支景鋒

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機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法綜述

支景鋒

（山東科技大學(xué) 山東 青島 266590）

中國(guó)是制造大國(guó)，需要產(chǎn)品和技術(shù)創(chuàng)新。機(jī)電產(chǎn)品在世界各國(guó)之間的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，只有創(chuàng)新才是提高機(jī)電產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵所在。本文分析了機(jī)電產(chǎn)品的特點(diǎn)及其發(fā)展趨勢(shì)，提出了機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的要求，并指出了機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的四種方法：基于形象思維的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法、基于邏輯思維的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、智能設(shè)計(jì)方法，以期提高機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量和競(jìng)爭(zhēng)力。

機(jī)電產(chǎn)品；創(chuàng)新；設(shè)計(jì)；智能

我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)是制造業(yè)，在全球經(jīng)濟(jì)一體化的影響下，機(jī)電產(chǎn)品在世界各國(guó)之間的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，市場(chǎng)對(duì)機(jī)電產(chǎn)品的性價(jià)比、性能、質(zhì)量等指標(biāo)的要求越來越高。因此如果中國(guó)企業(yè)只簡(jiǎn)單的生產(chǎn)和加工機(jī)電產(chǎn)品，很難產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)力。只有創(chuàng)新才是提高機(jī)電產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵所在。所以要想我國(guó)的機(jī)電產(chǎn)品在國(guó)際立足、在國(guó)內(nèi)蓬勃發(fā)展，認(rèn)真梳理創(chuàng)新方法和途徑是非常必要的。

1 機(jī)電產(chǎn)品及其特點(diǎn)

機(jī)電產(chǎn)品廣義上是機(jī)械產(chǎn)品、電子產(chǎn)品、機(jī)電一體化產(chǎn)品，以及這些產(chǎn)品的零配件、附件等的統(tǒng)稱。[1]如今，機(jī)電產(chǎn)品特別是創(chuàng)新型機(jī)電產(chǎn)品給人們的工作和生活帶來了巨大的方便。機(jī)電產(chǎn)品，它的技術(shù)是來自機(jī)電一體化技術(shù)，這是一門新興的交叉學(xué)科。它所涵蓋的主要領(lǐng)域包括：傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)、微電子技術(shù)、經(jīng)典控制理論等內(nèi)容，同時(shí)包括了現(xiàn)代信息處理技術(shù)、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法、軟件工程以及自適應(yīng)控制、人工智能等現(xiàn)代技術(shù)。而且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，這些學(xué)科之間的相同點(diǎn)會(huì)越來越多，它們的界線會(huì)越來越模糊。[2]

2 機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的要求

機(jī)電產(chǎn)品在創(chuàng)新設(shè)計(jì)時(shí)要考慮很多因素，創(chuàng)新點(diǎn)要求實(shí)、高效，設(shè)計(jì)起來要滿足機(jī)電產(chǎn)品的功能要求、用戶需求、安全要求、成本需求和環(huán)保需求。

機(jī)電產(chǎn)品是供人們使用的，它應(yīng)滿足人們所需的功能，如休閑娛樂功能、自動(dòng)控制功能等。

在設(shè)計(jì)時(shí)，機(jī)電產(chǎn)品應(yīng)該滿足人的心理和情感上的需求，盡量做到人性化。例如，機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要符合用戶的審美，外觀要漂亮大方，使用起來要友好、易操作。一旦用戶使用時(shí)得心應(yīng)手，產(chǎn)品的效率就會(huì)提高，使用方便，更容易被推廣。

機(jī)電產(chǎn)品的安全性能應(yīng)該是放在第一位的。當(dāng)在用戶使用或特殊情況下導(dǎo)致操作失誤時(shí)，機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)必須要考慮到它的安全因素，尤其是一些工廠中較為危險(xiǎn)的大型機(jī)電設(shè)備。例如可以提高機(jī)電產(chǎn)品的容錯(cuò)程度，以避免危險(xiǎn)的發(fā)生。[3]

設(shè)計(jì)機(jī)電產(chǎn)品時(shí)還要考慮到其在使用時(shí)對(duì)環(huán)境的影響，進(jìn)行環(huán)保設(shè)計(jì)，節(jié)能減排。例如可以盡量減少產(chǎn)品污染性材料的使用、降低產(chǎn)品的耗能，提高產(chǎn)品零部件的回收和循環(huán)利用等。

這要求機(jī)電產(chǎn)品在滿足產(chǎn)品功能的前提下，盡量減少產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用、維護(hù)等環(huán)節(jié)的成本，從而達(dá)到從設(shè)計(jì)源頭就做到控制成本的要求。

3 機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法

3.1 基于形象思維的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法

基于想象思維的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法是最普遍的形態(tài)創(chuàng)意方法，包括頭腦風(fēng)暴法、仿生、類推、變形等。頭腦風(fēng)暴法也稱作智力激勵(lì)法，它是指在開放的氛圍下，在短時(shí)間內(nèi)因?yàn)橄嗷l(fā)而產(chǎn)生大量的靈感。而仿生法則是從生態(tài)的構(gòu)成規(guī)律和特點(diǎn)上思索產(chǎn)品的方法。類推是基于不同事物表象及內(nèi)在特征的相似性獲得新的概念。變形是對(duì)一個(gè)已知的原型在材料、尺度、布局等方面進(jìn)行變形來得到新的形態(tài)。[4]

