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第一讲
创新理论与创新训练
“创新是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力．”国家创新体系是由知识创新和技术创新的相关机构组成的系统，其骨干部分是企业、科研机构和高等院校。在创新体系中，高等院校承担着以知识传递和高素质人才培养为主，并同时进行知识创新和知识转移的重要任务。
1．1创新的基本理论
1．1．1创新的概念及内涵
1．创新的概念
创新这一概念是由美籍奥地利经济学家约瑟夫．阿罗斯．熊彼特(JosephAloisSchumpeter 1883—1950年)首先提出的．在其1912年{经济发展理论》一书中首先使用了创新(1nnovation)一词。他将创新定义为“生产要素的新的组合”，其形式有五种：
(1)引进一个新产品。(2)开辟一个新市场。(3)找到一种原料的新来源。(4)发明一种新的生产工艺流程．(5)采用一种新的企业组织形式。按照熊彼特的观点，创新属经济范畴，而非技术范畴。它不是指科学技术上的发明创造，而是把已有的发明创造引入企业之中，形成一种新的生产能力，最终获得好的经济效益。从这一观点出发，可以理解为创新包括技术创新(产品创新与工艺创新)和组织管理上的创新。一项创新可以看成是一项发明的应用，即一项发明经企业家进行“新组合”，最终形成了优势产品就是创新。
后来，许多创新研究者曾从不同角度，不同层面给创新定义。当代创新研究者对创新进行的比较详细的定义是：
创新是开发一种新事物的过程。这一过程从发现潜在的需要开始，经历新事物的技术可行性阶段的检验，到新事物的广泛应用为止。创新是一个创造性过程，因为产生了某种新的事物。
2．创新的内涵
创新包含的范围十分广泛。其中既有涉及技术性变化的创新，如技术创新，科技创新、知 识创新、工艺创新：也有涉及非技术性变化的创新，如组织创新、管理创新、市场创新：甚至政策创新、制度创新、金融创新等。总之，能提高资源配置效率的新活动都是创新。
单纯的发明创造不能称之为创新。因为发明是指研究活动本身或它的直接结果，而创新是 发明的商业化过程及商业化结果。发明先于创新，发明加上成功的开发才是创新。
创新并不一定是全新的东西，旧的东西以新的方式结合或以新的形式出现也是创新。一般认为模仿也是创新，模仿已成为创新的重要形式之一。模仿可分为创造性模仿和简单摸仿。现实中的模仿大多属第一类，对原产品进行了进一步的改进，带有一定的创造性，因此被看作为创新。对于简单重复原产品，但也取得了较好经济效益的第二类模仿，是否属于创新范畴目前还存在争议。
1.1.2创新的特性
创新研究者认为，创新具有以下主要特性。1．创造性
创新必然是创造性构思的结果；创新既然是把发明创造应用于生产经营活动中去的一个过程，过程的起始应该是创造。发明创造是指前所未有的新理论、新产品、新工艺，新技术的产生；
对于企业家来说，把各生产要素重新组合，优化资源配置的创新过程本身就是一个创造性的构思过程。这种创造是否成功还要靠市场来进行检验。
没有创造性的产品属低级重复性产品。在经济发展不均衡的地区，不排除这种产品会有 一定的市场，但这种市场往往表现出很大的局限性和暂时性，这种产品多数人认为不能称之为创新产品。
2．综合性
创新不是凭空设想。一项创新活动需要广泛的知识和深厚的科技理论功底．在学习的时候人们往往是一个学科、一门课程的分开学习，但如果把思想仅仅束缚在某一门课程的知识范围内很难进行创新，创新需要把各相关的学科、课程知识加以综合利用，融会贯通。
作为一个完整的创新活动，需要完成由产品发明到开发直至市场的过程。在这个过程中，除了需要发明者的科技知识，还需要各有关行业的创新具体执行者的密切配合。主要需要生产工作者和经营管理者的密切配合，创新才能成功。
应该说，在创新过程每一个阶段的工作也不是仅凭一个人的能力所能完成。每个人在其中可能所起的作用不同，但一项创新产品的成功必然是众多参与者集体智慧的结晶。创新的综合性就表现在创新活动的产品是众多人共的努力、多学科知识交又融汇及多种行业协调配合的结果。
