第2講緒論工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論與方法

1、 機(jī)械設(shè)計(jì)及理論研究所School of Mechanical Engineering, Tongji University 機(jī)械與能源工程學(xué)院 孫遠(yuǎn)韜 工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法第2講 機(jī)械現(xiàn)代優(yōu)化 設(shè)計(jì)方法工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論主要現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法主要現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法優(yōu)化設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 可靠性設(shè)計(jì)可靠性設(shè)計(jì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)動態(tài)設(shè)計(jì)動態(tài)設(shè)計(jì)智能設(shè)計(jì)智能設(shè)計(jì)虛擬設(shè)計(jì)虛擬設(shè)計(jì)可視化設(shè)計(jì)可視化設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)并行設(shè)計(jì)并行設(shè)計(jì)數(shù)字化設(shè)計(jì)數(shù)字化設(shè)計(jì)疲勞設(shè)計(jì)疲勞設(shè)計(jì)摩擦設(shè)計(jì)摩擦設(shè)計(jì)有限元法有限元法綠色設(shè)計(jì)綠色設(shè)計(jì)價值工程價值工程相似設(shè)計(jì)相似設(shè)計(jì)工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1

2、章-緒論2機(jī)械動態(tài)特性是指機(jī)械本身的固有頻率、阻尼特性和對應(yīng)于各階固有頻率的振型，以及機(jī)械在動載荷作用下的響應(yīng)。前者是機(jī)械設(shè)備在工作條件下振動情況分析的基本要素，后者為機(jī)械設(shè)備動強(qiáng)度分析提供必要的條件。動態(tài)設(shè)計(jì)的目的是按照機(jī)械動態(tài)特性的要求對機(jī)械設(shè)備或構(gòu)圖(圖形)進(jìn)行審核、修改或重新設(shè)計(jì)。相關(guān)的工作有：（1） 理論建模；（2） 實(shí)驗(yàn)建模；（3） 動力學(xué)分析；（4） 機(jī)械結(jié)構(gòu)動力修改與動態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)。機(jī)械動態(tài)設(shè)計(jì)工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論同濟(jì)大學(xué)動態(tài)分析動態(tài)分析l模態(tài)分析 - 計(jì)算線性結(jié)構(gòu)的自振頻率及振形. 模態(tài)分析是用來確定結(jié)構(gòu)的振動特性的一種技術(shù)：l自然頻率l振型模態(tài)分析是所有動力學(xué)

3、分析類型的最基礎(chǔ)的內(nèi)容。整機(jī)模態(tài)分析整機(jī)模態(tài)分析工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論同濟(jì)大學(xué)模態(tài)分析的作用：模態(tài)分析的作用：l使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)避免共振或以特定頻率進(jìn)行振動使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)避免共振或以特定頻率進(jìn)行振動（例如揚(yáng)聲器）；（例如揚(yáng)聲器）； 拆除機(jī)器人工作在強(qiáng)振動環(huán)境下，其工作裝置為液壓沖擊器，設(shè)計(jì)時需確保其激振源頻率避開整機(jī)的一階固有頻率 。 工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論同濟(jì)大學(xué)1階模態(tài)振型為整個工作臂作為一個整體在可旋轉(zhuǎn)機(jī)座上做橫向擺動階模態(tài)振型為整個工作臂作為一個整體在可旋轉(zhuǎn)機(jī)座上做橫向擺動 拆除機(jī)器人的激振源拆除機(jī)器人的激振源(液壓沖擊器液壓沖擊器)的頻率為的頻率為7.512.5Hz

4、，而其，而其1階模態(tài)頻階模態(tài)頻率為率為12.305Hz，正好處于這一區(qū)間，這說明在拆除機(jī)器人工作在最高工，正好處于這一區(qū)間，這說明在拆除機(jī)器人工作在最高工作頻率的時候，極易誘發(fā)其作頻率的時候，極易誘發(fā)其1階模態(tài)，因此需要對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的改階模態(tài)，因此需要對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，以避開其進(jìn)，以避開其1階固有頻率，提高整機(jī)的動力學(xué)特性。階固有頻率，提高整機(jī)的動力學(xué)特性。 1階振型圖 工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論6智能工程是一門關(guān)于知識的自動化處理和應(yīng)用技術(shù)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用學(xué)科。知識是指全面知識，既包含理論知識和經(jīng)驗(yàn)知識，又包括數(shù)值模型及符號模型描述的知識?！爸R的自動化處理和應(yīng)用”是指用計(jì)算

5、機(jī)對知識進(jìn)行獲取、表達(dá)、集成、管理、協(xié)調(diào)及使用等。該定義表達(dá)了智能工程的目的、內(nèi)容和工作對象。 智能工程工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論7可靠性指的是產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。 可靠性設(shè)計(jì)的特點(diǎn)：（1） 可靠性設(shè)計(jì)法認(rèn)為作用在零部件上的載荷(廣義的)和材料性能等都不是定值，而是隨機(jī)變量，具有明顯的離散性質(zhì)，在數(shù)學(xué)上必須用分布函數(shù)來描述；（2） 由于載荷和材料性能等都是隨機(jī)變量，必須用概率統(tǒng)計(jì)的方法求解；（3） 可靠性設(shè)計(jì)法認(rèn)為所設(shè)計(jì)的任何產(chǎn)品都存在一定的失效可能性，并且可以定量地回答產(chǎn)品在工作中的可靠程度。具體工作包括：（1） 零部件的可靠性設(shè)計(jì)；（2） 系統(tǒng)的可靠

