機械創(chuàng)新設(shè)計基礎(chǔ)知識

1、 復(fù)習(xí)機械的概念，明確設(shè)計范圍復(fù)習(xí)機械的概念，明確設(shè)計范圍機器機器的三特征：的三特征：1）由一系列的運動單元體所組成。）由一系列的運動單元體所組成。2）各運動單元體之間都具有確定的相對運動。）各運動單元體之間都具有確定的相對運動。3）能轉(zhuǎn)換機械能或完成有用的機械功以代替或減）能轉(zhuǎn)換機械能或完成有用的機械功以代替或減輕人們的勞動。輕人們的勞動。具有以上具有以上1、2兩個特征的實體稱為兩個特征的實體稱為機構(gòu)機構(gòu)。機器與機構(gòu)總稱為機器與機構(gòu)總稱為機械機械。2. 機械的組成機械的組成機械機械機器機器機構(gòu)機構(gòu)動力機動力機 把其它形式的能量轉(zhuǎn)化為機械能。把其它形式的能量轉(zhuǎn)化為機械能。工作機工作機 完成有用

2、的機械功。完成有用的機械功。通用機構(gòu)通用機構(gòu)專用機構(gòu)專用機構(gòu)信息機信息機 通過復(fù)雜的信息來控制機械運動。通過復(fù)雜的信息來控制機械運動。機器的組成：機器的組成：工作部分完成預(yù)定的動作，位于傳動路線的終點。工作部分完成預(yù)定的動作，位于傳動路線的終點。 傳動部分聯(lián)接原動機和工作部分的中間部分。傳動部分聯(lián)接原動機和工作部分的中間部分。 控制部分保證機器的啟動、停止和正常協(xié)調(diào)動作?？刂撇糠直ＷC機器的啟動、停止和正常協(xié)調(diào)動作。原動部分是工作機動力的來源，最常見的是電動原動部分是工作機動力的來源，最常見的是電動 機和內(nèi)燃機。機和內(nèi)燃機。 機器機器生物體生物體原動機原動機 傳動傳動 執(zhí)行執(zhí)行 控制控制 心臟心

3、臟 肌肉肌肉 骨骼骨骼 神經(jīng)神經(jīng) 比較：比較：控制器控制器(控制控制)電動機電動機(原動原動)帶帶(傳動傳動)減速器減速器(傳動傳動)波輪波輪(工作工作)分析自動洗衣機的組成：分析自動洗衣機的組成：潘存云教授研制3. 傳動與執(zhí)行機構(gòu)傳動與執(zhí)行機構(gòu) 機械運動系統(tǒng)機械運動系統(tǒng)3.1 機構(gòu)的基本型 機構(gòu)的基本型是指最基本的、最常用的機構(gòu)型式，是機構(gòu)設(shè)計的基本依據(jù)。 機械運動系統(tǒng)可以是機構(gòu)的基本型，也可以是機構(gòu)基本型的機構(gòu)組合或組合機構(gòu)。（1） 全轉(zhuǎn)動副四桿機構(gòu)的基本型可演化為雙曲柄機構(gòu)、雙搖桿機構(gòu)。曲柄搖桿機構(gòu)（2） 含有一個移動副四桿機構(gòu)的基本型 可演化為轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)、移動導(dǎo)桿機構(gòu)、曲柄搖塊機構(gòu)、

4、擺動導(dǎo)桿機構(gòu)。曲柄滑塊機構(gòu)（3） 含有兩個移動副四桿機構(gòu)的基本型 可演化為正切機構(gòu)、雙轉(zhuǎn)塊機構(gòu)、雙滑塊機構(gòu)。正弦機構(gòu)（4） 圓柱齒輪傳動機構(gòu)的基本型 可演化為斜齒圓柱齒輪、人字齒圓柱齒輪、可以采用漸開線齒形、擺線齒形和圓弧齒形。外嚙合直齒圓柱齒輪（5） 圓錐齒輪傳動機構(gòu)的基本型 可演化為斜齒圓錐齒輪機構(gòu)和曲齒圓錐齒輪機構(gòu)。外嚙合直齒圓錐齒輪（6） 蝸桿傳動機構(gòu)的基本型 可演化為漸開線圓柱蝸桿傳動機構(gòu)和延伸漸開線圓柱蝸桿傳動機構(gòu)。阿基米德圓柱蝸桿傳動機構(gòu)（7） 行星齒輪傳動機構(gòu)的基本型 可演化為擺線針輪傳動機構(gòu)、諧波傳動機構(gòu)、活齒傳動機構(gòu)等。漸開線圓柱齒輪行星傳動機構(gòu)（8） 直動從動件平面凸輪機

5、構(gòu)的基本型 可演化為直動對心滾子從動件平面凸輪機構(gòu)、直動對心平底從動件平面凸輪機構(gòu)、直動偏置從動件平面凸輪機構(gòu)等。直動對心尖頂從動件平面凸輪機構(gòu)（9） 擺動從動件平面凸輪機構(gòu)的基本型 可演化為擺動滾子從動件平面凸輪機構(gòu)、擺動平底從動件平面凸輪機構(gòu)。擺動尖頂從動件平面凸輪機構(gòu)（10） 直動從動件圓柱凸輪機構(gòu)的基本型直動滾子從動件圓柱凸輪機構(gòu)（11） 擺動從動件圓柱凸輪機構(gòu)的基本型擺動滾子從動件圓柱凸輪機構(gòu)（12） 帶傳動機構(gòu)的基本型 可演化為V帶傳動機構(gòu)、圓帶傳動機構(gòu)、活絡(luò)V帶傳動機構(gòu)、同步齒形帶傳動機構(gòu)。平帶傳動機構(gòu)（13） 鏈傳動機構(gòu)的基本型 可演化為多排套筒滾子鏈條傳動機構(gòu)、齒形鏈條傳動機

