模型电梯机械结构论文范文第1篇
摘要：在机械设计中，常见的三维机械设计软件品种繁多，各有侧重，如SoildWorks、ProE、Catia、UG等，设计人员应根据自身设计领域、设计要求合理选择适宜的设计软件。UG软件是三维设计软件中的优秀产品，在汽车制造、模具设计、机械设计等领域应用广泛，其造型灵活方便，曲面功能强大，集成了CAD、CAE、CAM等强大套件，可精确描述机械设计中各零件设计参数、运动仿真等参数。本文深入分析了UG软件各模块功能，并以压铸机取料手结构设计为例，详细分析零件建模、虚拟装配、运动仿真等过程，以期为机械设计研究提供有益参考。
关键词：机械设计;UG软件;CAD;CAE;CAM
UG软件（Unigraphics NX）是Siemens PLM Software公司出品的产品设计解决方案，可为用户产品设计和加工过程提供数字化造型和验证手段，可满足用户虚拟化产品设计、工艺设计需求及各种工业化需求。由于UG软件是一种交互式计算机辅助设计（CAD）/计算机辅助制造（CAM）系统，其功能强大，可实现各种复杂实体和造型建构，能够为CNC加工、模具设计、二次开发设计等提供有效的设计平台。如基于UG软件刀具库选择初加工、半精加工、精加工等参数标准化，实现刀具轨迹延伸、缩短、修改等设计，并实现机械加工制造中按需设计。本文在研究UG软件设计内容和特点的基础上，研究了机械设计中UG软件CAD模块、CAM模块和CAE模块功能，并结合齿轮减速器设计分析了UG软件设计流程和设计内容，以期为机械设计中UG软件应用提供有益参考。
1 UG软件概述及特点
1.1 UG软件概述
UG软件是美国UGS公司研制的三维立体设计软件，是当前机械设计领域广泛应用的辅助设计、研究、制造软件。在机械设计领域中，UG软件可按需生成三三维模型，并可在机械设计中实现有限元分析，从而显著提高在机械设计的可靠性，为机械设计和数控机床加工、生产提供有力支持。同时，UG软件可面向多个领域提供多类型开发模块，支持多级用户开发。借助UG软件三维展示与设计，可实现产品造型设计、装配式仿真、运动仿真干预检查、运动轨迹干预检查等，可及时发现机械设计中的错误，确保机械产品设计精确。此外，借助有限元分析，可对机械零件设计是否满足设计要求进行判断，当设计满足设计要求时，可对产品设计进行二维设计和加工仿真验证，经验证合格后直接用以机械设备加工生产。当产品设计不满足设计要求时，可根据设计反馈信息修改设计方案调整后后进行有限元分析。通过UG软件应用，有效改善了传统的机械设计中仅能出具二维图纸或二维装配图且无法准确预测机械机构运行中各零件是否存在干涉、驱动力是否满足、运动部件行程是否达到要求等细节问题，防止机械设计中存在各种隐患和漏洞，提高机械设计的可靠性、准确性。
1.2 UG软件特点
UG软件具有显著的特点，主要体现在（1）设计界面交互，改善了其他设计方法的局限性，提高了机械设计效率;（2）软件操作界面可根据实际需求或个人偏好定制;（3）软件可需求自由定制工具条;（4）UG软件操作遵循动态交互原则，可通过简单操作设计对象实现机械设计;（5）实际设计中，设计人员点击操作次数显著减少，有利于提高设计速度和设计效率;（6）智能化操作效率高，可快速完成目标选择任务，节省大量设计时间。
2 UG软件在机械设计中的应用研究
在机械设计中，UG软件可根据其功能模块划分为CAD模块、CAM模块、CAE模块等。
2.1 CAD模块
CAD模块可实现设计文件的基本操作，包括文件的打开、查看、存储、着色、扩大、缩放、测量、分析、布局等操作。由于机械设计中零件设计具有一定的差异性，各零件设计方法、构造存在显著差异，但由于UG软件具有简单易学的阿特点，设计人员可根据实际需求选择工具栏内工具或命令完成不同零件的参数化操作。同时，由于参数化设计与对应命令之间存在一定的关联性，可快速、精准完成设计修改，并在设计修改后无需再调整关联设计即可自动调整，减少了关联调整步骤和操作，有效避免了因遗漏其他操作而造成机械零件设计错误，为设计人员集中精力进行零件设计提供了良好的条件，提高了机械零件设计的先进性和可靠性。
2.2 CAM模块
CAM模块主要面向机械设计提供多种功能加工模块，该模块可在一定条件下满足各级用户观察需求，观察内容包括刀具移动、图形编辑、图形修改等内容。同时，该模块包括多种加工和设计任务等程序，可实现的任务类型包括钻孔、攻丝等，功能菜单可根据用户实际需求修改或自定义菜单，可提高用户设计中零件粗、精加工操作，并为参数标准化提供支持。
2.3 CAE模块
CAE模块是一种高度集成化的实用工具模块，可在短时间内完成零件有限元处理，完成设计阶段零件设计有限元分析任务，并可通过设计优化得到高品质的设计产品，能够在保证产品设计质量的基础上进一步缩短机械零件设计时间。CAE模块可将零件设计模型转换为可用于有限元分析的工具，不仅可在设计模型上完成网格划分，还能够在特定条件下实现交互式划分，能够根据设计人员设计需求提供基本定义功能。在前后置处理完成后，CAE模块可将在有限元分析结果输出至以有限元为核心的解算器中并完成后续计算内容，在计算完成后以图形或动画形式输出设计结果，并可根据形式要求输出云图、等值线图等形式，可满足机械设计人员多元化需求。
3 基于UG软件的压铸机取料手结构设计
以某压铸机取料手结构设计为例，其设计过程为UG零件建模、虚拟装配、运动仿真等
3.1 零件建模
由于UG软件具有良好的实体建模功能，设计人员可根据零件外形绘制草圖，添加零件尺寸约束，并通过拉伸、旋转、扫面、放样、切分、倒角、布尔运算、抽壳等命令完成各零件设计（如图1所示），并在零件装配中及时发现零件设计中尺寸参数存在的冲突问题并予以修改。在取料手结构设计中，机械零件装置包括旋转装置、水平移动装置、竖直移动装置等，涉及的装置运动方式是电机驱动、齿轮齿条转动、皮带轮传动、气缸驱动等，需建模零件涉及机架、电机、气缸、齿轮、齿条、卡爪、直线导轨等，经绘制完成后放入取料手结构设计文件夹内（如图2所示）。
3.2 零件虚拟装配
UG软件提供了3种虚拟装配方法，包括自底而上的装配、自顶而下的装配、混合装配。
采用自底而上的装配方式时，先创建部件几何模型，再依次组合完成各零件装配，最后生成装配部件，完成整体装配。该方法是机械设计中最为常见的设计方法;采用自上而下的装配方式时，可在装配层上建立零件模型，并在建立其他零件设计的同时完成装配，即再装配文件中创建零件模型;采用混合式装配方式时，可根据装配设计需求灵活选择自底而上装配或自顶而下的装配方式。在该零件设计中采用混合式装配方式，在装置装配完成后对每个零件进行着色。以齿轮为例。齿轮装配方式包括面结合、对齐、定向三种约束条件，当约束条件不具备时无法完成齿轮啮合，需要在啮合齿轮上建立参考平面。建立参考平面时，先选中齿轮渐开线分度圆上一点，通过该点建立参考平面使其垂直于齿轮，即齿轮轮廓法线方向。并按相同方法在另一齿轮上设计参考平面，在两个参考平面上建立相对关系，即可实现齿轮的啮合。在虚拟装配过程中，如发现零件设计存在干涉或配合关系不合理的情况，应返回三维零部件状态修改，修改完成后继续进行虚拟装配，通过不断设计、装配、修改和完善，直至整个装配过程完成。
3.3 装置运动仿真
零件装配为系统后，需对装置运动轨迹进行分析，检查各零件运动轨迹和运动干涉情况，并通过三维动态仿真模拟真实的机构运动。动态仿真前，可对每个零件进行编号处理，并将每个零件按序设置为运动最小单元和副定义单元间运动，零件间的运动副主要包括旋转副、移动副、圆柱副、齿轮副等，完成运动副定义后可点击UG软件动画按钮观察零件运动轨迹，并借助Interference功能检查装置运动干涉，并可借助Aninmation选项获得运动过程速度、加速度等参数。在该装置运动仿真中，创建相对运动部件集合共计7个连杆，包括固定机架部分、水平横移部分、竖直部分、机械手水平旋转部分、机械手竖直旋转部分和卡爪开团部分，并按需加载模型材料特性，包括材料力学特性、弹性模量、泊松比、密度等参数，并根据装置机构动作设置运动副，包括滑动副、旋转副、齿轮副、齿轮条副，设置每个运动副时间函数，设计每个周期内完成所有运动参数。
3.4 添加机构载荷
在机构运动仿真后，为确保装置设计与真是的工程状态相符，可通过向机构添加一定的外载荷使其运动状态与真实状态相吻合。在取料手结构设计中，可在机构两连杆、运动副或连杆与机架之间添加机构载荷，用于模拟两个零件之间的弹性连接、模拟弹簧和阻尼状态，并对机构传动力、原动力等多零件之间的相互作用进行检查。
3.5 运动驱动、关键运动与运动仿真
运动驱动是装置产生运动的原动力。根据运动驱动形式可分为恒定驱动、 简谐运动驱动、运动函数、关节运动驱動等。取料手机构为低速机构，设计齿轮转速速率为10r/min即可满足装置功能需求。在设置运动驱动、关节运动和运动仿真时，需要设定的运动时间和解算步数越多，其分析结果越准确，但其花费的时间也越多。
3.6 仿真结果输出
运动仿真分析时，仿真结果输出生成一组数据表，可记录整个仿真过程中各零件位移、速度、加速度、受力等参数信息，仿真结果可以表格或图形形式输出，设计人员咋可根据输出结果分析装置设计成果。
4 结论
在机械设计中，虚拟设计是一种全新的设计理念，是当前技术革新的重要标志，UG软件高度集成了CAD、CAM、CAE等模块，具有强大的建模分析能力，可利用其装配功能可实现实现模拟装配、干涉检查、机构仿真等功能，能够及时发现机械设计中存在的错误，减少因设计错误造成的各种问题，缩短机械产品研发周期，并通过有限元分析、运动分析、运动仿真等功能对机械产品设计进行可靠性研究，对机械产品在质量和性能具有积极的促进作用。
参考文献：
[1]陈华.UG软件在工业产品设计中的应用[J].科技风，2019（27）：5-6.