6、性設(shè)計(jì)；（3） 機(jī)械系統(tǒng)的故障樹分析；（4） 可靠性試驗(yàn)?？煽啃栽O(shè)計(jì)工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論8人機(jī)工程是從系統(tǒng)論的觀點(diǎn)研究“人機(jī) (操作者的工作對象和環(huán)境)系統(tǒng)”中人、機(jī)之間的交互作用，研究人的生理和心理特征，合理分配人與機(jī)器的功能，正確設(shè)計(jì)人、機(jī)界面，使人、機(jī)相互協(xié)調(diào)，發(fā)揮最大的潛力。在封閉的“人機(jī)系統(tǒng)”中，機(jī)器的顯示器顯示生產(chǎn)過程的信息變化；人的感受器(眼、耳等)感知和接受信息，傳給分析器(大腦)，對信息進(jìn)行分析、處理、存儲、決策；由執(zhí)行器(四肢)根據(jù)決策信息作出反應(yīng)，操縱機(jī)器的控制器，使機(jī)器的工作狀態(tài)發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的轉(zhuǎn)變，從而在機(jī)器的顯示器上顯示新的信息。人機(jī)工程工程

7、機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論這個開關(guān)是開還是關(guān)?這個開關(guān)是開還是關(guān)?工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論人類習(xí)慣性在北美這個開關(guān)是關(guān)的在歐洲和亞洲這個開關(guān)是開的工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論11人機(jī)工程研究封閉的“人機(jī)系統(tǒng)”的每個環(huán)節(jié)的特性及信息的傳遞：主要感受器(眼睛)感受信息的范圍(視野)、能力(視力)、差別(視差)；分析器(人腦)感知、解釋和處理信息的速度、時間、變化規(guī)律；執(zhí)行器(四肢)產(chǎn)生力的過程和范圍，作出反應(yīng)的速度和準(zhǔn)確度；機(jī)器的控制器和顯示器這兩個人機(jī)界面如何設(shè)計(jì)，才能使顯示和控制在空間、位置、運(yùn)動、人的習(xí)慣模式上相互協(xié)調(diào)，適合人的生理與心理特征，提高傳遞信息的準(zhǔn)確度和

8、速度，符合思維邏輯，創(chuàng)造良好的工作條件。在機(jī)器的自動化程度日益提高的時代，要研究不斷變化的人機(jī)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)出更好的合乎人機(jī)工程要求的機(jī)器。工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論12并行工程是集成地、并行地設(shè)計(jì)產(chǎn)品及其相關(guān)的各種過程(包括制造、后勤等)的系統(tǒng)方法。要求產(chǎn)品開發(fā)人員在設(shè)計(jì)伊始，就考慮產(chǎn)品整個生命周期中從概念形成到報(bào)廢處理的所有因素，充分利用企業(yè)內(nèi)的一切資源，最大限度地滿足市場和用戶的需求。并行工程的目的在于尋求新產(chǎn)品的易制造性、縮短上市周期和增強(qiáng)市場競爭能力。要求集中涉及產(chǎn)品壽命的所有部門的工程技術(shù)人員，組成并行設(shè)計(jì)組，共同設(shè)計(jì)制造產(chǎn)品，對產(chǎn)品的各種性能和制造過程進(jìn)行計(jì)算機(jī)動態(tài)仿真，生

9、成軟樣品或快速出樣，進(jìn)行分析評議，改進(jìn)設(shè)計(jì)，取得最優(yōu)結(jié)果，一次成功。利用計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理、信息集成和網(wǎng)絡(luò)通信的能力，發(fā)揮并行設(shè)計(jì)組的集體力量，將新產(chǎn)品開發(fā)研究和生產(chǎn)準(zhǔn)備等各種工程活動盡可能并行交叉地進(jìn)行。這對換代快、批量不大的產(chǎn)品，能顯著縮短周期、提高質(zhì)量。并行工程工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論13并行工程的內(nèi)涵還包含了人的因素和企業(yè)文化。如果說，新產(chǎn)品按“設(shè)計(jì)試制樣機(jī)修改設(shè)計(jì)工藝準(zhǔn)備正式投產(chǎn)”的串行工程方法容易造成各自為政、效率低下的結(jié)果的話，并行工程則能改變企業(yè)組織結(jié)構(gòu)和工作方法，促進(jìn)人們之間的相互理解，激勵積極性，提高協(xié)同作戰(zhàn)的能力，塑造良好的企業(yè)文化氛圍，形成一個適合人類發(fā)展需要

10、的社會技術(shù)系統(tǒng)。工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論協(xié)同設(shè)計(jì)協(xié)同設(shè)計(jì)l在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，產(chǎn)品性能的分析與優(yōu)化不僅僅局限于產(chǎn)品的零部件，更重要的是面向產(chǎn)品整體，同時由于產(chǎn)品在工作中具有多種工況，對產(chǎn)品性能分析與優(yōu)化就存在多個不同領(lǐng)域的分析，包括靜/動態(tài)分析、熱分析和優(yōu)化等。對產(chǎn)品性能分析與優(yōu)化這一設(shè)計(jì)任務(wù)來講，可分解為多個子任務(wù)，構(gòu)成分析的多任務(wù)，可采用多任務(wù)機(jī)制和多任務(wù)間的協(xié)同策略來提高分析效率，從而縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期。工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論螺旋卸船機(jī)例子螺旋卸船機(jī)例子工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論袋物裝船機(jī)的方式袋物裝船機(jī)的方式兩種轉(zhuǎn)運(yùn)方式兩種轉(zhuǎn)運(yùn)方式該設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜該設(shè)備

