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摘 要：创新思维对机械工程设计具有重要的推动作用。该文重点探讨了如何进行相似性思维，以及如何开发机械工程产品的模块化，通过实例说明相似理论在机械工程设计中的创新价值。
关键词：机械工程；创新思维；创新设计
创新思维是创新设计的灵魂。机械工程设计必须依靠创新思维。创新思维是通过形象化构思、想象和直觉等特有思维形式，跳跃式地直接抓住事物本质的思维过程。创新思维是有意识地努力和潜意识努力的结合。只有知识丰富，信息储备雄厚，才能经过无意识的思考，把知识单元巧妙结合，最终产生灵感或顿悟。因此，进行机械工程设计，我们必须依靠创造性思维，努力积极经验，掌握丰富的知识，才能最终搞好工程设计和实施方案。
一、机械工程创新设计的研究对象
开展机械工程创新设计研究的目的不仅是提高自身学术水平，更主要是获取较大的经济效益和社会效益。其意义在于：一是机械工程创新设计的深入研究将为人们发明创造新机器、新机械提供有效的理论和方法；二是机械工程创新设计研究能加速机械专家智能化，实现真正的“专家”系统，有利于加速机械工程设计水平向自动化、智能化、最优化、集成化实现；三是创新设计的机械产品提高了产品在同类产品中的竞争力，特别是当专利产品技术形成产业化的时候，可以创造出较高的经济效益及社会效益。在机械工程创新设计的实践中培养了设计人员的创造性思维，增强了其创新能力，提高了人们进行创新设计的自觉性及技术上的可操作性，使机械工程创新成为一种工具和手段。这样，就促进了新产品的繁荣与更新，为社会创造了财富。
二、相似性思维对技术创新的重要作用
“相似”不等于“相同”。从理论上讲，世界上绝对相同的事物是不存在的，它们之间只能是相似，都可以用相似程序来概括和区分，它们的相似程度视“同”与“变异”的比例而定。把“同”看成事物的本质，事物的特性是由其本质决定的，可以继承。而“变异”代表着发展，变异积累到一定数量会引起质的改变，从而形成新事物。在研究事物间的相似性时，必须抓住其本质的相似。在工程技术领域中，无论是工程设备、工程系统或工程建设之问，都存在着相似性。以设备为例，都可以按其功能划分成基础件、动力系统、控制系统、运动系统、执行系统、检测系统等，这些都是一般工程设备的必备系统，是本质的相似。但它们又都不是一成不变的，构造它们的原理与方法，必然会随着科学技术的发展不断变异，达到更高的技术水平，这就是创新和发展。因此，在研究工程技术问题中，必须抓住它的“同”与“变异”之问的相似规律，这就是工程相似论的出发点。当掌握了这种相似现象及其本质的相似联系时，将要运用这种规律，促进工程向更高的科技层次变异，这就是创新，是工程相似论的目的。
三、相似性分类是创新研究的关键
按事物的相似性进行科学分类，是创新研究的第一步。在工程技术中，不仅要对结构相似、运动相似、功能相似、工艺相似的系统或部件进行分类，还要在分类的基础上进行分析分解，按层次找出相似的单元，最后进行综合和优化，根据客观需要对分类后的相关单元进行优化组合和融入新技术，形成新事物或新的技术过程。例如，在制造工程中，前苏联学者米洛凡诺夫将零件按其结构相似性进行分类后创立了成组加工，使原来只能用生产效率极低的单件生产方式加工的零件，通过分类并组，并根据各类零件的共性改进加工设备和工装，使之能采用类似大批量生产方式加工同类零件，大大提高了生产率和经济效益，这堪称是通过相似性分类达到技术创新的典型实例。
四、开发模块化产品是不断创新的基点