3.2 基于邏輯思維的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法

它是應(yīng)用理性的分析去發(fā)現(xiàn)各種可能的方案，它包括包括形態(tài)分析和功能分析等。形態(tài)分析是將產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)分為幾個(gè)單元，對(duì)所有的單元進(jìn)行排列組合，從而得到可能的結(jié)構(gòu)布局方案。功能分析包括功能邏輯分解方法和FBS方法。在功能邏輯分解方法中，功能的分解是一個(gè)不斷問問題的求解過程。在FBS方法中，功能是行為的抽象化描述，狀態(tài)間的改變是行為作用的結(jié)果，F(xiàn)BS方法將功能的分解轉(zhuǎn)變?yōu)樾袨槊枋龅姆纸?，更符合人的思維特點(diǎn)。

3.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

系統(tǒng)設(shè)計(jì)是德國(guó)烏爾姆設(shè)計(jì)學(xué)院在20世紀(jì)50年代所提的一種工業(yè)設(shè)計(jì)方法[5]，其是將繁亂的事物置于相互影響、相互制約的關(guān)系中，使產(chǎn)品建立起聯(lián)系性和統(tǒng)一性。系統(tǒng)概念在工業(yè)設(shè)計(jì)中有兩層涵義：不再把設(shè)計(jì)對(duì)象看作是孤立的，而是把它放在相互關(guān)聯(lián)的體系中考慮；單個(gè)產(chǎn)品也被看作由多個(gè)單元組成的系統(tǒng)，并以此來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品在使用功能上的互換性、靈活性、補(bǔ)充性。

3.4 智能設(shè)計(jì)方法

智能設(shè)計(jì)是一種用人工智能完成設(shè)計(jì)的方法。依據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)行為某一側(cè)面的認(rèn)知，智能設(shè)計(jì)方法主要有六種：

基于規(guī)則的方法。它是將設(shè)計(jì)過程中運(yùn)用的產(chǎn)生式規(guī)則知識(shí)表示出來構(gòu)成設(shè)計(jì)知識(shí)庫，通過對(duì)規(guī)則設(shè)計(jì)知識(shí)的推理和利用完成設(shè)計(jì)。

基于實(shí)例的方法。它源于設(shè)計(jì)者，能夠通過效仿以往的設(shè)計(jì)案例來完成新設(shè)計(jì)。

基于約束滿足的方法。它是把設(shè)計(jì)方案的形成過程視為一個(gè)設(shè)計(jì)約束不斷得到滿足的問題。該方法把設(shè)計(jì)要求、限制都轉(zhuǎn)化為對(duì)設(shè)計(jì)變量、設(shè)計(jì)空間的約束，通過對(duì)設(shè)計(jì)空間的搜索等來尋求滿足各種設(shè)計(jì)約束解。[6]

基于形狀文法的方法。

基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法。它采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)分部設(shè)計(jì)知識(shí)的表述與推理，來模擬在設(shè)計(jì)時(shí)人類大腦的思維活動(dòng)。

基于進(jìn)化計(jì)算的方法。這種方法是將設(shè)計(jì)問題模型轉(zhuǎn)化為生物進(jìn)化。在遺傳算法中，用編碼代表基因，用繁殖、雜交和突變算子模擬進(jìn)化過程。用遺傳算法的編碼規(guī)則表示設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)知識(shí)，設(shè)計(jì)過程就可以轉(zhuǎn)變?yōu)榛驑颖痉N群的進(jìn)化過程。

4 結(jié)語

在長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展過程中，機(jī)電產(chǎn)品的技術(shù)逐漸受到各種行業(yè)的重視，機(jī)電產(chǎn)品已經(jīng)走進(jìn)全家萬戶、工場(chǎng)等每一個(gè)角落，它已深深融入人們的日常生活當(dāng)中。經(jīng)濟(jì)全球化給我國(guó)帶來機(jī)遇的同時(shí)，也帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。為了在國(guó)際舞臺(tái)上立足，我們需要充分發(fā)掘機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法，研究出更加智能、強(qiáng)大、高效、安全、綠色的機(jī)電產(chǎn)品，提高我國(guó)機(jī)電產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力！

[1]唐靜，王斌.創(chuàng)新型機(jī)電產(chǎn)品的快速設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備，2014，6（9）：39-41.

[2]徐釗.現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在機(jī)電產(chǎn)品中的應(yīng)用[J].電子世界，2012，10（2）：79-80.

[3]何偉民.產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法研究[J].設(shè)計(jì)研究，2007,9（1）：92.

[4]蔣雯.產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論與方法綜述[J].包裝工程，2010，3（1）：130-132.

[5]李樂山.工業(yè)設(shè)計(jì)思想基礎(chǔ)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001:164.

[6]胡雨霞，李志英.淺談產(chǎn)品設(shè)計(jì)創(chuàng)新方法[J].藝術(shù)與設(shè)計(jì)，2013,6（2）：127.

China is a big manufacturing country and needs product and technological innovation. The competition between mechanical and electrical products in the world is increasingly fierce, and only innovation is the key to improve the competitiveness of mechanical and electronic products. This paper analyzes the characteristics and development trend of mechanical and electrical products, puts forward the innovative design of mechanical and electronic products, and points out the innovative design of mechanical and electronic products of four kinds of methods: innovation design method based on image thinking, innovative design method based on logical thinking, system design method, method of intelligent design, in order to improve the quality of the design of the mechanical and electrical products and competitiveness.

mechanical and electrical products; Innovation; Design; smart

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.10.022

TH122

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1672-9129(2017)10-0019-02