11、結(jié)構(gòu)復(fù)雜水泥袋擠壓空氣，影響加緊水泥袋擠壓空氣，影響加緊水泥袋速度過快水泥袋速度過快工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論原理原理螺旋滑槽結(jié)構(gòu)示意圖工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論螺旋滑槽簡介水泥袋與滑槽的摩擦系數(shù)工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論摩擦系數(shù)測定摩擦系數(shù)測定鋼板水泥袋鋼板水泥袋測力計(jì)不同規(guī)格物料袋不同規(guī)格物料袋靜摩擦系數(shù)靜摩擦系數(shù)50kg水泥袋0.44225kg化工原料袋0.36725kg大米袋0.364動摩擦系數(shù)動摩擦系數(shù)0.352工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論螺旋滑槽的仿真與樣機(jī)試驗(yàn)對比水泥袋螺旋下滑時間是4.7s（不考慮水泥袋經(jīng)過入料口時間）水泥袋進(jìn)入滑槽后大致保

12、持速度不變工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論21模塊是具有一定功能和特定結(jié)合要素的零件、組件或部件。模塊化產(chǎn)品是由一組特定模塊在一定范圍內(nèi)組成不同功能或功能相同而性能不同的產(chǎn)品。設(shè)計(jì)模塊和模塊化產(chǎn)品，可以滿足日益增長的多品種、多規(guī)格的要求。模塊系統(tǒng)的特點(diǎn)是便于發(fā)展變型產(chǎn)品，更新?lián)Q代，縮短設(shè)計(jì)和供貨周期，提高性能價格比，便于維修，但對于結(jié)合部位和形體設(shè)計(jì)有特殊要求。設(shè)計(jì)模塊系統(tǒng)產(chǎn)品，先要建立模塊系列型譜，按型譜的橫系列、縱系列、全系列、跨系列或組合系列進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定設(shè)計(jì)參數(shù)，按功能分析法建立功能模塊，設(shè)計(jì)基本模塊、輔助模塊、特殊模塊和調(diào)整模塊及其結(jié)合部位要素，進(jìn)行排列組合與編碼，設(shè)計(jì)基型和擴(kuò)展

13、型產(chǎn)品。模塊系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和管理，更顯示了模塊化設(shè)計(jì)的優(yōu)越性。模塊化設(shè)計(jì)工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論22?；O(shè)計(jì)是在開發(fā)新產(chǎn)品時，在相似的模擬工作條件下設(shè)計(jì)相似的模型進(jìn)行試驗(yàn)，通過測定模型性能，預(yù)測產(chǎn)品原型性能，分析設(shè)計(jì)的可行性并進(jìn)行必要的修改，進(jìn)一步取得最優(yōu)參數(shù)和結(jié)構(gòu)。產(chǎn)品系列設(shè)計(jì)就是在基型設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過相似原理求出系列中其它產(chǎn)品的參數(shù)和尺寸。設(shè)計(jì)步驟：先設(shè)計(jì)基型產(chǎn)品，確定產(chǎn)品系列是幾何相似還是半相似，選擇計(jì)算級差，求得擴(kuò)展型產(chǎn)品的參數(shù)尺寸，確定系列產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)尺寸。幾何相似的產(chǎn)品還可按相似關(guān)系以生產(chǎn)成本進(jìn)行估算。工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論23人們在長期探索自然規(guī)律

14、的過程中，逐漸形成了研究自然界和工程中各種相似現(xiàn)象的“相似方法”、“?；O(shè)計(jì)方法”和相應(yīng)的相似理論、模擬理論。相似方法就是把個別現(xiàn)象的研究結(jié)果推廣到所有相似現(xiàn)象上去的方法。相似理論是現(xiàn)象模擬和研究相似現(xiàn)象的基礎(chǔ)。目前在大型復(fù)雜設(shè)備和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，一般都要在相似理論指導(dǎo)下，通過?；椒ê湍Ｐ驮囼?yàn)，使方案取得合理參數(shù)，預(yù)測設(shè)備的性能。當(dāng)前用計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行相似性設(shè)計(jì)和代替模型試驗(yàn)，已取得明顯的效果。解決相似問題的關(guān)鍵是找出相似系統(tǒng)各尺寸參數(shù)的相似比。根據(jù)各種物理現(xiàn)象的關(guān)系式推導(dǎo)出的由物理量組成的無量綱數(shù)群為相似準(zhǔn)則。與相似準(zhǔn)則各參數(shù)對應(yīng)相似比組成的關(guān)系式稱為相似指標(biāo)。在基本相似條件和相似三定律的基

15、礎(chǔ)上，用相似準(zhǔn)則、方程分析、量綱分析列出相似比方程，然后求得相似比。相似性設(shè)計(jì)工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論24摩擦學(xué)是研究相對運(yùn)動表面的科學(xué)及其有關(guān)的應(yīng)用技術(shù)。由于摩擦損耗約占世界能源總消耗量的1/21/3，在一般機(jī)械中磨損失效的零件約占全部報(bào)廢零件的4/5，為節(jié)約能源、提高設(shè)備可靠性、發(fā)展高速機(jī)械和生產(chǎn)過程自動化，摩擦學(xué)研究發(fā)展得很迅速。摩擦學(xué)設(shè)計(jì)是機(jī)械構(gòu)件的運(yùn)動學(xué)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度設(shè)計(jì)之后的重要設(shè)計(jì)組成部分。以摩擦、磨損及潤滑理論為基礎(chǔ)，以系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)，通過一系列分析計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)類比，合理設(shè)計(jì)機(jī)械零部件，采用先進(jìn)材料和工藝，正確選用潤滑方式和裝置，預(yù)測并排除可能發(fā)生的故障，減少機(jī)械設(shè)備的摩