产品机械结构的模块化，必然带动控制系统的模块化。制造系统的模块化，除加工设备的模块化以外，又将带动物流系统和系统控制的模块化，就是要求在相对独立的不同层次中都实现高度规范化和模块化，给不断按需求重构设备或重构制造系统提供了条件。在用户对产品要求日益个性化和专用化的市场竞争状态下，这种按功能模块不断重构设备和重构制造系统已成为当前制造业的技术创新方向，以满足敏捷制造和重组企业的迫切需求。
五、相似性理论在机械工程领域的实践应用
1、相似理论在设计中的应用
相似理论在设计中的应用就是挖掘产品在设计中相似性，以使产品、部件、组件、零件的设计达到通用化、系列化、模块化、标准化，以提高设计质量，缩短设计周期，降低设计成本。创新产品设计开发是企业的生命线，是企业核心竞争力的体现，运用相似理论寻求产品及零部件在原理、功能、结构等方面的同中之异，是创新产品设计的重要形式。
2、相似理论在工艺设计中的应用
运用相似理论进行工艺设计时，除应考虑零部件结构等设计特征的相似性外，还应考虑诸如：工艺路线（包括加工装配、拆卸、维修、回收、处理）、材料、精度、毛坯、工艺方法、工序、安装、工步、操作、动素、设备、工艺装备、工时定额等方面的相似性，在进行工艺设计时，根据工艺的相似程度将零件工艺分为标准工艺、典型工艺和实例工艺三种原型工艺，根据待设计零件的上述有关特征与原型工艺有关特征进行加权对比，迅速生成目标零件的工艺。该种方法不仅工艺设计效率高，而且质量高，成本低，实用化，受到企业的普遍欢迎。这样，能较彻底地实现工艺路线、设备与工艺装备、工时定额等工艺文件上一系列要素的有效继承。
3、相似理论在工序质理控制中的应用
现代制造业生产类型的发展趋势是多品种、小批量，同时，对于产品质量的要求也更为严格。多品种、小批量生产的关键在于小批量，由于在相同工况下加工同一规格的零件数目有限，如果直接按传统的方法，则很难保证统计所需的样本容量。为了解决这个矛盾，其中一种思想就是依然利用价格低廉而且又已经被广为认同的控制图法，这种思想关键是想办法取得大量的数据，常用的有相似工序法。
4、相似理论在先进制造模式中的应用
制造企业为了提高其核心竞争力，不仅要采用先进的设计技术、先进的制造工艺技术、制造白动化技术、先进的管理技术，而且要采用先进的制造模式。所谓制造模式是指制造的哲理、理念，目前国内外采用的先进的制造模式有：现代集成制造系统、并行工程、敏捷制造、绿色制造等。相似理论是先进制造模式的重要理论基础之一。
敏捷制造是一种基于互联网的、跨企业、跨地区、跨国的广泛应用相似理论的制造系统新模式。在企业不同产品问的集成优化方面，特别强调不同产品问产品相似性的挖掘和利用，提高产品的通用化、系列化、模块化和标准化水平，从而利用规模经济效益，使外部的多样化和内部的标准化得以统一，实现以大批量的成本进行单件生产。敏捷制造的核心是面对市场机遇建立的虚拟公司，用最优的组合、最快的速度、最新的技术去赢得市场的竞争。然而在虚拟公司运行之前，必须分析这种组织是否最优，这样的组合能否正常地運行，并且对其投产后的效益及风险进行确实有效的评估。为此就必须把虚拟公司映射为一种虚拟制造系统。通过运行该系统，进行系统的仿真和试验，模拟面向产品全生命周期的整个制造过程。在虚拟公司与仿真制造系统问必须运用相似理论对两者的功能、结构、组织等方面进行相似性分析，否则仿真制造系统就失去了意义。
参考文献
[1]张华明.相似论[M].北京：科学技术出版社，2012：103
[2]李凯.机电工程自动化的设计方法[M].北京：北京对外贸易大学出版社，2013：61
[3]赵晴.机械工程试验教学中的综合改革[J].实验室研究与探索，2013，（7）.
