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机械创新设计都有哪些原则?

发布时间:2019-09-03 07:37
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机械创新设计都有哪些原则?

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  设计方案是某种或某些科学技术原理的体现,因此,任何设计方案都不能违背科学技术原理。

  违背这一原则的设计以“永动机方案”为最典型。自古以来,有无数发明家绞尽脑汁地设计了一个又一个永动机,但都因直接违背能量守恒定律而徒劳无益,没有任何结果。设计方案除了不违反科学原理外,还应能达到预期的性能。大多数发明的目的都是要超过已有技术。

  如果效果并不那么理想,该发明也就失去了存在的意义。因此,多方面地对设计的技术性能进行论证很有必要。

  例如,有人曾设计出一种“液压传动和变速的自行车”。他的目的是使车子骑起来更为轻快和灵便。这就要有一个前提,即液压传动系统要与链条传动的效率相近或更高。但是如果认真进行核查的话,我们就会发现事实正好相反,在功率传送上液压传动的效率较低,因此该项发明的预期目的很难实现。

  对于一项本身作用原理没有问题的发明,还应考虑它在制造过程中是否存在特殊的困难。假定你想发明一种“扑翼式人力飞机”,如果你的设计有赖于一种极轻然而又很坚固、弹力又极好的材料,大概就有问题了。你必须首先调查一下你所需要的这种材料目前是否可能制造出来,然后再去考虑你的发明是否有意义。

  另外一个必须考虑的问题是,你设计的东西如果如愿以偿地制造出来了,在实际使用中是否会遇到特殊的困难。

  例如,一种像帆船那样由风驱动的运输车辆并不是制造不出来,但是如果我们真要使用这样一种“风动车辆”,就会遇到许多麻烦。我们必须在很窄的道路上行驶,然而,陆地上的风远不像海上那样稳定,因此,我们的车辆就会陷入时快时慢、时走时停的状态。这在公路运输上是不能允许的,会大大妨碍其他车辆的行驶和安全。

  创新设计者往往别具匠心,常常以不同于一般设计师的方式提出一些奇特的构思,使技术方案具有突出的实际效果。

  出色的设计往往具有独特的构思,但独特的构思未必能成为有实际效果的为人们所急需的产品。例如,有人曾设计了一种“能喷水的闹钟”,他用喷头射水代替铃声来浇醒沉睡的主人,但是,这样的设计由于人们不那么需要,所以很难商品化。

  要想直接估计出一项设计的实用价值是十分困难的。实际上,人们往往采取比较法来进行估计,也就是将新方案的可能效果与那些要解决同样问题的全部已有技术相比较,看它是否处于比较优越的地位。

  一般说来,追求完全相类似功能的不同技术是可以进行比较并分出优劣的。例如,爱迪生设计的碳钮电话话筒与原来贝尔所用的液体变阻器话筒是两种技术,但它们所要达到的功能完全相同,即把声音变成相应的波动电流。在这种情况下,人们可以清楚地看出,前一种技术比后一种更为简单、方便、耐用,明显优于后一种。实际上,贝尔公司很快就买下了爱迪生的专利权。

  想出一个优于已有技术的设计方案当然是很值得高兴的事,但是,我们也应该意识到,技术在不断发展进步,新的设计也会层出不穷。因此,我们还必须考虑可能出现的其他种种技术方案,考虑到各种可能的改进方案,这样才能使自己的设计在稍长的时间内处于相对最优地位,在较长时间里保持其使用价值。从中可以看到,创新才是技术设计永保青春的秘诀。

  有一种模糊的错觉认为,一项设计的原理和构造越复杂,就说明它的水平越高。诚然,把一件构造复杂的东西制造出来绝非易事,但这仅仅是对制造者而言。如果设计者使其构造的复杂性超越了一定的限度,那么这就是一件蹩脚的或失败的设计。因此,创新设计者应追求功能明确、性能可靠且机理简单的技术方案。

