机电产品创新设计方法综述

支景锋



机电产品创新设计方法综述

支景锋

（山东科技大学 山东 青岛 266590）

中国是制造大国，需要产品和技术创新。机电产品在世界各国之间的竞争日益激烈，只有创新才是提高机电产品竞争力的关键所在。本文分析了机电产品的特点及其发展趋势，提出了机电产品创新设计的要求，并指出了机电产品创新设计的四种方法：基于形象思维的创新设计方法、基于逻辑思维的创新设计方法、系统设计方法、智能设计方法，以期提高机电产品的设计质量和竞争力。

机电产品；创新；设计；智能

我国经济发展的支柱产业是制造业，在全球经济一体化的影响下，机电产品在世界各国之间的竞争日益激烈，市场对机电产品的性价比、性能、质量等指标的要求越来越高。因此如果中国企业只简单的生产和加工机电产品，很难产生竞争力。只有创新才是提高机电产品竞争力的关键所在。所以要想我国的机电产品在国际立足、在国内蓬勃发展，认真梳理创新方法和途径是非常必要的。

1 机电产品及其特点

机电产品广义上是机械产品、电子产品、机电一体化产品，以及这些产品的零配件、附件等的统称。[1]如今，机电产品特别是创新型机电产品给人们的工作和生活带来了巨大的方便。机电产品，它的技术是来自机电一体化技术，这是一门新兴的交叉学科。它所涵盖的主要领域包括：传统的机械设计、微电子技术、经典控制理论等内容，同时包括了现代信息处理技术、现代设计方法、软件工程以及自适应控制、人工智能等现代技术。而且随着科学技术的发展，这些学科之间的相同点会越来越多，它们的界线会越来越模糊。[2]

2 机电产品创新设计的要求

机电产品在创新设计时要考虑很多因素，创新点要求实、高效，设计起来要满足机电产品的功能要求、用户需求、安全要求、成本需求和环保需求。

机电产品是供人们使用的，它应满足人们所需的功能，如休闲娱乐功能、自动控制功能等。

在设计时，机电产品应该满足人的心理和情感上的需求，尽量做到人性化。例如，机械产品的设计要符合用户的审美，外观要漂亮大方，使用起来要友好、易操作。一旦用户使用时得心应手，产品的效率就会提高，使用方便，更容易被推广。

机电产品的安全性能应该是放在第一位的。当在用户使用或特殊情况下导致操作失误时，机电产品的设计必须要考虑到它的安全因素，尤其是一些工厂中较为危险的大型机电设备。例如可以提高机电产品的容错程度，以避免危险的发生。[3]

设计机电产品时还要考虑到其在使用时对环境的影响，进行环保设计，节能减排。例如可以尽量减少产品污染性材料的使用、降低产品的耗能，提高产品零部件的回收和循环利用等。

这要求机电产品在满足产品功能的前提下，尽量减少产品在设计、生产、使用、维护等环节的成本，从而达到从设计源头就做到控制成本的要求。

3 机电产品创新设计方法

3.1 基于形象思维的创新设计方法

基于想象思维的创新设计方法是最普遍的形态创意方法，包括头脑风暴法、仿生、类推、变形等。头脑风暴法也称作智力激励法，它是指在开放的氛围下，在短时间内因为相互启发而产生大量的灵感。而仿生法则是从生态的构成规律和特点上思索产品的方法。类推是基于不同事物表象及内在特征的相似性获得新的概念。变形是对一个已知的原型在材料、尺度、布局等方面进行变形来得到新的形态。[4]

3.2 基于逻辑思维的创新设计方法

它是应用理性的分析去发现各种可能的方案，它包括包括形态分析和功能分析等。形态分析是将产品的结构分为几个单元，对所有的单元进行排列组合，从而得到可能的结构布局方案。功能分析包括功能逻辑分解方法和FBS方法。在功能逻辑分解方法中，功能的分解是一个不断问问题的求解过程。在FBS方法中，功能是行为的抽象化描述，状态间的改变是行为作用的结果，FBS方法将功能的分解转变为行为描述的分解，更符合人的思维特点。

3.3 系统设计方法

系统设计是德国乌尔姆设计学院在20世纪50年代所提的一种工业设计方法[5]，其是将繁乱的事物置于相互影响、相互制约的关系中，使产品建立起联系性和统一性。系统概念在工业设计中有两层涵义：不再把设计对象看作是孤立的，而是把它放在相互关联的体系中考虑；单个产品也被看作由多个单元组成的系统，并以此来实现产品在使用功能上的互换性、灵活性、补充性。

3.4 智能设计方法

智能设计是一种用人工智能完成设计的方法。依据对设计行为某一侧面的认知，智能设计方法主要有六种：

基于规则的方法。它是将设计过程中运用的产生式规则知识表示出来构成设计知识库，通过对规则设计知识的推理和利用完成设计。

基于实例的方法。它源于设计者，能够通过效仿以往的设计案例来完成新设计。

基于约束满足的方法。它是把设计方案的形成过程视为一个设计约束不断得到满足的问题。该方法把设计要求、限制都转化为对设计变量、设计空间的约束，通过对设计空间的搜索等来寻求满足各种设计约束解。[6]

基于形状文法的方法。

基于神经网络的方法。它采用人工神经网络技术实现分部设计知识的表述与推理，来模拟在设计时人类大脑的思维活动。

基于进化计算的方法。这种方法是将设计问题模型转化为生物进化。在遗传算法中，用编码代表基因，用繁殖、杂交和突变算子模拟进化过程。用遗传算法的编码规则表示设计方案和设计知识，设计过程就可以转变为基因样本种群的进化过程。

4 结语

在长时间的发展过程中，机电产品的技术逐渐受到各种行业的重视，机电产品已经走进全家万户、工场等每一个角落，它已深深融入人们的日常生活当中。经济全球化给我国带来机遇的同时，也带来了前所未有的挑战。为了在国际舞台上立足，我们需要充分发掘机电产品创新设计方法，研究出更加智能、强大、高效、安全、绿色的机电产品，提高我国机电产品的竞争力！

[1]唐静，王斌.创新型机电产品的快速设计[J].农业科技与装备，2014，6（9）：39-41.

[2]徐钊.现代设计方法在机电产品中的应用[J].电子世界，2012，10（2）：79-80.

[3]何伟民.产品创新设计方法研究[J].设计研究，2007,9（1）：92.

[4]蒋雯.产品创新设计理论与方法综述[J].包装工程，2010，3（1）：130-132.

[5]李乐山.工业设计思想基础[M].北京：中国建筑工业出版社，2001:164.

[6]胡雨霞，李志英.浅谈产品设计创新方法[J].艺术与设计，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

A

1672-9129(2017)10-0019-02