3．实践性
创新活动自始至终都是一项实践活动。创新不同于一般的发明或发现。创新初期，产品类型的确定是建立在社会需要的基础之上的。在创新过程中，产品的构思过程和制造过程中都显示出或隐含着大量实践性经验的因素。一项新产品产生后，能否被称作完整意义上的创新最终也要经过市场实践的检验。
4．风险性
尚若一项新产品出现后不符合社会的需求，就意味着这项创新的失败。由于创新活动涉及众多的相关因素，使得创新结果呈现出不确定性。统计表明，既使在科学技术发达的美国企业产品开发成功率也只有20％——30％。
创新具有风险性的原因主要有两个方面。一是信息的不对称性，即创新者仅知道自己的创新内容；而很难了解到其他创新者正在从事的创新活动。在投入了巨大人力、财力之后才发现自己的创新产品在技术性能上落后于他人或同样性能的产品已由他人抢先推出，自己已失去了市场。虽然随着信息传输手段的发展这类风险小些，但造成信息不对称性的主要原因往往不是由于传输手段的落后，而是由于各创新者(单位)的技术保密规则。创新具有风险性的第二个原因是技术、市场及利润回报等众多因素的不确定性。创新需将大量的人力、财力投入不成熟的技术和待开发的市场，如果遇到社会不稳定和政策上的某些变更，很可能导致巨大的投入不能取得预期的高回报率。1．1．3思想创新
思想创新是一切创新的先导。长期以采的教育观念和传统思想已成为思想创新的障碍。创新必须突破这些障碍，实现思想的解放。并且永远保持解放思想的状态。1．影响思想创新的因素
影响思想创新的因素可分为客观因素和主观因素。客观因素主要是条件因素，如创新环境等，主观因素则主要指创新者的个人素质，如责任意识，独立思维能力等。客观条件取决于社会体制，本文不展开讨论，而着重讨论一下与个人素质有关问题。
(1)责任感与事业心
责任感是指创新者在创新目的和创新过程中的表现，体会出对国家、社会、他人道德责任方面的情感。一个有责任感的人才是一个真正的爱国者，他们胸怀大志将中华民族的复兴视为己任。当他们意识到创新是一个民族进步的灵魂的时候，为了能使中华民族自立于世界民族之林，使国家跻身于世界发达国家之列，就积极的投入到创新活动中去。强烈的民族责任感驱使他们不断地为振兴中华开拓创新。
强烈的事业心是具有责任感的表现。他们为了自己从事的事业而对创新充满着热情，以顽强的意志为实现创新目标而奋斗；事业心在创新中是最重要的心理因素之一，凡是在科技创新中作出重大贡献的科学家都具有强烈的事业心。
在中华民族的历史上，勤劳智慧的中国人民发明创造了诸如火药、火箭、造纸、算盘„„，从而为人类文明进步做出巨大贡献的例子不胜枚举。
(2)意志与自信
古今中外作出重大成就的科学家，都具有坚强的意志。人类著名的科学家爱迪生说：我的人生哲学是工作，我要解开大自然的奥秘，并以此为人类造福。在这里我们不仅看到了这位发明之王崇高的责任感，而且看到了他为实现崇高目标的坚强意志。意志越坚强，就越能发挥智力因素的作用。坚强的意志使创新者的全部注意力高度集中在创新目标上，观察敏锐、思维活跃，充分发挥创造性思维和创造性想象，头脑中无时不刻闪耀看思想创新的火花。
在一个自信的创新者的头脑中；思想创新的火花不会息灭。因为自信的创新者坚持自己的正确思想与目标，敢于为维护真理而斗争；当创新者提出一个新事物的时候，往往会被人不解或怀疑，而创新者必须表现出高度的自信，对创新的目标充满着希望，在整个创新过程中充满看探求未知、真理必胜的奋斗激情。
(3)独立思维
独立思维是指人们在社会实践中运用自己的头脑进行能动思维的过程，亦即在坚持观察事物的基础上，充分发挥主体认识作用的过程。
人们在社会实践中会收到多种不同的信息，不能判断信息的真伪就可能走上错误的道路。在错综复杂的信息中理不出头绪，往往会使人停止不前而失去良机．更可怕的是判断乃至决策完全依赖于他人，人云亦云。这样的人不可能在思想上有所突破，有所创新。因此，有人提出独立思维是人类最为可贵的思想品质，是人类探索事物的规律进行思想创新的重要前提，是心理活动在最高水平上实现综合能力的体现。