6、構(gòu)。套筒滾子鏈條傳動機構(gòu)（14） 液壓、氣動傳動機構(gòu)的基本型 可演化為擺動油缸和氣動缸。缸體不動的液壓油缸和氣動缸（15） 螺旋傳動機構(gòu)的基本型 可演化為梯形螺旋傳動機構(gòu)、矩形螺旋傳動機構(gòu)、滾珠絲杠傳動機構(gòu)。三角形螺旋傳動機構(gòu)（16） 電磁傳動機構(gòu)的基本型電磁傳動機構(gòu)（17） 間歇運動機構(gòu)的基本型棘輪機構(gòu)與槽輪機構(gòu)3.2 機構(gòu)的組合 把一些基本機構(gòu)通過適當(dāng)?shù)姆绞竭B接起來，把一些基本機構(gòu)通過適當(dāng)?shù)姆绞竭B接起來，從而組成一個機構(gòu)系統(tǒng)，稱為從而組成一個機構(gòu)系統(tǒng)，稱為機構(gòu)的組合機構(gòu)的組合。其中。其中各基本機構(gòu)都保持原來的結(jié)構(gòu)和運動特性，都有各基本機構(gòu)都保持原來的結(jié)構(gòu)和運動特性，都有自己的獨立性。自己的

7、獨立性。3.3 組合機構(gòu) 組合機構(gòu)組合機構(gòu)是指若干基本機構(gòu)通過特殊的組合是指若干基本機構(gòu)通過特殊的組合而形成的一種具有新屬性的機構(gòu)。其中各基本機而形成的一種具有新屬性的機構(gòu)。其中各基本機構(gòu)已不能保持各自的獨立性，必須采用新的分析構(gòu)已不能保持各自的獨立性，必須采用新的分析與設(shè)計方法。與設(shè)計方法。4. 動力系統(tǒng)（原動機）動力系統(tǒng)（原動機）按能量轉(zhuǎn)換的方式可分為三大類：按能量轉(zhuǎn)換的方式可分為三大類：4.1 電能電能 機械能機械能包括：三相交流異步電動機、單相交流異步電包括：三相交流異步電動機、單相交流異步電動機、直流電動機、步進電動機等。動機、直流電動機、步進電動機等。（1）三相交流異步電動機）三相

8、交流異步電動機特點：體積小、力矩大，常作為動力設(shè)備的原特點：體積小、力矩大，常作為動力設(shè)備的原動機。動機。（2）單相交流異步電動機）單相交流異步電動機特點：使用方便，在家用電器中得到廣泛應(yīng)用。特點：使用方便，在家用電器中得到廣泛應(yīng)用。單相交流異步減速電動機單相交流異步減速電動機 （3）直流電動機）直流電動機特點：可以進行調(diào)速，易于實現(xiàn)自動控制，在特點：可以進行調(diào)速，易于實現(xiàn)自動控制，在機電一體化設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。機電一體化設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。（4）步進電動機）步進電動機特點：要求分度或步進運動的場合可采用步進特點：要求分度或步進運動的場合可采用步進電動機。采用脈沖信號控制，將脈沖信號轉(zhuǎn)化電動

9、機。采用脈沖信號控制，將脈沖信號轉(zhuǎn)化為電動機的角位移。為電動機的角位移。步進電動機 驅(qū)動器 （5）直線電動機）直線電動機特點：直接提供直線運動，減少了中間轉(zhuǎn)換運特點：直接提供直線運動，減少了中間轉(zhuǎn)換運動鏈，結(jié)構(gòu)簡單，反應(yīng)速度快，靈敏度高，適動鏈，結(jié)構(gòu)簡單，反應(yīng)速度快，靈敏度高，適合于高速和高精度的應(yīng)用場合合于高速和高精度的應(yīng)用場合 。螺旋傳動直線電機鐵芯同步直線電機4.2 熱能熱能 機械能機械能包括：柴油機、汽油機、燃汽輪機、原子能發(fā)包括：柴油機、汽油機、燃汽輪機、原子能發(fā)動機等。在要求輸出功率大，大范圍移動的場動機等。在要求輸出功率大，大范圍移動的場合得到廣泛應(yīng)用。合得到廣泛應(yīng)用。柴油機柴油

