時 旭

現(xiàn)階段，科學技術(shù)不斷發(fā)展，創(chuàng)新設計已經(jīng)深入到社會中的各個領(lǐng)域，在機械結(jié)構(gòu)設計中也摒棄了傳統(tǒng)的設計方式。在機械結(jié)構(gòu)設計的發(fā)展進程中，經(jīng)歷了從簡到繁、從粗糙到精密的改革，當陳舊的構(gòu)件在新環(huán)境中實驗失敗時，激勵了人們對機械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設計的欲望。變元法是機械創(chuàng)新設計中常用的機械方法，而TRIZ 設計理論是在技術(shù)發(fā)展演化規(guī)律基礎上進行的創(chuàng)新發(fā)明創(chuàng)造，二者對機械設計的發(fā)展具有重要意義。

一、變元法在機械結(jié)構(gòu)中的創(chuàng)新設計運用

（一）形狀元素的設計應用

變元法是指通過改變機械的內(nèi)部或外部結(jié)構(gòu)設計，來實現(xiàn)機械預期的性能指標。形狀元素的創(chuàng)新設計，是指設計機械外表形狀，令機械性能夠滿足形狀元素的創(chuàng)新設計，合理調(diào)整零件的規(guī)格，令機械構(gòu)件的結(jié)構(gòu)性能愈發(fā)完善。比如，在彈簧的設計理念中，主要通過彈力來壓緊零件。通過將形狀元素創(chuàng)新設計，使彈簧形狀、類型的選擇更加多樣化，令壓緊件的形狀可以改變。需要注意的是，實際設計中需要充分考慮彈簧與零件之間的距離，合理施加壓緊力，保障機械零件的整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

（二）數(shù)量元素的設計應用

機械創(chuàng)新設計中的數(shù)量變元，需要結(jié)合相關(guān)行業(yè)的具體使用需求來適當改變機械結(jié)構(gòu)內(nèi)部的數(shù)量?；谧冊ǖ脑O計理念，機械構(gòu)件原理包括工作面與加工面，在結(jié)構(gòu)原理中包含了個體元素與整體元素。調(diào)整相關(guān)元素，將會產(chǎn)生新的產(chǎn)品。例如，在直線設計中，注重產(chǎn)品的實用性與簡單性。在進行螺絲設計時，需要考慮穩(wěn)定性，通過增加彈簧墊的方法可以起到緩沖作用。通過對數(shù)量元素的整合，可以有效增加機械安裝的便捷性。在不影響機械構(gòu)件使用性能的基礎上，降低零件的使用量，積極開發(fā)一體化螺絲的應用，可以減少工作內(nèi)容，提升工作效率。

（三）材料元素創(chuàng)新設計

機械的設計材料將會直接影響機械結(jié)構(gòu)質(zhì)量，因此，合理選擇機械結(jié)構(gòu)的材料，可以保障機械正常發(fā)揮自身的效用。不同的設計材料具有本質(zhì)上的區(qū)別，在創(chuàng)新設計的過程當中會產(chǎn)生不同效用。在優(yōu)化設計不同的機械結(jié)構(gòu)時，需要嚴格根據(jù)材料的實際情況進行，確保機械構(gòu)件的設計質(zhì)量。比如，當機械創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設計中應用鋼材為主體材料時，需要在構(gòu)件設計中發(fā)揮出鋼材的優(yōu)勢，進一步提高鋼結(jié)構(gòu)的強度與硬度。擴大鋼結(jié)構(gòu)的橫截面面積，可以增強鋼結(jié)構(gòu)的使用質(zhì)量。如果在機械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設計中應用鑄鐵材料，需要提升其使用性能，由于鑄鐵材料的強度和硬度相對較差，在傳統(tǒng)設計理念中無法保障機械構(gòu)件的使用壽命。對于此種情況，可以在鑄鐵中加入強筋或隔板，來增強機械結(jié)構(gòu)使用性能。

（四）位置元素的設計應用

在機械構(gòu)件的組成當中，往往具有多種多樣的元器件，并且各個元器件之間有不同的聯(lián)系與作用，所處的位置與功能也各有差異。位置變元在變元法中的應用也十分普遍，簡單來說，在機械構(gòu)造中對原件進行空間位置上的移動與調(diào)試，來找到構(gòu)件設計的最佳位置。例如，在元器件焊接的過程中，可將焊接位置設置在機械的對稱軸處，有效防止機械構(gòu)件產(chǎn)生變形，影響整體部件的協(xié)調(diào)性美觀性，同時實現(xiàn)了將有限資源合理利用的目標。此外，在變元設計的過程中，還需應用科學的加工工藝。例如，在模具的設計當中，采用特殊工藝來提升斜頂?shù)脑O計質(zhì)量，使材料的剛度更強。

二、機械結(jié)構(gòu)中TRIZ 創(chuàng)新設計理論的應用

TRIZ 創(chuàng)新設計理論的核心為“解決沖突”，改進系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)與性能，同時不對系統(tǒng)中的其他構(gòu)件與結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。在機械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設計中可以應用這一理念，避免在機械設計中發(fā)生物理沖突或技術(shù)沖突。物理沖突指的是機械中的構(gòu)件之間產(chǎn)生了相反行為，導致機械中某部分的行為偏離正常運行狀態(tài)；技術(shù)沖突是指機械系統(tǒng)中增強某一部分的性能對整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了有害結(jié)果。有效運用TRIZ 創(chuàng)新設計理論，可以調(diào)節(jié)和澄清機械系統(tǒng)中存在的矛盾，將“完全解決矛盾”作為目標，獲得最終的理想結(jié)果。TRIZ 理論基于技術(shù)的演化規(guī)律，加快了人們發(fā)明創(chuàng)造的進程。

綜上所述，在機械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設計中，可以在基礎經(jīng)驗之上進行實驗創(chuàng)新，也可以從宏觀的角度切入，實現(xiàn)理論體系的創(chuàng)新。在解決實際設計問題時，將經(jīng)驗與方法相結(jié)合，既是互相彌補也是互相檢驗。當下的各項技術(shù)在日益更新，未來將出現(xiàn)更加巧妙的新思路，推動機械創(chuàng)新設計的發(fā)展。