16、擦損耗，達(dá)到經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定磨損率，提高設(shè)備的工作效率和運(yùn)行可靠性。 摩擦學(xué)設(shè)計(jì)工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論25目前摩擦學(xué)研究的主要內(nèi)容有：（1）摩擦與磨損機(jī)理：研究相對運(yùn)動表面之間的物理化學(xué)作用和表面性能的變化，控制和預(yù)測磨損過程。（2）潤滑理論：研究流體動壓和靜壓潤滑、彈性流體動壓潤滑、邊界潤滑等理論，以指導(dǎo)機(jī)械零部件的潤滑設(shè)計(jì)。（3）新型耐摩減摩材料與表面處理工藝：這些表面處理工藝改善了材料表面的摩擦磨損特性、節(jié)約貴金屬、降低成本。（4）新型潤滑材料。（5）測試技術(shù)：目前對零件表面幾何形狀的改變、磨屑尺寸數(shù)量及形貌特征，機(jī)械振動與噪聲等摩擦磨損因素，已可用放射性同位素分析儀、振動與噪聲

17、監(jiān)測儀等進(jìn)行監(jiān)測、診斷和早期識別，隨時了解設(shè)備特別是大型復(fù)雜機(jī)械設(shè)備和自動生產(chǎn)線的工況，及時采取措施，將計(jì)劃維修制度改為自動預(yù)測維修制度。工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論26價值工程是從產(chǎn)品的功能研究開始，對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)，或重新審查設(shè)計(jì)圖樣文件，剔除那些與用戶要求的功能無關(guān)的材料、結(jié)構(gòu)、零部件，代以更新的構(gòu)思，設(shè)計(jì)出功能相同而成本更低的產(chǎn)品。價值指的是事物的用途或積極作用。用戶購買商品，最主要是購買該商品的功能，設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到的是使用功能和美學(xué)功能。產(chǎn)品成本是產(chǎn)品的各項(xiàng)生產(chǎn)費(fèi)用的總和。降低成本要了解產(chǎn)品費(fèi)用的組成，估算產(chǎn)品的制造費(fèi)用，研究產(chǎn)品產(chǎn)量與成本、銷售量與利潤之間的關(guān)系，進(jìn)行盈虧分析

18、。價值=功能/成本。對功能定量賦值的方法很多，如對某產(chǎn)品的主要技術(shù)性能從理想值到超差值分為11級，對應(yīng)于100分，即為功能值。又如按產(chǎn)品中各零件的不同功能計(jì)算功能成本等。價值工程設(shè)計(jì)的基本步驟是：了解設(shè)計(jì)對象，明確要求的功能，分析成本的組成，進(jìn)行價值初評，制定改進(jìn)方案，獲得價值最高的新產(chǎn)品。價值工程工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論27三次設(shè)計(jì)是日本質(zhì)量管理學(xué)家田口玄一在上世紀(jì)60年代提出的一種設(shè)計(jì)方法：把新產(chǎn)品、新工藝設(shè)計(jì)分為三個階段，稱為三次設(shè)計(jì)法。第一次設(shè)計(jì)稱為系統(tǒng)設(shè)計(jì)。根據(jù)市場調(diào)查，規(guī)劃產(chǎn)品功能，確定產(chǎn)品基本結(jié)構(gòu)及組成該產(chǎn)品的各種零部件的參數(shù)，提出初始設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要依靠專業(yè)技

19、術(shù)人員的專業(yè)知識進(jìn)行。 第二次設(shè)計(jì)稱為參數(shù)設(shè)計(jì)。在初始設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，對各零、部件參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化組合，完成最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，使產(chǎn)品的技術(shù)特性合理，穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)，成本低廉。第三次設(shè)計(jì)稱為容差設(shè)計(jì)。在最優(yōu)設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析導(dǎo)致產(chǎn)品技術(shù)特性波動的原因，找出關(guān)鍵零部件，確定合適的容差，進(jìn)而確定定差，并求得質(zhì)量和成本的最佳平衡。 三次設(shè)計(jì)工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論28技術(shù)引進(jìn)是促進(jìn)民族經(jīng)濟(jì)高速增長的戰(zhàn)略措施。要取得最佳技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益，必須對引進(jìn)技術(shù)進(jìn)行深入研究、消化和創(chuàng)新、開發(fā)出先進(jìn)產(chǎn)品，形成自己的技術(shù)體系。反求工程是針對消化吸收先進(jìn)技術(shù)的系列分析方法和應(yīng)用技術(shù)的組合。反求工程

20、包括設(shè)計(jì)反求、工藝反求、管理反求等各個方面。以先進(jìn)產(chǎn)品的實(shí)物、軟件(圖樣、程序、技術(shù)文件等)或影象(圖片、照片等)作為研究對象，應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)的理論方法、生產(chǎn)工程學(xué)、材料學(xué)和有關(guān)專業(yè)知識，進(jìn)行系統(tǒng)地分析研究，探索掌握其關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)而開發(fā)出同類產(chǎn)品。反求工程設(shè)計(jì)工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論29反求工程的次序是首先進(jìn)行反求分析，針對反求對象的不同形式實(shí)物、軟件或影象，采用不同的方法。實(shí)物(如機(jī)器設(shè)備)的反求，可用實(shí)測手段獲得所需參數(shù)和性能、材料、尺寸等。軟件(如圖樣)可直接分析了解產(chǎn)品和各部件的尺寸、結(jié)構(gòu)和材料，但掌握使用性能和工藝，則要通過試制和試驗(yàn)。影象則可用透視法與解析法求出主要尺寸間

