一、机械创新设计的意义
新的时代给高等教育发展带来了新的挑战,对人才素质提出了新的要求。学生创新设计能力的培养显得尤为关键。在创新设计教育中,教师要不断增强学生创新的紧迫感和信心,激发学生的创新兴趣和欲望,促进学生创新意识的建立和创新设计能力的形成与发展。
每两年一届的机械创新设计大赛,就是引导高等学校在教学中注重培养大学生的创新设计意识、综合设计能力与团队协作精神;加强学生动手能力的培养和工程实践的训练,提高学生针对实际需求通过创新思维,进行机械设计和工艺制作等实践工作能力;吸引、鼓励广大学生踊跃参加课外科技活动,为优秀人才脱颖而出创造条件。
二、机械创新设计的一般流程
要想完成机械创新设计,首先要明确机械设计流程。机械设计一般可分为方案结构设计、运动设计及动力设计3个阶段。其中,方案结构设计最需要创造性,设计难度也最大。常规设计一般是在给定机械结构或只对某些结构作微小改动的情况下进行的,其主要内容是进行尺度设计及动力设计。
相对于传统设计而言,机械创新设计特别强调人在设计过程中,特别是在方案结构设计阶段中的主导性及创造性作用。是充分发挥设计者的创造力和智慧,利用人类已有的相关科学理论、方法和原理,进行新的构思,设计新颖、有创造性及实用性的机构和机械产品。
机械创新设计要解决的核心问题是:探讨机械产品创造发明的机理、模式、过程及方法,尽力将其算法化、程式化、定量化、符号化,提高设计的可靠性、设计效率和质量。
三、机械创新设计的具体步骤
第一步:发现目前机械结构存在的问题。
换言之,我们首先要明确创新的目的是什么!在初始训练阶段,发现问题的主要来源是日常生活,因其有来源广泛和选择性大的特点。创新设计训练者可以更好地根据自己的专业认知程度选择适合自己的研究对象。自己给自己提出问题,其实本身就是一种对设计者机械创新设计能力的提高和突破。如何在生活中发现问题,需要设计者勤于思考生活中现有机械产品的不足,敢于探究其可能的改进方面,而不是对现有的便捷产品沾沾自喜,为现有的技术束缚。
举一个日常生活中的小例子:插座是习以为常的物品。对于老年人,三爪插头插入与拔出是比较费力的事情。由此诞生出设计省力插座的想法,这就是简单的机械创新设计问题提出的思路。所以在日常生活中带着创新设计的想法去发现问题,才能不断给设计者带来好的研究课题。
第二步:搜集相关资料。
明确了待解决的问题,同时,设计者有扎实的机械原理知识基础与相应的计算机辅助软件应用技能。可能还是没有确切的设计方案。这时候,资料的收集整理就显得尤为重要。收集资料的途径有很多,各种网站,专利以及论文等都可以作为选择对象。学会研究他人的创新设计方案,找出值得借鉴的点,可以进一步扩展机械创新设计思维。这里有一个很多人易走进的思维误区,即已有的设计方案新颖且实用性强,很难有比这更好的方案,因而设计者大都选择放弃。其实机械创新设计不只是大胆设计出从未有过的设计方案,更多的方面是对现有机械设计方案再次进行创新技术改进的过程。在原有基础上,伴随新的思维方式的加入,设计出更优秀的作品。因此对于机械设计方案而言没有终点,设计者不应轻易放弃创新设计的想法。
第三步:创新设计过程,这个过程可以借助计算机辅助创新。
像CAD、CAM技术极大地推进了产品的设计和制造技术的发展一样,计算机辅助创新技术呵以将多个领域的科学知识有机地综合起来,有助于设计者拓宽思考空间,打破思维定势,引导设计者综合应用各学科的知识,获得突破性的创新知识,为产品创新源源不断地提供富有创造性的设计方案,成为企业提高新产品开发能力和经济效益的重要手段。
在此阶段,交流必不可少。一个较为完整且操作可行的设计方案,是许多机械专业知识的综合。如对产品最终制造材料的选择、市场的评估、成本的评估等。对于初期进行机械创新的学生而言,往往欠缺必要的考虑。所以在初步形成设计方案后,一个较好的做法是与指导老师进行面对面交流。一方面是对已有设计方案的进一步完善,另一方面是学会在未来能独立完成上述工作,这也是一个成熟的机械产品设计一者应具有的能力。交流的方面有很多,包括设计的出发点、目标实现功能、与初步的设计图等,对学生而言,指导老师的设计经验与对专业知识的认识程度都是值得学习的宝贵资源。老师针对具体的设计方案图进行点评,指出可能存在的问题与改进措施,后期对产品的设计进行进度的跟进与针对性的引导。学生再次搜寻相关资料,完善设计方案。
可以通过组织创新设计大赛。向学生开放机械创新设计制作实验室等,充分利用实验室提供的创新设计制作条件以及国内外优秀设计产品的展示环境,激发学生的创新思维。
最后,我们来看下面的一个创新设计,设计非常巧妙,我们可以思考一下这个设计的初衷是什么?它能给大家带来怎样的便利?