机械产品创新设计范文

导语：如何才能写好一篇机械产品创新设计，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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【关键词】 机械;创新;制造业

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。

参考文献

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关键词： 产品设计 创新 和谐

中图分类号： TB472 文献标识码： A 文章编号：

1．产品设计中的创新

1.1产品创新的意义

在市场竞争激烈的今天，市场因素是引发创新的主要因素（60-80%），现在的市场不再和以前一样，可以通过收集资料来了解市场。但现在市场瞬息万变，刚收集的信息可能已经过时了。在这种情况下，设计师必须根据自己团体和其他厂商的实际情况、国内市场和国外市场的设计现状，以及消费者的消费行为，尽可能的收集有关信息，经过思考整理后，预测今后两年的设计发展方向，并溶入到自己的设计中去，做出消费者喜好的好设计，才能使企业在众多的竞争对手中生存下来。因而在未来产品的“创新”将逐渐成为新的卖点，创新设计也将逐渐成为未来设计发展的新趋势。

1.2产品创新设计的类别

1.2.1概念创新

概念创新指的是不考虑现有的技术限制和打破人们的思维定式，对未来潜在需求的探索和构思，旨在改变人们的生活方式和价值观念。80年代后期，日本学术界、实业界通过引进研究市场学。总结现代市场营销的总体经验，使概念创新成为未来市场发展的新趋势，具有代表性的是索尼公司的观点，它指出：“成功的企业，其产品是次要的，关键在于能否生产出用户对产品的需求。”

1.2.2形态创新

一般情况下，在产品的功能还处于需求状态时，常常使用形态创新来对产品进行重新设计，以刺激消费。当谈到一种产品吸引你的时候，人们很少提及它的声音或味道。由此可知，人类的知觉主要由视觉支配着的，用户对产品的初次评价往往是对其形态的第一映像。对于任何一个好的产品的形态来说，它们都应该有自己的诉愿。因此做形态创新就必须了解基本形态对人心理的反应。“格式塔”视觉规则正是研究的关于人对一些基本形态的心理反应。

1.2.3功能创新

由于现代设计大多以产品的适用性，即功能性作为设计的首要遵循原则，因此“功能就作为实用性产品设计的核心意义和主要内涵而提出的。它要求设计师首要考虑设计对象的功能性，并进而达到形式与功能的统一，取得功能结构、形态结构、经济结构、审美结构整和的合目的性设计结构”。产品功能创新包括两部分：实用功能创新设计，审美功能创新设计。

1.2.4品牌创新

品牌是一种强大有效的沟通工具，品牌的创立成功与否关系着产品的销售成败。品牌创新，指的是随着企业经营环境的变化和消费者需求的变化，品牌的内涵和表现形式通过不断变化发展，以适应社会经济发展的需要。例如在布料使用和色彩搭配上没有突破，则无法满足消费者求新的愿望。这与市场细分是紧密结合的，包括档次上的延伸、结合消费者需求从功能上的细分等。

1.2.5生态创新

所谓生态创新设计是指“在环境污染，森林面积减小，许多动植物物种濒临灭绝的情况下，而提出的可持续性发展的设计”。这种生态设计是反映了人与自然的和谐发展，早在古代时期，我们的祖先就已提出。比如，中国的儒、道文化及佛教文化中，关于生态伦理思想就非常充实。儒家的“天人合一”，道家的“物我合一”，回归自然的思想，体现了自然环境与人类社会必须和谐发展的思想，成为中国传统文化的根本精神和最高境界。

2．产品设计中的和谐

2.1人与产品的和谐

人与产品的和谐指的是产品符合人的心理和生理的使用需求，主要体现在宜人性上。也就是在进行产品设计的过程中应该时时注意人的需求。

2.2产品与环境的和谐

产品与环境的和谐分为产品与内部环境的和谐和与外部环境的和谐，它们是决定人、机系统功能能否正常发挥的重要因素。例如室温和噪音对人的工作效率的影响，色彩环境对人的工作情绪造成的正面或负面影响等等。

2.3人、产品、环境的和谐

2.3.1首先满足人们的生理需求

人在生存环境中要靠各个器官的功能发挥来满足其自身的衣、食、住、行、等的需要，以维持其正常的生活乃至生命的延续。但人的各个器官并没有达到无所不能、无所不及的完善水平，所以，还需借助于各种工具(产品)的功能来弥补人无法达到的或不便于完成的许多工作。例如:电视的发明之所以受到人类的青睐，是因为它使人的视觉和听觉器官都得到了延伸，人类自身所不能企及的遥遥千里的信息，便可在同一个时间通过它传播到千家万户。

2.3.2逐渐满足心理需求

心理需求是人对产品的更高层次的要求。人对产品造型和色彩的美感、风格以及个性的感受和喜好，是一个心理感受过程，是人对客观世界的主观反映。人的审美能力会因性别、年龄、文化素养、社会经历的不同而显示出其差异性。所谓宜人化的设计，实际上是在人、机关系合理的前提下的美学判断标准，是以能否满足人的生理、心理需求为衡量尺度的。例如:产品形态和色彩设计得典雅、高贵、脱俗可提高产品的档次，增加其附加值，是消费者在使用中体现身份地位、表现个性、满足成就感和归属感的重要手段。

2.3.3社会的进步要求满足人们的智能需求

信息时代的到来使人与人之间，人与社会之间的沟通方式在悄悄地发生着质的变化。智能需求是现代社会人需求的基本特征之一，它包括使人通过设计提高智能水平，提高人解决问题的能力、效率和速度。例如:现代微型计算机对传统算盘的取代，办公系统中的打字、排版、复印、传真机的传输设计，都很好地满足了人的这种需求，成为了现代人脑智能的延伸。