10、機汽油機汽油機4.2 熱能熱能 機械能機械能包括：柴油機、汽油機、燃汽輪機、原子能發(fā)包括：柴油機、汽油機、燃汽輪機、原子能發(fā)動機等。在要求輸出功率大，大范圍移動的場動機等。在要求輸出功率大，大范圍移動的場合得到廣泛應(yīng)用。合得到廣泛應(yīng)用。燃汽輪機轉(zhuǎn)子燃汽輪機轉(zhuǎn)子4.3 自然力自然力 機械能機械能包括：水輪機、風(fēng)力機、潮汐發(fā)動機、地?zé)岚l(fā)包括：水輪機、風(fēng)力機、潮汐發(fā)動機、地?zé)岚l(fā)動機、太陽能發(fā)動機等。動機、太陽能發(fā)動機等。風(fēng)力機風(fēng)力機三峽水輪機轉(zhuǎn)子三峽水輪機轉(zhuǎn)子5. 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 機械控制機械控制 電氣控制電氣控制 應(yīng)用最廣泛應(yīng)用最廣泛 液壓控制液壓控制 氣動控制氣動控制 綜合控制綜合控制 現(xiàn)代控

11、制系統(tǒng)設(shè)計需要應(yīng)用微機技術(shù)、接口現(xiàn)代控制系統(tǒng)設(shè)計需要應(yīng)用微機技術(shù)、接口技術(shù)、模擬電路、數(shù)字電路、傳感器技術(shù)、軟件技術(shù)、模擬電路、數(shù)字電路、傳感器技術(shù)、軟件設(shè)計、電力拖動等知識，且向自動化、精密化、設(shè)計、電力拖動等知識，且向自動化、精密化、高速化、智能化方向發(fā)展。高速化、智能化方向發(fā)展?？煽刂茖ο螅嚎煽刂茖ο螅海?）以位移、速度、加速度、溫度、壓力等數(shù)）以位移、速度、加速度、溫度、壓力等數(shù)量的大小為控制對象量的大小為控制對象 分為分為模擬控制模擬控制和和數(shù)字控制數(shù)字控制。（2）以事物的有、無、動、停、高、低等邏輯）以事物的有、無、動、停、高、低等邏輯狀態(tài)為控制對象狀態(tài)為控制對象 邏輯控制。邏輯控

12、制。 剛性機械系統(tǒng)剛性機械系統(tǒng) 運動不具有可控性，一般泛指機械裝置與運動不具有可控性，一般泛指機械裝置與電氣裝置獨立組合的機械系統(tǒng)，只有簡單的開、電氣裝置獨立組合的機械系統(tǒng)，只有簡單的開、關(guān)、正反轉(zhuǎn)、停止等獨立的控制要求。關(guān)、正反轉(zhuǎn)、停止等獨立的控制要求。 傳統(tǒng)的機械，如車床、銑床、鉆床、起重傳統(tǒng)的機械，如車床、銑床、鉆床、起重機等都屬于剛性機械系統(tǒng)。機等都屬于剛性機械系統(tǒng)。普通電動機變速機構(gòu)減速機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)負載2. 改進的剛性機械系統(tǒng)改進的剛性機械系統(tǒng) 以電子控制的調(diào)速電機取代了機械變速裝置。以電子控制的調(diào)速電機取代了機械變速裝置。調(diào)速電動機減速機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)負載電子調(diào)速系統(tǒng)3. 柔性機械系統(tǒng)

13、柔性機械系統(tǒng) 運動具有可控性，借助傳感器或控制電路，通過運動具有可控性，借助傳感器或控制電路，通過微機按位置、位移、速度、壓力、溫度等參數(shù)實微機按位置、位移、速度、壓力、溫度等參數(shù)實施智能化控制。如數(shù)控機床、機器人等。施智能化控制。如數(shù)控機床、機器人等。伺服電動機減速機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)負載伺服控制系統(tǒng)4. 直接驅(qū)動式柔性機械系統(tǒng)直接驅(qū)動式柔性機械系統(tǒng) 省去了傳動機構(gòu)，有更高的運動精度、更快的響省去了傳動機構(gòu)，有更高的運動精度、更快的響應(yīng)速度，有很好的應(yīng)用前景。應(yīng)速度，有很好的應(yīng)用前景。直接驅(qū)動電機負載伺服控制系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計是將機構(gòu)和構(gòu)件具體化為某個零件是將機構(gòu)和構(gòu)件具體化為某個零件或某個部件

14、的形狀、尺寸、聯(lián)接方式、順序、數(shù)或某個部件的形狀、尺寸、聯(lián)接方式、順序、數(shù)量等具體結(jié)構(gòu)方案的過程，用以實現(xiàn)機械對它的量等具體結(jié)構(gòu)方案的過程，用以實現(xiàn)機械對它的工作要求。工作要求。 具體化過程中要考慮材料的力學(xué)性能、零部具體化過程中要考慮材料的力學(xué)性能、零部件的功能、工作條件、加工工藝、裝配、使用、件的功能、工作條件、加工工藝、裝配、使用、成本、安全、環(huán)保等各種因素的影響。成本、安全、環(huán)保等各種因素的影響。 工程知識是從事結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的工程知識是從事結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的前提前提，巧妙，巧妙構(gòu)型與組合是結(jié)構(gòu)創(chuàng)造性設(shè)計的構(gòu)型與組合是結(jié)構(gòu)創(chuàng)造性設(shè)計的核心核心。 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計原則機械結(jié)構(gòu)設(shè)計原則 選擇合適的構(gòu)

