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摘要：机械产品从需求、使用到维护的各环节中，机械结构设计起到了非常关键的作用。现阶段，部分产品的设计存在或多或少的不足。这就要求机械设计师要不断提高自身的专业技能，拓宽设计思路，学习先进结构设计方法，不断优化结构设计，提高机械结构的总体质量。使企业产品做强，推动机械制造业进一步发展，提高机械行业水平，实现强国梦想。
关键词：机械结构设计；创新设计；应用
引言
在激烈的市场竞争下，企业想寻求发展必须增强自身产品的市场竞争力，否则就会在与同行的竞争中倒下。企业需要不断优化与完善自身的产品，机械结构创新设计则是企业增强产品竞争力的重要方面之一。只有不断的创新自己的产品，才能让企业在市场竞争中持续的发展。
1机械结构制造的基本设计要求
（1）功能需求。机械产品制造生产的主要目的在于完成人力能力范围之外的技术工作，提升生产效率，因此功能需求是机械结构制造过程中所要考虑的首要因素。通过机械工作原理的组合运用与实际设计方案的稳定应用，满足材料力学、装配方式与工艺性能等相关因素对机械产品的综合要求，是机械结构制造设计的基础性内容。
（2）质量控制。机械产品的精度、硬度与结构力度是否达到工业生产标准是机械结构制造的重要考核标准。在保障产品具备全面的机械功能的基础上，产品的使用年限与质量控制是衡量机械产品制造是否达标的重要尺度。在重工业实际生产过程中，产品所承受的重量压力与材料韧性是机械产品制造要点与难点。作为注重实用性原则的机械工业产品，其结构的稳定性与产品的高质量是设计方案所应达到的核心要求之一。
（3）优化提升。作为现代化生产链条中的支柱性产业，机械制造业的产品设计导向与行业发展方向息息相关。在产品中引入创造性思维与跨学科技术，能有效提高机械产品的竞争力，为机械制造行业的未来发展提供有益助力。结构优化设计的前提是要有大量的可能性方案和优化空间，包括要对机械产品的生产工艺、材料、连接方式、尺寸形状等方面进行优化和创新，对于物理属性的改造与设计方案的优化是机械结构制造层面的重要要求。
2机械结构设计
机械结构主要由各种机械零件组成。机械结构设计首先必须满足功能性要求，使得产品能达到某种机械作用。通过对零件的原材料、尺寸、加工方式、热处理方法、机械动作、性能、外观、维修等诸多因素考虑，设计出合格的产品结构[1]。机械结构设计需要对产品有多方面要求，包括功能、可靠性、工艺性、经济性、外观、运输等多方面。
3变元法创新设计在机械结构设计中的应用
在实际设计过程中，变元法创新设计发挥着重要作用。使用变元法的过程中，需要机械设计师对产品有着全面的了解，对设计思想和产品结构全面分析与研究。通过以下几种变元法，实现创新的设计方案。
3.1材料变元
在机械结构设计过程中，不同的材料的性能各不相同。往往要考虑材料的硬度、表面处理方式、加工性能、价格、原材料、耐磨性、熔点、耐腐蚀性及其他众多物理、化学性能。往往会针对不同的客户需求，因交期、价格、性能等因素，需要对机械结构改进、创新，而材料变元法往往是优化的主要方法之一。随着我国工业的发展，常见金属和非金属材料的普及化，更多的应用场合可以有多种材料相互替代。通过对各种金属材料和非金属材料的特性对比与分析，选取合适的材料达到创新的结构设计。
3.2位置变元
在产品结构的创新优化过程中，往往通过改变一个特征或者零件的位置，能达到很好的优化设计。通过零部件或特征的位置变元，使产品结构变化，可以得到更好的结构空间。位置变元也可以改变受力产品的受力情况，使得产品达到更优化的方案。
3.3数量变元
