大學生機械創新設計

A. 全國大學生機械創新設計大賽的第三屆

地點：武漢海軍工程大學
時間：2008.10
主題：第三屆全國大學生機械創新設計大賽（2008年）的主題為「綠色與環境」。內容為「環保機械、環衛機械、廚衛機械三類機械產品的創新設計與製作」。其中「環保機械」的解釋為用於環境保護的機械；「廚衛機械」的解釋為用於廚房、衛生間內所使用的機械。所有參加決賽的作品必須與本屆大賽的主題和內容相符，與主題和內容不符的作品不能參賽。參賽作品必須以機械設計為主，提倡採用先進理論和先進技術，如機電一體化技術等。對作品的評價不以機械結構為單一標准，而是對作品的功能、結構、工藝製作、性能價格比、先進性、創新性等多方面進行綜合評價。在實現功能相同的條件下，機械結構越簡單越好。

B. 全國大學生機械創新設計大賽專業限制

從官方發布的文件看，並無專業限制的。
1．參賽條件：全國在校本、專科大學生（含2016屆畢業生）均可以個人或小組的方式，通過學校推薦報名參加，每個參賽隊學生人數不得多於5人，指導教師不多於2人。參賽隊由所在學校統一向本賽區組委會報名。限制每位教師指導的作品進入全國決賽的數量不超過2項。
2．各高校參加賽區預賽作品數量的上限：本科院校的參賽作品最多為15項（含15項），專科院校最多為7項（含7項），同時具有本科和專科的院校按本科計。各高校應組織校內選拔賽，使機械創新設計活動在學校層面上大面積地開展與普及。

C. 第五屆全國大學生機械創新設計大賽

（個人觀點，僅供參考，轉載請註明出處：中國地質大學（武漢）機械電子創新協會，謝謝合作。）

一、休閑娛樂機械

這個可以選很多課題，玩具、家庭休閑及游樂場所用娛樂機械都可以。可以去各種娛樂場所調研一下，需求還是蠻大的。目前中國各種娛樂場所保障設備還是很不健全的。譬如，滑雪場、漂流，經常出人命的。

1、多功能綠色跑步機；

2、新式鍛煉機械（針對醫學中需要鍛煉的部位，設計專門的機械，比如針對腰部、頸部，其實還可以鍛煉內臟的，什麼樣的設計可以達到最好的鍛煉效果）；

3、新式玩具；（這個很有趣，可做的很多，開發智力的、鍛煉觸覺、感官的、智能的，等等）

4、簡易健身工具；（類似跑步機，怎麼把一個游泳池濃縮在家裡，首先要敢想，做不做得成下一步再考慮）

5、游樂場設備；（這個也太多了，新型挑戰極限娛樂工具（陸地上的、水上的、空中的都可以）、也可以做適合不同年齡段的，還可以濃縮到自己家中）

6、各種娛樂保障設備；

7、等等。

二、家庭用機械

「居家生活機械」 指方便於正常人生活，提高或保障現代人們要求的生活質量，對門、窗、沙發、床等生活中使用物品進行的機械創新設計；但不包括第二屆、第三屆大賽已經命題的廚房、衛生間、健身、助殘等機械。

1、各種新式廚房簡易食品機械（洗碗的，切菜的，這個以前都做得很多了。除油煙的，通風的，新式灶具，等都可以做，還可可針對某一種特色菜、特色面等特色食品專門製作一種自動化設備，當然可以集成多種，做成多功能的）；

詳情http://hi..com/jdchuangxin

D. 大學生如何進行機械創新設計+200分

機械創新設計是一個極其重要而又困難的實踐性較強的研究課題。目前創新設計方法研究雖然已取得一些成果，但創新學還處於發展初期，各種不同理論及工具不斷涌現，遠沒有形成普遍可以接受的統一的理論體系。

本文認為，要進行機械創新設計要有兩個必要條件：一是充分獲取適用的知識；二是要使用符合創新設計思維並能激發創新思維的設計系統。設計過程充滿了矛盾，所獲取的知識應有助於矛盾的迅速解決，這就要求知識獲取工具緊密集成到設計過程中，因此要統一研究知識獲取工具與設計系統。另外，人類的創新設計思維模式是在長期的成功設計經驗中總結形成的，因此設計系統必需符合創新設計思維規律。創新設計思維規律應作為算機輔助創新設計系統的理論基礎。