15、件材料；具有良好的加工工藝性；選擇適當(dāng)?shù)慕孛嫘螤钆c尺寸；重要零件進行強度、剛度計算與校核；考慮構(gòu)件之間的可聯(lián)接性；構(gòu)件之間不能發(fā)生運動干涉；考慮經(jīng)濟性，盡量降低成本；維修、安裝方便；符合人機工程學(xué)。2. 實現(xiàn)零件功能的結(jié)構(gòu)設(shè)計與創(chuàng)新實現(xiàn)零件功能的結(jié)構(gòu)設(shè)計與創(chuàng)新（1）功能分解）功能分解 零件的每個部位各承擔(dān)著不同的功能，具零件的每個部位各承擔(dān)著不同的功能，具有不同的工作原理。將零件功能分解、細化，有不同的工作原理。將零件功能分解、細化，會有利于提高其工作性能，有利于開發(fā)新功能，會有利于提高其工作性能，有利于開發(fā)新功能，也使零件整體功能更趨于完善。也使零件整體功能更趨于完善。 螺釘螺釘是一種最常用

16、的聯(lián)接零件，其主要功能是是一種最常用的聯(lián)接零件，其主要功能是聯(lián)接。聯(lián)接可靠、防止松動、提高聯(lián)接壽命、抵抗聯(lián)接。聯(lián)接可靠、防止松動、提高聯(lián)接壽命、抵抗破壞能力是設(shè)計的主要目標(biāo)。破壞能力是設(shè)計的主要目標(biāo)。螺釘功能可以分解為螺釘頭、螺釘體、螺釘尾三個螺釘功能可以分解為螺釘頭、螺釘體、螺釘尾三個部分。部分。螺釘頭螺釘頭又可分為扳擰功能與支撐功能；又可分為扳擰功能與支撐功能；螺釘螺釘體體分為定位功能與聯(lián)接功能；分為定位功能與聯(lián)接功能；螺釘尾螺釘尾又導(dǎo)向與保護又導(dǎo)向與保護功能。功能。十字槽圓頭木螺釘c型開槽沉頭自攻螺釘 內(nèi)六角花形沉頭螺釘 不同的不同的螺釘頭螺釘頭類型演化出不同的螺釘類型。類型演化出不同的

17、螺釘類型。內(nèi)六角圓柱頭軸肩螺釘 內(nèi)六角花形盤頭螺釘 滾花小頭螺釘 開槽長圓柱端緊定螺釘 開槽沉頭不脫出螺釘 方頭短圓柱錐端緊定螺釘 內(nèi)六角平端緊定螺釘 開槽平端緊定螺釘 十字槽圓頭木螺釘不同的不同的螺釘尾螺釘尾類型演化出不同的螺釘類型。類型演化出不同的螺釘類型。各部分功能的變化會衍生出種類繁多的螺釘類型。各部分功能的變化會衍生出種類繁多的螺釘類型。長吊環(huán)螺釘 帶環(huán)長吊環(huán)螺釘焊接英制眼型螺栓活節(jié)螺栓自攻螺釘眼式螺栓叉板螺栓U型螺栓空心螺釘各部分功能的變化會衍生出種類繁多的螺釘類型。各部分功能的變化會衍生出種類繁多的螺釘類型。（2）功能組合）功能組合 是指一個零件可以實現(xiàn)多種功能，這樣可是指一個零

18、件可以實現(xiàn)多種功能，這樣可以使整個機械系統(tǒng)更趨于簡單化，簡化制造過以使整個機械系統(tǒng)更趨于簡單化，簡化制造過程，減少材料消耗，提高工作效率，是結(jié)構(gòu)創(chuàng)程，減少材料消耗，提高工作效率，是結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計的一個重要途徑。新設(shè)計的一個重要途徑。 3. 結(jié)構(gòu)元素的變異與演化結(jié)構(gòu)元素的變異與演化 結(jié)構(gòu)元素主要是指結(jié)構(gòu)的形狀、數(shù)量、位結(jié)構(gòu)元素主要是指結(jié)構(gòu)的形狀、數(shù)量、位置、聯(lián)接等要素。經(jīng)過變異的結(jié)構(gòu)元素可適應(yīng)置、聯(lián)接等要素。經(jīng)過變異的結(jié)構(gòu)元素可適應(yīng)不同的工作要求，或比原有結(jié)構(gòu)具有更良好而不同的工作要求，或比原有結(jié)構(gòu)具有更良好而完善的功能。完善的功能。摩擦棘輪內(nèi)棘輪雙動棘輪外棘輪雙向棘輪2雙向棘輪1 4. 適應(yīng)材料

19、性能的結(jié)構(gòu)設(shè)計與創(chuàng)新適應(yīng)材料性能的結(jié)構(gòu)設(shè)計與創(chuàng)新 結(jié)構(gòu)形狀要有利于材料性能的發(fā)揮。材料結(jié)構(gòu)形狀要有利于材料性能的發(fā)揮。材料的性能主要包括：密度、硬度、強度、剛度、的性能主要包括：密度、硬度、強度、剛度、耐磨性、磨合性、耐腐蝕性、傳導(dǎo)性（導(dǎo)電、耐磨性、磨合性、耐腐蝕性、傳導(dǎo)性（導(dǎo)電、導(dǎo)熱、導(dǎo)磁）等。導(dǎo)熱、導(dǎo)磁）等。 零件結(jié)構(gòu)形狀設(shè)計應(yīng)做到：零件結(jié)構(gòu)形狀設(shè)計應(yīng)做到： 揚長避短、剛?cè)岵⑿阅芑パa、合理搭配。揚長避短、剛?cè)岵?、性能互補、合理搭配。揚長避短揚長避短拉應(yīng)力壓應(yīng)力拉應(yīng)力壓應(yīng)力 鑄鐵的抗壓強度比抗拉強度高得多，因此鑄鑄鐵的抗壓強度比抗拉強度高得多，因此鑄鐵機座的肋板就要設(shè)計成承受抗壓狀態(tài)，