3.创新与和谐的辨证关系

3.1在和谐的基础上进行创新，使产品更加适合社会的需求

和谐就是在现阶段某种事物所处的最好状态，但是由于任何状态都是相对的，随着时间的变化，这种状态可能就不在适合现有社会的发展，因此，要通过创新来打破原有的和谐，打破原来认为最好的状态，再次寻找新的最好状态。

3.2创新与和谐是随着社会的发展在设计过程中交替出现的

无论多么好的设计，它都是相对于一定的社会背景来说的，当社会背景改变了，这个设计也就不能成其为一个好的设计了，也就是说它本身已经出现了不和谐，而需要通过创新来寻求更好的和谐。事实上，在整个设计史的发展过程中，任何一件产品的出现都是经历了这样的历程的：创新――和谐――打破和谐――新的创新。

参考文献：

[1] 马知遥 艺术创意学设立的必要性探讨[J] 山东艺术学院学报，2009，（9）

[2] 边守仁 产品创新设计 北京理工大学出版社，2002.12

[3] 韩晓建，肖硝等 产品概念设计 机械工业出版社

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在人类社会不断向前发展的进程中，始终都是由社会生产力的增长为推动力，促进社会发展。要知道创新是一个民族进步的灵魂．是国家兴旺发达的不竭动力。一个没有创新能力的民族，是不能再立足于竞争激烈的世界之林的。我们作为国家未来的希望，国家发展的主心骨。高中生更应该在努力学习科学文化知识的同时，加强对机械方面的创新设计能力。结合日常生活，发现机械创新之美。

2机械创新设计的特点

作为一名热爱机械创新设计的高中生，在课余时间我已经进行和多次的机械创新设计的尝试工作。我发现机械创新设计具有一些独特的特性。例如:进行机械创新设计需要设计者进行反复验证，多次筛选，并且在每一个设计环节内都会有特定的优化设计的方案，各个环节之间的联系也比较紧密，从整体看，可以发现机械设计工作还具有系统化整体化的特点。同时，在进行机械创新设计工作中，能感受到多门学科的交叉和渗透，这就需要设计者能够掌握多种类型的知识，合理运用创造性与发散思维，基于复杂的学科知识进行思考和判断，从创新设计的复杂性特点出发，进行设计。另外，我们高中生在尝试机械创新设计时，前期可以先引用或参考外国先进创意产品进行设计，这不是单单进行简单的模仿或改造，而是了解机械创新设计特点的第一步。

3创新设计方法

(1)在进行创新设计时，最常使用的一种创新方法就是模仿生物进行机械设备的创新设计，这种方法是进行对自然界生物机能分析类比、总结特性，并将自然生物的特点融合进行新机械设备中。目前，我们看到已经出现了模仿人类手臂的机械抓手、模仿蜥蜴等爬行动物的海底机器人等等，这些都是设计者仿照自然生物特点进行设计的机械设备。而对于高中生来说，进行的机械创新设计也可以从这一角度进行思考，细心的对日常生活环境和大自然中的生物特性进行观察，获得设计灵感。(2)参考外国先进创意产品进行设计，也是很有效的一种设计方法。这主要要求设计者先选择合适的国外的科技成果或先进产品，经过一段时期的分解研究并全部将设计优点进行消化吸收后，再进行改进强化工作，并在技术或产品中加入自己的想法，开发产品新的使用用途，从而设计出全新的机械设备。(3)“移置技术法”创新设计方法，顾名思义这一方法就是要将一个领域中的先进技术应用到另一个领域中，进行设计工作。例如，纳米技术作为一种先进科学技术，本是一种物理领域的材料，但是在经过研发之后，可以应用在机器创造、服装设计等领域，并且生产出了非常多的纳米机器、纳米服装。所以，高中生进行机械创新设计也可以从这一角度出发。

4创新设计思维

机械创造设计者必先要有新颖性的思维，也就是创新思维，这是设计者可以进行创新设计的根本原因。作为高中生，自身接受教育的程度和社会实践都比不上专业的机械设计人员高，所以所具有的设计思维的整体深度、广度和系统性也会存在很大的差异。所以与专业机械创新设计人员不同，高中生需要具有的创新思维，只需要将书本以及课堂中学到的知识进行整合，并添加一定的想象力，将设计思路进行开阔，扩展可以联想到的最大范围，满足机械创新设计的要求。同时，除创新思维外，我们高中生也要重视创新过程中的灵感思维，这一思维是指在设计过程中经过长时间并艰苦的思考后，突然产生思想火花，从而推动创新瓶颈期的结束，解决设计中未能解决的问题的思维活动。一般情况下，灵感的出现会受到一定因素的影响，可以是突然看到家里微波炉的加热过程，又或者注意到了教室中的全自动喷水黑板擦擦拭黑板的印记，从而受到启发。这是我们是潜在创造力的升华，是创新设计从量变到质变的思维过程。在进行机械设计时，要有意识地激发自身创新设计思维，进行创新素质的培养，促进自己厚积薄发地涌动出创新的灵感。

5提高机械创新设计水平的策略

5．1结合学校相关课程进行创新意识。提高机械创新设计水平，要注意培养自己日常生活中的创新意识，尤其是在学校学习的过程中。课程教学时传授知识的过程，在这一期间培养其自己对创新知识的敏感度以及对知识的联系意识。在相关课程教学过程中，对老师讲解知识时，所结合的专业知识以及该领域内科技前沿的创新成果进行记录，并在课后进行查阅，并对老师教学过程中组织的小组讨论环节，积极发言与同组的同学交换想法，大胆的说出自己的新思想、新方法，在同学们不同的思维中激发创新灵感的出现。并且对老师所举出的每一项设计案例，持求异存疑的逆向思维，必要时可以申请实验室进行验证。对书本上的知识，进行实际应用，时刻保持创新意识，促进创新能力的提高。5．2多接触现代化先进的设计方法与手段。随着计算机技术的发展和现代化仪器的不断出现，机械设计的方法和手段更新速度越来越快，所以，我们不能仅仅局限于课堂学习中所接触的创新设计知识，要自发的紧跟机械科技发展的脚步。可以使用家中的电脑定期查阅网页、订阅有关机械科技设计创新杂志进行了解最为先进的设计方法和手段。5．3加强机械创新设计实践。对于我们高中生，课业压力重，可以进行机械创新设计实际的机会和时间少之又少，但是可以发现学校和少年宫等组织会定期举办一些科技创新实践活动，可以借助这一活动，磨炼自己的创新技法。例如:科技制作竞赛、机械创新设计大奖赛、机器人大奖等比赛都可以积极参与。