[2]方芳.三维软件在机械加工中的应用[J].黑龙江科学，2017，8（08）：170-171.
[3]孙燕燕.UG软件在农业机械装置设计中的应用[J].农业科技与装备，2017（02）：26-28.
[4]朱小川.UG软件在建立机械电子产品三维设计平台中的运用[J].科技风，2015（05）：104.
[5]邓婕.浅谈UG软件在机械设计中的应用与研究[J].露天采矿技术，2012（02）：61-63.
[6]王灿.基于UG软件的机械零件设计研究[J].装备制造技术，2009（07）：35-37.
[7]郝喜海，林益平.UG软件及其在包装机械设计中的应用[J].包装与食品机械，2001（03）：26-28.
作者简介：涂祖蕾 性别：女 年月： 1978年9月 民族：汉族 籍贯：云南昭通 学历： 硕士研究生，职称：讲师 研究方向：机械制造及自动化
模型电梯机械结构论文范文第2篇
【摘 要】本文论述了岩质边坡形成以后涉及其稳定性的各式各样原因，阐明了岩质边坡的变形破坏是各式各樣内在和外在地质原因总结作用的结局，并细述各式各样地质原因对其稳定性的影响。
【关键词】工程地质分析；岩质边坡；稳定性能；地质因素
1 边坡稳定性的影响因素分析
1.1 岩体结构类型的影响
对于岩质边坡来说，边坡并不是整体的一块，而是由各种各样的结构面和结构体组成不同的边坡岩体结构类型。常见的结构类型有块状结构、镶嵌结构、碎裂结构、层状结构、层状碎裂结构、散体结构。
块状结构岩体，整体强度较高，在动力作用下的变形特征接近于均质弹性体．受到震动一般不会发生失稳破坏；对于镶嵌结构岩体，地震或其他扰动时可能会造成局部的崩塌和落石，但不会造成大规模的失稳；碎裂结构岩体的地震或其他扰动时反应比较强烈，强烈的地震会导致碎裂结构岩体松动，造成大量的崩塌、落石以及小规模的滑动；层状结构的岩体受层面的控制，在地震或其他扰动作用下可能沿层面产生滑动；而对于散体结构的边坡，在地震或其他扰动作用下，不仅产生大量的崩塌和滑塌，而且有可能导致大规模滑坡和流滑。土质边坡可以看成散体结构，在地震或其他扰动时将会产生大量的变形、滑塌、滑坡和流滑。
1.2 岩性组合的影响
岩性对边坡的影响主要反映为不同岩性的边坡产生滑坡的程度不同。
由粘土、泥岩、页岩、泥灰岩以及它们的变质岩如片岩、板岩、千枚岩组成的岩体，或由上述软岩与一些硬岩互层组成的岩体，或由某些岩性软弱、易风化的岩浆岩（如凝灰岩）组成的岩体具有抗风化性差、风化产物中含有较多的粘性、泥质颗粒，具有很高的亲水性、膨胀性、崩解性等特征。这些地层的软岩及其风化产物一般抗剪性能差，遇水湿润后即产生表层软化和泥化，形成很薄的粘粒层，抗剪强度极低。由于岩性、颗粒成分和矿物成分的差异，导致水文地质条件的差异。细颗粒的泥质、粘土质软层既是吸水层，又是相对的隔水层，在干湿交替的情况下粘土成分的高收缩性，使岩土体中裂隙迅速发生并扩大，各种地表水很容易渗入坡体。
上述这些特点容易导致滑坡的发育。通常把这类很容易发生滑坡的地层称为“易滑地层” 。易滑地层不仅本身容易发生滑坡，而且它们的风化碎屑产物也极易滑动，甚至覆盖
在它们之上的外来堆积层（冲积层、洪积层等）也容易发生沿着“易滑地层” 或其风化碎屑物顶面滑动。根据调查研究，90％以上的滑坡产生在各种松散堆积中，岩石滑坡较少。应特别注意新黄土、高灵敏度的粘土和饱水松散粉细砂层的动力响应。
1.3 地形地貌的影响
边坡的地形地貌条件对边坡动力稳定性的影响表现在地震或其他扰动时和边坡坡形的影响两个方面。前者的影响较后者大。已有的强震观测结果表明，地震动幅值和频谱随地形高度而变化。山顶上震动持续时间显著增长，放大效应显著，并且位移、速度和加速度3个量的放大效应不同 边坡顶部对振动的反应幅值较之边坡底部存在明显的放大现象（垂直向放大），边坡的边缘部位对振动的反应幅值较之内部（处于同一高度上的两点比较）也存在放大现象。已有资料表明边坡的高度对地震响应有重大影响。
关于坡角的影响，20度以下50度以上很少发生滑坡，绝大多数滑坡都发生在30度～50度的斜坡上，崩塌多发生于大于3O度的斜坡上，其中以80度～70度的斜坡居多，在80度～ 90度的斜坡上崩塌的数量较少。边坡的坡形对边坡动力稳定性有很大影响。如果将边坡的坡形分为直线坡、凸坡和凹坡3种，直线形的斜坡很少发生崩塌和滑坡，凹坡和凸坡则容易产生崩塌和滑坡，而且都发生在坡度变化点附近，尤以凹坡上发生滑坡和崩塌的几率最高，这与边坡在静力作用下的稳定性有很大区别。在静力作用下，凸坡上发生滑坡的几率高于凹坡。
1.4 水文地质条件的影响
水文地质条件对边坡稳定性的影响主要表现在地下水位的埋深和边坡中地下水的补、径、排条件两个方面。当地下水埋深较小时，地震或其他扰动会造成孔隙水压力增加及其累积效应，由此引起边坡产生永久位移，当这种永久位移达到一定程度时，可能导致边坡失稳。地下水的补、径、排条件对地震或其他扰动时孔隙水压力的累积有重要的影响。如果地下水的排泄条件畅通，孔隙水压力不容易累积，则对边坡的动力稳定性影响不大；反之，则极易产生滑动。
2 边坡地质模型划分
边坡工程地质模型的确定是边坡稳定性包括动力稳定性研究的基础。边坡工程地质模型确定的基本依据是边坡的工程地质条件。边坡变形的常见模式有反倾边坡、水平层状上硬下软、水平薄层状软硬相间、水平厚层状软硬相间以及顺倾薄层状结构。归纳起来为反倾边坡、水平层状边坡和顺倾层状边坡。
对于边坡的工程地质模型也可归纳为有明显控制性结构面的边坡工程地质模型。前者包括有反倾边坡、水平层状上硬下软、水平薄层状软硬相间、水平厚层状软硬相间以及顺顷薄层状结构。同时包括了滑坡体和基岩与厚覆盖层（风化壳）组成的边坡；后者主要有均质土坡和无明显控制性结构面的岩质边坡。很显然，这两类边坡在动力作用下的变形稳定情况将会有显著差异。
2.1 边坡破坏形式
根据边坡的工程地质模型，可以确定边坡变形破坏的形式。