20、以充分鐵機座的肋板就要設(shè)計成承受抗壓狀態(tài)，以充分發(fā)揮其優(yōu)勢。上圖結(jié)構(gòu)設(shè)計（發(fā)揮其優(yōu)勢。上圖結(jié)構(gòu)設(shè)計（b）優(yōu)于（）優(yōu)于（a）。）。（a）（b）（a）14個剛性零件和6個轉(zhuǎn)動副（b）單片的柔性元件刮雨器 充分發(fā)揮塑性材料的優(yōu)勢一種新的設(shè)計方法一種新的設(shè)計方法 免裝配設(shè)計免裝配設(shè)計 Design for No-Assembly (DNA ) 一體化訂書機 充分發(fā)揮塑性材料的優(yōu)勢5. 方便制造與操作的結(jié)構(gòu)設(shè)計與創(chuàng)新方便制造與操作的結(jié)構(gòu)設(shè)計與創(chuàng)新 在滿足使用功能的前提下，設(shè)計者應(yīng)力求在滿足使用功能的前提下，設(shè)計者應(yīng)力求使所設(shè)計的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝簡單、消耗少、成本使所設(shè)計的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝簡單、消耗少、成本低、使

21、用方便，操作容易、壽命長。低、使用方便，操作容易、壽命長。最簡單、精練的設(shè)計就是最好的設(shè)計?。╝）（b）（a）（b）方案（b）加工方便，工藝性較好方案（b）增加圓柱面，利于卡盤裝卡。創(chuàng)新設(shè)計方法有很多種，下面簡單介紹創(chuàng)新設(shè)計方法有很多種，下面簡單介紹智力激勵法、提問追溯法、聯(lián)想類推法、返智力激勵法、提問追溯法、聯(lián)想類推法、返向探求法、系統(tǒng)分析法、組合創(chuàng)新法六種。向探求法、系統(tǒng)分析法、組合創(chuàng)新法六種。1智力激勵法智力激勵法人的創(chuàng)造性思維特別是直覺思維在受激發(fā)情況下能得到較好地發(fā)揮。一批人集合在一起，針對某個問題進行討論時，由于各人知識、經(jīng)驗不同，觀察問題的角度和分析問題的方法各異，提出的各種主意

22、能互相啟發(fā)，填補知識空隙，啟發(fā)誘導(dǎo)出更多創(chuàng)造性思想，通過激勵、智慧交流和集智達到創(chuàng)新的目的。 智力互激，思維共振，自由的思想產(chǎn)生創(chuàng)新的火花。智力激勵法是美國學(xué)者奧斯本創(chuàng)造的。它以“群言堂”為特征，是一種集思廣益，相互啟發(fā)的方法 .（頭腦風(fēng)暴會）這種方法的討論原則：這種方法的討論原則： 進行隨心所欲、設(shè)想新穎，但有的放矢、不空談的自由發(fā)言。 不批評別人的設(shè)想。 不提倡少數(shù)服從多數(shù)。 不過早下結(jié)論。 總結(jié)各種設(shè)想，下次再議。2提問追溯法提問追溯法提問追溯法是有針對性地、系統(tǒng)地提出問題，在回答問題過程中，便可能產(chǎn)生各種解決問題的設(shè)想，使設(shè)計所需要的信息更充分，解法更完善。提問追溯法有奧斯本提問法、阿

23、諾爾特提問法、希望點列舉法、缺點列舉法。 希望點列舉法 是根據(jù)發(fā)明者提出來的種種需求和希望，經(jīng)過歸納和概括，尋找發(fā)明課題和設(shè)計構(gòu)思的方法。做法是圍繞一個發(fā)明課題列出各種需要與希望，然后收集起來進行綜合分析，制訂出可行性的發(fā)明方案。敢于質(zhì)疑，敢于提出與眾不同的創(chuàng)意，是科技創(chuàng)新型人才最可貴的品質(zhì)。顧名思義，缺點列舉法就是通過發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有事物的缺陷，把各種缺點一一列舉出來，然后做出改進的一種創(chuàng)新技法。缺點列舉法是發(fā)現(xiàn)問題，而創(chuàng)造發(fā)明就是要解決現(xiàn)存的問題，因此，每發(fā)現(xiàn)一個缺點，提出一個問題，就找到了一個創(chuàng)造發(fā)明的課題。 3聯(lián)想類推法聯(lián)想類推法通過由此及彼的聯(lián)想和異中求同，同中求異的類比，尋求各種創(chuàng)新解法。