6结语

在21世纪，我国将会面临更多的挑战以及更多竞争，为了强化机械领域的竞争力以及增强自身的机械创新设计水平，我们需要积极地去认真地学习机械创新设计，并且要虚心学习国内外有关的先进的设计方法，制定安全合理的机械设备的设计方案。另外，为保证设计出的机械设备的安全性，我们必须始终以高标准严要求进行设计工作，提高机械创新设计的可靠性、实用性。让我们高中生设计的机械设备也能走向市场，并能在生活和相关生产领域进行应用。这不仅是对自身能力的肯定，更能提高日常生活质量或者应用行业的生产先进性。

作者:闫栋宇 单位:石家庄第二中学高三六班

参考文献:

［1］王利华，李理，史书龙，张振军，李冬梅．机械创新设计中刨浩性思维的研究［J］．内袭古民族大学学报(自然科学版)，2005．

［2］王晶．第四届全国大学生机械创新设计大赛决赛作品选集［M］．北京:高等教育出版社，2012．

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关键词：机械设计创新 基本形式 原则 新型内燃机

引言

创新在人类进步的过程中起到了重大的作用， 并且促进了机械设计的前进与发展， 机械结构一直以创新作为发展的动力。如今的时代是知识的时代， 机械设计与制造在国民经济的发展中，起到了奠定基础的作用， 创新才是推动发展的不竭动力。创新能力一旦出现缺失，就会丧失许多本来应该得到的机遇， 没有创新就没有机械技术的不断前进。知识创新和技术创新在竞争中起到了决定胜负的作用，关系到企业的兴衰成败。

1机械创新设计及其特点

机械创新设计就是要把设计者脑海中潜在的创造力完全地释放出来，再借助人类已经取得的相关成果重新进行构思，设计出从前更加具有独特性和实用性的设备装置的一种活动。机械创新设计进行的基础就是机械设计学理论，再对一系列的相关学科进行融合，综合设计之后产生的技术方法。

机械创新设计具有许多优秀的特点： ①设计的学科比较多，比如机械、液压、电力等多学科之间进行渗透和综合。②设计过程里面很大一部分的工作不需要进行计算，而是建立在日常知识的积累上，需要大量的推理判断，还需要与创新性思维进行一定的融合。③要在多方案中将最优方案甄选出来。大型的设计中，必须根据能力进行甄选，并且对所选方案进行科学的优化。④创新设计需要不断地进行筛选，每一阶段都有着不同于其他阶段的特点，客观上还有一定的联系，又是一个整体。

2 机械创新设计研究的目的和意义

开展机械创新设计研究，可以提高本身的科技发展水平， 还可以获取丰富的社会效益和经济效益。具有许多意义：

（1） 深入地进行机械创新设计的研究，可以促使人类发明更多的新机器；

（2） 机械创新设计研究可以使机械专家以更快的速度进步， 有利于机械设计水平向着更高、更快的目标发展；

（3） 机械产品进行创新设计之后，可以有效提高自身的竞争力， 当时的时代产品追求专利化，这样才能获取的更大的收益；

3 机械设计中创造性思维的基本形式

3.1 发散型思维

发散型思维就是在思维过程中，将已经掌握的概念重新进行整合梳理，向附近形成辐射，扩散出更多的答案或者是解决问题的方法。发散型思维。没有固定的方向和固定的范围，也不仅限于传统的思想，很多时候思考问题采取的是比较新颖的想法，常常给人意想不到的效果。

发散型思维能力的高低收到好多因素的影响，最重要的一点就是迁移能力。. 发散型思维有许多不同的表现形式，例如立体思维、多路思维、反向思维等等。发散型思维想要得到的答案要是最多的、最具有新意的，一定要是前人没有想过、没有使用过的方法，这就给机械创新设计带来了更多的灵感。

3.2 聚合型思维

聚合型思维则是用具体的对象当做中心，从不同的角度入手，最后思维回到这个选好的中心上来，解决出现的问题，也就是在许多方案中选择最为合理、有效的那一个。

发散型思维和聚合型思维都属于创造性思维的范畴，两者之间存在着一定的联系，并且不可分割。机械创新设计一定都是由发散思维到聚合思维的过程，然后再从聚合思维到发散思维，反复进行循环，直到问题最后解决。发散型思维和聚合型思维在哲学上来说，属于辩证统一的一个过程，创造性思维整个过程都是为了最后创新的目的做准备，从五花八门的设想中选取最优质的方案。

3.3 想象思维

想象是在思维活动里面，属于抽象思维的一种，想象可以是天马行空般的任意想象，也可以是在已有的基础上进行再加工或者是局部更新的想象. 想象思维一定要以客观现实作为基本的出发点，还要具有一定的概括性以及形象性。

想象是人类的思维中，最神奇的一部分，也是最美丽的一部分。失去了想象，也就失去了创造，想象就是创造精华所在。万有引力定律只是因为一个普通的苹果落下地面，牛顿据此展开想象，得到了万有引力定律；“嫦娥奔月”也是人类想象出来的神话故事，促使人类发明了可以登上天空的飞行器。想象可以推动社会不断地进步，科学不断地发展。