  符合科学原理和技术原理的产品设计,通常可以制造出来。那么,是否就能认为这一项设计已经取得了成功呢?事实上未必如此。除了极少数特殊情况(如作为一项科学研究的实验)以外,一般的设计要获得最后成功,必须证明自己具有突出的实用性,必须经受住市场的严峻考验。

  爱迪生曾这样说:“我不打算发明任何卖不出去的东西,因为不能卖出去的东西都没有达到成功的顶点。能销售出去就证明了它的实用性,而实用性就是成功。”这对任何有志于创新设计的人来说是金玉良言,是判断设计价值的最高标准。有人可能错把专利局审查批准看作设计成功的标志。诚然,这确实是一个可喜的标志,标志着你的设计有了起码的水平,然而这并不是最重要的标志。有人可能要问,专利审查不是已经包括实用性的内容了吗?实际上,专利局仅仅是把那些明显不实用的设计加以剔除,并不对获准专利的商业价值作任何保证。从世界上发达国家获准专利的实施情况来看,真正获得效益的仅占总数的15%左右。

  那么,什么样的东西能获得市场呢?一般地说,要求该设计者的使用价值超过出售价格。

  一种商品的售价总是受成本制约的。一般情况下产量越多,成本就越低。而同一种设计对于不同的人来说,其使用价值往往是不同的。通常只有少数人认为其使用价值很高,而多数人则不这样认为。

  例如,同样一种太阳能利用设备,在阳光充足而燃料贫乏的地区(如青藏高原)就有较高的使用价值;而在燃料非常丰富的地区则没有很重要的使用价值。因此,对于特定的某一产品来说,考虑的销售面越广,其平均使用价值就越低。

  对熟悉工程技术的人来说,估计一种新产品的成本并不感到十分困难,而估计一项新设计的使用价值却常常感到是十分困难的事情。尽管如此,我们仍可以从下面几个方面来考虑使用价值:

  1)该设计解决的问题是否迫切?一般说来,如果一项设计解决了人们迫切需要解决的问题。它的使用价值就比较高。例如,在电报发明之前,火车和轮船已在世界上得到应用,运输的速度已大大加快,但通讯速度受运输速度所限制,远远不能适应当时工业和商业迅速发展的需要。因此,电报被莫尔斯发明出来以后不到10年,就在许多国家得到广泛应用。但是,人们在短距离通讯上,使用电报仍不够方便,需要专人收发报和翻译电码,往往还不如派人送信省事,然而,电话的发明,扫除了这些麻烦,因而以更快的速度得到普及。

  2)是否容易使用?一项能够解决某一问题的设计还必须保证本身使用起来是方便的,否则,它将会带来新的问题。例如,许多人在做饭时感到剁肉末十分费事,有人设计出了一种家用手摇绞肉机,用起来确实比剁肉省力。但是,这种绞肉机需要经常清洗,十分麻烦,结果不少人都弃之不用。

  3)是否耐用、可靠?耐用与可靠直接关系到使用价值,需要特别注意。例如,目前市场上可以看到一种名叫“热得快”的电热器,可以方便地用来加热杯子里的水或奶,构造简单,价格便宜。但是它的设计不尽合理,很不耐用,稍有不慎就会烧坏,甚至有漏电的危险,因此销路大减。

  4)是否令人喜欢?应该理解到这一点,即外观美也是使用价值的一部分。例如,钟表是用来指示时间的,但不能认为只要走时准,外观不用考虑。实际上,许多物品都兼有装饰房间或其他场所的作用,至少不应该破坏环境的美感。即使是工,一里的机器,适当的外观也常有助于减轻操作者的疲劳感,并让人产生爱惜的心情。除了以上几点,使用价值还应包括安全,不妨碍他人,无公害,等等。

  机械创新设计是指充分发挥设计者的创造力,利用人类已有的相关科学技术成果(含理论、方法、技术、原理等),进行创新构思,设计出具有新颖性、创造性及实用性的机构或机械产品(装置)的一种实践活动。它包含两个部分:一是改进完善生产或生活中现有机械产品的技术性能、可靠性、经济性、适用性等;二是创造设计出新产品、新机器,以满足新的生产或生活的需要。

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