作者简介：姚伟华（1975-），女，山东菏泽人，菏泽市公共资源市场化配置监督管理局，工程师。研究方向：机械工程。
关键词：机械工程；创新思维；创新设计
创新思维是创新设计的灵魂。机械工程设计必须依靠创新思维。创新思维是通过形象化构思、想象和直觉等特有思维形式，跳跃式地直接抓住事物本质的思维过程。创新思维是有意识地努力和潜意识努力的结合。只有知识丰富，信息储备雄厚，才能经过无意识的思考，把知识单元巧妙结合，最终产生灵感或顿悟。因此，进行机械工程设计，我们必须依靠创造性思维，努力积极经验，掌握丰富的知识，才能最终搞好工程设计和实施方案。
一、机械工程创新设计的研究对象
开展机械工程创新设计研究的目的不仅是提高自身学术水平，更主要是获取较大的经济效益和社会效益。其意义在于：一是机械工程创新设计的深入研究将为人们发明创造新机器、新机械提供有效的理论和方法；二是机械工程创新设计研究能加速机械专家智能化，实现真正的“专家”系统，有利于加速机械工程设计水平向自动化、智能化、最优化、集成化实现；三是创新设计的机械产品提高了产品在同类产品中的竞争力，特别是当专利产品技术形成产业化的时候，可以创造出较高的经济效益及社会效益。在机械工程创新设计的实践中培养了设计人员的创造性思维，增强了其创新能力，提高了人们进行创新设计的自觉性及技术上的可操作性，使机械工程创新成为一种工具和手段。这样，就促进了新产品的繁荣与更新，为社会创造了财富。
二、相似性思维对技术创新的重要作用
“相似”不等于“相同”。从理论上讲，世界上绝对相同的事物是不存在的，它们之间只能是相似，都可以用相似程序来概括和区分，它们的相似程度视“同”与“变异”的比例而定。把“同”看成事物的本质，事物的特性是由其本质决定的，可以继承。而“变异”代表着发展，变异积累到一定数量会引起质的改变，从而形成新事物。在研究事物间的相似性时，必须抓住其本质的相似。在工程技术领域中，无论是工程设备、工程系统或工程建设之问，都存在着相似性。以设备为例，都可以按其功能划分成基础件、动力系统、控制系统、运动系统、执行系统、检测系统等，这些都是一般工程设备的必备系统，是本质的相似。但它们又都不是一成不变的，构造它们的原理与方法，必然会随着科学技术的发展不断变异，达到更高的技术水平，这就是创新和发展。因此，在研究工程技术问题中，必须抓住它的“同”与“变异”之问的相似规律，这就是工程相似论的出发点。当掌握了这种相似现象及其本质的相似联系时，将要运用这种规律，促进工程向更高的科技层次变异，这就是创新，是工程相似论的目的。
三、相似性分类是创新研究的关键
按事物的相似性进行科学分类，是创新研究的第一步。在工程技术中，不仅要对结构相似、运动相似、功能相似、工艺相似的系统或部件进行分类，还要在分类的基础上进行分析分解，按层次找出相似的单元，最后进行综合和优化，根据客观需要对分类后的相关单元进行优化组合和融入新技术，形成新事物或新的技术过程。例如，在制造工程中，前苏联学者米洛凡诺夫将零件按其结构相似性进行分类后创立了成组加工，使原来只能用生产效率极低的单件生产方式加工的零件，通过分类并组，并根据各类零件的共性改进加工设备和工装，使之能采用类似大批量生产方式加工同类零件，大大提高了生产率和经济效益，这堪称是通过相似性分类达到技术创新的典型实例。
四、开发模块化产品是不断创新的基点
产品机械结构的模块化，必然带动控制系统的模块化。制造系统的模块化，除加工设备的模块化以外，又将带动物流系统和系统控制的模块化，就是要求在相对独立的不同层次中都实现高度规范化和模块化，给不断按需求重构设备或重构制造系统提供了条件。在用户对产品要求日益个性化和专用化的市场竞争状态下，这种按功能模块不断重构设备和重构制造系统已成为当前制造业的技术创新方向，以满足敏捷制造和重组企业的迫切需求。
