材料加工新技術(shù)與新工藝第一章引言

1、 機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)系機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)系教教 材材v黃純穎等，機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)黃純穎等，機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì). 高等教育出版社，高等教育出版社，2000.教教 學(xué)學(xué) 參參 考考 書書v符煒符煒機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)構(gòu)思方法機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)構(gòu)思方法湖南科學(xué)技術(shù)出版湖南科學(xué)技術(shù)出版社，社，20062006。v呂仲文呂仲文機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)機(jī)械工業(yè)出版社，機(jī)械工業(yè)出版社，20042004年年v陳繼平陳繼平現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法華中理工大學(xué)出版華中理工大學(xué)出版社社.1997.1997v唐林唐林產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)基本原理及方法產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)基本原理及方法國防工業(yè)出國防工業(yè)出版

2、社版社. 2006. 2006.v張春林張春林機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)機(jī)械工業(yè)出版社，機(jī)械工業(yè)出版社，19991999年年v顏鴻森顏鴻森機(jī)械裝置的創(chuàng)造性設(shè)計(jì)機(jī)械裝置的創(chuàng)造性設(shè)計(jì)機(jī)械工業(yè)出版社，機(jī)械工業(yè)出版社，20022002年年vJensen P W, Classical and Modern Mechanisms Jensen P W, Classical and Modern Mechanisms for Engineers and Inventors. Marcel Dekker for Engineers and Inventors. Marcel Dekker Inc. Inc. 第

3、一章第一章 引引 言言第一節(jié)第一節(jié) 創(chuàng)新與社會(huì)發(fā)展創(chuàng)新與社會(huì)發(fā)展 創(chuàng)造創(chuàng)造 (Creation) (Creation) 強(qiáng)調(diào)新穎性和獨(dú)特性強(qiáng)調(diào)新穎性和獨(dú)特性 創(chuàng)新創(chuàng)新 (Innovation) (Innovation) 是創(chuàng)造的某種實(shí)現(xiàn)是創(chuàng)造的某種實(shí)現(xiàn) 創(chuàng)新創(chuàng)新 人類文明進(jìn)步的原動(dòng)力；人類文明進(jìn)步的原動(dòng)力； 人類科學(xué)的發(fā)展動(dòng)力；人類科學(xué)的發(fā)展動(dòng)力； 現(xiàn)代科學(xué)體系的知識基礎(chǔ)；現(xiàn)代科學(xué)體系的知識基礎(chǔ)； 技術(shù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的原動(dòng)力；技術(shù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的原動(dòng)力； 綜合國力的體現(xiàn)。綜合國力的體現(xiàn)。 世界各國之間在政治、經(jīng)濟(jì)、軍事和科學(xué)技世界各國之間在政治、經(jīng)濟(jì)、軍事和科學(xué)技術(shù)方面的劇烈競爭，實(shí)質(zhì)上是人才的競爭，

4、而人術(shù)方面的劇烈競爭，實(shí)質(zhì)上是人才的競爭，而人才競爭的關(guān)鍵是人才創(chuàng)造力的競爭。才競爭的關(guān)鍵是人才創(chuàng)造力的競爭。江澤民江澤民 “ “創(chuàng)新是一個(gè)民族進(jìn)步的靈魂，是國家興創(chuàng)新是一個(gè)民族進(jìn)步的靈魂，是國家興旺發(fā)達(dá)的不竭動(dòng)力。一個(gè)沒有創(chuàng)新能力的民旺發(fā)達(dá)的不竭動(dòng)力。一個(gè)沒有創(chuàng)新能力的民族，難以屹立于世界民族之林。族，難以屹立于世界民族之林。” “ “任何一項(xiàng)工作的活力和生機(jī)都來自于發(fā)任何一項(xiàng)工作的活力和生機(jī)都來自于發(fā)展和創(chuàng)新。展和創(chuàng)新?！?加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，發(fā)展高科技，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，發(fā)展高科技，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，對提高國民經(jīng)濟(jì)質(zhì)量和效是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，對提高國民經(jīng)濟(jì)質(zhì)量和效益，提高我國國際競爭

5、力有決定性的意義。益，提高我國國際競爭力有決定性的意義。 技術(shù)創(chuàng)新的技術(shù)創(chuàng)新的特點(diǎn)特點(diǎn)是以市場為導(dǎo)向，以提高競爭是以市場為導(dǎo)向，以提高競爭力為目標(biāo)。力為目標(biāo)。 技術(shù)創(chuàng)新的技術(shù)創(chuàng)新的內(nèi)容內(nèi)容包括從新產(chǎn)品或新工藝設(shè)想的包括從新產(chǎn)品或新工藝設(shè)想的產(chǎn)生，經(jīng)過技術(shù)的研究、開發(fā)、工程化、商業(yè)化生產(chǎn)生，經(jīng)過技術(shù)的研究、開發(fā)、工程化、商業(yè)化生產(chǎn)到市場應(yīng)用的整個(gè)過程。產(chǎn)到市場應(yīng)用的整個(gè)過程。 古代中國古代中國 四大發(fā)明：指南針、火藥、印刷術(shù)、造紙術(shù)四大發(fā)明：指南針、火藥、印刷術(shù)、造紙術(shù) 機(jī)械發(fā)明、使用和發(fā)展，遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于世界水平。機(jī)械發(fā)明、使用和發(fā)展，遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于世界水平。 而農(nóng)業(yè)、航運(yùn)、石油工業(yè)、氣象觀測中的許多

