李志勇
广州极飞科技股份有限公司
摘要：围绕新形势背景，运用合理的设计创新模式开展机械结构设计，能够提升设计工作水平。基于此，本文详细介绍了变元模式、智能化模式、机械结构动态设计模式、基于DFMAR的模块化模式、可拓展模式这几项基于新形势背景下的机械结构设计创新模式，希望能够为机械结构设计领域的发展提供助力。
关键词：机械结构；机械产品；机械模块
引言：新形势下各领域机械化、自动化的发展使得人们对机械设施的需求不断提升，而合理的机械结构设计方案，能够让机械产品具备更优越的使用性能，有效满足用户的需求。为此，需积极寻求机械结构设计创新模式，以构建出优质的机械结构设计方案，为机械产品质量水平的发展夯实基础。
一、变元模式
新形势的形成在一定程度上塑造了各领域机械化的趋势，这不仅为机械制造领域带来了发展契机，也向该领域提出了更高的要求。其中，在机械结构设计上，由于各领域对机械产品需求的量迅速攀升，向机械制造企业提出了更高的生产效率要求，而结构设计方案完成周期，作为影响生产效率的重要因素，在新形势下，需采用高效的设计创新模式，来进行机械结构设计，以缩短方案出具时间，提高机械产品生产效率。在此过程中，变元法作为当前高效的机械结构设计创新模式之一，借助该设计创新模式，设计者可以针对传统设计中存在的问题，构建出一个更加合理的创新设计方案，这不仅能够改善机械产品性能，还可以提高设计创新效率。在变元模式下，常用的设计创新措施包括，数量变元法、形状变元法、材料变元法、位置变元法等，设计者需要围绕传统设计方案中存在缺陷的形成原因，来选用合适的变元设计法，以有效消除传统方案中存在的问题，通过针对性的设计创新，改善机械产品结构，提升机械产品性能水平。以某变元创新设计为例，在原设计方案下，某一机械结构部分很容易出现低弯曲变形问题，导致机械运行故障，经过检查后，发现该低弯曲变形问题源于焊缝位置不合理，此时，即可采用位置变元法，并遵循中性轴接近或中性轴对应原则，调整焊缝位置，消除该问题，实现设计创新。
二、智能化模式
现阶段，信息技术的普及应用，极大地提高了各领域的发展效率。但在机械结构设计领域内，计算机的辅助支持仅限于计算、绘图等设计后期阶段，而对于极具创造性的早期方案设计阶段，计算机通常无法提供有效的支持，但在新形势下，各方视线开始聚焦于智能化领域，使得智能技术迎来了革新和发展，由此为机械结构设计创新智能化模式的确立提供了有利条件。在智能化模式下，人们通过寻求针对需求域到功能域映射过程的智能化解决方案，来构建出一个智能化的机械结构创新设计系统，以支持结构设计创新工作自动化运行。一般来说，此过程涉及到设计思维规律、创造性机理认知、自然语言与专业技术语言转化等因素，以确保功能与结构的相对应，逐步压缩设计过程中对人工干预的需求。为此，可以先根据实际设计创新需求，结合结构推理理论、集成功能推理理论等相关理论思路，构建一个设计创新过程模型，如图1，再将该过程模型设计成为一套设计创新程序，然后，即可运行该程序，获取所需的机械结构方案，实现智能化的机械结构设计创新模式，提高设计创新效率，降低设计创新成本。
图1 机械结构设计创新过程模型图
三、机械结构动态设计模式
机械在运作时必然会产生振动，但振动本身会对机械结构产生损害，因此，在结构设计创新中，去除有害振动一直以来都是设计创新的重点。而机械动态设计模式是指一种考虑有害振动消除的机械结构创新设计模式，设计者借助该模式，可以有效改善机械产品的使用性能，增强设计创新效果。一般来说，该项设计创新模式的主要实施流程为，首先，根据产品需求，选定目标参数。其次，按照该目标参数，结合机械领域学术理论，构建出该类型机械产品的配套动力学模型，并用该模型，对机械的动态特性进行深入分析，找出该类型机械产品容易存在的不良振动问题，以及对应的参数。最后，针对不良振动问题，合理把控阻尼比、频率等参数，以解决不良振动问题，形成新的机械结构设计方案，由此达到设计创新的效果。该方法虽然与变元法较为相似，但从本质上来看，相较于变元法，该方法显然有更加明确的设计创新意图，不过同时，其创新优化的范围也仅限于去除不良振动上，因此，需要根据实际需求，对该设计创新模式进行选用，以保证该模式的应用效果。
四、基于DFMAR的模块化模式
在新形势下，供给侧改革政策的提出，要求机械结构设计创新时，必须更全面地考虑用户的需求，使设计方案下的机械产品具有更高的装配、生产便捷性。而DFMAR是指面向制造与装配的产品设计，基于DFMAR的模块化设计创新模式强调迎合机械产品制造、装配的实际需求，通过改善设计方案，为机械产品的生产和应用创造便利，同时，模块化概念本身也侧重于满足个性化、通用化要求，并能够支持独立设计与生产，这使得设计者可以直接通过改变模块组合，来构建出多个机械结构设计创新方案，提高设计创新效率。以家庭厨房多功能机械结构设计为例，设计者可以根据用户的需求，选用合适的机械结构模块，然后通过合理地将其进行组装，即可完成能够满足客户个性化需求的机械结构设计新方案，提高设计创新的便捷性和效率。就目前来看，在该设计创新模式下，机械结构设计创新模块通常包括，动力模块、操控模块、执行模块等部分，待上述模块组合完毕后，设计者可以考虑运用有限元法等方法，对现有的整体创新方案进行仿真分析，然后围绕仿真分析结果加以优化，以此得到质量、水平更高的设计方案，增强该设计创新模式的应用效果[1]。
五、可拓展模式
在机械结构设计创新中，可拓展模式是指一种基于可拓展方法、可拓展论的设计创新方法。该模式的作用原理为，通过有效处理发生在整体设计流程中的矛盾问题，如变换、建模等，以寻求最优的设计方案，实现设计创新。或者也可以将该模式的作用原理阐释为，不断对设计全流程中存在的问题进行最优解求解，来构建出最优设计方案，完成设计创新。现阶段，该设计创新模式的具体实施策略主要有三个，即第一创造法、第二创造法、第三创造法。其中，第一创造法为根据用户需求，构思出当前没有的产品功能，再根据该功能，设计创新机械结构的可拓展模式实施方法。第二创造法为，采取可拓变换措施，基于现有机械产品，创新设计出新产品的可拓展模式实施方法。第三创造法为，采取缺陷改造的方式，基于现有机械产品，构建出新产品的可拓展模式实施方法。在该模式的应用中，设计者需要根据自身的实际需求，选用合理的设计创新方法，以更好地落实可拓展设计创新模式，提升机械结构设计工作水平[2]。
结论：综上所述，提高机械结构设计创新模式应用效果，能够改善机械产品性能。在机械设计中，借助科学有效的创新模式，可以保证设计方案的合理性、持续优化机械结构、塑造机械产品的性能优势，从而获得更好的机械结构设计效果，为机械生产水平的发展提供良好条件。
参考文献：
[1]李石. 机械结构设计中的创新设计[J]. 科学技术创新,2020,(11):189-190.
[2]范正宇. 关于当前机械结构设计中的创新设计分析[J]. 科技资讯,2019,17(17):34+36.