基於上述考慮，本文從創新設計思維的研究出發，融合知識獲取方法，研究創新設計理論，進而開發機械產品創新設計系統。

1 機械創新設計思維規律

我們常把思維的過程稱為「思路」，是因為可用路徑問題來說明人類思維過程。本文提出兩個機械創新設計思維原則：

一是最短路徑原則。設計者得到產品的功能要求後，往往首先檢索出最佳設計實例，這樣可以最迅速接近目標，然後運用價值工程方法，找出價值較低的極少數組件作為研究對象，再分析所得對象存在的矛盾，嘗試作最小變動以解決矛盾，如矛盾沒有解決則擬作更大變動或擴大研究對象范圍，最後得出最優結果。通過這樣途徑所消耗的能量最少，體現了最短路徑原則。

二是相似性聯想。湯川秀樹的定同理論認為，聯想能力就是找出事物彼此相似性的創造力，相似性是指事物間的內在聯系。

要用計算機系統來輔助設計師從自然界中發現形態各異的事物的相似性是很困難的，因此本文只研究從機械產品實例中挖掘相似性，以促進機械創新設計。

機械設計過程是從功能要求到作用原理，再到物理結構的映射過程[1]。在CBR系統中，功能要求、作用原理與物理結構可作為實例索引，因此可統稱它們為索引項目。同一索引的不同類索引項目之間的聯想可稱為縱向聯想，而不同索引的同類索引的聯想可稱為橫向聯想。

判斷聯想是否合理的依據是相似性，相似性由已有產品實例確定。比如，「超聲波研磨機產品實例」使「超聲波振動」作用原理與「研磨」功能要求縱向地產生了內在聯系；又如，多種產品實例可滿足同一功能要求，那麼它們用於實現該功能的作用原理及物理結構具有相似性。

功能要求是聯想的起點，經驗豐富的設計師通常記憶有大量的設計實例，因而掌握縱向及橫向相似性，所以能迅速地進行橫向及縱向的聯想，能觸類旁通，得出具有相似作用原理及物理結構的實例（簡稱相似實例）並進行組合優化，最後得到最優解。

這兩項原則已被多種設計方法不自覺地採用了，基於實例推理不但能迅速接近最優解，體現最短路徑原則；物場分析法（簡稱TRIZ）分析了上百萬設計實例，確定功能要求與作用原理及物理載體的內在聯系，以及不同作用原理或物理載體的可替代關系，使設計師可根據功能要求找到適當的作用原理及物理載體，體現相似性聯想原則。

2 計算機輔助創新設計系統

兩項創新設計思維原則充分體現在計算機輔助創新設計系統的設計中，系統還利用了多種創新設計方法及人工智慧技術。計算機輔助創新設計系統的流程如圖1所示，它包含如下關鍵技術：

2.1 實例檢索

利用基於實例推理（CBR）技術時首先要深入研究它的優缺點。CBR是一種以實例為知識載體的知識供應方法。當前它仍有如下不足：首先，系統為了達到實用通常建立龐大的實例庫，這導致管理困難，系統運行效率低；其次，通過檢索得到的只是一個或很少實例，而其它不符合檢索要求但含有適用知識的實例沒有利用，支持創新的力度不夠；最後，實例調整嚴重依賴領域知識，難度大，所以很多CBR系統簡化為實例檢索系統[2]。導致這三項缺點的深層原因是實例是獨立的，不同實例所蘊含的知識難以組合利用。為了克服這個矛盾本文提出通過相似性聯想找出相似實例，並利用遺傳演算法進行組合優化，實現實例知識的重用。

本系統的實例檢索功能用商品化PDM系統IMAN中的產品結構與配置管理功能及搜索功能來實現，實例的可視化表示與管理依靠IMAN的產品結構樹功能實現。

2.2可視化的實例模型表達及矛盾分析

概念設計技術的發展方向為研究一種統一的設計方案表達方法[3]。文獻[4]對日本學者吉川弘之提出的FBS圖進行擴充，使用兩個框架分別描述一個設計方案的功能層次與結構層次，並存儲功能單元與結構單元的對應關系，使計算機理解產品的結構及其功能。這種方法的缺點是結構與功能的關系不夠直觀，因此本系統在功能層次圖與結構層次圖的基礎上增加功能關系圖，以語義網路的方式描述結構及之間的作用關系，使結構與功能處於同一張圖中，設計者可直觀地理解產品原理，根據功能關系圖並運用價值工程方法分析實例存在的矛盾。