6、而農(nóng)業(yè)、航運(yùn)、石油工業(yè)、氣象觀測中的許多技術(shù)以及十進(jìn)制計(jì)算、紙幣、多級火箭、水下魚雷技術(shù)以及十進(jìn)制計(jì)算、紙幣、多級火箭、水下魚雷乃至蒸汽機(jī)的原始設(shè)計(jì)等都源于中國。乃至蒸汽機(jī)的原始設(shè)計(jì)等都源于中國。 中國傳入其他國家的重要機(jī)械技術(shù)中國傳入其他國家的重要機(jī)械技術(shù) 鑄鐵鑄鐵 活塞風(fēng)箱活塞風(fēng)箱 手搖曲柄手搖曲柄 平衡環(huán)（被中香爐）平衡環(huán)（被中香爐） 皮帶傳送皮帶傳送 水力應(yīng)用水力應(yīng)用 方板鏈泵方板鏈泵 蒸氣機(jī)基本原理蒸氣機(jī)基本原理 鏈條傳動(dòng)鏈條傳動(dòng) 獨(dú)輪車獨(dú)輪車 滑動(dòng)測徑儀滑動(dòng)測徑儀 機(jī)械鐘表裝置機(jī)械鐘表裝置 永明燈永明燈 紡車紡車 輪式碾磨機(jī)輪式碾磨機(jī) 船尾舵船尾舵 磁羅盤用于航海磁羅盤用于航海 從

7、木牛的結(jié)構(gòu)上看，它采用了助力機(jī)構(gòu)，里從木牛的結(jié)構(gòu)上看，它采用了助力機(jī)構(gòu)，里面可能加有飛輪機(jī)構(gòu)。從運(yùn)行來講，里面采用的面可能加有飛輪機(jī)構(gòu)。從運(yùn)行來講，里面采用的有齒輪機(jī)構(gòu)，曲柄連桿機(jī)構(gòu)。人推動(dòng)木牛時(shí)，里有齒輪機(jī)構(gòu)，曲柄連桿機(jī)構(gòu)。人推動(dòng)木牛時(shí)，里面的曲柄連桿機(jī)構(gòu)通過齒輪帶動(dòng)飛輪，飛輪運(yùn)行面的曲柄連桿機(jī)構(gòu)通過齒輪帶動(dòng)飛輪，飛輪運(yùn)行起來后，又因?yàn)轱w輪的慣性，給木牛以助力，這起來后，又因?yàn)轱w輪的慣性，給木牛以助力，這樣，就達(dá)到了省力的目的。樣，就達(dá)到了省力的目的。 流馬是一輛板車，流馬是一輛板車，只不過改變了它只不過改變了它的重心和軸承部的重心和軸承部分，使它比以前分，使它比以前的板車用起來省的板車用起

8、來省力一些。力一些。 利用車輪帶動(dòng)大小不同的一組齒輪，使車輪走利用車輪帶動(dòng)大小不同的一組齒輪，使車輪走滿一里時(shí)，其中一個(gè)齒輪剛好轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，該輪軸撥滿一里時(shí)，其中一個(gè)齒輪剛好轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，該輪軸撥動(dòng)車上木人打鼓或擊鐘，報(bào)告行程動(dòng)車上木人打鼓或擊鐘，報(bào)告行程 記里鼓車記里鼓車 新中國新中國 “ “兩彈一星兩彈一星” 原子彈、氫彈、人造衛(wèi)星原子彈、氫彈、人造衛(wèi)星 高速粒子同步加速器高速粒子同步加速器 用人工方法產(chǎn)生高速帶電粒子的裝置用人工方法產(chǎn)生高速帶電粒子的裝置 大慶油田勘探開發(fā)大慶油田勘探開發(fā) “陸相生油陸相生油” 雜交水稻解決了中國人吃飯問題雜交水稻解決了中國人吃飯問題 袁隆平袁隆平第二節(jié)第二節(jié)

9、創(chuàng)新人才的培養(yǎng)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)一、一、21 21 世紀(jì)教育的特點(diǎn)世紀(jì)教育的特點(diǎn) 培養(yǎng)創(chuàng)新人才，高等學(xué)校的教育是極為重要，培養(yǎng)創(chuàng)新人才，高等學(xué)校的教育是極為重要，聯(lián)合國教科文組織曾作調(diào)研并預(yù)測，聯(lián)合國教科文組織曾作調(diào)研并預(yù)測，2121世紀(jì)高等世紀(jì)高等教育具有五大特點(diǎn)：教育具有五大特點(diǎn)： 1 1教育的指導(dǎo)性教育的指導(dǎo)性 教師從傳授知識的權(quán)威變?yōu)橹笇?dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)的顧教師從傳授知識的權(quán)威變?yōu)橹笇?dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)的顧問。問。 2 2教育的綜合性教育的綜合性 強(qiáng)調(diào)綜合運(yùn)用知識解決問題的綜合能力培養(yǎng)。強(qiáng)調(diào)綜合運(yùn)用知識解決問題的綜合能力培養(yǎng)。 3 3教育的社會(huì)性教育的社會(huì)性 教育由封閉的校園轉(zhuǎn)向開放的社會(huì)。教育由封閉的校園