21、的大小相對關(guān)系，用機(jī)器與人或已知參照物對比，求出幾個絕對尺寸，推算其它尺寸。材料和工藝等都需通過試制和試驗(yàn)才能解決。在充分分析的基礎(chǔ)上，才能進(jìn)行不同的反求設(shè)計(jì)。 工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論l頭腦風(fēng)暴法l變異創(chuàng)新法 l組合創(chuàng)新法 l機(jī)遇利用法 l技術(shù)移植法l逆向構(gòu)思法lTriz創(chuàng)新方法創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論l智力激勵法頭腦風(fēng)暴法 1智力激勵法的四項(xiàng)原則 美國創(chuàng)造學(xué)家奧斯本提出的智力激勵法，是一種典型的群體集智法。它是通過召開智力激勵會來實(shí)施的。工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論 l）自由思考原則 這一原則是要求與會者盡可能地解放思想，無拘無束地思

22、考問題，不必顧慮自己的想法是否“離經(jīng)叛道”或“荒唐可笑”。 2）延遲評判原則 這一原則是限制在討論問題時過早地進(jìn)行評判。傳統(tǒng)會議上，人們習(xí)慣于對自以為不正確、不可行的設(shè)想迫不及待地提出批評意見或作出結(jié)論，這實(shí)際上是壓制不同的想法，甚至還會扼殺具有創(chuàng)造性的萌芽方案。美國一些心理學(xué)家在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)，推遲判斷，在集體思考問題時可多產(chǎn)生70的新設(shè)想，在個人思考問題時可多產(chǎn)生90的新設(shè)想。因此，奧斯本智力激勵法特別強(qiáng)調(diào)，與會者在會上不要使用 諸如 ： “這根本行不通！” “這個想法太荒唐了！” “這個方案真是絕了” 之類的 “扼殺句” 或 “捧殺句” 。l對設(shè)想的評判，應(yīng)等到大家暢談結(jié)束后，再組織有

23、關(guān)人士進(jìn)行分析。在智力激勵會上應(yīng)貫徹四條原則：工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論3）以量求質(zhì)原則 奧斯本認(rèn)為，在設(shè)想問題時，越是增加設(shè)想的數(shù)量，就越有可能獲得有價值的創(chuàng)意。通常，最初的設(shè)想不大可能最佳。有人曾用試驗(yàn)表明，一批設(shè)想的后半部分的價值要比前半部分高78。因此，奧斯本智力激勵法強(qiáng)調(diào)與會者要在規(guī)定的時間內(nèi)加快思維的流暢性、靈活性和求異性，盡可能多而廣地提出有一定水平的新設(shè)想，以大量的設(shè)想來保證質(zhì)量較高的設(shè)想的存在。 4）綜合改善原則 這是鼓勵與會者積極參與知識互補(bǔ)、智力互激和信息增殖活動。俗話說：“三個臭皮匠，頂個諸葛亮”。幾個人在一起商量或綜合大家的想法，總可以強(qiáng)化自己的思維能力和提

24、高思考的水平。 奧斯本智力激勵會要求與會者要仔細(xì)傾聽他人的發(fā)言，注意在他人啟發(fā)下及時修正自己不完善的設(shè)想，或?qū)⒆约旱南敕ㄅc他人的想法加以綜合，再提出更完善的創(chuàng)意或方案。在智力激勵會上，任何一個人提出的新設(shè)想都構(gòu)成對其他人的信息刺激，具有知識互補(bǔ)和互相誘發(fā)激勵的作用。工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論 2智力激勵法運(yùn)用程序 1）智力激勵會的準(zhǔn)備 A.選主持人掌控；B.確定主題；C.參會人選人數(shù)，結(jié)構(gòu)；D.提前通知有備而來2）熱身活動引子3）明確問題簡要說明，留有空間4）自由暢談四項(xiàng)原則（自由思考、延遲評判、以量求質(zhì)、綜合改善） 5）加工整理 工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論雪美好舉例工程機(jī)

25、械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論 雪災(zāi)難工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論 雪清理 電線上的雪？工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論乘坐直升機(jī)去乘坐直升機(jī)去掃電線上的雪掃電線上的雪用電熱來用電熱來化解冰雪化解冰雪用振蕩技用振蕩技術(shù)來清雪術(shù)來清雪 按照這種會議規(guī)則，大家七嘴八舌地議論開來。按照這種會議規(guī)則，大家七嘴八舌地議論開來。工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論 對于這種對于這種“坐飛機(jī)掃雪坐飛機(jī)掃雪”的設(shè)想，大家心里盡的設(shè)想，大家心里盡管覺得滑稽可笑，但在會上也無人提出批評。管覺得滑稽可笑，但在會上也無人提出批評。 相反，有一工程師在百思不得其解時，聽到用相反，有一工程師在百思不得其解時，