2．创新思维方式
思想创新是一种思想活动，·了解一些创新思维方式，对掌握创新思想活动的规律，推动创新活动的开展大有益处。思维的基本形式为逻辑思维、形象思维和灵感思维三种。在长期的思想创新实践中人们对思维形式进行了科学的组合，形成以下常见的创新思维方式。创新的思维方式可以说是“法无定法”，很难找到一种固定的程式，但它总是和知识、经验、智慧联系在一起的。希望参加创新训练的同学能从下面介绍的几种思维方式中受到启发。
(1)仿真变异思维
仿真是对人或动物的模仿，变异则是突破模仿而进行创造。二者都可以能引发动作、原理、性能、外观方面的创造性成果。人类发明的风筝、挖土机等均属此类。
(2)联想多向思维
美国阿．卢森堡教授经大量研究得出，当今科技上有成就的人，在创立新学科理论过程中，多路思维都异常突出。联想多向思维就是从不同角度思考问题，最大可能的使思路开阔。它又可分为联想方式和多向方式。
联想思维方式的特点是从一个现象出发，正向或逆向或侧向的联想到相关事物，进行特征转移从而进入另一个新领域。如俄国车工邱吉柯夫由车刀与工件的粘连事故而联想到焊接领域，发明了一种新的焊接工艺方法一一摩擦焊。又如英国物理学家法拉弟根据已有的电动机工作原理反向思维发明了世界上第一台发电机：原先奥斯特已发现电流具有磁效应，法拉弟想：“电流能够产生磁场，磁场是否也可产生电流呢?”经过实验，终于在1831年有了“导体在切割磁力线的时候能产生电流”的重大发现并依此原理制成了发电机。侧向思维要求人们把注意力转向外部因素，从而找到解决问题的办法。美国实施阿波罗登月计划时，曾遇到一个很棘手的问题一一飞船着陆月球后，由于重量太大不好解决再起飞所需要的能量问题。后来运用侧向思维，找到了解决办法：只让登月车着陆，而飞船绕月球飞行，从而实现了人类登月的梦想。
多向思维方式的特点是从解决某一问题出发，思维多向扩展+大量联系高新技术，有时会诱发多种奇思异想，多种解决方案，最终选出最优方案。
(3)现象探求思维
这种思维与仿真变异思维相类似，不过它不是对人或动物的模仿，而是通过对自然现象的探求和思索，从中受到启发而进行创造发明，如通过对香蕉皮很容易滑倒人这一现象的探求，而发明了与香蕉皮多层结构相似的固体润滑剂一一二硫化钼。在机械方面最典型的例子是钟表的定时装置一一摆的发明。钟表开始时用滴漏等装置来定时。由于这种装置不稳定，所以做出的钟表走时不准，人们一直想解决这个问题。有人注意到教堂中的挂灯随风摆动作定时装置的钟表，使钟表的计时精度大为提高。直至现代的电子钟表也还是在利用这种自然现象，只不过它不再利用机械摆的振荡而改为利用原子振荡而已。
(4)抽象还原思维
任何发明创造都有创造的原点和起点，创造的原点是唯一的，而创造的起点则可能有多个。当从创造的起点开始去进行再创造行不通时，可以从创造的起点抽象还原到创造的原点，并从原点开始再创造。
家用洗衣机的发明主是一个很好的例子。人手的洗衣方法和古代捶打洗衣的方法都是创造的起点，但用机器模仿人手的揉搓等动作实在不易，而捶打又容易损坏衣物，于是人们经过抽象思索找到了问题的原点：洗衣是为“清洁”(还要不损坏衣物)，只要让衣服上的脏物与衣服分离就行，对洗衣的动作(揉、搓、捶)并没有规定。人们找到了能把衣服上的油腻等脏物拉入水中的表面活性剂一一洗衣粉，并发明了一种结构简单的机器一一洗衣机。洗衣机中只有波轮或滚筒旋转，衣物在不断运动、互相摩擦中被漂洗干净。
(5)综合创新思维
利用已有的信息、已知的现象或概念等进行新的组合，把有些看似风马牛不相及的事物或过程联系在一起，可形成新的技术思路或构思出新的产品。在新的技术思路形成过程中若能突破一般的思维常规、突破思想上的陈旧“框框”，引出新原理、新模式或新方法，则会取得更大的创造性成果。
如近年新开发的混凝土搅拌车，不但把搅拌和运输组织在一起，而且是在运输路上进行搅拌，到达工地后即可立即使用拌好的水泥。这种工作模式效率高、机动性强并减少了装卸料工序，是对陈旧建筑备料模式的一大创新。