10、轉(zhuǎn)向開放的社會(huì)。 4 4教育的終身性教育的終身性 一次性的學(xué)校教育轉(zhuǎn)化為全社會(huì)的終生教育一次性的學(xué)校教育轉(zhuǎn)化為全社會(huì)的終生教育 (learning for life)(learning for life)。 5 5教育的創(chuàng)造性教育的創(chuàng)造性 致力于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和提高創(chuàng)造力。致力于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和提高創(chuàng)造力。二、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)二、創(chuàng)新能力的培養(yǎng) 創(chuàng)新能力的開發(fā)可以從培養(yǎng)創(chuàng)新意識、提高創(chuàng)新能力的開發(fā)可以從培養(yǎng)創(chuàng)新意識、提高創(chuàng)造力、加強(qiáng)創(chuàng)新實(shí)踐等方面著手。創(chuàng)造力、加強(qiáng)創(chuàng)新實(shí)踐等方面著手。 在在2020世紀(jì)前半期，世紀(jì)前半期，“創(chuàng)造才能創(chuàng)造才能”還被一種神秘還被一種神秘感所籠罩，有一種感所籠罩，有

11、一種“天才瘋狂學(xué)說天才瘋狂學(xué)說”把普通人比作把普通人比作只按正常軌道運(yùn)行的行星；把天才比作流星，不知只按正常軌道運(yùn)行的行星；把天才比作流星，不知何時(shí)在何處出現(xiàn)，神秘莫測。何時(shí)在何處出現(xiàn)，神秘莫測。 6060年代前后，認(rèn)識到年代前后，認(rèn)識到“創(chuàng)造力是每個(gè)正常人都創(chuàng)造力是每個(gè)正常人都具有的能力，不是個(gè)別天才人物所獨(dú)有的神秘之具有的能力，不是個(gè)別天才人物所獨(dú)有的神秘之物物”。人的創(chuàng)造性本能人的創(chuàng)造性本能創(chuàng)造性形成的機(jī)理模型創(chuàng)造性形成的機(jī)理模型1 1、培養(yǎng)創(chuàng)新意識、培養(yǎng)創(chuàng)新意識 創(chuàng)新活動(dòng)首先來自于強(qiáng)烈的創(chuàng)新意識。創(chuàng)新活動(dòng)首先來自于強(qiáng)烈的創(chuàng)新意識。 創(chuàng)新人才應(yīng)善于發(fā)現(xiàn)矛盾，勇于探索，敢于創(chuàng)創(chuàng)新人才應(yīng)善于

12、發(fā)現(xiàn)矛盾，勇于探索，敢于創(chuàng)新新 ，“小人物小人物”也能搞發(fā)明。也能搞發(fā)明。 諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者詹奧吉諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者詹奧吉 “ “發(fā)明就是和別人看同樣的東西卻能想出不同發(fā)明就是和別人看同樣的東西卻能想出不同的事情。的事情?！?陶行知先生在陶行知先生在“創(chuàng)造宣言創(chuàng)造宣言”中提出中提出 “ “處處是創(chuàng)造之地，天天是創(chuàng)造之時(shí)，人人是處處是創(chuàng)造之地，天天是創(chuàng)造之時(shí)，人人是創(chuàng)造之人。創(chuàng)造之人?！?齒輪是重要的機(jī)械零件，漸開線齒輪精度測齒輪是重要的機(jī)械零件，漸開線齒輪精度測量項(xiàng)目多，要采用多種測量儀器，長期來一直是量項(xiàng)目多，要采用多種測量儀器，長期來一直是加工、使用中的難點(diǎn)。成都某研究所針對此矛盾加

13、工、使用中的難點(diǎn)。成都某研究所針對此矛盾設(shè)計(jì)開發(fā)了齒輪全誤差測量儀，通過被測齒輪與設(shè)計(jì)開發(fā)了齒輪全誤差測量儀，通過被測齒輪與標(biāo)準(zhǔn)齒輪嚙合時(shí)角速度等參數(shù)的變化，直接分析標(biāo)準(zhǔn)齒輪嚙合時(shí)角速度等參數(shù)的變化，直接分析測量齒輪的各項(xiàng)誤差，大大簡化了測量過程。測量齒輪的各項(xiàng)誤差，大大簡化了測量過程。 世界充滿矛盾，現(xiàn)實(shí)不一定合理。世界充滿矛盾，現(xiàn)實(shí)不一定合理。 善于觀察事物、發(fā)現(xiàn)矛盾和需要，這往往是創(chuàng)善于觀察事物、發(fā)現(xiàn)矛盾和需要，這往往是創(chuàng)造的動(dòng)力和起點(diǎn)。造的動(dòng)力和起點(diǎn)。 創(chuàng)造需要付出非凡的勞動(dòng)，不能幻想囊中取物、創(chuàng)造需要付出非凡的勞動(dòng)，不能幻想囊中取物、一蹴而就；需要有堅(jiān)定的毅力，克服重重的困難才一蹴而

14、就；需要有堅(jiān)定的毅力，克服重重的困難才能取得勝利。能取得勝利。 愛迪生研究白熾燈時(shí)，為尋找燈絲材料曾用過愛迪生研究白熾燈時(shí)，為尋找燈絲材料曾用過60006000多種植物纖維，試驗(yàn)多種植物纖維，試驗(yàn)16001600多種耐熱材料。多種耐熱材料。 666666農(nóng)藥因試驗(yàn)農(nóng)藥因試驗(yàn)666666次才得到成功，故取此名。次才得到成功，故取此名。 具有敏銳的洞察力，善于發(fā)現(xiàn)已有的事物或原理，具有敏銳的洞察力，善于發(fā)現(xiàn)已有的事物或原理，用以解決矛盾，這也是創(chuàng)新意識的體現(xiàn)。用以解決矛盾，這也是創(chuàng)新意識的體現(xiàn)。 山東有位叫王月山發(fā)明蜂窩煤。山東有位叫王月山發(fā)明蜂窩煤。 我國科學(xué)家張開遜在調(diào)試某儀器時(shí)，發(fā)現(xiàn)每當(dāng)我國