动荷下，可同时发生整体倾倒和局部相对弯折，且在短期内完成。而静荷下弯曲、倾倒等一般具有蠕变性质。根据岩体结构控制论的观点，边坡的工程地质模型控制了边坡变形破坏的形式。对于受结构面控制的边坡工程地质模型，其变形破坏形式决定于结构面的形态及组合。在动荷载作用下，顺层边坡的变形破坏形式主要表现为顺层面的滑动；反倾向边坡的变形破坏形式主要表现为岩层的倾倒、弯曲和弯折；水平层状边坡则主要在顶部和斜坡面附近的岩层产生拉开、拉裂和层间错动，首先是沿垂直于或斜交于层面的节理、裂隙等软弱部位岩层被拉开，其次是完好的岩层被拉断、开裂并产生层间错动。已经发生破坏的滑坡以及由基岩和厚覆盖层（风化壳）组成的边坡，在动荷载作用下的破坏形式将表现为滑坡体沿滑面或者覆盖层沿基岩顶面的滑动，而且由于孔隙水压力的累积作用可能导致塑性流动和液化流滑。对于那些无明显结构面控制的边坡，在动荷载作用下的变形破坏形式不仅有沿滑面（平面的或者圆弧形）的永久位移，而且必须考虑由于孔隙水压力的累积作用可能导致的塑性流动和液化流滑。对于那些节理裂隙发育，但没有明显控制性结构面发育的岩质边坡，则需要利用空间精测线测量的方法，测量节理裂隙的形状，然后利用赤平极射投影的方法进行统计，作出节理裂隙的极点图和等密图，判读出该边坡发育的节理裂隙优势组数。在此基础上，对边坡的破坏形式可分成下面4种情形进行判断：
结构面在极点图上近拟均匀分布，边坡岩体结构近乎散体结构，这种情形下，边坡的可能破坏形式为曲面滑动。
只有一组结构面，结构面的倾向与边坡的倾向基本一致．倾角小于边坡角，则边坡的可能破坏形式为平面滑动。若干组结构面，边坡的破坏形式可按J．N ．Mankland的方法进行简单的判断。J．N ．Mankland方法是基于一个简单的破坏条件：结构面组合交线的倾向与边坡面一致，楔形破坏体的组合交线在坡面出露，其倾角小于坡角，结构面的抗剪强度只考虑内摩擦角，认为小于组合交线的倾角时，边坡可能发生楔形体破坏。
一组结构面，结构面的倾向与边坡的倾向相反，则边坡可能发生倾倒形式的破坏。
3 边坡动力失稳机制探讨
地震或其他动力对边坡稳定性的影响表现为累积效应和触发效应两个方面。前者主要表现为地震或其他动力引起边坡岩体结构松动。破裂面、弱面错位和孔隙水压力累积上升等；后者则主要表现为地震或其他动力作用造成边坡中软弱层的触变液化以及使处于临界状态的边坡瞬间失稳。
不同的边坡破坏类型，导致边坡动力失稳的主导因素也不同。一般来讲，塑性流动失稳破坏是孔隙水压力的累积作用起主导作用：崩塌型、层体弯折型则是惯性力起决定作用；而对于滑动型破坏则视具体条件而定；对于后发型边坡失稳，则是由于地震或其他动力的累积效应导致边坡岩体力学参数的降低，为后来的外地质营力创造了条件，最终导致了边坡的失稳破坏。
模型电梯机械结构论文范文第3篇
关键词：机械结构;设计方法;设计原理;智能化
一、引言
从18世纪以来，机器逐步代替人力劳动，用于做功或转换能量。做功的机器不仅大大提高了劳动生产率，而且很好地保证和提高了产品的质量。由于机器实现的能量转换，人们发明了多种多样的工作机械，提高了人类的生产水平，改善了自己的生活条件。机器的设计是由具体的机构物化为实体的产品，以提供用户所要求的使用功能。因此，机械的结构设计是产品设计的重要一环，在机械设计课程中，机械结构设计也是非常重要的教学内容。在机械结构的设计中，应“勤于学习、善于思考、勇于探索、敏于创新”，以伟大的接纳之胸怀学习前人成果，并以开拓的精神实现伟大的创造。机械结构的设计不是具体案例的机械堆砌，而是有其内在的知识基础、设计的方法和物理原理。本文拟从机械结构的设计方法和设计原理两个方面，讨论机械结构设计的内在知识和结构创新的基本途径，但本文不讨论机械制造工艺性对机械结构的要求。
二、机械结构设计的方法
1.经验设计。从现代科学诞生以来，机械科学与技术已有300年的历史。机械的连接结构、传动结构和支撑结构等已经积淀有汗牛充栋的实践案例，但如何掌握这些案例的基本原理和设计方法，而不是记忆这些案例的具体结构设计，这是经验设计中的关键。具体的产品设计，例如车床，其结构设计可以参考前人的设计图纸，这对于提高设计效率，汲取前人经验、避免犯前人的错误具有实际意义。通过借鉴前人的经验，可以吸收他人的结构创新方法，同时也拓宽了自己的设计思路。随着机械结构数据库的出现和搜索方式的更新，对他人的相关结构设计的学习将更加方便。经验知识是结构设计的宝贵财富，也是公司的知识资产。通过对国内外同类型专利知识的学习，也是一条提升自己结构设计能力的途径。另一方面，要注意避免侵犯他人的知识产权。“古人传下来的学问，就是装在船里的货物。现在的新潮流、新趋势，就是行船的风。”在学习他人的结构设计创新点的基础上，设计者应有自己的革新与发明、自己的创造。
2.理论设计。机械结构设计的理论方法，讨论的是机械结构设计的理性方法，具体的有：模块化和组合化设计、复合化设计、分级结构设计、载荷均布性设计和变结构设计。随着结构优化、结构可靠性和概率设计等方面的发展和具体应用，机械结构的理性设计方法也在不断的推陈出新。
模块化和组合化设计。一台机器总体是由提供不同功能的结构单元有机的组合而成，因此模块化的以及模块之间的组合化就是早期的方法之一。在复杂的机电系统和设备中，模块化和组合化的设计理念是有效的结构设计方法，同时也是机械制造的方法之一。例如，组合航空母舰的设计概念;我国的组合化机床的设计在上世纪70年代就已经取得了很大的成功。模块化和组合化，一般是按功能单元、结构单元来划分模块，然后组合起来成为一台机器。
复合化设计。复合化的基本特点就是将两个或两个以上的功能零件组合成一个部件或构件来设计，其功能可以是运动功能、承载功能等。例如，组合凸轮结构的设计就是将两个凸轮设计成一个零件;一根连杆在组合结构中同时作为两个或两个以上机构的结构件。复合化方法可以降低机械的制造成本、减轻机器的重量、缩小机器的尺寸和降低产品的成本。
分级结构设计(层次化设计)。复杂的制造设备是由分级的机械结构组成，大功能层次的结构是由若干个分功能结构组成。层次化不仅是功能树结构的要求，而且也是制造工艺对结构设计的要求。例如，床头箱由多个轮系组成，而每个轮系又由次一层次的系统组成。复杂机电产品的设计，例如组合挖掘机的设计，集推土机和挖掘机的功能在一起，而共用一个动力系统，在执行系统处分开。层次化结构设计方法在构想分级结构阶段，能够帮助设计者厘清思路，从而找出结构设计的关键点，集中解决结构设计中的难点问题。
