机械产品创新设计研究

　　【摘要】我国制造业的工业增加值已经进入世界前四位，成了制造大国，但远远不是制造强国，与发达国家的差距还很大，主要表现在产品的性能和品质上，更为关键的是缺乏自主知识产权，缺乏自主创新产品。要求加快机械产品的现代设计理论与方法学研究，走可持续发展的道路。

　　【关键词】机械；创新；制造业

　　作者：刘红梅

　　一、机械产品创新设计的原则

　　(一)经济效益最好原则

　　设计的机械零件既要功能满足客户要求，又要成本低廉。考虑经济最佳性必须从设计和制造两个方面上入手。设计上保证合理的原理方案，选用正确的材料；制造上考虑零件的加工工艺性和装配工艺性。

　　(二)生态效益最好原则

　　不论是在产品制造过程中，还是在产品使用过程中，都要求产品对周围环境“零污染”。这就要求在设计过程中尽量选择低污染的材料及零部件，避免选用有毒、有害和有辐射性的材料。

　　(三)安全可靠原则

　　安全可靠是机械产品品质的保证，必须确定零件在强度、刚度、耐磨性、稳定性及热平衡性上满足设计要求。对于重型机械，一般要求有自锁装置和保险装置，以确保操作员人身安全。

　　二、机械产品创新设计方法研究

　　(一)创新技术主题的确定与分类

　　搜集的专利可以分为发明专利、实用新型专利和外观设计专利。发明和实用新型专利的说明书提供了发明或实用新型的技术特征，清楚、简要地表述请求专利保护的范围。外观设计专利提供了该外观设计的图片或照片，必要时会作一定的简要说明。在专利局专利分类方法的基础上，结合一般产品的特点，提出了一般产品创新技术主题的确定与分类方法。创新技术主题的确定应当以权利要求书为主，并适当结合说明书(包括说明书附图)。以权利要求书为主确定技术主题，应当完整地掌握权利要求中所记载的技术内容，如以独立权利要求来确定技术主题时，则应当将其前序部分记载的技术特征和特征部分记载的技术特征结合起来确定。下面以钻夹头为例，确定创新技术主题的方法有：

　　(1)对于发明专利和实用新型专利，一般情况下以独立权利要求中的前序部分记载的技术特征为主，将特征部分记载的技术特征看作是对前序部分的限定。例：一种新型锁紧式钻夹头，其特征在于：空心钻体的前端开有一截面为三角形的环形沟槽，所述前套的前端与该沟槽卡接。创新技术主题：以前套与丝母套之间的沟槽卡接为特征的锁紧式钻夹头。

　　(2)对于发明专利和实用新型专利的特殊情况，即独立权利要求中前序部分所描述的对象在分类表中没有确切位置的，以特征部分记载的技术特征为主，将前序部分记载的技术特征看作是对特征部分的限定。例：一种钻夹头，包括有一前套、一后套、一空心钻体和一丝母，在所述空心钻体中部台阶面与所述丝母后端面之间安装有一组滚珠，其特征在于：所述丝母为一整体结构件。创新技术主题：钻夹头的丝母为一整体结构件。

　　(二)基于专利的产品创新设计过程

　　创新的途径很多但它们都需要大量的已有知识和经验的支持。实践证明，除了基本的科学技术知识外，专利信息已经成为实现创新的最有效的知识来源之一。作为前人创新成果的结晶，相对其他知识，专利更富有创新性，技术含量高，可用性强因此，基于专利实现创新，就像站在前人的肩膀上实现创新，使创新开始就处于一个较高的基础上，大大提高创新效率和创新质量。通过将创新设计系统与制造行业PDM的集成，提出了基于专利和PDM的创新设计方法，其创新设计过程(如图1所示)。

　　产品配置是产品创新设计中的一项重点工作，根据制造企业的实际需求，采用三个层次的机械产品配置设计方法，分别是：基于零部件数据库的交互设计、基于历史的产品嫁接设计、基于规则的产品配置设计。

　　经过对相关制造企业的深入调查和分析，提出了基于专利技术和PDM的产品创新设计方法。该方法支持一般产品的开发创新和快速变型设计，提高零部件和生产过程标准化。通过将基于专利的产品创新设计方法和生产管理技术引入企业，必将增强企业的产品创新能力、有助于企业快速响应客户需求、提升管理水平，提高企业在市场中的综合竞争能力。