郭亚
广州华飞迪通医疗科技有限公司
摘要：随着社会经济的不断发展，创新设计已经深入到许多领域。工业发展的速度也在逐年加快，而机械对于推动工业发展有着不可忽视的重要意义。国民经济水平的不断提高，导致其在产品需求方面的要求也越来越高，越来越多群众开始重视机械设计的创新工作。在机械创新过程中应挣脱顽固的传统设计模式，针对当前使用的不同需求进行进一步创新，尤其是对于一些机械设计工作人员，应着重对其创新思维进行深入培养。
关键词：机械结构设计;应用;创新设计
引言
立足新时期的发展，各个领域都亟需创新，构建自身竞争力，拓展发展空间，满足社会多样化需求。在机械结构设计领域，市场需求也呈现多元化的特征，传统设计思想彰显滞后性，很难实现对行业发展的推动作用，因此，创新设计理念亟待增强，强化结构设计的深度、全面的优化，提升设计效果。在当前机械设计行业，创新设计思维相对统一，以变元法为基础，强化操作的便捷性与科学性，实现对设计过程中可变因素的有效梳理，融入逻辑化思维，实现结构创新设计，提升实际应用效果。
1当前机械结构设计的概述
1.1机械结构设计
机械结构设计的基本内容包括：对机械产品材料的选择、机械产品的外观设计、机械产品的大小型号设计、机械零件的连接方式和机械功能的设计等。由于时代的发展，传统机械结构的设计早已不能满足机械制造业的供给需求，必须研发出新型的机械结构，以满足市场需要。特别需要注意的是，机械结构的创新设计必须符合机械制造业的标准，不能违背机械运行的常理，否则将会引发安全事故。
1.2机械结构设计的关键因素
根据以往的实践经验可以得知，机械结构设计的关键因素主要分为两点：一是机械产品的质量。众所周知，产品的实用价值是通过其质量体现的，只有在确保其质量过关的情况下才能将机械产品投入使用。为保障产品的质量，设计者在设计其结构时，必须提前对产品的质量进行检验，在确保产品的结构、硬度、精确度都能符合相关使用标准后，再考虑机械结构的设计。二是机械产品的创新。产品的创新性是机械结构设计的核心，且其创新性还能在一定程度上提高机械产品的市场竞争力。因此，机械产品的设计师在设计时需从产品的创新性着手。充分考量产品的性能、外型及其操作等方面的创新。
2现代设计方法应用对机械创新设计的重要意义
国民经济的进步及全球经济一体化进程不断深入，市场竞争环境日趋激烈，当前机械制造业面临严峻竞争挑战的同时，为满足市场竞争需求及社会需求走向，不断对机械产品的实用性能、安全系数、技术操作等方面加以创新。在现有科学技术的基础上进行创新构思，必然需要先进设计方法的有效应用才能使新式成果最终得以具体呈现。现代先进设计方法应用，结合现代机械科技的更新完善，不但能够使当前最新机械科技和机械创新技术实现充分统一，推动两者协调发展，更对现代机械更好地创新设计出适应市场需求、社会需求的时代性新式产品、推动社会经济快速进步起到至关重要的作用。
3机械结构设计的基本要求
3.1用户至上的设计理念
机械设计或产品设计都是基于用户的需求而建立起来的，充分了解市场及用户使用需求，尽量优化产品的使用性能，才能顺应市尝获得更高的经济价值。所以，机械设计的前提，要有实际的使用需求数据作为基础，不脱离使用价值的设计才具有实际意义。
3.2质量控制
机械产品质量的好坏，直接影响其使用价值的发挥。在机械制造过程，需要充分考虑到产品的最终质量，保证机械产品的强度、刚度、及稳定性达到标准要求，并深入分析产品质量的影响因素，通过对这些影响因素进行把控，使机械产品质量得到有效的保障，有效提升产品的性价比。同时，还要考虑到机械产品使用的便捷性，节能环保性、使用安全性等各方面的内容，整个过程不能仅仅以材料及工艺决定产品质量，而是要充分考虑到各个方面[1]。产品的过程控制，是提高产品合格率的有效途径，也就是在机械产品设计及加工过程中，进行动态控制，发现问题及时处理或修复，并且将发现的问题及时反馈到设计过程中，会极大优化产品设计，降低经济损失。
3.3功能设计
在满足机械产品功能需求的基础上，需要对产品的原材料进行加工，使其能够形成新的成品。在机械制造过程，其功能设计不仅要充分满足使用者的实际需求，也要充分体现出创新性。设计出的机械产品要满足工作原则，确保机械运行的稳定性，符合装配性能及材料的力学性等各因素的要求。
3.4优化及创新设计
