摘要：机械是一个国家富强的重要标志，对于机械结构设计来说需要具备很强的创造性。在我国社会经济不断发展的背景下，作为我国经济发展的基础，机械结构设计方向在其发展领域中受到了很大的冲击，因此创新设计的具体应用势在必行。现代机械结构设计应当将机械制造设计与互联网等先进的科学技术相结合，提高我国机械结构设计水平。只有不断的应用创新设计，才能使机械结构越来越符合人们的实际需要。
关键词：机械；结构设计；创新设计
引言：创新是发展的不竭动力，而机械结构设计是一项非常有创造性的工作。因此，要求从事机械结构设计的工作者，应该具备有效的创新思维与意识，用于在日常的机械结构设计实践工作进行中，去努力创新机械结构的功能完善和用途适宜范围扩大，以达到设计优化最大值，从而为促进行业发展，实现强国之梦做出应有贡献力量。
一、机械结构设计的基本要求
1.功能设计。机械产品需要满足主要机械功能需求，进而满足人们的应用需求。在功能方面不仅需要展示出创新性，设计产品还要符合相关的机械工作原理，满足机械产品稳定性、工艺力学、材料力学以及装配性能等相关因素的要求。
2.质量设计。需要考虑到构成机械产品质量体系的相关因素，包括产品精度、产品刚度、产品结构力学的要求等等，进而通过控制相关因素提升机械产品的质量特性以及性价比。此外还需要考虑到机械产品的其他特性，如操作便捷性、产品外观、安全特性、节能环保等等。产品的质量不仅需要在机械加工工艺以及材料方面进行控制，在机械设计阶段也应该考虑。
3.优化设计与创新设计。机械产品结构创新设计的方式为利用结构设计变元等方式系统度构造优化设计空间，在产品中引入创造性思维或者其他学科的技术。优化设计和创新设计在机械产品结构设计中的应用，能够有效地提高机械技术产品开发的竞争力。结构优化设计的前提是要能构造出大量可供优选的可能性方案，即构造出大量的优化求解空间，这也是结构设计最具创造性的地方。目前，结构设计的优化与创新仅展现于数理模型运算方面。并未综合考虑到机械产品的本身特性，如产品的加工工艺、材料、连接方式、尺寸形状等等，而且对于机械结构变元法设计也应该建立在这些因素的基础上。
二、机械结构设计创新的必要性
1.机械机构设计创新更满足系统要求
科学技术推动机械装置的现代化发展，使得机械结构设计要求日渐提高，不仅要具有实际应用性，而且还要体现出创新理念。对于机械结构设计要实现创新，就需要设计人员满足实际需要、满足设计要求、并要考虑到机械设备的未来使用价值。那么，在进行机械结构设计时，要按照现代机械设计理念的引导，优化机械构件的组件以符合系统要求。
2.机械机构设计创新更为强调系统构建实践
机械结构设计创新是要求设计观念更符合实践需求，着手于机械系统的构建，掌握结构的内在规律，以对机械结构设计相关的基础知识、设计方法以及创新途径进行分析。机械结构设计要实现创新，就要促进系统构建实践，结合基础理论，使机械结构设计成为一项重要工作内容。
三、通过变元法完成机械结构设计的创新
如今，机械结构创新设计是指采用机械结构设计变元法，改变机械结构设计的相关因素，进而获得机械结构的创新，但是创新性结构需要满足于应用需求，并且在性能、经济性方面优于原始的设计结构，变元法所研究的内容主要包括：数量变元、形状变元、材料变元、位置变元以及装配联接变元等等，通过进行变元往往能够得到许多机械结构的设计方案，根据数学模型对机械结构性能的计算测试并且综合其他因素进行考虑，进而选择出最优化的机械结构设计。
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1.数量设计
在对机械结构进行设计时，需要对其内部元素的数量进行调整，使其满足不同行业的需要。通常情况下，在进行创新设计时，只需要改变结构内部元素的数量即可，能有效改变结构的性能，实现其设计价值。虽然这种设计方法比较简单，但能有效保障设计效果。例如，在进行螺丝设计时，传统的设计方式为垫片、螺杆、螺帽等，其零件数量比较多，给机械结构的安装及拆卸工作带来了很大的难度。对此，在进行创新设计时，可将其设计成多功能一体化螺丝，以降低零件的使用数量，从而保障工作效率。
2.形状变元
机械产品的形状变元，是指我们可以从结构的形状上去考虑对整体形状和主要轮廓、设计表面和所用零件等类型和规格进行尝试改变，从而得到不同的结构创新方案，实现改变机械整体结构的目的。此种元素的创新是在机械设计中，将机械工作原理变成技术图纸的主要过程环节。同时为确保结构方案设计正确可靠，形状变元创新设计还须遵循八大准则，包括防腐蚀、支承、公差配合、应力学、工艺等。比如：热电企业的冷渣机，为达到最大化程度的对高温炉渣的快速降温，我们对滚筒式冷渣机机械产品进行了形状变元的创新，对其原有的一个腔体进行了分腔处置，从而形成多腔式滚筒冷渣机，在工作作业过程中，摊薄了高温炉渣的厚度，实现快速达到理想的降温参数指标。
3.材料变元
机械产品的材料变元，主要是指通过考虑对产品材料的选择和替换，促使机械零件尺寸结构随之改变，也就直接导致了机械产品加工工艺的随之变化发生，从而达到改变整个产品结构的目的。此元素设计创新，让我们看到了通过调整材料变元，可以创新出不同结构方案。比如要增加机械产品元件结构的强度和刚度，可采用对铸铁通过加强筋和隔板，对钢材料通过加大零件截面尺寸和对塑料材料要求料件筋板与壁厚相近，并均匀对称的不同结构创新设计方法。
4.位置和工艺变元
所谓的位置变元指的是将元件位置改变，以此来优化设计。比如，在焊接部分元器件的过程中操作人员需要选择好焊接位置，确保焊接位置靠近中心轴，避免元器件出现变形，或是有不规则扭曲现象出现。所谓的工艺变元指的是在机械结构设计过程中需要严格把好施工工艺关，同时结合好图纸将最优的工艺产品设计出来，同时借助先进工艺技术的帮助，开发和设计元器件，一旦出现问题要及时对其进行调整。
5.联接变元
联接变元就是一种连接方式，它考虑了每个元素之间的联接方式，补一个方式不同，主要有铆接、焊接、胶结等，而不同的机械产品有不同的联接方式，可以通过改变联接方式来改变机械产品结构方案。例如一些需要经常拆卸的元件，就需要在设计的时候考虑到零件的结构连接是否可靠、拆卸是否方便等这些问题。在生活中也有很多利用联接变元的产品，像手机产品的盖子的拆装结构就很方便，利于使用者的方便操作。
四、结束语
在设备的使用和更新过程中机械结构设计起到了非常重要的作用，它在很大程度上促进了我国国民经济的发展。对于机械设计来说找到适合的新方法来替代旧方法是当前需要解决的重点和难点，需要设计人员具有较强的实际操作技能和操作意识，同时不断优化结构设计，将机械结构设计的思路和理念提高，只有这样才能提高机械结构设计的质量，实现我国的强国之梦。
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论文作者:张原
论文发表刊物:《基层建设》2019年第13期
论文发表时间:2019/7/19
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