创新思维的方式很多，而且创新思维方式也在不断的创新。需要提醒的是创新不能脱离实践，创新训练的成果需要用图纸和实物来表达。因此，无论是产品创新还是工艺创新，无论是原理创新还是方法创新，无论是结构创新、外观创新还是功能创新都要考虑到能够画的出来、造得出来，并且有一定的科学性。3 创新能力培养
创新能力是个集合性概念，它包括想象力，观察力、判断力、实践能力等多种组成要素。(1)丰富的想象力
爱因斯坦非常推崇想象力在创新中的作用．他曾说过：想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。由此可见，想象力是创新的主要力量源泉。没有想象力几乎就不会有什么创新．作为创新的起始阶段，往往是借助丰富想象力提出假说，然后再用科学的方法加以证明。
著名的科学幻想大师丸尔纳就具有非凡的想象力，在他的多部科幻小说中，他为人类描绘出了潜水艇、二坦克、直升飞机、导弹，传真等，在100年以后，他们这些想象变成了现实。1928年，行星着陆探路器出现在科幻小说里；在20世纪40年代的一部著名卡通片中，大侦探使用的手表既是可视电话，又是照像机。这些设想当时不易被理解，随着科技进步，它们陆续变成现实．英国华威大学的数学教授兼科幻小说家伊恩．斯图特说，美国航空航天局也经常向科幻小说作者咨询，征求创新设想。(2)突发的创新灵感
很多杰出的科学家都对灵感在科技创新中的作用给予肯定。爱因斯坦承认灵感的存在，他曾说：就获取新思想而言，不存在逻辑方法或对过程的逻辑重建，任何重大发现都含有非理性因素或创造直觉性。他发现创造性灵感住住出现于主观意识淡化的时候，这时灵感住住会像闪电般的进入脑海。科学家凯库勒发现分子结构图就是很好的一例：他经过长期的刻苦研究，发现苯是由6个氢原子和6个碳原子组成的，但怎么也画不出苯的分子结构图．终于有一次灵感来了，他回忆道：“我坐下写我的教科书，但工作没有进展，我的思想开小差了，我把椅子转向炉火，进入半睡眠状态．原子在我眼前飞动，长长的队伍，变化多姿，靠近了，连接起来了，一个个扭动着，回转着，像蛇一样．看!那是什么，一条蛇咬住了自己的尾巴，在我眼前轻蔑地旋转。我如同电掣般惊醒。那晚，我为这假说工作了整夜，先生们，让我们学会做梦吧。”
灵感是一种顿悟，是一种不自觉的潜意识活动，具在突发性、随机性．，高斯在解开一道难解的题目后说：像闪电工样，迷一下了解开了，自己也说不清楚是什么导线把我原先的知识和我成功的东西连接起来了．可见，灵感虽表现为顿悟，但不是凭空而来的。灵感只垂青于有准备的头脑!只有在平时不断积累，灵感之神才会光顾。(3)敏锐的观查力
创新不是无粮之本，许事创新常常产生于我们周围的平常事物中。这就要求我们平时要注意观察，用心思考。往往同样的事物，用不同的角度去观察会有不同的结果。
1．2机械工程创新训练
1．2．1创新训练的定位与特性 1 创新训练的定位
素质与创新
随着知识经济时代的到来，教育与科技、经济的关系越来越密切，教育正日益成为知识经济时代社会发展和进步的强大动力。在国家创新体系中高等教育起着重要的作用，因为高等学校既是培养创新人才的摇篮，又是企业创新的知识源头，同时还是知识创新和技术创新的传播系统。创新人才是创新取得成功的第一要素，培养高素质的创新人才是高等院校的首要任务。
创新训练的定位
高校推行教学改革进行素质教育，构建新型人才培养模式，必须重点突出创新，必须坚持知识、能力、素质的辩证统一。毫无疑问，高等教育的一项重要内容是传授知识，包括科学文化知识专业技术知识及其它知识。知识是能力和素质的载体，在教学改革中努力扩大学生的知识面是十分重要的。丰富的知识可以促进能力的增强，而强大的能力又可以促进知识的获取．素质是人经过长期实践养成的基本品质，如品德、智慧、意志和精神，显然创新精神应该是高素质人才因素构成的一个重要部分，高的素质可以使知识和能力更好的发挥。能力和素质的培养都离不开实践，通过一定的实践手段培养学生综合运用知识的能力、创新的能力，全面提高学生的素质是高等学校教育工作的重中之重。