26、聽到用飛機(jī)掃雪的想法后，大腦突然受到?jīng)_擊，一種簡單飛機(jī)掃雪的想法后，大腦突然受到?jīng)_擊，一種簡單可行且高效率的清雪方法冒了出來。他想，每當(dāng)大可行且高效率的清雪方法冒了出來。他想，每當(dāng)大雪過后，出動直升機(jī)沿積雪嚴(yán)重的電線飛行，依靠雪過后，出動直升機(jī)沿積雪嚴(yán)重的電線飛行，依靠高速旋轉(zhuǎn)的螺旋槳即可將電線上的積雪迅速扇落。高速旋轉(zhuǎn)的螺旋槳即可將電線上的積雪迅速扇落。 他馬上提出他馬上提出“用直升機(jī)扇雪用直升機(jī)扇雪”的新設(shè)想，頓的新設(shè)想，頓時又引起其他與會者的聯(lián)想，有關(guān)用飛機(jī)除雪的時又引起其他與會者的聯(lián)想，有關(guān)用飛機(jī)除雪的主意一下子又多了七八條。不到一小時，與會的主意一下子又多了七八條。不到一小時，與會的

27、10名技術(shù)人員共提出名技術(shù)人員共提出90多條新設(shè)想。多條新設(shè)想。工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論高速交警用殲高速交警用殲六發(fā)動機(jī)除六發(fā)動機(jī)除雪雪噴氣吹噴氣吹雪車雪車工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論烤箱的故事烤箱的故事 美國某公司決定在內(nèi)部征集新型烤面包機(jī)的設(shè)計(jì)方案 有一位負(fù)責(zé)清潔有一位負(fù)責(zé)清潔的老太太問的老太太問：有沒有能有沒有能抓老鼠的烤面包機(jī)？抓老鼠的烤面包機(jī)？ 它們老是它們老是來吃烤面包機(jī)來吃烤面包機(jī)掉下的面包掉下的面包屑屑。工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論 于是公于是公司在新設(shè)計(jì)司在新設(shè)計(jì)的烤箱最下的烤箱最下層裝上一個層裝上一個抽屜，用于抽屜，用于收集掉下來收集掉下來的面包

28、屑，的面包屑， 產(chǎn)品一上市產(chǎn)品一上市立即得到了立即得到了廣大用戶的廣大用戶的歡迎。歡迎。工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論創(chuàng)意無處不在創(chuàng)意無處不在 可以留言的烤面包機(jī)可翻轉(zhuǎn)的烤面包機(jī)透明的烤面包機(jī)工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論l書面集智法書面集智法 在推廣應(yīng)用智力激勵法的過程中，人們發(fā)現(xiàn)經(jīng)典的智力激勵法雖然能在推廣應(yīng)用智力激勵法的過程中，人們發(fā)現(xiàn)經(jīng)典的智力激勵法雖然能造成自由探討、得到互相激智的氣氛，但也有一些局限性。造成自由探討、得到互相激智的氣氛，但也有一些局限性。 干擾干擾如有的創(chuàng)造性強(qiáng)的人喜歡如有的創(chuàng)造性強(qiáng)的人喜歡沉思沉思，但會議無此條件；會

29、上表現(xiàn)，但會議無此條件；會上表現(xiàn)力和控制力強(qiáng)的人會影響他人提出設(shè)想；力和控制力強(qiáng)的人會影響他人提出設(shè)想； 會議嚴(yán)禁批評，雖然保證了自由思考，但難于及時對眾多的設(shè)想進(jìn)行會議嚴(yán)禁批評，雖然保證了自由思考，但難于及時對眾多的設(shè)想進(jìn)行評價和集中。評價和集中。 為了克服這些局限，許多人針對與會者的不同情況，先后對奧斯本技為了克服這些局限，許多人針對與會者的不同情況，先后對奧斯本技法進(jìn)行了改進(jìn)，法進(jìn)行了改進(jìn)，形成了基本激勵原理不變，但操作形式和規(guī)則有異的形成了基本激勵原理不變，但操作形式和規(guī)則有異的改進(jìn)型技法。其中最常用的是書面集智法，即以筆代口的默寫式智力改進(jìn)型技法。其中最常用的是書面集智法，即以筆代口

30、的默寫式智力激勵法。實(shí)施時人們又常采用激勵法。實(shí)施時人們又常采用“635635法法”的模式，即每次會議請的模式，即每次會議請6 6人參人參加，每人在卡片上默寫加，每人在卡片上默寫3 3個設(shè)想，每輪歷時個設(shè)想，每輪歷時5 5分鐘。分鐘。 工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論l函詢集智法函詢集智法函詢集智的特點(diǎn)函詢集智的特點(diǎn) 函詢集智法又稱德爾菲法，其基本原理是借助信息函詢集智法又稱德爾菲法，其基本原理是借助信息反饋，反復(fù)征求專家書面意見來獲得新的創(chuàng)意。其基反饋，反復(fù)征求專家書面意見來獲得新的創(chuàng)意。其基本作法是：就某一課題選擇若干名專家作為函詢調(diào)查本作法是：就某一課題選擇若干名專家作為函詢調(diào)查對象

31、，以調(diào)查表形式將問題及要求寄給專家，限期索對象，以調(diào)查表形式將問題及要求寄給專家，限期索取書面回答。收到全部復(fù)函后，將所得設(shè)想或建議加取書面回答。收到全部復(fù)函后，將所得設(shè)想或建議加以概括，整理成一份綜合表。然后，將此表連同設(shè)想以概括，整理成一份綜合表。然后，將此表連同設(shè)想函詢表再次寄給各位專家，使其在別人設(shè)想的激勵啟函詢表再次寄給各位專家，使其在別人設(shè)想的激勵啟發(fā)下提出新的設(shè)想或?qū)σ延性O(shè)想予以補(bǔ)充或修改。視發(fā)下提出新的設(shè)想或?qū)σ延性O(shè)想予以補(bǔ)充或修改。視情況需要，經(jīng)過數(shù)輪函詢，就可得到許多有價值的新情況需要，經(jīng)過數(shù)輪函詢，就可得到許多有價值的新設(shè)想。設(shè)想。工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論 函

