摘 要：21世纪是科技创新的时代，创新设计已经深入到许多领域，特别是机械结构设计领域，创新思想已经不再是神秘话题，创新设计在机械结构设计中的应用得到了全面发展。
关键词：机械结构设计;应用;创新设计
从工业革命以来，在二百多年的工业化进程中，创新设计一直是推动和发展前沿技术的永恒动力，创新设计既是发展生产力的源泉，也是生产力发展的结果。技术的创新会带来产品的更新优化，也会创造出全新的科技成果。创新成果离不开创新设计，而创新设计的方法和思维来源，更是创新设计的核心问题，特别是在机械结构设计当中，創新设计思维的应用是一直不断探索的课题。
一、在机械结构设计当中的创新设计概况
机械结构的设计发展是从无到有、从简到繁、从粗糙到精密。每一次旧结构在新环境中的失败，激励了设计者对结构性能改进的欲望，通过早期经验一次次的积累，总结出结构改进的规律和方法，为满足每一次新的需求，提供经验基础和检测标准，进而实现结构的改进，这就是创新设计。通常创新设计从困难与挑战来，又要回到困难与挑战当中去。
机械结构的创新设计要符合理论力学的物理规律，绝不是天马行空的想象。因此设计创新是为提高构件的强度、刚度、耐磨性等指标，对结构的进一步优化。
二、创新设计在机械结构设计中的应用方式
（一）机械结构创新设计中的变元法
目前机械结构创新设计中最常用的思维方法就是变元法，变元法就是指在通过改变机械结构内部或外部的特征元素参数的设计来实现对机械结属性的改变，以此来达到预期的性能指标。这些元素包括形状元素、尺寸元素、材料元素、位置元素、连接元素以及数量元素等等。变元法创新设计，能够改变原结构中的设计特性，清除设计缺陷，完善机械结构的属性，促进加工工艺的改进，实现机械结构设计体系的完整优化和创新。
1.形状元素创新设计
通过对机械构件形状进行重新设计，获得能够满足机械性能需求的创新结构。机械结构创新设计中，形状的创新是变元法中经常使用的一种方法，对机械构件外在物理形状进行创新设计，调整结构系数，实现机械结构性能的提升。例如弹簧结构设计的时候，根据不同使用要求，弹簧截面可以设计成非圆形的。石化部门接触石油类产品，为减小化学类产品腐蚀的影响，多将零部件设计成曲线面或曲面体，减小表面积。
2.尺寸元素创新设计
通常形状元素和尺寸元素是融合在一起的，尺寸元素是在确定了形状元素基础上进行改进的，尺寸包括长度、曲度、角度等参数。在满足机械功能的前提下，对尺寸做优化处理，可提高构件维护的方便性以及灵活性。
3.材料元素创新设计
机械结构能否达到性能指标，绝大多数由机械材料来决定，材料的选择直接影响机械构件形状、尺寸以及加工工艺的选择。因此，选择强度、刚度、可塑性等性能更加优良的材料，可以实现机械结构创新上的巨大飞跃。飞机机翼一般选择铝合金作为材料，但由于铝的强度有限，降低了飞机的载荷能力。而随着钛合金材料的诞生，同样厚度的机翼，强度远远大于铝合金，同时降低战斗机自重，提高载荷系数，增强战斗力。
4.位置元素创新设计
位置元素是指起功能作用或连接作用的结构在整体机械构件中的坐标点位。机械结构创新中除了构件的形状、尺寸、材料的设计，结构创新也是非常重要的一种方法。位置的改变直接影响机械构件装配和执行功能，是创新设计中最直观的表现，也是机械结构样式的表达主体。位置设计遵循的是机械原理和理论力学，位置合理性的创新是机械结构创新设计中最璀璨的明珠。比如符合人体力学的曲线式座椅，会提高舒适性，被广泛使用。
5.连接元素创新设计
连接元素是指构件和构件之间的连接机构，根据机械的结构、用途、工作特性的不同，选择不同的连接方式，会给实际使用和维护带来极大的便利，提高工作效率，获得良好的评价，也为机械设计产品带来更加宽广的市场。比如工作强度不高，但使用频率高的连接机构就要选择灵活性和互换性强的连接方式。
（二）TRIZ设计创新理论
TRIZ理论阐述了发明问题的核心：解决冲突。冲突就是在达到预期目标同时还要满足非唯一条件的问题，解决冲突的原则就是改进系统中任一结构或性能的同时，不能对同一系统中的相邻结构或性能产生不良作用。冲突分两类，一类，是物理冲突，物理冲突是指，要求其中的某子系统做出与子系统性能相反的行为时产生的冲突，这导致系统中的某部分同时出现两种完全相反的行为或状态，这一问题是由一个系统指数的变动而产生的。另一类，是技术冲突，这是指系统中增强某一部分的性能而对系统产生了有害或利害各半的结果，或者，有益元素的的加入或有损元素的清除引起他的子系统消极变化，技术冲突是由两个系统性能指数导致的。
三、结语
机械结构创新设计不仅有以经验为基础的试验创新，也有宏观方法论的理论体系创新，无论哪一种，都是机械领域重要的创新设计方法，在面对实际结构问题时，经验与方法论两类创新思路既是相互弥补，也是相互检测，只有两者有机的结合，才是不断提高机械创新设计的最佳方案。当然，随着技术不断发展，还会有更加巧妙的创新思路出现，这要依赖于科研工作者的不懈奋斗和努力，相信创新设计将是永恒的话题。
参考文献：
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[2]王宾瑞.创新设计在机械结构设计中的应用分析[J].科技风，2018（06）：5.
[3]杨仪伟，董超群.TRIZ在机械产品创新设计中的应用[J].科技信息，2011（07）：69+414.
作者简介：董燕（1984-），女，汉族，江西新余人，本科，高职讲师，研究方向：机械设计制造及自动化。