工业培训中心是学校的一个部门，不可能承担学生在校期间的全部培养工作。但它在学生创新能力的培养方面有其得天独厚的条件。主要是它有自己的综合课程体系、教师队伍和实践基地。综合创新训练是面向全校开展的一项理论与实践密切结合的训练活动。开展这项训练活动的目的是充分发挥学生的自主能力，综合运用所学知识，理论与实践相结合，全面提高学生的素质，特别是创新精神与创新能力。2 创新训练的特性
为了更积极的致力于创新，更合理有效的组织创新训练，必须了解创新训练的特性，以 便因势利导，提高创新训练的质量和水平。（1）创造性
技术创新必然是创造性构思的结果。一个完全的创造应当是设计出前所未有的新产品或应用从未使用过的新技术。对现有的产品进行改进设计使其增加新的功能或提高其性能，或改变制造工艺使旧技术的应用更加完善合理，最终提高了效益，可认为是局部性的创造．
思想创新是一切创新的先导，也是创造性思维的先导，在创新训练中学生必须首先解放思想才能大胆创造。创造性思维有一定的思维规律和方法。思维的基本形式有三种，即逻辑思维、形象思维和灵感思维，而创造性思维则是各种方式的科学组合，如逆向思维‘发散思维„„。
在创新训练的先期，教师把这些方式讲授给学生，：以使其开阔思想少走弯路，并在训练中尽量给学生充分的自主创造空间．学生在自然班中自愿结组、自定产品，由于创造性必然伴随着风险性，所以创新允许失败推倒重来，同学思想上不存在顾虑。
这里必须指出三点：于是除了强调创新性外，作为产品创新还必须考虑其可行性和经济 性；二是不是每个创造都要完全标新立异，一件新产品可能是旧元素的新组合。因此要善于观查事物，从平凡中创造(尤其是初期)；三是创造并不完全等于创新．一般可以理解为创新是创造与开发的组合，在创新训练中首先完成的是第一阶段的工作。
(2)实践性
创新是知识的流动过程，训练的特点是实践。学生学完了技术基础课程头脑里已经积累 了大量的知识。这些知识有些是显性的，如教材中的定理、公式。有些是隐性的，如知识之间的联系及某种经验。这些联系和经验只有通过实践才能发挥和积累，才能在知识的不断流动中真正掌握这些知识。
创新训练实际上包括了机械设计训练、工程图能力训练，造型设计训练、操作技能训练 等实践环节。机械设计又包括了设计理论和设计方法，工程图训练又包括了尺规绘图、徒手绘图、计算机绘图等小环节．学生们就是在这样的实践过程中实现知识的流动、经验的积累和能力的提高的。
在具有一定资源的前提下，训练应该完成从产品构思到制造完成的全过程。产品的选项 应来源于社会需求，产品的设计应具有科学性。新产品的构思显然是属于设计领域的，一个新产品的创造必然起始于设计，从创新训练的实践过程来看“设计中心论”的观点应当被理解和接受。但“设计中心论”丝毫也不排拆工艺的作用，因为在产品设计思想中就包含着工艺，一项新产品能够转变为实用成果主要靠工艺。所以创新训练不提倡模拟，那怕是用先进的计算机技术进行模拟，因为那样做难以获得宝贵的经验积累。对于随着科学技术的发展在工业生产中所产生的新观念、新方式本文暂不展开讨论。
(3)综合性
一项创新产品的产生，应当是创新活动中科技知识的综合及人的智力、体力综合的结果。
创新训练所实现的知识综合，不是板块式的机械结合，而是在知识流动中的一种有机溶 合。
1．2．2创新训练的实施
1．选题规划阶段
产品设计、工艺设计阶段与加工工艺课同步进行。从讲授加工工艺学理论课开始(即从讲授公差或热加工工艺开始)，进行创新训练动员，使学生了解创新训练的意义和所要完成的工作任务，学生自愿结合成立创新小组；在课程中教师穿插讲解“创新思维方式”、“常用产品创新方法”等内容，创新小组逐步形成创新产品构思方案，可随时与教师讨论，在方案的基础上完成草图设计，并进行方案修改(允许推倒重来)；设计初步定型后向创新车间提交毛坯种类、尺寸数据表。2．实践阶段
进入实践基地后进行创新产品的自主设计、自行加工和装配训练；在教师的指导下完成技术设计、工艺设计；在加工和装配中学生不断与实习指导人员和现场理论教师交流，增强工艺知识并进行答辩准备。