32、詢集智法有兩個特點(diǎn)，也是其優(yōu)點(diǎn)。它不是把專家召集起來開會討論，而是用書信方式征詢和回答，使整個提設(shè)想過程具有相對的匿名性。專家相互之間不見面，有利于克服一些心理障礙，便于充分發(fā)表新穎意見或獨(dú)特看法。輪間反饋則保證了專家之間的信息交流和思維激勵。 此法一般需要較長的時間，專家的設(shè)想多是建立在穩(wěn)重思考的基礎(chǔ)之上的，因此提出的設(shè)想可信度或可行性較好。但由于沒有奧斯本智力激勵法所提供的那種自由奔放和激勵創(chuàng)造的氣氛，在提出新穎性高的設(shè)想方面可能要遜色一些。工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論變異創(chuàng)新法變異創(chuàng)新法l在原來的事物上做質(zhì)的改變，但是又不完全摒棄原來的事物。l小的改變滿足需要技術(shù)限制小，成本低廉

33、，更加實(shí)用。 電熨斗加蒸汽噴霧，電風(fēng)扇改遙控、鋼筆尖小溝和孔等。l大的改變飛躍 金坎普吉列剃須刀 磨刀問題換刀片 電動剃須刀（旋轉(zhuǎn)）工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論組合創(chuàng)新法組合創(chuàng)新法 在發(fā)明創(chuàng)新活動中，按照所采用的技術(shù)來源可分為兩在發(fā)明創(chuàng)新活動中，按照所采用的技術(shù)來源可分為兩類：一類是在發(fā)明中采用全新的技術(shù)原理，稱為突破型發(fā)明類：一類是在發(fā)明中采用全新的技術(shù)原理，稱為突破型發(fā)明；另一類是采用已有的技術(shù)并進(jìn)行重新組合，從而形成新的；另一類是采用已有的技術(shù)并進(jìn)行重新組合，從而形成新的發(fā)明。從人類的技術(shù)歷史中可以看出，進(jìn)入發(fā)明。從人類的技術(shù)歷史中可以看出，進(jìn)入1919世紀(jì)世紀(jì)5050年代以年代

34、以來突破型的發(fā)明在總發(fā)明數(shù)量中所占的比重在下降，而組合來突破型的發(fā)明在總發(fā)明數(shù)量中所占的比重在下降，而組合型發(fā)明的比重在增加。在組合中求發(fā)展，在組合中實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新型發(fā)明的比重在增加。在組合中求發(fā)展，在組合中實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，這已經(jīng)成為現(xiàn)代技術(shù)創(chuàng)新活動的一種趨勢，這已經(jīng)成為現(xiàn)代技術(shù)創(chuàng)新活動的一種趨勢。工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論 組合創(chuàng)新方法是指按照一定的技術(shù)原理，通過將兩個或多個功能元素合并，從而形成一種具有新功能的新產(chǎn)品、新工藝、新材料的創(chuàng)新方法。 人類數(shù)千年的發(fā)展歷程中積累了大量的各種技術(shù)，這些技術(shù)在其所應(yīng)用的領(lǐng)域中逐漸發(fā)展成熟，有些已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)完善的程度，這是人類的一筆巨大的財(cái)富。為實(shí)現(xiàn)某些

35、新的功能，將這些成熟的技術(shù)進(jìn)行重新組合，形成新的功能元素，這樣的創(chuàng)新活動如能滿足某種社會需求，則將是一種成功率極高的創(chuàng)新方法。 由于形成組合的技術(shù)要素比較成熟，使得應(yīng)用組合法從事創(chuàng)新活動的一開始就站在了一個比較高的起點(diǎn)上，不需要花費(fèi)較多的時間、人力和物力去開發(fā)專門的新技術(shù)，不要求發(fā)明者對所應(yīng)用的每一種技術(shù)要素都具有高深的專門知識，所以應(yīng)用組合法從事創(chuàng)新活動的難度相對較低。這種方法的應(yīng)用有利于群眾性的創(chuàng)造發(fā)明活動的廣泛開展。 雖然組合創(chuàng)新法所使用的技術(shù)元素是已有的，當(dāng)時它所實(shí)現(xiàn)的功能是新的，如果組合適當(dāng)，同樣可以做出重大的發(fā)明。工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論 計(jì)算機(jī)最初是為了滿足美國陸軍軍

36、方計(jì)算炮彈彈道的需要而研制的。1945年底，世界上第一臺電子計(jì)算機(jī)“埃尼阿克”研制成功，它重達(dá)三十多噸，共使用了一萬八千多個電子管，計(jì)算速度為每秒五千次，將它用于彈道計(jì)算，運(yùn)算速度是人的幾千倍。但是人們還設(shè)想不出計(jì)算機(jī)的其他用途，當(dāng)時一位計(jì)算機(jī)專家曾預(yù)言如果有四臺計(jì)算機(jī)將能夠滿足全世界對計(jì)算機(jī)的需要。在其后的計(jì)算機(jī)發(fā)展過程中，人們不斷地將計(jì)算機(jī)技術(shù)與其他不同科學(xué)及技術(shù)門類相結(jié)合，不但有利地促進(jìn)了這些學(xué)科的發(fā)展和進(jìn)步，而且也促進(jìn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)本身的不斷進(jìn)步?，F(xiàn)在計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)與人類工作、生活的各個方面發(fā)生著越來越多的聯(lián)系，人類也越來越離不開計(jì)算機(jī)了。 組合創(chuàng)新方法有多種形式，從組合的內(nèi)容區(qū)分有功能