15、科學(xué)家張開遜在調(diào)試某儀器時(shí)，發(fā)現(xiàn)每當(dāng)有人進(jìn)入房間，儀器零點(diǎn)即發(fā)生飄移。有人進(jìn)入房間，儀器零點(diǎn)即發(fā)生飄移。 他抓住這個(gè)現(xiàn)象，經(jīng)過多次試驗(yàn)和深入研究，他抓住這個(gè)現(xiàn)象，經(jīng)過多次試驗(yàn)和深入研究，探討出是氣流溫度場的作用。在此基礎(chǔ)上他根據(jù)探討出是氣流溫度場的作用。在此基礎(chǔ)上他根據(jù)人的呼吸影響氣流溫度場和氣流密度變化的現(xiàn)象，人的呼吸影響氣流溫度場和氣流密度變化的現(xiàn)象，開發(fā)出高分辨度測溫儀，精度達(dá)開發(fā)出高分辨度測溫儀，精度達(dá)1/10001/1000度，用于新度，用于新生兒和重病人的呼吸監(jiān)護(hù)，效果很好。生兒和重病人的呼吸監(jiān)護(hù)，效果很好。2 2、提高創(chuàng)造力、提高創(chuàng)造力 創(chuàng)造力是人的心理特征和各種能力在創(chuàng)造活動(dòng)創(chuàng)

16、造力是人的心理特征和各種能力在創(chuàng)造活動(dòng)中體現(xiàn)的綜合能力。中體現(xiàn)的綜合能力。 提高創(chuàng)造力應(yīng)從培養(yǎng)良好的創(chuàng)造心理，了解創(chuàng)提高創(chuàng)造力應(yīng)從培養(yǎng)良好的創(chuàng)造心理，了解創(chuàng)造思維的特點(diǎn)，掌握創(chuàng)造原理和創(chuàng)造技法等方面造思維的特點(diǎn)，掌握創(chuàng)造原理和創(chuàng)造技法等方面著手。著手。 創(chuàng)造力受創(chuàng)造力受智力因素智力因素和和非智力因素非智力因素的影響。的影響。 智力因素智力因素如觀察力、記憶力、想像力、思考力、如觀察力、記憶力、想像力、思考力、表達(dá)力、自控力等是創(chuàng)造力的基礎(chǔ)性因素。表達(dá)力、自控力等是創(chuàng)造力的基礎(chǔ)性因素。 非智力因素非智力因素如理想、信念、情感、興趣、意志、如理想、信念、情感、興趣、意志、性格等則是創(chuàng)造力的動(dòng)力和催

17、化因素。通過對非性格等則是創(chuàng)造力的動(dòng)力和催化因素。通過對非智力因素的培養(yǎng)，可以調(diào)動(dòng)人的主觀能動(dòng)性，對智力因素的培養(yǎng)，可以調(diào)動(dòng)人的主觀能動(dòng)性，對促進(jìn)智力發(fā)展起重要的作用。促進(jìn)智力發(fā)展起重要的作用。 創(chuàng)造技法是以創(chuàng)造學(xué)理論、創(chuàng)造思維規(guī)律為基創(chuàng)造技法是以創(chuàng)造學(xué)理論、創(chuàng)造思維規(guī)律為基礎(chǔ)，通過廣泛創(chuàng)造活動(dòng)概括總結(jié)出來的創(chuàng)造發(fā)明的礎(chǔ)，通過廣泛創(chuàng)造活動(dòng)概括總結(jié)出來的創(chuàng)造發(fā)明的技巧和方法。技巧和方法。 掌握創(chuàng)造技法能更自覺、更巧妙地進(jìn)行創(chuàng)造活掌握創(chuàng)造技法能更自覺、更巧妙地進(jìn)行創(chuàng)造活動(dòng)。動(dòng)。 美國通用電氣公司對有關(guān)科技人員進(jìn)行創(chuàng)造工美國通用電氣公司對有關(guān)科技人員進(jìn)行創(chuàng)造工程課程和實(shí)踐訓(xùn)練，兩年后取得很好的效果，

18、按專程課程和實(shí)踐訓(xùn)練，兩年后取得很好的效果，按專利數(shù)量測算，人的創(chuàng)造力提高了三倍。利數(shù)量測算，人的創(chuàng)造力提高了三倍。 湖南輕工業(yè)高等?？茖W(xué)校設(shè)有創(chuàng)造發(fā)明學(xué)校，湖南輕工業(yè)高等?？茖W(xué)校設(shè)有創(chuàng)造發(fā)明學(xué)校，辦學(xué)辦學(xué)8年多，培養(yǎng)了千余名學(xué)員。這些學(xué)生畢業(yè)前年多，培養(yǎng)了千余名學(xué)員。這些學(xué)生畢業(yè)前后取得多項(xiàng)創(chuàng)造發(fā)明成果和專利，甚至獲得國際大后取得多項(xiàng)創(chuàng)造發(fā)明成果和專利，甚至獲得國際大獎(jiǎng)。獎(jiǎng)。3 3、加強(qiáng)創(chuàng)造實(shí)踐、加強(qiáng)創(chuàng)造實(shí)踐 創(chuàng)造能力培養(yǎng)的關(guān)鍵是加強(qiáng)創(chuàng)造實(shí)踐。創(chuàng)造能力培養(yǎng)的關(guān)鍵是加強(qiáng)創(chuàng)造實(shí)踐。 不下水學(xué)不會(huì)游泳不下水學(xué)不會(huì)游泳 不開車上路不可能真正學(xué)會(huì)駕駛汽車不開車上路不可能真正學(xué)會(huì)駕駛汽車 創(chuàng)造力訓(xùn)練必須