最后半天各创新小组进行答辩。各组展示产品，组长进行创新产品性能介绍、创新思维与创新过程汇报。答辩结束后教师进行总结，同学上交产品及文件。3．成绩评定
学生离开工业培训中心后；理论课教师和实习技术人员共同参与，根据学生的创新思想、文件质量、产品质量、答辩情况等综合考虑评定成绩。
第二讲 产品创新
2．1产品创新的过程与技法 2.1.1产品创新的过程
产品创新训练是运用创新思维方式确定产品选题，尽可能采用现代设计方法进行产品设计并采用先进制造工艺完成产品制作的过程。1．创新产品的特征
从技术创新的定义看，创新产品应具有以下基本特征：
（1）社会需求特征
创新产品发生的目的是满足人们的社会需求，因此，创新产品选题应来源于社会需求，并面向市场。
(2)创造性特征随着时代科技的发展，人们的社会需求在不断的变化，创新产品应适合这 种变化，在产品的整体上或某一方面有全新的创造或改进。
(3)时代性特征
产品的设计、制造会受到时代条件的影响，如设计方法、制作材料、制造 工艺等。作为一种期望市场的产品，应尽可能多的利用现代技术和条件，赋予产品以鲜明的时代感。
(4)全面性特征
社会对现代创新产品的要求已不能仅考虑产品本身，还要考虑产品的全寿 命周期所出现的各种问题。作为创新者，不仅要考虑技术领域的问题，还要考虑经济、社会效益和长远发展问题，要求创新者把自然科学、社会科学，人类工程学及各种艺术学融合在一起，运用于产品创新之中。如对于一种新型汽车，不仅考虑与汽车本身有关的技术问题，还要考虑使用者的安全、舒适、方便等。此外，还需考虑汽车的燃料供应与污染、车辆存放与道路，甚至于报废后的处理问题。2．产品创新的过程
产品创新一般可分为产品选题规划、原理方案设计、技术设计、工艺设计和产品制造五个阶段。
(1)产品选题规划阶段
产品选题就是要明确这次创新训练要设计制造什么产品，产品规划就是要明确该产品设计制造的目的、任务的要求。该阶段首先要在充分调查研究的基础上，根据社会需要初步选择将要设计、制造的创新产品，然后进行市场预测和可行性分析，经反复分析比较后确定创新产品选题。选题确定后即可确定设计参数，最后给出详细的设计任务书或设计要求表，该阶段是决定产品创新水平的重要阶段，在该阶段中，创新者要充分运用创新思维方式做好选题工作。在进行创新产品选题时要注意以下问题。
①选择创新产品应尽量符合前述的“创新产品的特征”(即社会需求，创造性、时代性、全面性四个特征)，切忌简单模仿。机、电、光一体化是机类产品目前重要的发展方向。②产品不宜过于简单或过于复杂，要与创新训练的时限相适应，应尽量在创新训练的时限 内完成产品的制作。水平较高、制作时间较的产品，可申请延期去“开放制作室”完成。
因为设计工作完成后还要进行工艺训练，故所选产品涉及的加工工种不要过于单一，如用铁条弯制一个脸盆架或用角铁焊一个鞋架等。要尽可能运用所学习过的知识和技术。
创新产品的名称可以新颖些，但要符合实际，不要浮夸．如一件只有两个功能的产品称作“多功能XXX”就名不符实。在产品规划阶段，要在对创新产品开发中的重大问题进行技术、经济、社会各方面条件的详细分析和可行性的综合研究后，提出产品开发的可行性报告。报告内容一般包括：①产品开发的必要性，市场调查及预测情况：②产品的创新性及有关产品的国内外水平，发展趋势；⑧技术上预期所能达到的水平，经济效益和社会效益的分析；④设计、工艺等方面需要解决的关键问题；⑤投资费用及开发时间进度；⑥现有条件下开发的可能性及准备采取的措施等。产品规划阶段的最终目的是确定任务，并给出详细的设计任务书或设计要求表．其内容应包括：
①产品的功能和性能。
②设计参数和相关指标。
⑧制造方面的限制条件。
④使用方面的限制条件。
⑤操作、维修、安全方面的要求。
⑥外观造形要求。
⑦可靠性与性能价格比指标．
设计任务书(或设计要求表)中所写内容一定要具体，以作为后续设计、评价审定和决策工作的依据。（1）方案设计阶段
原理方案设计就是创新产品的功能原理设计。在功能分析的基础上通过创新构思，优化筛选，以求取得较理想的功能原理方案。