在我国经济的快速发展背景下，机械制造业的竞争越来越激烈，产品质量及使用性能已经成为企业存亡的关键。机械结构的创新就成为了提高企业竞争力的重要手段。在进行机械结构设计时，引入创造性思维及先进的科学技术，有利于提高产品的市场价值。同时，对机械结构进行优化设计，需要具备一定的优化空间及可能性方案，其中包括对机械产品的尺寸、形状或位置、表面粗糙度、制造工艺等各方面的优化及创新。
3.5智能化的设计
在当前的技术环境下，智能化在机械设计中的应用不断深入，就设计过程而言，智能化的设计其具有以下方面的优势：第一，实现了另加装备环境的有效模拟，对零件形状、大小及位置的把控具有重大影响，其确保了机械零件设计的高效进行。第二，在智能化技术平台支撑下，不同零件的装配路径得以有效演示，其在避免不匹配现象发生的同时，实现了零件装配的直观把控。第三，就智能化应用过程来看，其尚处于发展成熟阶段，使得机械设计工期得以有效缩短，其保证了机械效率的有效提升。第四，与传统设计方式相比，虚拟设计、有限元分析等技术的应用使得机械产品的设计质量得以有效提升。
4创新设计在机械结构设计中的应用方式
4.1形状元素创新设计
通过对机械构件形状进行重新设计，获得能够满足机械性能需求的创新结构。机械结构创新设计中，形状的创新是变元法中经常使用的一种方法，对机械构件外在物理形状进行创新设计，调整结构系数，实现机械结构性能的提升。例如弹簧结构设计的时候，根据不同使用要求，弹簧截面可以设计成非圆形的。石化部门接触石油类产品，为减小化学类产品腐蚀的影响，多将零部件设计成曲线面或曲面体，减小表面积。
4.2连接元素创新设计
连接元素是指构件和构件之间的连接机构，根据机械的结构、用途、工作特性的不同，选择不同的连接方式，会给实际使用和维护带来极大的便利，提高工作效率，获得良好的评价，也为机械设计产品带来更加宽广的市常比如工作强度不高，但使用频率高的连接机构就要选择灵活性和互换性强的连接方式。
4.3机械结构材料创新在动力能源方面的应用
随着当前机械工程设计中能源材料种类的不断增多，机械工程设计人员在选择产品动力系统设计的选项也在逐渐增加。在此过程中，设计人员应利用自身专业知识，发挥自身创新思维，在机械产品设计过程中应用一些新型能源，进而更好地符合第四次工业革命的最初意义。现阶段下，大多数汽车都是电动汽车，与以前的燃油汽车对比不难发现，其对于空气的负面影响接近于0，可有效降低对环境的污染程度。同时，电动汽车还可自由支配充电时间，进而更好地保障电能最终利用率及最初经济目标实现。
4.4机械结构尺寸创新在设计中的应用
在机械结构中，其最终效果如何在一定程度上会受到机械结构尺寸的影响。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因此在创新结构设计过程中，必须要明确机械结构尺寸创新重要性，并以当前机械的实际工作原理作为依托来设计其各项功能参数[4]。例如，在吸尘器和净化器设计时，风量参数与风道的尺寸参数有极大的相关性，通过改善风道尺寸，可以增大风量，降低噪音，达到改善整机性能的目的。因此工作人员在设计过程中应站在产品三维参数角度，对当前机械的尺寸、拓扑等进行合理设计，在符合其相关标准的前提下，对其进行创新。
4.5工艺变元在设计中的应用
机械结构设计中应用到的材料种类较多，各部分结构都会结合使用情况采取不同的原材料制成，而且每个零部件材料加工工艺也有所不同，即使是同样的材料，在加工不同零件时也可能采用不同的加工工艺，最终的目的就是要通过合理的加工工艺将材料的最佳效能发挥出来，这样才能有效地提高机械的使用效率。工艺变元法主要是根据变换材料的加工方式来实现对机械结构设计的创新和研究。例如，在模具设计时，对斜顶的刚性有一定的要求，尤其是一些精密模具的斜顶尺寸较小，普通渗碳工艺难以满足设计要求，则需要采用特殊工艺使材料获得更佳的刚性，以达到理想的设计效果。所以，在机械结构设计中，需要根据材料的特性来进行相应的工艺调整，以满足设计要求。在对机械结构设计创新的过程中，必须注重工艺的性能发挥，才能更好地完成机械结构的创新设计。
4.6机械结构设计中的数量变元