19、有大量的創(chuàng)造實(shí)踐。創(chuàng)造力訓(xùn)練必須有大量的創(chuàng)造實(shí)踐。 工科院校學(xué)生，除必要的理論教學(xué)外，一定要工科院校學(xué)生，除必要的理論教學(xué)外，一定要設(shè)置一系列設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)，讓學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)踐中設(shè)置一系列設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)，讓學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)踐中培養(yǎng)綜合分析和創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力。培養(yǎng)綜合分析和創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力。第三節(jié)第三節(jié) 創(chuàng)新設(shè)計(jì)創(chuàng)新設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)是人類社會(huì)最基本的一種生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)，設(shè)計(jì)是人類社會(huì)最基本的一種生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)，它是創(chuàng)造精神財(cái)富和物質(zhì)文明的重要環(huán)節(jié)。它是創(chuàng)造精神財(cái)富和物質(zhì)文明的重要環(huán)節(jié)。 創(chuàng)新設(shè)計(jì)是技術(shù)創(chuàng)新的重要內(nèi)容。創(chuàng)新設(shè)計(jì)是技術(shù)創(chuàng)新的重要內(nèi)容。 工程設(shè)計(jì)是建立技術(shù)系統(tǒng)的第一道工序，它對工程設(shè)計(jì)是建立技術(shù)系統(tǒng)的第一道工

20、序，它對產(chǎn)品的技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益起決定性的作用，據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益起決定性的作用，據(jù)統(tǒng)計(jì)，產(chǎn)品成本的統(tǒng)計(jì)，產(chǎn)品成本的7575-80-80由設(shè)計(jì)階段確定的。由設(shè)計(jì)階段確定的。 設(shè)計(jì)的本質(zhì)是革新和創(chuàng)造。設(shè)計(jì)的本質(zhì)是革新和創(chuàng)造。 強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新設(shè)計(jì)是要求在設(shè)計(jì)中更充分發(fā)揮設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新設(shè)計(jì)是要求在設(shè)計(jì)中更充分發(fā)揮設(shè)計(jì)者的創(chuàng)造力，利用最新科技成果，在現(xiàn)代設(shè)計(jì)理者的創(chuàng)造力，利用最新科技成果，在現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法的指導(dǎo)下，設(shè)計(jì)出更具有競爭力的新穎論和方法的指導(dǎo)下，設(shè)計(jì)出更具有競爭力的新穎產(chǎn)品。產(chǎn)品。一、設(shè)計(jì)過程一、設(shè)計(jì)過程 設(shè)計(jì)一般分為產(chǎn)品規(guī)劃、方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)一般分為產(chǎn)品規(guī)劃、方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)

21、、施工設(shè)計(jì)等四個(gè)階段。施工設(shè)計(jì)等四個(gè)階段。 產(chǎn)品規(guī)劃階段進(jìn)行詳細(xì)的需求調(diào)查、市場預(yù)測，產(chǎn)品規(guī)劃階段進(jìn)行詳細(xì)的需求調(diào)查、市場預(yù)測，確定設(shè)計(jì)參數(shù)和制約條件，最后給出詳細(xì)的設(shè)計(jì)任確定設(shè)計(jì)參數(shù)和制約條件，最后給出詳細(xì)的設(shè)計(jì)任務(wù)書務(wù)書( (或設(shè)計(jì)要求表或設(shè)計(jì)要求表) )作為設(shè)計(jì)、評價(jià)、決策的依據(jù)。作為設(shè)計(jì)、評價(jià)、決策的依據(jù)。 方案設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)( (也稱概念設(shè)計(jì)，也稱概念設(shè)計(jì)，Concept Design) Concept Design) 階段確階段確定產(chǎn)品的工作原理，并對產(chǎn)品的執(zhí)行系統(tǒng)、原動(dòng)定產(chǎn)品的工作原理，并對產(chǎn)品的執(zhí)行系統(tǒng)、原動(dòng)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、測控系統(tǒng)等作方案性設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、測控系統(tǒng)等作方

22、案性設(shè)計(jì)，將有關(guān)機(jī)械機(jī)構(gòu)、液壓線路或電控線路用簡圖形式有關(guān)機(jī)械機(jī)構(gòu)、液壓線路或電控線路用簡圖形式表達(dá)。表達(dá)。 技術(shù)設(shè)計(jì)階段在原理方案基礎(chǔ)上進(jìn)行具體結(jié)構(gòu)化技術(shù)設(shè)計(jì)階段在原理方案基礎(chǔ)上進(jìn)行具體結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，選材料，定零件的構(gòu)形和尺寸，進(jìn)行各種設(shè)計(jì)，選材料，定零件的構(gòu)形和尺寸，進(jìn)行各種必要的性能計(jì)算，最后畫出部件的裝配草圖。必要的性能計(jì)算，最后畫出部件的裝配草圖。 為了提高產(chǎn)品的競爭力還需應(yīng)用先進(jìn)的設(shè)計(jì)理論為了提高產(chǎn)品的競爭力還需應(yīng)用先進(jìn)的設(shè)計(jì)理論和方法提高產(chǎn)品的價(jià)值和方法提高產(chǎn)品的價(jià)值( (改善性能、降低成本改善性能、降低成本) )，進(jìn)，進(jìn)行產(chǎn)品的系列設(shè)計(jì)，考慮人機(jī)工程原理提高產(chǎn)品行產(chǎn)品的系列設(shè)計(jì)，