方案设计阶段是产品设计中的一个重要阶段。它不但将决定产品性能，成本，’而且关系到产品水平及竞争能力。该阶段应列表给出原理参数，并绘出新产品的功能原理方案图。(2)技术设计阶段
该阶段是将创新产品的最优功能原理方案具体转化为装置及零部件的合理结构。相对于方案设计阶段的创新设计，技术设计阶段有更多反映设计规律的合理化设计要求。这个阶段工作内容较广。首先是总体设计，应按照人一机一环境一社会的合理要求，对产品各部分的位置、运动、控制等进行总体布置。然后沿着同时进行的实用化设计和商品化设计两条设计路线分别进行结构设计(材料，尺寸等)和造型设计(美感、宜人性等)，得到若干个结构方案和造型方案分别经过试验和评价，选出最优结构方案和最优造型方案。进而绘出总体装配草图、部件装配草图和造型设计与总体效果草图。必须指出，：以上两条设计路线的每一步骤，都必须交流相互补充，而不是完成了结构设计再进行造型设计，最后完成的图纸和文件所表示的是一件统一的新产品。
技术设计阶段最后应在草图设计的基础上，提供出创新产品的总装配图、部件装配图、零件图及造型效果图。(3)工艺设计阶段
工艺设计就是要把技术设计阶段所完成的设计图转变成为制造的工艺文件。该阶段中需大力开展工艺创新，并充分运用所学习过的工艺理论知识和实践经验．一般说来发明创造一种全新的工艺方法难度较大，但运用现代制造理论并尽可能的使用先进加工方法，及编制一条科学合理的工艺路线是完全可行的。
在这一阶段中，要对创新产品制造中的各阶段的众多加工方案进行对比和协调，充分考虑本单位的生产技术条件，并根据功能性，工艺性，经济性的原则选出最佳方案．最终完成热加工毛坯工艺图，热处理工艺规范，加工工艺路线、工序尺寸与余量表、加工工艺规程等用以指导生产的技术文件。(4)产品制造阶段
这是产品创新的最后阶段。在这一阶段中要按照工艺文件的要求，运用各种加工手段
加工出所有零件(外购件除外)并将零件装配成机器，经过试验和改进形成样机。样机是创新成果的最终体现，样机完成后需进行鉴定。由于这是上个实操阶段，所以在这一阶段中，操作技能、实践经验和群体协作能力都可以得到充分的发挥。2．1.2 产品的技术设计
产品的技术设计是把选定的最优功能原理方案转化为可供施工的图纸和技术文件，其内容广泛而具体。
技术设计的内容与程序。首先要进行总体设计完成总体布局，即要按照人机、环境、社会的合理要求，对产品各部分的位置、运动、控制等进行总体布置。然后进行结构设计(实用化设计)和造型设计(商品化设计)，设计沿着两条路线同时进行并不断协调。在结构设计时要确定各零部件的材料、形状、尺寸、表面处理及加工方法，还涉及到计算、检验、制图等工作。在造型设计中要确定产品的体量、形态、材质及色彩。以上工作中的计算，技术要求等内容可写在设计技术文件中，其余内容则需用图形(模型)来表达。
技术设计阶段的制图步骤为：在总体设计时绘制总体布置和总装草图：在结构设计时根据总装草图拆绘零部件草图，在造型设计时绘制总体效果图(有时还需要外观构思模型)：在反复协调优化认真审核后再绘出零件工作图、部件装配图进一步绘出产品总装配图和造型图。最后根据设计中的草稿，笔记编制技术文件，如设计说明书，使用说明书，外购件明细表、制作材料清单等。2．1．3零件结构设计 1．结构设计
结构设计是用具体的工程结构来实现原理方案。在结构设计中，要决定工作面的形状和有效运动的形式，并确定各零件的形状；数目、尺寸，材料及相互位置关系。结构设计关系到整机性能及零部件的强度、刚度、使用寿命和可靠性。由于一切机械都可看成是零件的组合体，所以这里主要讨论零件的结构。
在机器中各零件(结构件)有各自不同的功能，主要功能是承受载荷，传递运动和力、保证相关零件或部件之间相对位置或运动轨迹等。功能不同，结构设计的重点也不一样，因此，在进行结构设计时，各零部件的功能要明确、工作原理要明确，这样才能科学的分析其应力状态，进行材料选择和尺寸计算。在结构设计中要注意以下问题。
(1)结构尽量简单。指整体、部件，零件的结构在满足功能要求的前提下，力求零部件数量少、形状简单、传动链短。这样作不但可降低制造成本，而且可提高产品工作的可靠性。