在产品零件的选用过程中，成本设计也是每个机械设计师要考虑的重要因素之一。低成本部件的数量的增加可以增强机械强度，通过低成本零部件数量的增加提高产品的性能，可以降低其他配套高成本零部件的数量。在装配设计过程中，螺栓的选用是设计工作的一个重要部分，可以通过优化螺栓的种类的数量，达到装配的创新。为了装配的便捷性，提高装配工人的装配效率，机械设计师往往会通过减少螺栓种类数量的方法，减少安装工具种类数量，减少螺栓统一安装螺栓预紧力数值。与此同时，品类的数量变元，还会在原材料的采购、物料的仓储运输、产品的维护等方面起到至关重要的作用。
3.4尺寸变元
尺寸是机械结构组成的基本因素之一。设计师在设计结构的时候，通过尺寸调整，可以改变原材料尺寸，节约采购成本；通过尺寸调整，可以改变加工设备规格，降低加工成本；通过尺寸调整，可以降低仓储空间、周转空间、运输空间，进而减少费用。对于公差尺寸的调整，往往降低公差尺寸会改变加工方式、加工设备，减少加工工时，节约成本。提高尺寸公差，会增加零件配合性能，调高设备的稳定性，提高产品的使用寿命。在结构的创新设计过程中，我们往往采取双向创新。通过降低部分尺寸公差已减少原材料采购、加工、装配、包装运输等方面的成本。与此同时提高关键尺寸的公差等级达到更好的机械性能。
3.5工艺变元
机加工工艺是指利用机械加工的方法，按照图纸的图样和尺寸，使毛坯的形状、尺寸、相对位置和性质成为合格零件的全过程。在产品结构设计过程中，设计师需要对加工工艺有全面的了解。只有掌握产品的加工工艺，才可以设计出优秀的产品。通常在实际生产过程中，由于各种原因会使得设计出来的产品加工方式不是优选方式，在某个工序过程中需要耗费过多的资源去满足工艺要求。这个时候，采用工艺变元法的创新设计能够大大优化产品的生产过程。
3.6形状变元
不同的外形的零件对应不同的加工方式、加工设备，对于一个实体零件进行去除材料的加工的时候，需要设计较为合理的形状去除，不适合的形状往往产生加工过程中资源的浪费。在实际过程中，也会遇到型材的选择，不同的形状的型材的作用不尽相同。在合理的情况下，选择合理的型材外形，有时候也会达到创新的结构。
4机械结构中TRIZ创新设计理论的应用
TRIZ创新设计理论的核心为“解决冲突”，改进系统中结构与性能，同时不对系统中的其他构件与结构产生影响。在机械结构的创新设计中可以应用这一理念，避免在机械设计中发生物理冲突或技术冲突。物理冲突指的是机械中的构件之间产生了相反行为，导致机械中某部分的行为偏离正常运行状态；技术冲突是指机械系统中增强某一部分的性能对整体结构产生了有害结果。有效运用TRIZ创新设计理论，可以调节和澄清机械系统中存在的矛盾，将“完全解决矛盾”作为目标，获得最终的理想结果。TRIZ理论基于技术的演化规律，加快了人们发明创造的进程。
结束语
现阶段，科学技术不断发展，创新设计已经深入到社会中的各个领域，在机械结构设计中也摒弃了传统的设计方式。在机械结构设计的发展进程中，经历了从简到繁、从粗糙到精密的改革，当陈旧的构件在新环境中实验失败时，激励了人们对机械结构创新设计的欲望。变元法是机械创新设计中常用的机械方法，而TRIZ设计理论是在技术发展演化规律基础上进行的创新发明创造，二者对机械设计的发展具有重要意义。
参考文献
[1]范志勇.机械结构设计中的创新应用[J].中国设备工程,2019(08):168-169.
[2]王泽.浅谈创新设计在机械结构设计中的应用[J].城市建设理论研究(电子版),2019(09):83.
[3]付海茹.创新设计在机械结构设计的运用[J].中国设备工程,2019(04):158-159.
[4]赵丁.关于当前机械结构设计中的创新设计[J].数字通信世界,2019(01):257.