4 机械创新设计思维的2个原则

机械设计过程是由功能要求开始出发，再到作用原理， 最后进行物理结构构思的一个过程。创新设计思维进行的过程中， 一定要将下列的原则牢牢把握好：

（1） 最短路径原则

首先要对产品具有的功能进行明确， 然后找出最佳的设计例子， 以便在最快的时间内接近目标， 然后选用正确的价值工程方法， 再将价值较低的极少数组件找出来，当做研究的对象， 分析出对象当前存在的矛盾， 尝试在最小的变动之下将矛盾解决。这种方法需要消耗的能量是最少的， 也就是所说的选用的路径是最短的。

（2） 相似性联想原则

联想是要针对事物之间的相似性进行分析和归纳，联想合理与否的一点重要依据就是是否具有相似性， 相似性由产品的实例进行决定， 如果多样产品实例同时满足一种功能要求， 那么它们之间就可以说是存在着一定的相似性。

5 机械创新设计实例-新型内燃机的开发

无曲轴式活塞发动机就是机械创新设计的一种实例，它把圆柱凸轮于发动机的中心部位进行安装，在圆柱凸轮的附近就可以在设置多个气缸，这样就形成了多缸发动机。一旦圆柱凸轮的凸轮轮廓形状出现变动的话，输出轴的转速也会随着进行改变，就起到了减速增矩的作用。上述的凸轮式无曲轴发动机已经被广泛应用起来，船舶和机械行业都可以看到它的影子。

旋转式发动机与从前的往复式发动机进行比较的话，输出功率上具有明显优点：体积小、重量轻、噪声低并且结构照比以往简单，但是在实际应用的时候还是存在着一些弊端，需要进一步进行解决。

6 结语

一定要善于吸收多方的经验，在追求最佳方案的时候， 成熟的技术可以直接采用。 还要具备一定的学习能力，机械设计涉及到许多学科的知识， 设计者一定要具有针对问题自学进行解决的能力。只要对自己有信息， 努力进行钻研和探索， 一定会寻求到最佳的设计方案。

参考文献

[1]沈惠平；机械创新设计及其研究[J]；机械科学与技术；1997年05期

[2]刘念聪，王银芝，李宏穆，孙未；机械创新设计的概念及其技术内涵[J]；矿山机械；2004年09期

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一、创新设计的概念

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(包括理论、方法、技术、原理等),进行创新构思,设计出有新颖性、创造性、实用性的机构(结构)或机械产品(装置)的一种实践性活动,它是建立在现有机械设计理论基础上,吸收科技哲学、认识科学、思维科学、设计方法学、发明学、创造学等相关学科的有益成分,经过交叉而成的一种新的设计技术和方法。

二、创新设计

机械创新设计与常规机械设计相比,特别注重设计者在设计过程中,尤其是在总体方案结构设计阶段中的主导性及创造性作用,探索机构或机械产品创新发明的机理、模式和方法,具体描述机械产品创新设计过程,并将其清晰、准确地用工程图样等技术文件表达出来。机械创新设计的特点是:

(一)独特性应追求与前人、众人不同的方案,善于打破常规设计思维、惯例,提出新功能、新原理、新结构,在求异和突破中体现创新;这就涉及多种学科的交叉,这就要求学生对知识有全面的掌握如机械、液压、电力、气动、热力、电子、光电、电磁及控制等。

(二)实用性应从产品的市场适应性和可生产性两方面出发,设计产品的新功能、新结构,没有实用性的产品或无法加工的新结构都是纸上谈兵,不是真正的创新;这就要求学生在日常的生活中多观察和发现。

(三)多方案选优应从多方面、多角度、多层次寻求多种解决问题的方案,在多方案中求新、求异、选优。机械创新设计的目标是由所要求的机械功能出发,改进、完善现有机械或发明新机械,实现预期的功能,并使其具有良好的工作品质及经济性;这就要求在设计中要注意思维的扩散。根据不同的设计对象,必须对采取哪种创新设计方法做出比较和判断。创新设计方法通常可分为:开发设计、改型设计和变异设计3种。

1.开发设计。主要针对新研设备提出新的结构设计方案,完成从规划、方案、技术设计到加工、生产的全过程。新的产品的开发给人门带来了方便,提高了工作效率。

2.改型设计。在已有设备的基础上,针对原有的缺陷或新的工作要求,从工作原理、机构、结构、参数、尺寸等方面进行一定的改进设计,以提高设备质量、可靠性等,使设备满足新的工作要求。如在基本型设备的基础上,开发不同参数、尺寸或不同功能、性能的改型系列设备,就是改型设计的成果。这种设计有利于发展产品品种;有利于提高设计、生产效率,缩短交货期;有利于提高产品的质量和可靠性;使产品具有良好的可维护性等。例如内燃机增加增压器,以增大输出功率;增加节油器,以节约燃料。

3.变形设计。针对已有的先进设备或结构设计,进行深入分析,探索、掌握其关键技术,在消化、吸收的基础上,设计出同类型其它类似的创新设备。它的实现过程可以最大限度地重用企业已有的成熟产品资源,具有很强的灵活性和适应性,不但可以快速开发产品、响应市场,而且还可以极大地降低产品设计阶段的成本,是一种适应于大规模客户化定制生产模式的现代设计方法。变形设计有效地解决了大批量生产的低成本、短交货期与定制生产的高成本、长生产周期的统一问题`。例如将台式电风扇设计为落地式电风扇。开发设计以开创探索创新,改型设计通过改进创新,变形设计在吸取、消化中创新。