五、相似性理论在机械工程领域的实践应用
1、相似理论在设计中的应用
相似理论在设计中的应用就是挖掘产品在设计中相似性，以使产品、部件、组件、零件的设计达到通用化、系列化、模块化、标准化，以提高设计质量，缩短设计周期，降低设计成本。创新产品设计开发是企业的生命线，是企业核心竞争力的体现，运用相似理论寻求产品及零部件在原理、功能、结构等方面的同中之异，是创新产品设计的重要形式。
2、相似理论在工艺设计中的应用
运用相似理论进行工艺设计时，除应考虑零部件结构等设计特征的相似性外，还应考虑诸如：工艺路线（包括加工装配、拆卸、维修、回收、处理）、材料、精度、毛坯、工艺方法、工序、安装、工步、操作、动素、设备、工艺装备、工时定额等方面的相似性，在进行工艺设计时，根据工艺的相似程度将零件工艺分为标准工艺、典型工艺和实例工艺三种原型工艺，根据待设计零件的上述有关特征与原型工艺有关特征进行加权对比，迅速生成目标零件的工艺。该种方法不仅工艺设计效率高，而且质量高，成本低，实用化，受到企业的普遍欢迎。这样，能较彻底地实现工艺路线、设备与工艺装备、工时定额等工艺文件上一系列要素的有效继承。
3、相似理论在工序质理控制中的应用
现代制造业生产类型的发展趋势是多品种、小批量，同时，对于产品质量的要求也更为严格。多品种、小批量生产的关键在于小批量，由于在相同工况下加工同一规格的零件数目有限，如果直接按传统的方法，则很难保证统计所需的样本容量。为了解决这个矛盾，其中一种思想就是依然利用价格低廉而且又已经被广为认同的控制图法，这种思想关键是想办法取得大量的数据，常用的有相似工序法。
4、相似理论在先进制造模式中的应用
制造企业为了提高其核心竞争力，不仅要采用先进的设计技术、先进的制造工艺技术、制造白动化技术、先进的管理技术，而且要采用先进的制造模式。所谓制造模式是指制造的哲理、理念，目前国内外采用的先进的制造模式有：现代集成制造系统、并行工程、敏捷制造、绿色制造等。相似理论是先进制造模式的重要理论基础之一。
敏捷制造是一种基于互联网的、跨企业、跨地区、跨国的广泛应用相似理论的制造系统新模式。在企业不同产品问的集成优化方面，特别强调不同产品问产品相似性的挖掘和利用，提高产品的通用化、系列化、模块化和标准化水平，从而利用规模经济效益，使外部的多样化和内部的标准化得以统一，实现以大批量的成本进行单件生产。敏捷制造的核心是面对市场机遇建立的虚拟公司，用最优的组合、最快的速度、最新的技术去赢得市场的竞争。然而在虚拟公司运行之前，必须分析这种组织是否最优，这样的组合能否正常地運行，并且对其投产后的效益及风险进行确实有效的评估。为此就必须把虚拟公司映射为一种虚拟制造系统。通过运行该系统，进行系统的仿真和试验，模拟面向产品全生命周期的整个制造过程。在虚拟公司与仿真制造系统问必须运用相似理论对两者的功能、结构、组织等方面进行相似性分析，否则仿真制造系统就失去了意义。
参考文献
[1]张华明.相似论[M].北京：科学技术出版社，2012：103
[2]李凯.机电工程自动化的设计方法[M].北京：北京对外贸易大学出版社，2013：61
[3]赵晴.机械工程试验教学中的综合改革[J].实验室研究与探索，2013，（7）.
作者简介：姚伟华（1975-），女，山东菏泽人，菏泽市公共资源市场化配置监督管理局，工程师。研究方向：机械工程。