23、考慮人機(jī)工程原理提高產(chǎn)品的宜人性，利用工業(yè)美學(xué)原則對產(chǎn)品進(jìn)行更好的的宜人性，利用工業(yè)美學(xué)原則對產(chǎn)品進(jìn)行更好的外觀設(shè)計(jì)等，使產(chǎn)品既實(shí)用，又適應(yīng)市場商品化外觀設(shè)計(jì)等，使產(chǎn)品既實(shí)用，又適應(yīng)市場商品化的需要。的需要。 這階段往往要通過模型試驗(yàn)檢驗(yàn)產(chǎn)品的功能原這階段往往要通過模型試驗(yàn)檢驗(yàn)產(chǎn)品的功能原理和性能。理和性能。 施工設(shè)計(jì)階段進(jìn)行零件設(shè)計(jì)和部件裝配圖的施工設(shè)計(jì)階段進(jìn)行零件設(shè)計(jì)和部件裝配圖的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，完成全部生產(chǎn)圖紙并編制設(shè)計(jì)說明書、細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，完成全部生產(chǎn)圖紙并編制設(shè)計(jì)說明書、工藝卡、使用說明書等技術(shù)文件。工藝卡、使用說明書等技術(shù)文件。 正式投產(chǎn)前產(chǎn)品的試制將檢驗(yàn)加工工藝和裝正式投產(chǎn)前產(chǎn)品的試制將檢

24、驗(yàn)加工工藝和裝配工藝，并進(jìn)行較詳細(xì)的成本核算，從而提出修配工藝，并進(jìn)行較詳細(xì)的成本核算，從而提出修改意見，進(jìn)一步完善整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。改意見，進(jìn)一步完善整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。 通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、繪制圖形、產(chǎn)品的數(shù)控切削加工或成型加工、計(jì)、繪制圖形、產(chǎn)品的數(shù)控切削加工或成型加工、虛擬仿真。虛擬仿真。 不論采用什么設(shè)計(jì)手段，合理掌握設(shè)計(jì)過程，不論采用什么設(shè)計(jì)手段，合理掌握設(shè)計(jì)過程，抓住每個(gè)設(shè)計(jì)階段的特點(diǎn)和重點(diǎn)，有利于調(diào)動(dòng)設(shè)計(jì)抓住每個(gè)設(shè)計(jì)階段的特點(diǎn)和重點(diǎn)，有利于調(diào)動(dòng)設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)新精神，提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量。人員的創(chuàng)新精神，提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量。二、創(chuàng)

25、新設(shè)計(jì)的類型二、創(chuàng)新設(shè)計(jì)的類型 創(chuàng)新設(shè)計(jì)可分為開發(fā)設(shè)計(jì)、變異設(shè)計(jì)和反求創(chuàng)新設(shè)計(jì)可分為開發(fā)設(shè)計(jì)、變異設(shè)計(jì)和反求設(shè)計(jì)三種類型。設(shè)計(jì)三種類型。 1、開發(fā)設(shè)計(jì)、開發(fā)設(shè)計(jì) 針對新任務(wù)，提出新方案，完成從產(chǎn)品規(guī)劃、針對新任務(wù)，提出新方案，完成從產(chǎn)品規(guī)劃、原理方案、技術(shù)設(shè)計(jì)到施工設(shè)計(jì)的全過程。原理方案、技術(shù)設(shè)計(jì)到施工設(shè)計(jì)的全過程。 2、變異設(shè)計(jì)、變異設(shè)計(jì) 在已有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，針對原有缺點(diǎn)或新的工在已有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，針對原有缺點(diǎn)或新的工作要求，從工作原理、機(jī)構(gòu)、結(jié)構(gòu)、參數(shù)、尺寸作要求，從工作原理、機(jī)構(gòu)、結(jié)構(gòu)、參數(shù)、尺寸等方面進(jìn)行一定變異，設(shè)計(jì)新產(chǎn)品以適應(yīng)市場需等方面進(jìn)行一定變異，設(shè)計(jì)新產(chǎn)品以適應(yīng)市場需要，提高

26、競爭力。要，提高競爭力。 在基本產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，開發(fā)不同參數(shù)、尺寸在基本產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，開發(fā)不同參數(shù)、尺寸或不同功能的變型系列產(chǎn)品就是變異設(shè)計(jì)的結(jié)果?；虿煌δ艿淖冃拖盗挟a(chǎn)品就是變異設(shè)計(jì)的結(jié)果。 3 3、反求設(shè)計(jì)、反求設(shè)計(jì) 針對已有的先進(jìn)產(chǎn)品或設(shè)計(jì)，進(jìn)行深入分析研針對已有的先進(jìn)產(chǎn)品或設(shè)計(jì)，進(jìn)行深入分析研究，探索掌握其關(guān)鍵技術(shù)，在消化、吸收的基礎(chǔ)上，究，探索掌握其關(guān)鍵技術(shù)，在消化、吸收的基礎(chǔ)上，開發(fā)出同類型的創(chuàng)新產(chǎn)品。開發(fā)出同類型的創(chuàng)新產(chǎn)品。 開發(fā)設(shè)計(jì)以開創(chuàng)、探索創(chuàng)新，開發(fā)設(shè)計(jì)以開創(chuàng)、探索創(chuàng)新， 變異設(shè)計(jì)通過變異創(chuàng)新，變異設(shè)計(jì)通過變異創(chuàng)新， 反求設(shè)計(jì)在吸取中創(chuàng)新。反求設(shè)計(jì)在吸取中創(chuàng)新。 創(chuàng)新是各種類