三、创新思维的概念

创新思维是人们在学习、生活、工作或问题解决过程所表现出来的能够产生新颖独创性产品与观念的一种思维方式。提高创新能力的根本是提高创新思维,是进行创新思维的培养和训练。创新思维不是逻辑推理的结果,而是非逻辑的。创新思维通常是通过类比、联想,从看起来毫不相关的事物中得到启示,跳跃式的想象出来的。四、创新思维对于学生学习完《机械设计》这门课程后,对于学生来说表现出的创新能力不一定是开发出对于这个世界来说新的机械。事实上,学生每天都在创新。比如学生在学习《机械设计》这门课程的时候通过学习和思考在不断改变自身对机械设计的认识,而对于他们自身的思维来说就是全新的,因为其从别人那里学习了并且合并了,从而产生了一个“新”的对《机械设计》的理解。孔子说:“学而不思则罔,思而不学则殆。”所以在《机械设计》这门课程教学中,学与思是教学过程中有机统一的两个方面。因此,要指导学生进行探究性阅读,使学生会思、善想,这样才能更好的对《机械设计》这门课程有个“新”的认识。机械零件的机构受到强度、刚度、稳定性、工艺性、摩擦、磨损、寿命、标准化等方面的限制,因而具有约束性;机械传动的方案可由多种运动形态及变换并配以不同的运动控制方式来实现,因而具有多解性;机械设计的结论受客观矛盾因素的影响和主观判断能力的局限,因而具有相对性。机械的这种约束性、多解性和相对性特点。为《机械设计》创新思维中的“学”和“思”的培养提供了广阔的空间。我们常把思维的过程称为“思路”,是因为可用路径问题来说明人类思维过程。而对于《机械设计》创新思维的路径是“学”和“思”。

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一般而言，在对机械产品的结构进行设计时，其主要就是对产品的总体结构、各部分的配置以及产品的外形进行设计。一般由于客户对机械产品的功能会有不同的要求，因此对机械结构方案的设计也不尽相同。对机械产品结构进行设计时，其根本要求就是要能设计出不同结构形态的产品，从而设计出新型的机械产品结构形状[2]。社会经济的发展，使得人们对机械产品功能以及结构需求有了更高的要求，对机械产品结构设计的要求也随之提高，因此设计人员必须要满足客户的使用功能以及安装，要能充分利用有限的空间，尽量将机械产品的功能进行集中设计。如传统的办公室，其环境无法有效改善的原因就是不同类型的复印机、扫描设备以及打印机等，无法对文档设备进行一体化处理。为了满足人们的需求，办公厂家开始改进和设计办公机械设备，采用综合和离散的创新思维模式，在有效保证产品的基本形状和构造的前提下，设计并制造出多功能一体机，将复印、扫描以及打印等文档处理功能集中于一体，使办公环境得到有效改善。

2机械产品运动方案创新设计

对机械产品运动方案进行设计时，设计人员必须要以客户对产品功能的需求为依据，从机械产品结构的原理出发，构思和设计机械产品功能原理。运动方案的设计是一个系统运动方案的设计，主要包括原动机、执行部件以及传动机构等设计，从而来有效满足机械产品结构功能的运动性能，其能有效解决机械产品在实际过程中存在的问题[3]。一般来说，机械产品运动方案设计的好坏对产品的使用性能、工艺、成本以及结构等方面的能力有着直接的影响，运动方案的设计是对产品的社会效益、环境、经济性、性能以及整体质量的确定，机械产品设计过程使用过程以及后续产品制造的基础就是运动方案的设计。就机械产品结构来说，可以采用不同的运动方案来实现机械产品的具体功能，当然不同的功能需要不同的机构来实现，因此机械产品运动方案的设计是整个设计工作的关键，设计人员必须要从产品功能的实际需求进行具体分析，充分利用创新思维，从而来优化设计产品的活动架构，使产品运动方案更具可行性。如对汽车前驱和后驱的运动方案进行设计，一般传统的后驱运动方案由于存在动力效率较低、牵引力不足、车内空间小、安装复杂、驱动部件多以及较高的生产制造成本等问题，已经无法适应时展的需求。汽车生产厂商为了满足人们对汽车机动性以及舒适性的要求，不断对汽车的运动方案进行创新设计，采用逆反和移植的创新思维方式，前置发动机，促使汽车前轮的传动机构与发动机的输出轴直接相连，从而驱动汽车前轮的运动。这样的驱动方式虽在一定程度上增加了前轮的负载，使得轮胎的磨损量加大，但是能明显简化汽车的驱动机构，减少零部件数量，有效降低汽车的造价，且能有效下降汽车整车的重量，有效改善汽车的加速性能，缩短刹车的距离，降低油耗；另外将发动起前置，能使车内的空间得到大量释放，提高汽车的舒适性。

3机械产品动力能源创新设计

随着能源应用技术、材料加工技术以及制造技术的不断发展和进步，设计人员在选择机械产品动力能源的过程中，一般选择不同的能源，包括太阳能、电能、天然气以及石油等能源。在设计的过程中，设计人员可以将自身的创造性思维进行充分有效的发挥，改进或者重新设计机械产品的各个系统，在机械产品的动力能源中应用更多更好的清洁能源[4]。如以汽车为例，现今公共交通工具中应用较为广泛的就是电动汽车，电动汽车主要使用的就是电能，其相较于传统的燃油汽车，电动汽车不会排放有害气体造成大气污染，在单位电能生产过程中，电动汽车所排放的污染物与传统燃油汽车相比较，电动汽车造成的污染也能得到明显控制。电动汽车的有效使用，能降低大气污染的程度，且其能充分利用晚间用电低谷时出现的富余电力，有效提高发电设备使用效率，降低能耗，达到节能减排的目的，提高其经济效益。电动汽车的应用是创新思维在机械产品动力能源设计中的具体体现。