载荷均布性设计。由于机械结构设计的特点，希望载荷分布均匀，充分发挥材料的机械力学性能或者取得降低最大载荷的目的。例如，修形齿轮的设计、对数滚子的设计，为了取得接触应力的均布，从而修形零件，实现结构的优化设计。行星齿轮减速器的设计也体现了载荷均布性的设计理念，从机构运动学来看只需一只行星齿轮;然而从受力平衡、承载能力和提高齿面的抗磨损来说，三只行星齿轮的结构设计更好。
变结构设计。机械结构的创新常常采用变结构的方法，变结构可以改变机械结构的功能，例如，非圆连接形式的成形连接、曲柄滑块结构设计变为转动导杆结构设计。变结构可以改变实现功能的形式，例如径向柱塞泵和轴向柱塞泵的设计。变结构也可以降低机器的设计成本，例如利用死点的桌面支承设计。
3.模型试验设计。相似模型试验设计。基于机器物理模型的相似，运用相似科学理论，对于大型的机器设备进行模型试验设计。通过模型结构设计和试验分析，获取机械结构的可靠性、并预测机器的工作性能。模型相似的设计方法已在工程领域有广泛的运用，例如大型水轮机组的结构设计。通过制造大型水轮机组的模型，测试试验模型的工作性能以及其可靠性等指标，优化水轮机组的结构设计和工作能力。机械结构的设计方法不是一成不变的，而是随着人们的发明和新的科学原理的发现，在日新月异地发展，不断出现新的机械结构设计方法，同时对前人的机械结构设计进行革新。
三、机械结构设计的原理
机械结构的设计必然要依据技术科学的原理，例如：理论力学原理、材料力学原理、弹性力学原理、疲劳力学原理、流体力学原理、热力学原理、摩擦学原理、声学原理、智能原理和一切可能的新物理原理。这里讨论以上各种原理在机械结构设计中的应用，以期总结机械结构设计的常用原理，讨论机械结构设计的原理在今后结构创新设计中的可能性。
理论力学原理。理论力学是机构设计的基础理论，对于机器的运动学和动力学分析，得到的结构必然反映到机械结构的设计中来。例如，轴承转子系统动力学的设计，其动力学及其稳定性的设计，要求修改轴承的设计和轴的刚度设计。
材料力学原理。机械零件的强度和刚度设计是基于材料力学理论的，强度或刚度不足时，就需要修改零件的结构设计。例如，齿轮轮齿接触强度和齿根弯曲疲劳强度的设计，当齿面接触强度不足时就要求增大小齿轮的分度圆直径;当齿根弯曲强度不够时就要求增大齿轮的模数。
弹性力学原理。弹性力学分析是零件应力应变计算的基础，例如滚动轴承中滚子修形的设计，基于弹性力学的接触分析，确定滚子的修形曲线和修形量。在机械零件的结构优化设计中，常常用到弹性力学理论。
疲劳力学原理。机械零件上的机械载荷在工作过程中常常是变动的，例如汽车中的轴、轴承和齿轮上的载荷都是变化的，这种变化的载荷具有一定的统计特征。变载荷下轴和滚动轴承的疲劳寿命设计等工程内容，已经发展成机械零件的概率设计。为了更精确地设计机械零部件，疲劳力学在机械结构设计中会得到越来越多的应用。
流体力学原理。流体传动和动静压轴承等的设计是依据流体力学原理的，流体力学也是机械结构创新的基本原理之一。例如静压导轨的设计、动压润滑滑动轴承的设计，要依据流体的质量守恒定律、平衡原理等，优化设计的结果要求修改导轨或轴承的结构型式和尺寸参数。
热学原理。热力学和传热学在机械零部件的设计中有很广泛的应用，导轨的热精度设计、齿轮和滚动轴承的胶合分析、隔热结构设计等等。
摩擦学原理。耐磨或加快磨损是摩擦学设计的核心，例如圆锥销的设计、组合螺母的设计，就是为了补偿零件的磨损，使得零件在磨损后仍能实现其设计的功能。磨削和抛光制造工艺是利用零件磨损的加工方法。
声学原理。在机械系统的噪声分析和研究中，依据物理声学的原理及其分析方法，得到噪声的频谱和功率谱等分析结果，以指导机械结构的设计，例如低噪声滚动轴承的设计。今后，可以考虑利用机械噪声来进行产品设计，例如声爆弹的设计、信号中噪声信息干扰的设计等。
智能原理。机械结构设计的原理将向智能化、生物化的方向发展。随着智能技术的应用，机械结构具有灵敏的智能功能。测试技术、控制理论和信息论是机械结构智能设计的基础。例如模糊智能控制的洗衣机和电冰箱的设计，控制单元具有模糊逻辑控制功能，实现对工作过程的智能控制，达到省电节能的目的。
新的物理原理应用。超导原理用于超导轴承和导轨的设计，可以提高电磁轴承和电磁导轨的性能。含有纳米颗粒的润滑剂的设计可以提高摩擦副的抗胶合能力。石墨稀等新的材料的制备也会为机械零部件的结构设计提供更多的选择，其高刚度的特性也会在机械结构设计中得到应用。今后，生物化的结构与环境和人体具有更好的相容性，例如人工关节的磷酸盐涂层结构设计，使得人工关节与人体肌肉组织具有相容性，使用寿命更长，也减轻了病人的痛苦。我们可以相信，在生物革命的浪潮中，机械结构设计的原理会极大的丰富，为智能化的机械结构设计提供新的原理。
本文从机械结构的设计方法和设计原理出发，分析了机械结构设计的基本知识和设计准则。毋庸置疑，机械结构的制造工艺性对机械结构设计有重要的决定性。笔者认为，今后的机械结构创新中仿生设计和智能化是发展的重要方向。
参考文献：
[1]陆敬严，华觉明.中国科学技术史(机械卷)[M].北京：科学技术出版社，2000.
[2]French M J.Conceptual design for engineers[M].Second edition，London：The Design Council，1985.
[3]FAG Kugelfischer.A.G.滚动轴承安装设计[M].李景贤，译.北京：机械工业出版社，2004.
[4]小粟富士雄，小粟达男.机械设计禁忌手册[M].陈祝同，刘惠臣，译.北京：机械工业出版社，2004.
[5]吴宗泽.机械设计禁忌500例[M].北京：机械工业出版社，2003.
[6]吴宗泽.机械结构设计准则与实例[M].北京：机械工业出版社，2007.
[7]于惠力，潘承怡，向敬忠，等.机械零部件设计禁[忌M].北京：机械工业出版社，2007.
[8]杜威.杜威五大讲演[M].胡适，译.合肥：安徽教育出版社，2005.