27、型設(shè)計(jì)的共同點(diǎn)，也是設(shè)計(jì)的生創(chuàng)新是各種類型設(shè)計(jì)的共同點(diǎn)，也是設(shè)計(jì)的生命力所在。命力所在。 設(shè)計(jì)人員必須發(fā)揮創(chuàng)造思維，掌握基本設(shè)計(jì)規(guī)設(shè)計(jì)人員必須發(fā)揮創(chuàng)造思維，掌握基本設(shè)計(jì)規(guī)律和方法，在實(shí)踐中不斷提高創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力。律和方法，在實(shí)踐中不斷提高創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力。 三、創(chuàng)新設(shè)計(jì)的特點(diǎn)三、創(chuàng)新設(shè)計(jì)的特點(diǎn) 創(chuàng)新設(shè)計(jì)必須具有獨(dú)創(chuàng)性和實(shí)用性，取得創(chuàng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)必須具有獨(dú)創(chuàng)性和實(shí)用性，取得創(chuàng)新方案的基本方法是多方案選優(yōu)。新方案的基本方法是多方案選優(yōu)。 1 1、獨(dú)創(chuàng)性、獨(dú)創(chuàng)性 創(chuàng)新設(shè)計(jì)必須具有其獨(dú)創(chuàng)性和新穎性。創(chuàng)新設(shè)計(jì)必須具有其獨(dú)創(chuàng)性和新穎性。 新功能新功能 新原理新原理 新機(jī)構(gòu)新機(jī)構(gòu) 新材料新材料 在求異和突破中體現(xiàn)

28、創(chuàng)新。在求異和突破中體現(xiàn)創(chuàng)新。 洗衣機(jī)通過水流的沖刷帶走衣服中的污物，有洗衣機(jī)通過水流的沖刷帶走衣服中的污物，有攪拌式、滾筒式、波輪式；攪拌式、滾筒式、波輪式； 開發(fā)出內(nèi)桶可旋轉(zhuǎn)加強(qiáng)搓洗的離心式，洗凈效開發(fā)出內(nèi)桶可旋轉(zhuǎn)加強(qiáng)搓洗的離心式，洗凈效果更好。果更好。 突破機(jī)械攪水方式的真空洗衣機(jī)、臭氧洗衣機(jī)、突破機(jī)械攪水方式的真空洗衣機(jī)、臭氧洗衣機(jī)、電磁洗衣機(jī)、超聲波洗衣機(jī)等又為洗衣機(jī)創(chuàng)出新路，電磁洗衣機(jī)、超聲波洗衣機(jī)等又為洗衣機(jī)創(chuàng)出新路，洗衣機(jī)正是在原理、結(jié)構(gòu)不斷創(chuàng)新的過程中發(fā)展和洗衣機(jī)正是在原理、結(jié)構(gòu)不斷創(chuàng)新的過程中發(fā)展和取得市場效益的。取得市場效益的。 清華大學(xué)第十七屆挑戰(zhàn)杯由學(xué)生設(shè)計(jì)制造的爬清

29、華大學(xué)第十七屆挑戰(zhàn)杯由學(xué)生設(shè)計(jì)制造的爬竿機(jī)器人。竿機(jī)器人。 這種機(jī)器人模仿尺蠖這種機(jī)器人模仿尺蠖(huo)(huo)的動(dòng)作向上爬行，其的動(dòng)作向上爬行，其爬行機(jī)構(gòu)為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。爬行機(jī)構(gòu)為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。 電機(jī)與曲柄固接，驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)。電機(jī)與曲柄固接，驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)。 上下兩個(gè)自鎖套是實(shí)現(xiàn)上爬的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，當(dāng)自上下兩個(gè)自鎖套是實(shí)現(xiàn)上爬的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，當(dāng)自鎖套有向下運(yùn)動(dòng)的趨勢時(shí)，錐套、鋼球與圓桿之間鎖套有向下運(yùn)動(dòng)的趨勢時(shí)，錐套、鋼球與圓桿之間會(huì)形成可靠的自鎖，使裝置不下滑，而上行時(shí)自鎖會(huì)形成可靠的自鎖，使裝置不下滑，而上行時(shí)自鎖解除。解除。圖圖a為初始狀態(tài)，上下自鎖為初始狀態(tài)，上下自鎖套位于最遠(yuǎn)極限位置，同

30、套位于最遠(yuǎn)極限位置，同時(shí)鎖緊；時(shí)鎖緊； （a） 爬竿機(jī)器人的爬行過程如圖所示。爬竿機(jī)器人的爬行過程如圖所示。 圖圖b 狀態(tài)曲柄逆狀態(tài)曲柄逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)；時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)；上自鎖套鎖緊，上自鎖套鎖緊，下自鎖套松開，下自鎖套松開，被曲柄連桿帶動(dòng)被曲柄連桿帶動(dòng)上爬；上爬； （b） 圖圖c狀態(tài)曲柄已越過最狀態(tài)曲柄已越過最高點(diǎn)，下自鎖套鎖緊，高點(diǎn)，下自鎖套鎖緊，上自鎖套松開，被曲柄上自鎖套松開，被曲柄帶動(dòng)上爬。帶動(dòng)上爬。 如此周而復(fù)始，實(shí)現(xiàn)自如此周而復(fù)始，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)爬竿。動(dòng)爬竿。 用這些簡單的機(jī)構(gòu)、結(jié)用這些簡單的機(jī)構(gòu)、結(jié)構(gòu)使機(jī)器人爬竿，體現(xiàn)構(gòu)使機(jī)器人爬竿，體現(xiàn)了獨(dú)創(chuàng)性。了獨(dú)創(chuàng)性。 （c） （a） （b） （c