4结束语

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机械创新设计课程是机械类专业的一门重要专业课程。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知识，进行创新构思[1]、设计出具有新颖性、创造性及实用性机械产品的一种实践活动。培养学生的机械创新能力和工程意识，拓宽学生的知识面，开阔技术视野，积累机械创新经验和实用性新结构的技术资料通过对机械创新设计课程教学的改革,取得了一定成效。

1、采用多媒体教学

通过制作电子课件，介绍机械创新设计的基础知识、基本理论和基本方法，使学生了解创新设计的概念及过程，了解创新与人类进步的关系，明确实现技术进步的途径，了解本课程的学习目的[1]、研究内容。提高了教学质量。

2．把全国机械创新设计比赛获奖作品

介绍给学生通过对机械学科的“原理创新”、“机构创新”、“结构创新”和“产品外观创新”等四大创新的介绍与实例展示，使学生掌握机械创新设计基本内容，增强机械创新设计意识和创新能力[2]。还通过介绍全国机械创新设计比赛获奖作品，大大地激发了学生的学习兴趣。这是2010年全国机械创新设计比赛广西区一等奖作品，危急现场无人探测小车。

3．抓住关键点

机械的创新过程要经历功能——机构——结构的思维过程[3]。机械结构设计就是将机构系统转化为机械实体系统。是机械创新设计成败关键之一。在讲述机械结构创新设计这一章时，抓住重点难点。重点是机械结构设计的概念与基本要求，构件的结构与创新设计。难点是机械结构的组合创新设计。通过实例突破难点。

4．通过讲解剖析目前的创造成果等具体实例，开阔同学的设计思路，扩大技术视野实例：可升降省力便携式轮椅设计

4.1设计思想及基本内容基于人性化设计思想，力求克服市面上产品的一些缺陷，对驱动方式进行了创新设计，同时设计出具有能够自我调节高度的轮椅座位。驱动方式从人机工程方面考虑，采用推杆形式使用户用力比较舒适、方便，同时利用杠杆原理，具有省力的功能。对于升降机构，其目的主要在于提高残疾人的自理能力，使其坐在轮椅上的上升后的高度约等于人正常站立的高度。同时要求轮椅尽可能的简单、方便、成本低廉，更具人性化。使残疾人的生活自理能力加强，同时享受到更加舒服，更具人性化的助残机械，也满足性能、成本方面的要求，使他们使用方便，携带方便，购买便宜。

4.2升降机构的设计

4.2.1升降机构的类型及比较(1)液压或气压驱动机构——通过液压缸或气缸来实现升降。(2)螺杆副机构——通过旋转螺母或螺杆来调节高度[4]。(3)叉杆机构——通过改变叉杆之间的角度来实现高度的调节。

4.2.2升降机构的方案确定通过对前三种方案的综合比较，在第三种方案的基础上，综合所需达到的简单、轻便、成本低的目标，设计了下述升降机构的方案，如图3所示。该机构中滑轮能够在滑道上滑动，使叉杆之间的角度可自由改变，通过转动摇臂2，使丝杆转动，从而调节a、b两点之间的距离以改变叉杆角度，实现高度调节。

4.3驱动方式的设计

4.3.1省力机构的方案比较与选择(1)曲柄滑块机构——结构较简单，但没有省力功能，效率较低，且不可实现前后运动的自由切换[5]。(2)棘轮机构——可实现将间歇往复运动转换为转动，但无法实现前后运动的自由调节。(3)摩擦棘轮机构——结构简单，可实现将间歇的往复运动转化为转动，但间歇运动机构运动时只有一个行程做功，另一个行程为无用功，即为间歇驱动，效率低。本设计采用两套摩擦棘轮机构，一套机构能够实现轮椅前进、后退、空挡、制动的切换；另一套机构实现间歇运动的连续驱动。

4.4本例设计特点：（1)升降机构可实现预定的升程，驱动摇臂所需力较小，驱动方式简单，舒适。（2)驱动摇杆使驱动轮前进的力很小，用力方式非常方便、舒适，采用棘轮机构可圆满实现前进、后退、空挡、制动，并且操作方便，可满足使用要求。同时主辅棘轮能够协调工作，使驱动摇杆能够连续驱动，达到提高效率与速度的目的。（3)轮椅可达到预期折叠功能，携带、储存方便。（4)轮椅制造成本低，可满足广大客户的需求。

5．创新实践实例：电动大门的设计

5.1电动大门的功能目标：实现大门的自动启闭

5.2设计要求：门宽为4!6米，门高为1.5!2米启闭时间为10秒左右。

5.3设计方案的构思：电动大门可分为平开门、推拉门和升降门。平开门可分为双扇平开门和四扇平开门；腿拉门可分为整体推拉门和伸缩推拉门；升降门可分为整体升降门和卷闸门。从评分情况看，单扇推拉门和伸缩门得分较高，实际情况也是这两种门应用最广泛。但从美观情况看，近期不锈钢制作的伸缩门应用的最广泛。

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【关键词】机械创新设计；逻辑推理；聚合型思维；创造性思维

1.机械创新设计和制造

一般来说，创新设计的过程大都是从形象思维开始，然后经过逻辑推理和判断及相应的综合，分析与决策，而产生设计方案；然后进一步将设计具体化，即建立新的机构，结构和机械系统等模型，继之进行计算和技术细节的设计.机械创新设计和制造不同于常规的机械设计，是设计人员针对新的或预测的需求，充分发挥设计者的创造力和智慧，利用已有的相关科学理论，方法和原理，进行新的构思，设计和制造出新颖，有创造性及实用性的机构或装置的实践活动.它包含改进机械产品的技术性能，可靠性，经济性和适用性，还反映出和谐统一的技术美.它包含两个部分：一是改进完善生产或生活中现有的机械产品技术性能，可靠性，经济性，适用性。