24、利用聯(lián)想進行發(fā)明創(chuàng)新是一種常用而且十分有效的辦法。類比聯(lián)想由一事物或現(xiàn)象聯(lián)想到與其有類似特點的其他事物或現(xiàn)象，從而找出創(chuàng)新解法。 想象力比知識更重要，知識是有限的，而想象力是知識進化的源泉。通過相似、相近、對比幾種聯(lián)想的交叉使用4反向探求法反向探求法將人們通常思考問題的思路反轉(zhuǎn)過來，從背逆常規(guī)的途徑探尋新的解法，因此反向探求法亦稱逆向思維法。例如聲音即是振動那么振動為什么不能復(fù)現(xiàn)原聲呢？通過這樣的反問，發(fā)明了留聲機。類似的還有電動機和發(fā)電機，金屬材料的熱處理和冷處理等。 司馬光砸缸是對逆向思維的經(jīng)典解釋。5系統(tǒng)分析法系統(tǒng)分析法對于技術(shù)系統(tǒng)，根據(jù)其組成中影響其性能的全部參量，系統(tǒng)地依次分析搜索，

25、以探索更多和更好的解決問題的途徑。 笨但卻有效的方法，需要進行艱苦細致的工作。6組合創(chuàng)新法組合創(chuàng)新法組合創(chuàng)新法是將現(xiàn)有技術(shù)和產(chǎn)品通過功能、原理、結(jié)構(gòu)等方面的組合變化形成新的技術(shù)思想的和新產(chǎn)品。組合法應(yīng)用的技術(shù)單元一般是已經(jīng)成熟和比較成熟的技術(shù)，不需要從頭開始，因而可以最大限度地節(jié)約人力、物力和財力。組合創(chuàng)新的類型很多，常用的有性能組合、原理組合、功能組合、結(jié)構(gòu)重組、模塊組合等。功能組合：如集復(fù)印、打印、掃描、網(wǎng)絡(luò)功能于一體的數(shù)字辦公系統(tǒng)；帶橡皮的鉛筆，帶U盤的手表等。技術(shù)組合：CT掃描儀將X射線技術(shù)與計算機圖像識別技術(shù)結(jié)合，本質(zhì)并無原理性的突破，然而卻成為20世紀(jì)醫(yī)學(xué)界最重大的發(fā)明成果之一。材

26、料組合：合金、合成纖維、導(dǎo)電塑料等。發(fā)明問題解決理論發(fā)明問題解決理論TRIZ 簡介簡介TRIZ為俄文Teoriya Resheniya Izobretatelskikh Zadatch 的縮寫，英文譯為TheoryofInventiveProblemSolving(TIPS)，是一種應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計或解決難題的策略和方法。 該理論是前蘇聯(lián)工程技術(shù)專家G.S.Altshuler及其領(lǐng)導(dǎo)的一批研究人員，自1946年開始，在分析研究世界各國250萬件成功專利發(fā)明的基礎(chǔ)上歸納所提出的發(fā)明問題解決理論。 當(dāng)系統(tǒng)中同一元素遭遇到兩個相反要求的沖突時，稱為物理矛盾。 當(dāng)系統(tǒng)中某一特性的改善會導(dǎo)致另一特性的惡化

27、時，稱這種沖突為技術(shù)矛盾。 物理矛盾解決方案 例：飛機起落架技術(shù)矛盾解決方案 TRIZ認為發(fā)明的核心問題是解決沖突。設(shè)計人員在設(shè)計過程中不斷地發(fā)現(xiàn)沖突，并利用相應(yīng)的發(fā)明原理解決這些沖突，使產(chǎn)品向理想化的方向進化。 一、技術(shù)沖突理論一、技術(shù)沖突理論 設(shè)計中，設(shè)計人員往往為改善或提高某些子系統(tǒng)的性能，而導(dǎo)致系統(tǒng)中的其他子系統(tǒng)或系統(tǒng)性能變壞與降低，這就是技術(shù)沖突。例如，為了使軸上的零件的固定，采用螺母固定，需在軸上加工螺紋，達到了固定的目的，但是也削弱軸的強度。TRIZ理論的研究人員通過對250萬項的技術(shù)專利進行研究后，提出了用39個抽象的工程參數(shù)來描述技術(shù)沖突問題。 1、技術(shù)沖突、技術(shù)沖突 通用工

28、程參數(shù)名稱表通用工程參數(shù)名稱表該表中的參數(shù)可以分為三類：通用物理與幾何參數(shù)（No.112，No.17，N0.18，No.21）；通用負向技術(shù)參數(shù)（No.15，No.16，No.19，No.20， No.2226，No.30，No.31）；通用正向技術(shù)參數(shù)（No.13，No.14，No.2729，No.3239）。負向的含義是指這些參數(shù)若變大，系統(tǒng)性能變差；正向的含義是指這些參數(shù)若變大，系統(tǒng)的性能變好。 TRIZ理論的研究人員在對全世界專利分析的基礎(chǔ)上，提出了40條發(fā)明原理，用于指導(dǎo)解決沖突和產(chǎn)品創(chuàng)新。發(fā)明原理發(fā)明原理 2、發(fā)明原理、發(fā)明原理 發(fā)明原理詳解及舉例發(fā)明原理詳解及舉例 分割分割a.