作者简介：汪久根，浙江大学机械工程学系教授、工学博士、博士生导师。
模型电梯机械结构论文范文第4篇
摘要：机械结构是机器产品的物化，也是机器功能实现的载体。本文从经验设计、理论设计和模型设计讨论了机械结构设计的方法。结合理论力学原理、材料力学原理、弹性力学原理、疲劳力学原理、流体力学原理、热力学原理、摩擦学原理、声学原理、智能原理和目前的新物理原理，分析了机械结构设计的原理。
关键词：机械结构；设计方法；设计原理；智能化
一、引言
从18世纪以来，机器逐步代替人力劳动，用于做功或转换能量。做功的机器不仅大大提高了劳动生产率，而且很好地保证和提高了产品的质量。由于机器实现的能量转换，人们发明了多种多样的工作机械，提高了人类的生产水平，改善了自己的生活条件。机器的设计是由具体的机构物化为实体的产品，以提供用户所要求的使用功能。因此，机械的结构设计是产品设计的重要一环，在机械设计课程中，机械结构设计也是非常重要的教学内容。在机械结构的设计中，应“勤于学习、善于思考、勇于探索、敏于创新”，以伟大的接纳之胸怀学习前人成果，并以开拓的精神实现伟大的创造。机械结构的设计不是具体案例的机械堆砌，而是有其内在的知识基础、设计的方法和物理原理。本文拟从机械结构的设计方法和设计原理两个方面，讨论机械结构设计的内在知识和结构创新的基本途径，但本文不讨论机械制造工艺性对机械结构的要求。
二、机械结构设计的方法
1.经验设计。从现代科学诞生以来，机械科学与技术已有300年的历史。机械的连接结构、传动结构和支撑结构等已经积淀有汗牛充栋的实践案例，但如何掌握这些案例的基本原理和设计方法，而不是记忆这些案例的具体结构设计，这是经验设计中的关键。具体的产品设计，例如车床，其结构设计可以参考前人的设计图纸，这对于提高设计效率，汲取前人经验、避免犯前人的错误具有实际意义。通过借鉴前人的经验，可以吸收他人的结构创新方法，同时也拓宽了自己的设计思路。随着机械结构数据库的出现和搜索方式的更新，对他人的相关结构设计的学习将更加方便。经验知识是结构设计的宝贵财富，也是公司的知识资产。通过对国内外同类型专利知识的学习，也是一条提升自己结构设计能力的途径。另一方面，要注意避免侵犯他人的知识产权。“古人传下来的学问，就是装在船里的货物。现在的新潮流、新趋势，就是行船的风。”在学习他人的结构设计创新点的基础上，设计者应有自己的革新与发明、自己的创造。
2.理论设计。机械结构设计的理论方法，讨论的是机械结构设计的理性方法，具体的有：模块化和组合化设计、复合化设计、分级结构设计、载荷均布性设计和变结构设计。随着结构优化、结构可靠性和概率设计等方面的发展和具体应用，机械结构的理性设计方法也在不断的推陈出新。
模块化和组合化设计。一台机器总体是由提供不同功能的结构单元有机的组合而成，因此模块化的以及模块之间的组合化就是早期的方法之一。在复杂的机电系统和设备中，模块化和组合化的设计理念是有效的结构设计方法，同时也是机械制造的方法之一。例如，组合航空母舰的设计概念；我国的组合化机床的设计在上世纪70年代就已经取得了很大的成功。模块化和组合化，一般是按功能单元、结构单元来划分模块，然后组合起来成为一台机器。
复合化设计。复合化的基本特点就是将两个或两个以上的功能零件组合成一个部件或构件来设计，其功能可以是运动功能、承载功能等。例如，组合凸轮结构的设计就是将两个凸轮设计成一个零件；一根连杆在组合结构中同时作为两个或两个以上机构的结构件。复合化方法可以降低机械的制造成本、减轻机器的重量、缩小机器的尺寸和降低产品的成本。
分级结构设计（层次化设计）。复杂的制造设备是由分级的机械结构组成，大功能层次的结构是由若干个分功能结构组成。层次化不仅是功能树结构的要求，而且也是制造工艺对结构设计的要求。例如，床头箱由多个轮系组成，而每个轮系又由次一层次的系统组成。复杂机电产品的设计，例如组合挖掘机的设计，集推土机和挖掘机的功能在一起，而共用一个动力系统，在执行系统处分开。层次化结构设计方法在构想分级结构阶段，能够帮助设计者厘清思路，从而找出结构设计的关键点，集中解决结构设计中的难点问题。
载荷均布性设计。由于机械结构设计的特点，希望载荷分布均匀，充分发挥材料的机械力学性能或者取得降低最大载荷的目的。例如，修形齿轮的设计、对数滚子的设计，为了取得接触应力的均布，从而修形零件，实现结构的优化设计。行星齿轮减速器的设计也体现了载荷均布性的设计理念，从机构运动学来看只需一只行星齿轮；然而从受力平衡、承载能力和提高齿面的抗磨损来说，三只行星齿轮的结构设计更好。
变结构设计。机械结构的创新常常采用变结构的方法，变结构可以改变机械结构的功能，例如，非圆连接形式的成形连接、曲柄滑块结构设计变为转动导杆结构设计。变结构可以改变实现功能的形式，例如径向柱塞泵和轴向柱塞泵的设计。变结构也可以降低机器的设计成本，例如利用死点的桌面支承设计。
3.模型试验设计。相似模型试验设计。基于机器物理模型的相似，运用相似科学理论，对于大型的机器设备进行模型试验设计。通过模型结构设计和试验分析，获取机械结构的可靠性、并预测机器的工作性能。模型相似的设计方法已在工程领域有广泛的运用，例如大型水轮机组的结构设计。通过制造大型水轮机组的模型，测试试验模型的工作性能以及其可靠性等指标，优化水轮机组的结构设计和工作能力。机械结构的设计方法不是一成不变的，而是随着人们的发明和新的科学原理的发现，在日新月异地发展，不断出现新的机械结构设计方法，同时对前人的机械结构设计进行革新。
三、机械结构设计的原理
机械结构的设计必然要依据技术科学的原理，例如：理论力学原理、材料力学原理、弹性力学原理、疲劳力学原理、流体力学原理、热力学原理、摩擦学原理、声学原理、智能原理和一切可能的新物理原理。这里讨论以上各种原理在机械结构设计中的应用，以期总结机械结构设计的常用原理，讨论机械结构设计的原理在今后结构创新设计中的可能性。
理论力学原理。理论力学是机构设计的基础理论，对于机器的运动学和动力学分析，得到的结构必然反映到机械结构的设计中来。例如，轴承转子系统动力学的设计，其动力学及其稳定性的设计，要求修改轴承的设计和轴的刚度设计。
材料力学原理。机械零件的强度和刚度设计是基于材料力学理论的，强度或刚度不足时，就需要修改零件的结构设计。例如，齿轮轮齿接触强度和齿根弯曲疲劳强度的设计，当齿面接触强度不足时就要求增大小齿轮的分度圆直径；当齿根弯曲强度不够时就要求增大齿轮的模数。
弹性力学原理。弹性力学分析是零件应力应变计算的基础，例如滚动轴承中滚子修形的设计，基于弹性力学的接触分析，确定滚子的修形曲线和修形量。在机械零件的结构优化设计中，常常用到弹性力学理论。
疲劳力学原理。机械零件上的机械载荷在工作过程中常常是变动的，例如汽车中的轴、轴承和齿轮上的载荷都是变化的，这种变化的载荷具有一定的统计特征。变载荷下轴和滚动轴承的疲劳寿命设计等工程内容，已经发展成机械零件的概率设计。为了更精确地设计机械零部件，疲劳力学在机械结构设计中会得到越来越多的应用。
流体力学原理。流体传动和动静压轴承等的设计是依据流体力学原理的，流体力学也是机械结构创新的基本原理之一。例如静压导轨的设计、动压润滑滑动轴承的设计，要依据流体的质量守恒定律、平衡原理等，优化设计的结果要求修改导轨或轴承的结构型式和尺寸参数。
热学原理。热力学和传热学在机械零部件的设计中有很广泛的应用，导轨的热精度设计、齿轮和滚动轴承的胶合分析、隔热结构设计等等。
摩擦学原理。耐磨或加快磨损是摩擦学设计的核心，例如圆锥销的设计、组合螺母的设计，就是为了补偿零件的磨损，使得零件在磨损后仍能实现其设计的功能。磨削和抛光制造工艺是利用零件磨损的加工方法。
声学原理。在机械系统的噪声分析和研究中，依据物理声学的原理及其分析方法，得到噪声的频谱和功率谱等分析结果，以指导机械结构的设计，例如低噪声滚动轴承的设计。今后，可以考虑利用机械噪声来进行产品设计，例如声爆弹的设计、信号中噪声信息干扰的设计等。
智能原理。机械结构设计的原理将向智能化、生物化的方向发展。随着智能技术的应用，机械结构具有灵敏的智能功能。测试技术、控制理论和信息论是机械结构智能设计的基础。例如模糊智能控制的洗衣机和电冰箱的设计，控制单元具有模糊逻辑控制功能，实现对工作过程的智能控制，达到省电节能的目的。
新的物理原理应用。超导原理用于超导轴承和导轨的设计，可以提高电磁轴承和电磁导轨的性能。含有纳米颗粒的润滑剂的设计可以提高摩擦副的抗胶合能力。石墨稀等新的材料的制备也会为机械零部件的结构设计提供更多的选择，其高刚度的特性也会在机械结构设计中得到应用。今后，生物化的结构与环境和人体具有更好的相容性，例如人工关节的磷酸盐涂层结构设计，使得人工关节与人体肌肉组织具有相容性，使用寿命更长，也减轻了病人的痛苦。我们可以相信，在生物革命的浪潮中，机械结构设计的原理会极大的丰富，为智能化的机械结构设计提供新的原理。
本文从机械结构的设计方法和设计原理出发，分析了机械结构设计的基本知识和设计准则。毋庸置疑，机械结构的制造工艺性对机械结构设计有重要的决定性。笔者认为，今后的机械结构创新中仿生设计和智能化是发展的重要方向。
参考文献：
[1]陆敬严，华觉明.中国科学技术史（机械卷）[M].北京：科学技术出版社，2000.
[2]French M J.Conceptual design for engineers[M].Second edition，London：The Design Council，1985.
[3]FAG Kugelfischer.A.G.滚动轴承安装设计[M].李景贤，译.北京：机械工业出版社，2004.
[4]小粟富士雄，小粟达男.机械设计禁忌手册[M].陈祝同，刘惠臣，译.北京：机械工业出版社，2004.
[5]吴宗泽.机械设计禁忌500例[M].北京：机械工业出版社，2003.