31、） 哈爾濱工業(yè)大學(xué)參加全國機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新競賽哈爾濱工業(yè)大學(xué)參加全國機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新競賽的螺旋傳動(dòng)的螺旋傳動(dòng)管道機(jī)器人管道機(jī)器人 使可沿管道周向轉(zhuǎn)動(dòng)的橡膠輪的軸線與基座使可沿管道周向轉(zhuǎn)動(dòng)的橡膠輪的軸線與基座的軸線空間相交成一定側(cè)偏角，等效為螺旋角，的軸線空間相交成一定側(cè)偏角，等效為螺旋角，電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的基座，基座的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)橡電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的基座，基座的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)橡膠輪轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)橡膠輪與基座之間有一定的側(cè)偏角膠輪轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)橡膠輪與基座之間有一定的側(cè)偏角時(shí)，機(jī)器人將在管內(nèi)以螺旋軌跡前進(jìn)或后退，其時(shí)，機(jī)器人將在管內(nèi)以螺旋軌跡前進(jìn)或后退，其機(jī)理等效于螺旋傳動(dòng)。機(jī)理等效于螺旋傳動(dòng)。 爬竿管道兩用爬竿管道兩用

32、機(jī)器人機(jī)器人 利用對稱結(jié)構(gòu)使機(jī)器人自平衡；在一個(gè)利用對稱結(jié)構(gòu)使機(jī)器人自平衡；在一個(gè)可翻轉(zhuǎn)的正六邊形支架上對稱固定三組頂端可翻轉(zhuǎn)的正六邊形支架上對稱固定三組頂端有滾輪支腳。運(yùn)動(dòng)時(shí)輪子與所爬物體表面接有滾輪支腳。運(yùn)動(dòng)時(shí)輪子與所爬物體表面接觸；靠彈簧提供產(chǎn)生摩擦所需的正壓力，并觸；靠彈簧提供產(chǎn)生摩擦所需的正壓力，并自動(dòng)夾緊，彈簧的拉力大小四級可調(diào)，以適自動(dòng)夾緊，彈簧的拉力大小四級可調(diào)，以適應(yīng)不同直徑竿和管道；機(jī)器人前進(jìn)的動(dòng)力由應(yīng)不同直徑竿和管道；機(jī)器人前進(jìn)的動(dòng)力由三個(gè)三個(gè)30n/min30n/min的減速電機(jī)提供，在由一級皮帶的減速電機(jī)提供，在由一級皮帶傳動(dòng)至頂端的輪子；六邊形支架可打開一個(gè)傳動(dòng)至頂

33、端的輪子；六邊形支架可打開一個(gè)節(jié)點(diǎn)，向外翻轉(zhuǎn)重新組成一個(gè)六邊形，這樣節(jié)點(diǎn)，向外翻轉(zhuǎn)重新組成一個(gè)六邊形，這樣支腳向外就可以在管道中爬行了。支腳向外就可以在管道中爬行了。2 2、實(shí)用性、實(shí)用性 創(chuàng)新設(shè)計(jì)必須具實(shí)用性。創(chuàng)新設(shè)計(jì)必須具實(shí)用性。 紙上談兵無法體現(xiàn)真正的創(chuàng)新。紙上談兵無法體現(xiàn)真正的創(chuàng)新。 發(fā)明創(chuàng)造成果只是一種潛在的財(cái)富，只有將它發(fā)明創(chuàng)造成果只是一種潛在的財(cái)富，只有將它們轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力或市場商品，才能真正為經(jīng)們轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力或市場商品，才能真正為經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步服務(wù)。濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步服務(wù)。 1985 19951985 1995年中國發(fā)明協(xié)會(huì)向社會(huì)推薦和宣傳年中國發(fā)明協(xié)會(huì)向社會(huì)推薦和宣傳

34、的發(fā)明創(chuàng)造成果有的發(fā)明創(chuàng)造成果有1100011000多項(xiàng)，其中只有多項(xiàng)，其中只有1515轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力；而這為生產(chǎn)力；而這1010年中我國的專利實(shí)施率僅在年中我國的專利實(shí)施率僅在25253030左右，看來專利、科研成果和設(shè)計(jì)的實(shí)用左右，看來專利、科研成果和設(shè)計(jì)的實(shí)用化都是需要解決的問題?；际切枰鉀Q的問題。 設(shè)計(jì)的實(shí)用化主要表現(xiàn)為市場的適應(yīng)性和可生產(chǎn)設(shè)計(jì)的實(shí)用化主要表現(xiàn)為市場的適應(yīng)性和可生產(chǎn)性兩方面。性兩方面。 市場適應(yīng)性指創(chuàng)新設(shè)計(jì)必須針對社會(huì)的需要，滿市場適應(yīng)性指創(chuàng)新設(shè)計(jì)必須針對社會(huì)的需要，滿足用戶對產(chǎn)品的需求。足用戶對產(chǎn)品的需求。 美國寶麗來公司，一次成象照相機(jī)，在研投入美國寶麗來公司，一次成象照相機(jī)，在研投入了大量人力物力，取得技術(shù)上成功，投入市場之后，了大量人力物力，取得技術(shù)上成功，投入市場之后，很快就被日本的自動(dòng)照相機(jī)壓倒了。很快就被日本的自動(dòng)照相機(jī)壓倒了。 20世紀(jì)世紀(jì)7