29、把一個物體分成幾個獨立的部分b. 把物體變成可組合的c. 增加物體的自由度實例: 組合式家俱, 模塊化計算機組件, 可折疊木尺 花園里澆水的軟管可以接起來以增加長度。抽取抽取a. 從一個物體上抽?。ㄈコ蚍指睿┯袉栴}的部分b. 僅僅抽取有用的部分實例: 為了在機場驅(qū)鳥，使用錄音機來放鳥的叫聲（聲音從鳥身上分離出來）。改變局部品質(zhì)改變局部品質(zhì)a. 從同一類物體/外部環(huán)境/作用的結(jié)構(gòu)變換到不同類結(jié)構(gòu)的物體/外部環(huán)境/作用b. 讓物體不同的部分承擔(dān)不同的功能c. 把物體的每個部分都置于利于其發(fā)揮作的最適合的條件下實例: 為了在采煤中防止煤塵飛揚，就要在掘進機和儲運機上噴水霧，水滴越小抑塵效果越好，但

30、水滴小會影響機械工作，于是就在小水霧層外面裹上大水滴的水霧層。 帶橡皮的鉛筆.不對稱不對稱a. 用不對稱形代替對稱形b. 如果一個物體已經(jīng)對稱了就增加其對稱自由度實例: 加強輪胎一側(cè)的強度以承受路邊的沖擊 通過一個對稱形的漏斗卸載濕黃沙時，會在漏斗上部形成拱形，造成沙流不規(guī)則流動。用一個不對稱形的漏斗就可以消除這種拱形?；旌匣旌蟖. 混合在空間上類同的物體或有相近趨勢的物體b. 混合在時間上類同或有相近、相反趨勢的作法實例： 在凍土上進行掘進作業(yè)，就要在掘進機上加上一蒸汽噴管以融化凍結(jié)的地面多樣性多樣性使物體具有多重功能，以消除對其他物體的需求實例: 可變成床的沙發(fā) 工具車上的后排座可以坐、靠

31、背放倒后可躺、折疊起來可以裝貨嵌套嵌套a. 讓物體一個個依次包容起來b. 把一個物體放在另一個物體的空腔中實例: 望遠天線 椅子可以一個個又疊起來以利存放 活動鉛筆里存放筆芯平衡力平衡力a. 把一個帶有上升力的物體和一個重物組合在一起以抵消重物的重量b. 通過環(huán)境提供的空氣動力或水動力來平衡物體的重量實例: 水翼艇 賽車上增加后翼以增大車輛的貼地力先施加反作用力先施加反作用力a. 先施加反作用力b. 物體在承受張力或要承受張力的情況下，就先施加一個壓力實例: 預(yù)應(yīng)力混凝土樓板或柱子 預(yù)應(yīng)力軸是由幾個預(yù)先扭了特定角度的管子組成預(yù)先施加作用力預(yù)先施加作用力a. 預(yù)先就加上所有或部分所需的作用力b.

32、 把物體預(yù)先放置在一個合適的位置以讓其能及時地發(fā)揮作用實例: 把刀放在刀鞘中以保護刀鋒 橡皮泥很難快速均勻地成形，那就把它放到成形模中以利快速成形并節(jié)省材料預(yù)先加上補償預(yù)先加上補償為補償物體的低可靠性，則預(yù)先加上一些反作用措施實例: 商品上加上磁性條來防盜等位等位改變物體的工況以使之不上升或下降實例: 汽車發(fā)動機換機油時，工人只要把車開到維護槽上進行維修即可，不必使用任何起重設(shè)備倒置倒置a. 對于一些特定問題的處理方法，可以用反向操作法b. 讓物體的移動部分或外部環(huán)境停下來，而讓不動的部分動起來c. 讓物體上下顛倒實例: 研磨物體時需要震動物體圓球化圓球化a. 用曲線或曲面替換直線或平面，用球

33、體替代立方體。b. 使用圓柱體、球體或螺旋體c. 用旋轉(zhuǎn)運動來代替直線運動；利用離心力。實例: 計算機鼠標(biāo)用一個球體來傳輸X和Y兩個軸方向的運動。機械振動機械振動a. 讓物體振動起來b. 已有振動存在就加大振動頻率，甚至至超聲區(qū)c. 利用共振d. 用壓電振動代替機械振動e. 超聲振動要結(jié)合電磁場區(qū)域?qū)嵗? 要切除體內(nèi)的結(jié)石而又不傷及皮膚，就可以用超聲刀來代替手術(shù)刀 通過振動鑄模來提高填充效果和零件質(zhì)量 沖擊鉆 振動壓路機等周期性作用周期性作用a. 變持續(xù)性作用為周期性（脈沖）作用b. 如果作用已經(jīng)是周期性的，就改變其頻率c. 在脈沖中套脈沖以達到其他效果實例: 用沖擊鈑手支擰松一個銹蝕的螺母時

34、，就要用脈沖力而不是持續(xù)力 報警燈使用脈沖方式比其他方式效果更好自我服務(wù)自我服務(wù)a. 使物體具有自我服務(wù)的功能并帶上附助物和維修的作用b. 利用廢棄物和剩余能量實例: 為防止鍍層磨損后要磨料來研磨，就在其表面放上研磨材料 對于電焊槍，焊條的進給是通過一個特殊的裝置來控置的，為了簡化系統(tǒng)，焊條通過一個螺線管由焊接電流來控制。替換機械系統(tǒng)替換機械系統(tǒng)a. 用聲學(xué)、光學(xué)、嗅覺系統(tǒng)替換機械系統(tǒng)b. 用電、磁或電磁場來共同作用于物體c. 替換作用場1. 帶有移動作用場的固定作用場2. 帶有隨時間變化的固定作用場3. 帶有結(jié)構(gòu)化作用場的隨機作用場d. 利用鐵磁粒子相關(guān)連的作用場實例: 為增加金屬和塑料的粘