[6]吴宗泽.机械结构设计准则与实例[M].北京：机械工业出版社，2007.
[7]于惠力，潘承怡，向敬忠，等.机械零部件设计禁[忌M].北京：机械工业出版社，2007.
[8]杜威.杜威五大讲演[M].胡适，译.合肥：安徽教育出版社，2005.
作者简介：汪久根，浙江大学机械工程学系教授、工学博士、博士生导师。
模型电梯机械结构论文范文第5篇
摘要：随着我国当前科技水平到不断提高，在当前机械结构设计中越来越多新的技术应用其中，有效提高了水利的设计效果和水平，在实际工作中需要以自然和技术学科为主要的基础，优化机械结构设计的过程完成制造以及维修，同时还需要根据实际生产经验研究新的技术来提高机械结构设计的效果以及水平，在当前时代下机械结构设计是非常成熟的，并且伴随着人们生活水平的不断提高，制造行业也在不断的进步，所以在实际工作中需要加强对机械设备内外部结构优化的重视程度，从而促进行业的稳定性发展。
关键词：创新设计;机械结构设计;运用
在当前机械结构设计中融入创新设计理念时，需要优化结构本身的性能，通过位置的多元性调整选择正确的材料来提高实际的设计效果，与此同时还需要从宏观性的角度进行机械结构的合理性布局，解决结构和功能之间的冲突，从而使得机械设备能够在实际中发挥行动的价值和效果，解决以往基业结构设计工作中的不足，提升实际的设计效果。
一、智能技术的应用
（一）环保设计
在新时期下，节能环保理念在各行各业中得到广泛性的实施，在实际工作中需要加强对环保设计的有效认识和了解，从而为后续工作科学实施提供重要的方向。在节能环保设计时需要加强对机械结构设计中材料的合理性利用，选择最佳的材料从重复使用的角度优化金融资源配置[1]。另外在机械结构设计工作中需要选择正确的材料，在产品设计时首先要确定智能机械产品的本身回收价值，并且还要考虑对人们使用所造成的影响。随着时间的不断推移智能制造机械结构设计需要通过完善的技术来保证设备本身的环保性能，因此在实际工作中需要从这一方面入手，更加科学有序的开展机械结构设计，为后续工作提供重要的基础。在实际设计时可以融入三维立体化的模型，了解最终的设计成果，及时的发现在设计中的一些不足之处。
（二）智能系统的应用
随着我国当前科技水平的不断提高，在进行机械结构设计中，需要更加全面的利用智能技术，从而多方位的满足实际的应用需求以及标准，在实际实施的过程中，需要加强对智能机械结构设计的重视程度，从整体性的角度将智能系统融入到各个生产环节中，从而提升实际的设计效果[2]。比如在智能系统应用的过程中，要根据制造商的程序输入积极的分析整个产品的功能，完成最终的科学设计，之后，再根据启动系统的特点，按照智能系统内部标准来检查生产机器，确定产品性能是否符合相关的标准以及要求。如果在实际實施时存在着失真的问题的话，那么要在系统中进行再一次的推算，加强智能技术的合理性利用，从而提升实际的设计效果。
（三）创新思维的融入
随着我国当前机械制造行业的不断发展，在进行机械结构设计技术实施时，需要融入创新性的思维，打破以往设计工作中的局限之处，从而提高机械结构设计的效果和水平。随着科技水平的不断提高，需要加快我国机械工业的稳定性和发展，使得机械生产水平能够得到全面提高，在实际工作中可以适当融入国外创新性的思维和先进的技术，并且研发先进的技术手段，掌握核心科技。在实际设计的过程中，需要明确战略发展规划，结合当前的技术条件，创新机械结构设计技术，并且实现整体性的优化以及改造。其次，需要实现集中性的升级和优化，并且紧紧抓住智能制造行业发展机遇，实现产业结构的不断升级以及调整，在实际实施时要加强对智能系统合理性利用，并且全面的检测产品设计中的一些故障问题。在选择材料时要尽可能的选择耐腐蚀性强的材料，从而保证设备本身性能的有效发挥，在完成设计之后要开展必要性的实验工作，为后续工作提供重要的基础。
二、结构性能的优化设计
在结构性的优化设计时，需要提高结构本身的刚度和强度，机械在日常使用时经常会存在零部件受力过大而出现磨损的问题，所以在结构设计时需要适当的分散其中的荷载力，从而使不同结构的分担能力能够得到全面的提高。在实际设计时需要根据机械传动作业的要求以及物体传动到指定的位置，保证整体结构能够具备平衡性的特征，在实际工作中需要形成一定的平衡力，从而使得结构本身的承受度能够得到全面提高[3]。在进行零件刚度设计时，除了要优化材料的选择之外，还需要防止出现应力过度集中的问题，避免出现变形的情况，从而提升实际的设计效果。
其次在后续工作中还需要保证工艺性和精准度，在实际结构设计时需要考虑后续的被加工效果，节约不必要的时间，并且考虑精准度方面的要求，防止存在较为严重的误差。在结构设计时需要保证精准度，避免出现材料使用不佳的问题，并且提高对误差的敏感程度，从而优化结构本身的质量问题。在进行结构创新时，如果遇到内部构建有多个连接处的话，那么要增加螺旋传动，防止存在承载力不足的问题，从不同的角度来提高传动的精准度。
三、宜人化设计
在进行机械结构设计时，需要体现出人性化的设计方法和设计理念，从而为后续设计工作提供重要的基础。首先需要降低机械结构本身的疲劳感，在实际工作中需要适当的减轻结构本身的操作压力，防止对操作人员的身体产生一定的疲劳感，机械设备要经过创新性的调整，外观要非常的柔和，多方面的考虑的加工需要以及需求，这样一来通过长期性的操作也不会感觉到非常的疲劳，贯彻落实人性化的设计理念，例如在进行机械设计时，可以融入TRIZ的设计理论，这一理论主要是为了达到预期的设计目标，采取解决冲突的原则改变满足唯一条件。在机械设计时需要通过物理冲突和技术冲突有效协调来进行部分性能的有效优化，或者是将一些有利因素融入其中，消除在机械设计中的一些消极因素，通过参数的设计来提高水的设计效果。对于飞机机翼来说，一般是以铝合金为材料，但是会降低飞机的载荷能力，因此在实际工作中可以融入钛合金的材料，以同样厚度的机翼来降低战斗机本身的自重，另外在进行座椅设计时，要符合人体力学方面的曲线式结构，保证座椅能够具备舒适性的特点。对于工作环境较为恶劣的机械设备来说，例如在石化行业中要减少化学产品的腐蚀影响，在零部件设计时可以设置为曲线或者是取面体减少接触腐蚀的表面积，以不同的冲突选择最佳的技术方案。
结束语
在进行机械结构设计工作中融入创新性的思维是非常重要的，所以在实际实施时需要加强对创新性思维的有效了解和认识，并且根据行业发展动态融入先进的科技手段，不断创新机械结构设计的模式，贯彻落实人性化和智能化的原则来进行日常的设计，通过这样的工作方式不仅可以扩宽机械结构设计的思路，还有助于提高实际的生产效果。
参考文献：
[1]李永超.机械结构设计中创新设计及应用方法研究[J].科技经济导刊，2018（06）：236.
[2]梁文戚.机械结构设计中创新设计的应用研究[J].科技经济导刊，2018（24）：36-37.
[3]曾大开.创新设计在机械结构设计中的具体应用[J].黑龙江科学，2018（16）：58-59.