2.创造设计出新机器，新产品，是以满足新的生产和生活的需要

2.1机械创新设计过程

机械创新设计的目标是由所要求的机械功能出发，改进，完善现有机械或创造发明新机械实现预期的功能，并使其具有良好的工作性能及经济效益.我国技术专家提出的机械创新设计的一般过程，可分为四个阶段：根据设计任务及要求确定机械的基本原理，机械结构类型综合及优选，机构运动尺寸综合及其运动参数优选，机械运动学参数综合及其动力参数优选.完成上述四个阶段，便形成了机械设计的优选方案，而后进入机械结构创新设计阶段.机械创新设计与常规机械设计相比，其过程没有多大差异，但它主要强调人在设计过程中的主导性及创造性作用。

2.2机械创新设计的特点

一是多门科学技术交叉，渗透，融合；二是部分工作为非数据性，非计算性的，必须在知识和经验积累的基础上思考，推理及判断，并运用创造性及发散思维的方法；三是在知识，经验，灵感与想象力的系统中搜索并优化设计方案；四是机械创新设计是多次反复，多级筛选的过程，每一设计阶段都有其特定内容及方法.但各阶段之间又密切相关，形成一个整体的设计系统。

3.机械创新设计思维

3.1机械创造性思维的基本形式

（1）发散型思维.发散型思维就是在思维过程中，通过所得到的若干概念的重新组合，大胆地向四周辐射，扩散出两个或更多个可能的答案，设想或解决方式.发散型思维既无一定的方向，也没有一定的范围.不墨守成规，不拘泥于传统方法，对所思考的问题标新立异，达到"海阔天空"，"异想天开"的境界.发散型思维能力的高低，取决于知识面，想象力，尤其是迁移能力。（2）聚合型思维.聚合型思维就是以某个思考对象为轴，从不同的方向和不同的角度，将思维指向这个中心点以供选择，达到解决问题的目的.也就是从众多的信息中确认一个自认为最佳的或最好的方案。（3）灵感思维.灵感是指经过长期的思考和探索之后，受某种现象的启发，在头脑中突然闪现的独创性的意念或设想.它是人们的创造活动达到后出现的一种最富有创造性的飞跃思维的智能状态.灵感是思维的迅速升华与高级浓缩，是过程的省略.灵感既是一种思维形式。（4）想象思维.想象是一种抽象的形象思维活动，想象可以是非理性的凭空想象，也可以是理性的在已有确定性基础上进行重新组合或部分更新性质的想象.想象思维具有以客观现实为基础，高度概括性和形象性及重新组合与再创造等特点，想象是人类思维之树上最美丽，神奇的花朵.没有想象就没有创造，创造离不开想象，想象是创造的精髓。

3.2机械创新设计思维的模式

创造性思维是指突破原有的思维模式，重新组织已有的知识，经验，信息和素材等要素，在大脑思维反应场中超序激活后，提出新的方案或程序，并创造出新的思维成果的思维方式.要创造，首先要有创造性思维，创造性思维是人类大脑的特有属性.创造性思维就是"想到别人没有想到的观念"，创造性思维是新颖独到的信息加工艺术，是人脑的各种思维活动形式和思维活动的各个要素之间相互协同进行的有机结合的高级整体过程.创造性思维不同于在设计领域常用的逻辑思维，其主要在于创造性思维有创造想象的参与，而且，逻辑思维是一维的，具有单向性和单解性的特点，而创造性思维是一种立体思维，通常没有固定的延伸方向，它更加强调直观，联想，幻想和灵感，所以创新设计不是靠逻辑推理出来的，而是靠创造性思维的激发所产生的。

4.机械创新设计方法机械创新设计常用到以下方法

4.1智力合成法

一种发挥集体智慧的方法.通过集体讨论的形式，发散和激励创新思维.讨论时应相互启发激励，取长补短，引起创新设想的连锁反应，使思维自由奔放，新的设想激烈涌现.讨论的目标要明确，事先有准备.其原则有：鼓励自由思考，随心所欲，设想新异；不许批评别人的设想；推迟评价，不过早定论；有的放矢，不泛空谈；讨论者一律平等，不提倡少数服从多数；及时归纳，总结，纪录各种设想，留作下次再议；最后挑选最合适，最有前途的见解，并审查其可行性。

4.2仿生类比法

通过对自然界生物机能的分析类比，从事物的千差万别，不同程度的对应和相似之处的类比中得到。

我们的时代是充满希望与机遇的时代。21世纪的希望在亚洲，亚洲的希望在中国。我国机械行业经过数十年发展后已比较成熟，与国外先进水平的差距日渐缩小，但还存在不少问题，所以机械科技工作者任重而道远。我们常说：学历不等于能力，文凭不等于水平，但知识、经验和技能仍然是创新成功的基础。哲学家培根提出：“知识就是力量”，牛顿说他的成功是站在前人肩膀上的结果。一个十分重要的规律是所有创新都是孜孜不倦的学习和百折不挠实践的结果。要创新，必须学习知识和技能。进入信息时代以后，知识日新月异，信息空前膨胀。一个人的知识通过大学学习只能满足其需要知识的10～20%。其余的必须通过不断地继续学习才能满足社会发展的需求。如果没有一定的数学，力学基础知识，我们就无法确定机械运动的空间轨迹，无法进行动平衡设计，如果没有必要的动手能力，新产品设计就只能束之高阁。因此年轻的机械设计和生产工作者，应不断地刻苦学习，锲而不舍地提高自己创新的知识，经验和技能，否则“创新”喊得再响也不过是一句“口号”。

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与其他常规的机械设计不同，机械创新设计要求设计人员充分发挥自己的聪明才智和创造力，利用创造性思维，设计出新颖、有创造性、有实用价值的机械装置。机械工程创新设计往往包含了多种科学技术的渗透、综合与交叉，是通过逻辑思维的分析和知识的运用找到创新设计方案，其中存在的部分表现为非数据性、非计算性的，一定要在理论知识的时间基础上思考判断推理的。