35、結(jié)力，就引入電磁場作用于金屬氣動或液壓結(jié)構(gòu)氣動或液壓結(jié)構(gòu)用氣體或液體替換物體的固體部分。實例： 為增加工業(yè)煙囪的效率，在其口部加上一個螺旋形的管路，當(dāng)風(fēng)流過管路時形成一堵風(fēng)墻，以減少阻力。 在運輸易碎產(chǎn)品進，就要使用充氣泡材料使用多孔材料使用多孔材料a. 使物體多孔或在其表面、內(nèi)部等區(qū)域加上多孔材料b. 如果物體已經(jīng)是多孔的，就預(yù)先用其他材料把孔填上實例: 為避免冷卻機械時輸送冷凝劑，那么機械中的一些零件就采用多孔材料，里面充滿了冷凝劑，機械啟動時冷凝劑蒸發(fā)，以達到短時有效的冷卻效果。熱膨脹熱膨脹a. 利用散熱或?qū)岬牟牧蟗. 利用不同傳導(dǎo)率的材料實例: 為方便花房的天窗的開關(guān)，窗板就要使雙相

36、金屬板來防止變形3、沖突消解、沖突消解 TRIZ理論中，39項工技術(shù)參數(shù)描述了系統(tǒng)中問題的空間，40條發(fā)明原理則填充了問題的空間。TRIZ理論研究人員通過長時間的分析與研究，提出了沖突矩陣的概念。矩陣的行表示沖突中的惡化參數(shù)，列則表示改善參數(shù)，單元格中列出了該問題的原理解（用原理解的序列號表示）。 使用該沖突矩陣解決設(shè)計中的實際問題時，首先應(yīng)該確定問題中的沖突，并分析沖突中哪能些問題是有利因素，哪些問題是不利因素。再將有利的因素與不利的因素轉(zhuǎn)化為39個工程技術(shù)參數(shù)中的某一個參數(shù)，然后利用矩陣找出原理解。對原理解進行分析，獲得解決實際問題的方法。技術(shù)沖突解決原理的步驟技術(shù)沖突解決原理的步驟1 定

37、義待設(shè)計系統(tǒng)的名稱；2 確定待設(shè)計系統(tǒng)的主要功能；3 列出待設(shè)計系統(tǒng)的關(guān)鍵子系統(tǒng)、各種輔助功能；4 對待設(shè)計系統(tǒng)的操作進行描述；5 確定待設(shè)計系統(tǒng)應(yīng)改善的特性、應(yīng)該消除的特性；6 將涉及到的參數(shù)要按標(biāo)準(zhǔn)的39個工程參數(shù)重新描述；7 對技術(shù)沖突進行描述：如果某一工程參數(shù)要得到改善， 將導(dǎo)致那些參數(shù)惡化；8 對技術(shù)沖突進行另一種描述：假如降低參數(shù)惡化的程度，要改善參數(shù)將被虛弱，或另一惡化參數(shù)被加強；9 在沖突矩陣中由沖突雙方確定相應(yīng)的矩陣元素；10 由上述元素確定可用發(fā)明原理；11 將所確定的原理應(yīng)用于設(shè)計者的問題；12 找到、評價并完善概念設(shè)計及后續(xù)的設(shè)計。 例如振動篩的TRIZ理論問題解可以這

38、樣進行分析。首先經(jīng)過實踐證明篩網(wǎng)的損壞是設(shè)備報廢的原因之一， 尤其對篩分垃圾的振動篩更是如此。經(jīng)分析認為篩網(wǎng)面積大，篩分效率高，是有利的一個方面；但由此篩網(wǎng)接觸物料的面積也增大，則物料對篩網(wǎng)的傷害也就增大。將分析的結(jié)果用抽象的技術(shù)參數(shù)術(shù)語來描述，有利的因素是第5條，即“運動物體的面積”；有害的因素則是第30條“物體外部因素作用的敏感性”。根據(jù)沖突解決原理矩陣，可確定原理解的序列號為22，1，33，28。其中序列號為1的發(fā)明原理是“分割”，根據(jù)這條原理，設(shè)計時可考慮將篩網(wǎng)制成小塊狀，再聯(lián)接成一體，局部損壞，局部更換。序列號為33的發(fā)明原理是“同質(zhì)性”，即采用相同或相似的物質(zhì)制造與某物體相互作用的物體。分析這條原理，認為用于篩分垃圾的振動篩網(wǎng)易損的主要原因是物料的沾濕性與腐蝕性所致。參考發(fā)明原理，采用同質(zhì)性材料制作篩網(wǎng)，如選用耐腐蝕的聚氨酯。實踐證明，經(jīng)過這樣的設(shè)計創(chuàng)新，取得了很好的應(yīng)用效果。 二、技術(shù)進化理論二、技術(shù)進化理論從歷史觀點看，事物不斷地向前發(fā)展，而技術(shù)創(chuàng)新正是推動事物向前發(fā)展的直接動力。技術(shù)處于進化之中，預(yù)測未來技術(shù)進化的過程，快速開發(fā)新一代產(chǎn)品，迎接未來變化的挑戰(zhàn)，對任何制造企業(yè)競爭力