模型电梯机械结构论文范文第6篇
书名：《论创新设计》
编著者：路甬祥着
出版单位：中国科学技术出版社
当今时代，信息网络与制造服务融合创新，全球制造正面临新变革。《中国制造2025》明确了建设制造强国的目标。今年“科技三会”上，习总书记吹响了建设世界科技强国的进军号，开始了向中国创造跨越的新长征。
设计是对于创新的设想与计划，是引领中国创造的先导和关键环节。在引领创造人类文明进步的进程中，设计也从农耕时代的设计1.0，工业时代的设计2.0，进化到知识网络时代的设计3.0。把握新机遇、应对新挑战，认知设计的价值和竞争力要素，提升创新设计能力，对于引领推动自主创新，加快实现中国创造至关重要。
今天，我谨以“创新设计引领中国创造”这个主题，再谈几点认识与各位分享。
一、机遇与挑战
进入新世纪，信息网络、新材料、新能源、智能制造、生物健康等技术与产业酝酿新突破、新变革，知识网络文明已现端倪。我国已成为全球制造大国、第二大经济体，但中国经济与制造仍大而不强。发展方式粗放，资源环境代价巨大，自主创新能力薄弱，主要依靠OEM和加工贸易，总体还处于全球产业链、价值链的低中端。未来十年是我国发展转型升级的关键时期。世界新科技产业革命与我国建设科技与制造强国形成新的历史交汇，既是难得的发展新机遇，也将面临新挑战。由于历史原因，我们失去了前两次科技与产业革命的机会，今天我们已从新的起点再出发。依靠科技原创突破前沿核心技术，依靠创新设计引领自主集成创新，支持经济提质增效、产业转型升级，加快实现向中国创造转变。我们比任何时候都更有信心、有能力、有条件把握新机遇、迎接新挑战、实现新目标。
人们更加关注人与自然协调发展，追求全生命周期绿色低碳设计制造和运行服务；依托网络和大数据，实现整体系统和全社会绿色化发展。我国已有220种以上大宗工业品产销量列全球首位。但单位GDP（国内生产总值）物耗能耗和排放遠高于发达国家，落后产能严重过剩。去落后产能、优化产业结构，节能减排、提质增效任务艰巨，实现绿色低碳、可持续发展挑战严峻。绿色设计制造将从产品供应侧、生产工艺源头和发展循环经济和再制造等，引领促进绿色低碳发展，创新机会与空间巨大。
万物互联、实时传感、VR/AR、AI、3D打印等技术创新和应用日新月异。全球多样化、个性化需求快速发展。为用户创造更好的体验、更高的价值，已成为提升制造服务竞争力的“焦点”和“痛点”。企业主导的工厂化、自动化、大批量制造，已向用户主导的个性化、定制式规模制造服务转变。网络协同智能成为设计制造服务的新特点、新方式。中国制造正迎来自主设计创新，促进带动向中国智造和中国创造跨越的新机遇，但也必须面对发达国家重振制造新优势和新兴发展中国家低成本制造的双重挑战。
当代设计制造服务创新，更需学科交叉融合、跨界知识融合，创新方法多样融合，终端一云端/软一硬件深度融合，开放合作融汇全球资源。开放融合成为新常态。能源运载、空间海洋、高端制造、医疗健康、民生服务、安全国防、电商金融等科技与新兴产业领域，成为自主设计制造服务协同创新的主战场、新高地。新中国成立以来，我们建立了完整的科技、教育和产业体系。改革开放三十多年，又融入了世界科技产业经济创新发展大环境。中国已成为全球科技、人才、制造和网络大国，但也仍存在信息数据分隔垄断，产学研用协同创新体制障碍，观念文化和制度创新等挑战。
信息数据已成为最具价值、可近零成本分享的创新资源。云计算、云服务、云平台等成为设计众创、制造服务的新生态。合作共赢成为新共识，共创分享成为经济发展新形态。我国网络电商、“互联网+”发展快速，市场需求和产业大数据资源居全球前列，超级计算能力领冠全球。实施“一带一路”战略，设计建设基础设施，带动优势产能转移，促进经济共同繁荣，创新机会空前、合作领域广泛。但企业数字化、信息化、网络化水平低，操作系统、工具与控制软件、先进算法等方面自主创新能力薄弱。在网络经济和数据产业全球竞争合作中，必须应对发达国家力图从云端掌控主导网络数据资源和信息安全的新挑战。
二、创新设计的价值
创新设计提升制造服务品质，赢得用户信赖，获得市场竞争优势，创造价值。奔驰公司秉承为用户提供安全可靠、舒适满意的高品质乘用车的设计理念和严格精湛的制造工艺，赢得了全球信誉，造就了高端品质的百年经典和市场价值。华为公司创新设计，突破芯片、算法、软件等核心技术，汇聚莱卡等全球高端资源，致力为客户提供更高品质、更加好用的智能手机，国内市场占比超越三星、苹果，国际市场份额也快速上升直追冠亚军。
为用户创造新体验和新价值成创新设计竞争力的核心价值。宝马公司设计追求基于高质量、高性能、高技术的强劲动力和出众的驾驶体验，倍受高端客户的青睐，赢得了竞争优势和价值。OPPO、VIVO公司优化设计，致力为细分市场用户创造更好的摄影、音乐个性化体验以及快充5分钟通话两小时等功能，受到青年用户的喜爱，在竞争激烈的国内市场，今年前三季度销售已居前位，并分别夺得全球智能手机出货量的第四、第五位。
创新设计新工艺、新装备，可实现大幅提质增效，乃至引发产业变革。奥地利Voest Alpine公司设计发明吹氧炼钢工艺与转炉装备，将熔炼过程从8～10小时缩短到10分钟，并可实现负能耗冶炼。设计创造浮法平板玻璃生产工艺与装备，引发了平板玻璃制造品质效率的革命。江苏恒通光电公司在引进消化吸收基础上，自主设计研发光棒一光纤一光缆核心技术、先进工艺装备，形成完整的产业链，成为世界顶级光纤、光缆生产供应商。
好设计可以创造新需求.开拓新市场、创造产业新生态。郑州新大方公司创新设计机电液一体化大型专用运载施工设备，打破国外垄断，填补国内空白，开拓了国际国内高铁、桥梁、船舶、风电等专用工程装备的新市场。谷歌、百度不但是全球最强大的搜索引擎，而且不断设计推出导航地图、百科全书、语言处理、图像识别等新应用，构建了知识服务产业共创分享的新平台和新生态。
绿色设计引领促进资源高效、清洁和循环利用，体现了创新设计的生态环境价值。设计创新环境友好材料、产品、制造工艺、清洁可再生能源、低碳交通物流等，将从源头促进人与自然协调可持续发展，从供给侧引领绿色低碳生产生活方式。如：通过优化建筑选址和功能布局，选用绿色材料，采用太阳能、地源和空气热泵、智能通风、采光和能源管理，废水和有机弃物循环利用等绿色智能设计，可实现能源自持的零能耗建筑。
设计为企业创造品牌和文化价值。意大利和法国的服装和饰品设计，不但创造了诸多世界著名品牌企业，还引领了全球时尚消费文化。
创新设计经营服务方式，将创造竞争新优势，重塑市场新格局。青岛红领公司设计引入数字化、网络化、智能化制造服务新业态，适应个性化、定制式需求，在服装市场产能严重过剩的大环境中，销售和赢利持续逆势大幅上扬，成为服装业转型发展的典范。
设计引领推动社会文明进步，开拓创造更美好的未来。英国因设计创造蒸汽机、工作机器、火车轮船，引领以机械化为标志的近代工业文明。德国、美国等设计电机电器、内燃机、汽车飞机等，引领以电气化、自动化为标志的现代工业文明。美国设计发明了计算机、半导体、集成电路、数控机床，引领人类电子化、数字化、信息化文明进程。信息网络-物理计算环境、大数据、VR/AR（虚拟现实/增强现实）、3D打印等为创新设计创造了新环境，注入了新动力，将设计创造智能产品、智能制造、网络智慧经营服务新业态，引领知识网络文明。
为客户、企业创造价值，保护生态环境，引领推动文明进步，开拓创造更美好的未来，是创新设计的永恒追求。
三、创新设计竞争力要素
知识技术、创新环境、体制机制、价值理念、创意创造、创新人才是创新设计竞争力要素。
知识技术是创新设计竞争力的基础和核心。医学核磁共振成像（MRI）是基于人体组织中氢原子核在磁场中受到射频电磁脉冲激勵发生核磁共振一弛豫的科学知识，并应用高灵敏线圈接收共振一弛豫信号和图像重建计算技术，设计研制的高端层析诊断设备。举世瞩目的AIphaGo软件设计基于围棋知识信息大数据、人工智能和超算技术等。谷歌无人驾驶汽车控制系统设计也是依靠雷达、激光和声频等实时传感系统、交通知识和地理信息大数据和智能计算与卫星导航控制实现的。