数量变元是机械结构设计中的一个基本变元，通过对产品零件数量的改变，从而达到对产品功能和性能的改变。例如：机械结构的设计师在设计产品时，为了能够充分体现出产品的功能性与实用性，通常会采用直线设计的方法。在直线设计中，螺丝是其中最重要的基础要素。一旦螺丝出现松动或者偏移的现象将直接影响整个机构的设计，为有效降低这种问题发生的概率，设计师通常会选择采用增加弹簧垫的方式增强弹簧的稳定性，这样不但不会造成弹簧歪斜，同时还能发挥很好的缓冲作用。除此之外，在进行设计时，设计师还可以将一些冗杂的元素进行适当的整合，不但方便携带与安装，还能极大地缩短工作时间。这就是数量变元的优势。
5机械结构设计的优化创新方法
5.1创新设计与产品成本相协调
随着机械制造业的快速发展，机械结构的创新设计已成为大势所趋、人心所向，机械结构的创新能摆脱产品同质化，极大地提升机械产品的市场竞争力。然而，在机械结构创新趋势的潮流下，机械结构创新设计的投资成本也在不断地加大，甚至超过了部分企业所能预支的成本，这种情况不但没有为企业增加效益，还加重了企业的负担。由此可见，机械产品的创新设计必须与投资成本相协调，在充分保障产品效益的基础上对机械产品的结构进行合理的创新和优化，这样才能充分协调产品的创新性与经济效益性，从而实现互利共赢的目的。
5.2保障结构社会效益与系统可行性
当今时代下，机械结构的创新设计主要是通过变元法的方式实现的，通过改变机械结构的基本要素达到机械结构整体优化的目的。但在利用变元法创新的实施过程中，必须结合机械设备的实际情况进行创新，不能违背机械运行的原理，否则将会极大地影响机械设备的运行。与此同时，在进行机械结构的创新设计时，必须考虑其结构设计的经济性和实用性，这样才能满足客户的市场需求，进一步保障结构设计的社会效益与系统可行性。
6现代机械创新设计发展趋势
近年来，社会信息化、科技化发展突飞猛进，现代设计的发展也不断创新深入。例如从计算机辅助设计与设计功能开发的统一革新研发，到机械优化设计、实用安全性设计的技术创新等，现代机械创新设计已逐渐形成自动化、智能化形式，有效提高了机械设计效率，提升了创新产品的品质及经济效益。现代机械创新设计有效拓展了设计数据、设计经验的计算机累计存储量，通过不断健全设计信息资料库、研究开发适合现代机械创新设计形势的自适应编程系统，实现了信息采集和设计程序处理科技的时代性革新进步。随着设计理论与电子科技的不断发展，创新机械设计从产品设计逐渐发展为产品功能性、实用性、可靠性、社会需求性、经济效益性等设计理念相融合统一的现代机械综合设计。以智能科技角度出发，突破固有思路的概念设计创新，科学分析人为操作成分，加强人和机器相互作用的联系研究，对原有产品进行重组和更新创造，力求充分应用现代设计方法，探索研究出当代机械创新设计、优化设计的最佳科学方案。现代机械创新设计的智能化、自动化发展趋势以及以市场需求与人文情怀为内涵的设计理念，是实现机械设计创新发展、推动社会工业化革新的必然途径。
结语
总之，机械结构创新设计不仅有以经验为基础的试验创新，也有宏观方法论的理论体系创新，无论哪一种，都是机械领域重要的创新设计方法，在面对实际结构问题时，经验与方法论两类创新思路既是相互弥补，也是相互检测，只有两者有机的结合，才是不断提高机械创新设计的最佳方案。当然，随着技术不断发展，还会有更加巧妙的创新思路出现，这要依赖于科研工作者的不懈奋斗和努力，相信创新设计将是永恒的话题。不论是过去、现在、还是未来，机械结构设计的发展都离不开创新，将创新设计理念引入并实践应用在机械结构设计中，是实现机械化发展，提高机械制造能力的重要方式。机械制造发展对实现我国的"强国梦"具有极大的现实意义，不仅是换元法的创新应用，在我国机械制造发展的过程中，我们应将创新意识进行到底，不断将新科技、新材料、新理论创新应用到机械结构设计和制造中来，贯彻创新意识的实践应用。对于我国当前机械现状而言，在未来机械创新设计过程中仍有许多需要完善的部分。在日常工作中应将机械创造的创新思维作为创新设计的重点内容，进行针对性培养。在设计过程中应当借助原有设计基础，站在长远发展的角度对其进行完善创新，进而更好的保障机械实用性，延长当前机械的使用寿命。
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论文作者:郭亚
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/27
标签：机械论文; 结构设计论文; 产品论文; 结构论文; 需求论文; 机械设计论文; 过程中论文; 《中国西部科技》2019年第23期论文;