2机械设计中设计人员应该树立创新的理念

要想突破传统的模式，在设计上有所创新，对机械人员首先就要要求其具有大胆的创新理念并会将其运用到时间中去。创新就是突破传统的思维模式，运用现代超前的理念进行问题的思考。对于一个设计者而言，缺少创新意味着他在工作上无法得到肯定。优秀的机械设计者要时刻谨记创新理念，要用创新的思维对问题进行深入的思考，再结合自己的专业知识将自己的设想转化成现实。

3机械的优化中应该具备的创新方式

（1）智力思维法———这是一种发挥集体智慧的方法，它通常是通过抓住瞬间的灵感或潜意识的新想法或通过相关专家人士针对某一目标进行讨论，通过相互启发、激励，在越来越多的思路中，在越来越好的方案中取长补短，最终引起创新设计的连锁反应，为机械设计提供更好的创新成果。

（2）列举创新法———这是指依据一定规则，列举研究对象的各种性质，通过对这些性质的逐项分析，寻求改变来又发创新设想的方法。它适合于现有事物的改进及应用型的开发，一般经过的过程如下：列举特征———改变特征———改变事物。

（3）移植技术法———这是指将一个技术领域内的先进原理、方法或成果移植到另一个领域中，或把一种产品内的先进技术应用到另一个产品中，从而设计出新产品。在进行移植技术法的过程中要首先解决移植什么，为什么要移植，要想有效应用移植法就必须注意以下几个必要条件：1）用传统方法难以找到理想的设计方案或阶梯设想，或者利用相关专业领域的技术和知识根本无法找到出路；2）其他技术领域存在解决相似或相近问题的方式方法；3）对移植结果能否保证系统整体的新颖性、先进性和实用性没有定性判断。技术移植法可以分为技术原理式移植、技术手段式移植和技术功能式移植。技术移植法是对科学技术的发展，对促进发明创造具有重要意义，贝弗里奇说过：“使用移植法有可能促进科学发展，这也许是为什么科研人员要对自己狭窄的研究范围之外的发展，至少是重大的发展有所了解的原因。

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1机械创新设计的思维原则

思维的过程被称作是“思路”，在机械设计思维的过程中往往会有两个思维原则：（1）最短路径原则———设计者得到产品的功能要求后，往往会首先检索出最佳设计实例，这样一来便可以迅速接近目标，再运用价值工程方法，找出价值较低的极少数组件作为研究对象，再分析所得对象存在的矛盾，尝试用最小变动以解决矛盾，如果矛盾还是没有得到解决，那就将其拟作更大变动或扩大研究对象范围，最终得到最优结果。这样消耗最少能量的途径便体现了最短路径的原则；（2）相似性联想———根据汤川秀树的定同理论，联想能力就是找出事物彼此相似性的创造力，相似性就是事物间的内在联系。

2机械设计中设计人员应该树立创新的理念

要想突破传统的模式，在设计上有所创新，对机械人员首先就要要求其具有大胆的创新理念并会将其运用到时间中去。创新就是突破传统的思维模式，运用现代超前的理念进行问题的思考。对于一个设计者而言，缺少创新意味着他在工作上无法得到肯定。优秀的机械设计者要时刻谨记创新理念，要用创新的思维对问题进行深入的思考，再结合自己的专业知识将自己的设想转化成现实。

3机械的优化中应该具备的创新方式

（1）智力思维法———这是一种发挥集体智慧的方法，它通常是通过抓住瞬间的灵感或潜意识的新想法或通过相关专家人士针对某一目标进行讨论，通过相互启发、激励，在越来越多的思路中，在越来越好的方案中取长补短，最终引起创新设计的连锁反应，为机械设计提供更好的创新成果。

（2）仿生类比法———这是通过仿生学对自然系统生物分析和类比的启发创造新方法。自然界的动植物以其精妙绝伦的结构和性能为人类孕育出来新事物和新方法提供了学校的样板。机械设计者通过对自然界的生物技能分析类比，再对比相似之处得到创新，设计新机械。

（3）列举创新法———这是指依据一定规则，列举研究对象的各种性质，通过对这些性质的逐项分析，寻求改变来又发创新设想的方法。它适合于现有事物的改进及应用型的开发，一般经过的过程如下：列举特征———改变特征———改变事物。

（4）移植技术法———这是指将一个技术领域内的先进原理、方法或成果移植到另一个领域中，或把一种产品内的先进技术应用到另一个产品中，从而设计出新产品。在进行移植技术法的过程中要首先解决移植什么，为什么要移植，要想有效应用移植法就必须注意以下几个必要条件：1）用传统方法难以找到理想的设计方案或阶梯设想，或者利用相关专业领域的技术和知识根本无法找到出路；2）其他技术领域存在解决相似或相近问题的方式方法；3）对移植结果能否保证系统整体的新颖性、先进性和实用性没有定性判断。技术移植法可以分为技术原理式移植、技术手段式移植和技术功能式移植。技术移植法是对科学技术的发展，对促进发明创造具有重要意义，贝弗里奇说过：“使用移植法有可能促进科学发展，这也许是为什么科研人员要对自己狭窄的研究范围之外的发展，至少是重大的发展有所了解的原因。

（5）反求设计———这是指设计人员以先进的设备软件为研究对象，应用专业知识对其进行系统的研究和深入的分析，掌握关键技术，在消化、吸收的基础上，仿型或开发出同类型创新产品的设计。反求设计中一要在剖析原产品或技术中的“求”，二要在“再设计”中的“改”或“创”下功夫。通过反求，进行工程设计，这样它的起点比较高，更容易得到创新的产品。