创新环境是培育设计竞争力的沃土。开放公平的市场环境，平等自由、民主法治、多样包容的创新社会环境，是培育创意创造、创新设计的雨露阳光。欧洲文艺复兴时期，思想解放、自由民主的社会氛围，促进了科技与艺术的繁荣，杰出艺术创作、建筑设计与技术创新大量涌现。而腐败落后的封建统治和长期闭关锁国，压抑束缚了中华民族的设计创造活力。
新中国成立以来，坚持独立自主发展道路，改革开放以来，确立发展社会主义市场经济，依法保护物权和知识产权，融入全球市场竞争合作，实施创新驱动发展战略，推进“一带一路”建设等，为创新设计创造了前所未有的大环境。万物互联、实时传感、大数据、云计算等发展迅猛，全球知识信息加速扩增汇聚，为创新设计制造服务造就了全新信息网络一物理计算环境。我国互联网、物联网、交通物流、无线宽带基础设施居世界前列，网络电商、数字中国、智能制造、智慧城市快速发展，超级计算能力领跑全球，移动终端用户超过10.6亿，政府倡导大众创业、万众创新，形成了众创共享、提升创新设计竞争力的好环境。
体制机制是创新设计竞争力的重要因素。开放合作，政产学研用金协同创新，是凝聚提升创新设计竞争力的有效体制机制。中国高铁、北斗导航、载人航天、大运20、特高压输电、长征五号等无一不是自主创新设计、发挥制度优势、开放合作、协同创新的成果。安卓系统、滴滴打车、Facebook、微信等开放共享平台设计，都是汇聚网络资源和众创动力的最好实例。
创意创造是创新设计竞争力的关键要素。创意创造可以创造开拓新市场，重塑产业新格局，引领发展新方向。乔布斯以独特的创新思维和移动网络智能终端的新创意，领导苹果公司设计创造iphone等系列产品，颠覆了已有市场格局，开创引领了智能移动终端的市场和发展走向。国内大疆的创始人汪滔前瞻创意设定消费类摄影无人机目标，领导大疆自主创新设计集成高性能摄影平台、飞控软件、高性能直流电机和动力电池，并依托无线传输、模块结构、网络营销等，创业10年成为全球最具创新活力的科技创新企业，占世界消费级无人机市场份额的70%，今年3月推出Phantom4后，市场份额更上升至90%。
价值理念是创新设计竞争力的灵魂和根基。比尔.盖茨因率先认识到操作系统和应用软件的价值，领导微软设计研发Windows、Office、lE浏览器等，一举引领个人电脑产业发展，改变了人们的生活与工作方式。马云在创建阿里巴巴之初，便树立了为广大用户提供可靠便捷电商平台的价值理念，不仅设计创造了第三方支付工具支付宝，更设计创建了阿里巴巴信用体系，共创客户信用大数据，铸就了阿里巴巴和蚂蚁金服等成功的基石，改变了亿万人的生活。
人才是创新设计竞争力的第一要素。牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦、香农、维纳等的科学贡献和瓦特、西门子、贝尔、爱迪生、奥托、迪塞尔、本茨、莱特兄弟等人的设计创新和发明，引领推动了英德美等成为科技与工业强国。钱三强、钱学森、赵九章等为我国“两弹一星”做出了杰出贡献。改革开放以来，华为、BAT、联想、海尔、比亚迪、大疆、大华等世界瞩目的中国企业崛起，彰显了中国创新创业人才的智慧和才干。例如，华为公司以对事业的梦想追求、严谨科学的管理制度、独特的绩效分享制度和企业文化、高强度的研发投入，吸引凝聚人才，形成超强协同创新执行力，创立不到30年，便超越爱立信、阿尔卡特、朗讯、诺基亚、西门子等，成为受人尊敬的全球通信设备制造服务领军企业。深圳、杭州、北京中关村等也因创造吸引集聚创新人才的好环境，而崛起成为最具活力的创新创业城市和园区。历史雄辩地证明：人才强，则民族强、国家强、地区兴、企业兴。
四、提升创新设计能力
提升创新设计能力，关键在于更新理念、优化环境、强化基础、改革教育、培育文化，加快提升中国设计的国际竞争力、可持续发展能力和引领全球的能力。
更新理念。必须充分认识创新设计对产品、工艺、经营服务的引领作用，将创新设计作为提升自主创新能力，加快从跟踪模仿到并跑引领，建设世界科技与制造强国的重要抓手和关键环节。必须以新发展理念为指导，认识把握知识网络时代设计3.0的新特征，“绿色低碳、网络智能、开放融合、共创分享”，引导中国设计面向世界、面向未来，走向高品质、走向中高端。必须尊重设计规律，把握创新设计能力要素，解放思想、求真务实，引领推动加快实现由中国制造向中国创造、中国速度向中国质量、中国产品向中国品牌转变。
优化环境。在创新设计已纳入《中国制造2025》的基础上，制订制造业创新设计发展行动纲要，进一步明晰提升创新设计能力，引领推动制造强国建设，加快向中国创造转变的发展目标、重大举措和路线图。完善政策法规环境，落实首台套、首批次创新设计产品的税收减免，设计企业等同高科技企业优惠税率，设计服务进出口实行零关税。加强执法监督，切实保护知识产权，为创新设计提供有效政策激励和法治保障。以市场为导向，改革创新资源配置机制、权益分享制度、设计评价制度。发挥中国工程院、中国机械工程学会、行业协会、设计协会、创新设计产业联盟等专业组织的引导促进作用，优化以企业为主体、产学研用金协同、军民深度融合的创新环境。通过红星奖、龙腾奖、中国好设计案例等评选推介，建设设计小镇、设计创业园区、中外设计园，举办设计展会、设计竞赛、设计论坛等。优化激励大众创业、万众创新的设计大环境，建设世界一流开放共享、高效安全的信息网络.物理计算环境。
强化基础。在持续增加对基础前沿研发投入，为自主创新积累知识与技术基础的同时，国家、地方与企业应加强对创新设计的投入。建立创新设计基金，加大对设计创新创业的支持力度。着力培养引进设计人才，注重提升人才质量、优化知识、能力和团队结构，强化创新设计人力资本基础。建设认定一批国家、区域、行业创新设计研究院、创新设计园区、面向中小企业的创新设计技术服务中心等，强化以市场为导向的创新设计基础技术支撑体系与产业集聚平台。要着力提升先进设计理论、工具和嵌入软件、计算方法和大数据平台的自主创新、应用普及和资源共享水平，强化数字化、网络化、智能化、绿色化设计技术基础。积极主动参与制订和采信国际先进工业标准，加快提升中国设计的质量、安全和绿色化、国际化水平。
改革设计教育。理念创意是创新设计之灵魂。设计教育首要任务是引导确立先进科学理念和价值观，培育创新创业精神和工匠精神。培育设计创造的兴趣和自信心，激发人的想象力、创造力，远比灌输知识更重要。引导认知新趋势、求索新知识、创造新技术、追求新梦想远比传授学习技艺更重要。已有设计理论是前人对设计创新规律的理解和归纳。创新设计源于实践，源于对市场和社会需求理解和前瞻。在教授设计理论的同时，更应与设计案例研讨分析、参与设计创新实践紧密结合。设计3.0更需要跨界融合科学技术、经济社会、人文艺术、生态环境等新知识，需要分析理解大数据的数学方法和计算能力，更需要培育吸引凝聚跨界人才，设计构建共创分享平台网络和机制的能力。创新设计需要全球视野，融汇国际先进设计理念、知识、技术与文化，必须众筹全球创新设计资源，创造国际化的教育环境。
建设设计文化。設计文化决定创新设计的特质和品格。在工业化、现代化的进程中，各工业国家形成了各具特色的设计文化。美国重视基础前沿研发投入，重视提升STEM（科学、技术、工程、数学）能力，尊重鼓励自由探索、创新创造，形成了创新引领的设计文化；德国是后起的制造强国，在全球市场竞争中，依靠富有特色的自然科学、数学、工程与职业教育、先进的工业标准，形成了优质诚信的德国设计制造文化；法国、意大利文化艺术底蕴深厚，孕育了优雅华丽的设计文化特质；国情传统使日本形成了精致实用的设计文化。实现向制造强国跨越，必须培育建设具有中国特色、符合时代要求，尊重创新创造、追求精益求精，格守诚信合作、祟尚共创分享的先进设计文化。
感谢各位对创新设计的关注！让创新设计引领促进经济提质增效、转型升级，推动实现中国创造！让绿色设计引领促进绿色制造、绿色消费，实现绿色可持续发展！祝贺北京绿色设计促进会成立！祝2016中国创新设计大会圆满成功！
《论创新设计》一书收录了自2009年6月至2017年1月期间路甬祥院士在创新设计方面发表的报告、讲话、文章、书信、序言和接受媒体的采访，共计60余篇，反映了中国工程院“创新设计发展战略研究”等系列咨询研究的主要成果，是路甬祥院士系统阐述创新设计理论思想的重要文集。