往往視之為雷池,不敢逾越半步,這個時候就首先要求學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中對帶傳動、鏈傳動有深刻的理解:在帶傳動中,為了克服帶的彈性滑動,能否在帶的內(nèi)側(cè)上安裝一些突出的齒,帶輪上也加工出對應(yīng)的齒,形成齒形帶呢?為了綜合V帶與齒形帶的優(yōu)點(diǎn),能否將二者做在一起形成復(fù)合帶呢?在鏈傳動中,鏈傳動屬于半撓性體機(jī)構(gòu),鏈條中有剛性的鏈節(jié),不可能交叉使兩軸作反向傳動或交錯軸間的傳動。能否想辦法在鏈條做下改變呢?或者能否把鏈條中的鏈板變成桿狀鏈節(jié),而銷軸變成球型呢?這些都是值得思考的問題。

(二)學(xué)會思考,培養(yǎng)思維的變通性“學(xué)”是具體的,“思”是抽象的。機(jī)械的功能往往是抽象的,而機(jī)械的結(jié)構(gòu)一般是具體的。而思維的變通性是以目標(biāo)為中心,尋找盡可能多的方案,從中選出最佳方案。要訓(xùn)練學(xué)生變換角度思考問題,使思維靈活多變。五、結(jié)束語隨著時代的進(jìn)步和科技的發(fā)展,生產(chǎn)方式已發(fā)生重大改變,一些新的設(shè)計理念和設(shè)計方法不斷涌現(xiàn)。現(xiàn)代設(shè)計理念和設(shè)計方法與傳統(tǒng)的設(shè)計理念和方法相比,發(fā)生了很大的變化。因此,很有必要加強(qiáng)“機(jī)械設(shè)計”課程教學(xué)中對學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。