實現創新的關鍵是正確分析產品中所存在的矛盾[5]。產品設計中的基本矛盾是產品功能成本比不能滿足用戶要求，它有兩種表現形式，一是未能實現某些產品功能質量目標；二是某些功能質量得到改善而某些功能質量卻惡化。

矛盾分析結果用於指導新作用原理、新物理結構的聯想，進而找出相似實例。

2.3基於WEB的創新設計知識庫

本系統的創新設計知識庫包括作用原理庫、物理結構庫與實例庫。當系統根據相似性搜索到新作用原理或物理結構後，相應的實例自動調出。

作用原理庫與物理結構庫的開發借鑒了TRIZ的成果，再針對機械領域補充整理出二百四十餘種作用原理（其中包括五十餘種基本措施）。在每種作用原理下分別存儲多種物理結構，形成物理結構庫。實例庫主要針對幾種常見的家電產品進行開發。

創新設計知識庫是創新設計系統的核心部件，它是一種WEB文本知識庫，文本經過筆者開發的機械知識XML標記處理，使知識庫建立在國際標准XML文本之上，因此可實現知識資源的異地共享，並且在此知識庫之上可建立基於WEB的機械產品計算機輔助創新設計系統，滿足異地協同設計的需要。

2.4相似性的量化方法及改進的遺傳演算法

每種產品的結構不同，需要不定相同的遺傳演算法編碼。本系統為了提高運行效率，採用浮點數編碼方式。

在傳統的遺傳演算法中，初始群體是通過用隨機的方法來產生的[6]，這具有一定的盲目性。因此本文提出利用實例的作用原理或物理結構的相似性作為篩選實例產生初始群體的依據。

實現該途徑的關鍵在於相似性的量化也即相似度的計算方法。相似度實質是實例的關聯知識，必須以一定的演算法在實例集合中挖掘得到。縱向聯想的相似度實質是功能目標與實現手段的關系程度，橫向聯想的相似度實質是實現手段的可替代關系程度。相似度越高意味著得到已有產品實例的更多支持。根據相似度來篩選初始群體就等於利用以前的設計經歷，使初始群體的產生有合理的基礎，因此能加快遺傳演算法的收斂。本文根據相似性聯想原理提出如下縱向及橫向聯想的相似度計算方法。

設產品實例集合為C，功能元素集合為F，作用原理或物理結構元素集合為G。分別記為：C={Ci|i=1,2,…,n}; F={Fj|j=1,2,…,m}; G={Gk|k=1,2,…,q}。實例集合中的實例Ci以不同的隸屬度uij及uik分別隸屬於Fj及Gk。 設元素Gk到元素Fj的縱向聯想相似度為rkj，則：

rkj =

又設G空間中有元素Gk和Gm。實例Cji分別以隸屬度uik和uim隸屬於元素Gk和Gm，設從Gk到Gm的橫向聯想相似度為rkm，則：

rkm =

隸屬度作為實例對象的一項屬性來存儲。系統根據以上演算法從實例集合中挖掘相似度知識，輔助設計師從相似度較高的方向進行聯想，並用於指導遺傳演算法初始群體的產生，從而促進設計創新。

3 結論

本文研究創新設計思維規律並用於指導機械產品創新設計系統的開發，系統的成功應用證明了關於創新設計思維規律論斷的正確性以及多種新技術的可行性。系統可通過矛盾分析與聯想，搜索到適用的作用原理、措施、物理結構及實例以解決矛盾，完成概念設計階段的功能優化與原理優化，是實現機械廣義優化設計方法的新成果。

E. 全國大學生機械創新設計大賽的翻譯是：什麼意思

National Student Competition of Innovative Mechanical Design

F. 全國大學生機械創新設計大賽有什麼好的項目

環保機械：設計一些有利於環保的機械或者設計可以減輕家務勞動的機械工具（廚衛機械）．

G. 全國大學生機械創新設計大賽的第一屆

地點：南昌大學
時間：2004.9
主題：無固定主題
第一屆全國大學生機械創新設計大賽是經教育部高等教育司批准，由教育部高等學校機械學科教學指導委員會主辦的大賽。大賽以培養大學生的創新設計能力、綜合設計能力和工程實踐能力為目的，充分展示了我國高等院校機械學科的教學改革成果和大學生機械創新設計的成果，積極推動了機械產品研究設計與生產的結合，為培養機械設計、製造的創新人才起到了重要作用。

H. 全國大學生機械創新設計大賽怎麼樣

不錯，一般全國性的比賽都可以，如果拿到名次到時就業可以可以增加含金量