(2)采用等强度设计。系统或零件按等强度原理设计，可以使材料得到充分利用，重量减轻，成本下降。
(3)应用合理的力流。像磁场中的磁力线。水流中的流线一样，力的传递也有其路线，称为力流。
力线的汇集形成力流，合理的力流设计包括：
力流封闭不外泄。特别是某些冲击力很大的压力机械采用封闭力流设计，有利于整机的稳定性。
按力流最短的原理设计零件，可使零件尺寸小、刚度好，节约用材。
当结构端面发生突然变化时，要采取措施使力流转向平缓，否则会因为流方向的急剧改变而产生应力集中。
(4)零件间的力平衡。在机器工作时，常会一些无用力。如斜齿轮轴向力会使轴和轴承的负荷增大，使用寿命减少，零件间传递效率降低。力平衡就是采取结构措施，部分或全部平衡这类无用力。2．结构工艺性
在结构设计中除了考虑以上一些有关结构方面的理论问题外，还要考虑工艺性问题。零件的结构工艺性是指零件的几何结构在满足使用要求的前提下是否有利于加工、测量及装配的性质。结构工艺性的合理性，直接影响到制造的可行性和经济性。结构工艺性是个相对的概念，与下列因素有关：（1）零件生产的全部工艺过程可能经过毛坯制造；切削加工、装配等多个工艺环节，需总体衡量评价。
(2)不同的生产批量对工艺性有不同的要求。在单件小批生产中具有良好结构工艺性的零件，在大批生产中可能因无法采用高效专用机床不得不修改设计。
(3)充分考虑设备和技术力量。有些用普通机床难以加工的结构，用特种加工可能很容易。
(4)不同的制造类型(工艺方法)往往会采用不同的结构。2．2 零件的强度与刚度
零件丧失工作能力或达不到设计要求的性能时，称为失效。常见的失效形式为：因强度不足而断裂；产生过大的弹性变形或塑性变形；过度磨损等。为保证零件的性能，应该通过计算保证其具有足够的强度与刚度。需要说明的是，并不是所有的零件都需要计算才决定它的尺寸结构，许多零件是通过类比或经验。
判断零件的强度是否满足要求的方法有两种，一种是判断零件危险截面处的最大应力是否小于或等于许用应力。
另一种判断方法是判断危险截面处的实际安全系数是否大于许用安全系数。在静应力下工作的零件，其强度失效是塑性变形或断裂。所以受单向应力的塑性材料零件
按不发生塑料变形的条件进行强度计算时，前式中极限应力应取材料的屈服极限。对于脆性材料或低塑性材料的零件，极限应力应取材料的极限强度。
合理选择许用安全系数是设计中的一项重要工作，在保证安全、可靠的前提下，应尽可能选用较小的许用安全系数。安全系数的大小受多种因素的影响。一般在静应力条件下，塑性材料制成的零件以屈服极限作为极限应力时，其许用安全系数可在1．2～2．5之间选取；低塑性材料制成的零件以强度极作为极限应力时，其许用安全系数可在2～3之间选取。在计算不十分准确或用材组织不均匀时，许用安全系数应适当增大20—50％。
零件的刚度是指零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。凡是对弹性变形、变形稳定性、精度或振动有一定要求的零件，都应具有一定的刚度。刚度有时也是保证强度的一个重要条件。刚度准则要求零件在载荷作用下所产生的弹性变形量(伸长量、挠度、扭角等)小于或等于机械所允许的极限变形量(许用值)。材料的弹性模量较大，零件的刚度也较大。
显然，若要提高零件的强度和刚度，可以采取以下四种措施。
(1)选用高强材料．这种方法可以明显提高零件的强度，但要考虑工艺性和经济性，同类金属的弹性模量相差不大，以昂贵的高强钢代替普通钢来提高零件的刚度几乎不起作用。(2)增大零件的尺寸．加大零件的横截面积就会增加零件重量和材耗，属不得已而为之．(3)选择合理的结构形状。这是一种应用较广泛的办法。例如：以受弯矩为主的钢件常选用 工字钢；以受扭矩为主的钢件常选用空心管钢。需要注意的是所选材料截面形状要与零件所承受的载荷种类相适应。在单件小批生产中要考虑获得所需截面型材的可能性与专门制造的经济性。
(4)改善零件的受力状况。在这方面人们已经积累了宝贵的经验。例如，房顶常盖成人字形，桥洞常造成拱形。