37、組合、原理組合、結(jié)構(gòu)組合、材料組合等，從組合的方法區(qū)分有同類組合、異類組合等，從組合的手段區(qū)分有技術(shù)組合、信息組合等，現(xiàn)將部分常用組合方法簡介如下。工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論l功能組合功能組合 有些商品的功能已被用戶普遍接受，通過組合可以為其增加一些新的附加功能，適應(yīng)更多用戶的需求。 人們使用鉛筆時難免寫錯字，一旦寫了錯字就需要使用橡皮進(jìn)行修改。為了適應(yīng)人們的這種需要，有人設(shè)計(jì)出了帶有橡皮的鉛筆，它的主要功能仍是書寫，由于添加了橡皮使它除書寫之外還具有了一種附加功能。 自行車的主要功能是代步，通過在自行車上添加貨架、車筐、里程表、車燈、后視鏡等附件使它同時具有了載貨、測速、照明、輔助

38、觀察等功能。 現(xiàn)在的汽車設(shè)計(jì)中人們不斷地為其添加雨刷器、遮陽板、轉(zhuǎn)向燈、打火機(jī)、車載電話、收音機(jī)、空調(diào)機(jī)等附加裝置，使汽車的功能更加完善。 家用空調(diào)器的主要功能是制冷，現(xiàn)在空調(diào)器生產(chǎn)廠在原有空調(diào)器制冷功能的基礎(chǔ)上增加了暖風(fēng)、換氣、空氣凈化等功能，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論l同類組合同類組合 將同一種功能或結(jié)構(gòu)在一種產(chǎn)品上重復(fù)組合，滿足人們更高的要求，這也是一種常用的創(chuàng)新方法。 雙色或多色圓珠筆上可以安裝多個不同顏色的筆芯，使得有特殊需要的人減少了必須攜帶多支筆的的麻煩。 工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論機(jī)械傳動中使用的萬向聯(lián)軸器可以在兩個不平行的軸之間傳遞運(yùn)動和動力

39、，但是萬向聯(lián)軸器的瞬時傳動比不恒定，會產(chǎn)生附加動載荷，將兩個同樣的單萬向聯(lián)軸器按一定方式聯(lián)接，組成雙萬向聯(lián)軸器（圖所示），既可實(shí)現(xiàn)在兩個不平行軸之間的傳動，又可實(shí)現(xiàn)瞬時傳動比恒定。工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論l技術(shù)組合技術(shù)組合 技術(shù)組合法是將現(xiàn)有的不同技術(shù)、工藝、設(shè)備等加以組合，形成解決新問題的新技術(shù)手段的發(fā)明方法。隨著人類實(shí)踐活動的發(fā)展，在生產(chǎn)、生活領(lǐng)域里的需求也越來越復(fù)雜，很多需求都遠(yuǎn)不是通過一種現(xiàn)有的技術(shù)手段所能夠滿足的，通常需要使用多種不同的技術(shù)手段的組合來實(shí)現(xiàn)一種新的復(fù)雜技術(shù)功能。技術(shù)組合法可分為聚焦組合法和輻射組合法。 1聚焦組合 聚焦組合法是指以待解決的特定問題為中心，廣

40、泛地尋求與解決問題有關(guān)的各種已知的技術(shù)手段，最終形成一種或多種解決這一問題的綜合方案，應(yīng)用這種方法的過程中特別重要的問題是尋求技術(shù)手段的廣泛性，要盡量將所有可能與所求解問題有關(guān)的技術(shù)手段包括在考察的范圍內(nèi)。只有通過廣泛的考察，不漏掉每一種可能的選擇，才可能組合出最佳的技術(shù)功能。工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論例：太陽能發(fā)電站 前些年西班牙要修建新的太陽能發(fā)電站，需要解決的最重要的技術(shù)問題是如何提高太陽能的利用效率。針對這一要求，他們廣泛尋求與之有關(guān)的所有技術(shù)手段，經(jīng)過對溫室技術(shù)、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)、排煙技術(shù)、建筑技術(shù)等的認(rèn)真分析，最后形成一種富于創(chuàng)造性的新的綜合技術(shù)太陽能氣流發(fā)電技術(shù)。 工程機(jī)械

41、設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論l這種太陽能氣流發(fā)電廠如圖所示，它的結(jié)構(gòu)非常簡單。發(fā)電廠的下部是一個寬大的太陽能溫室，溫室中間聳立著一個高大的風(fēng)筒，風(fēng)筒下安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)，這里應(yīng)用的各個單項(xiàng)技術(shù)本身都是很成熟的技術(shù)，經(jīng)過組合就形成了世界上最先進(jìn)的太陽能技術(shù)。工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論l技術(shù)移植法技術(shù)移植法是指把一個技術(shù)領(lǐng)域的原理、方法或成果引入到不同技術(shù)領(lǐng)域或相同技術(shù)領(lǐng)域的其他研究對象上，用以創(chuàng)造新的技術(shù)產(chǎn)物或改進(jìn)原有技術(shù)產(chǎn)物的發(fā)明創(chuàng)造技法。 技術(shù)移植法的應(yīng)用條件技術(shù)移植法的應(yīng)用條件l運(yùn)用技術(shù)移植法首先要解決移植什么，為什么要移植。這就是移植法的應(yīng)用條件問題。理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，要有效應(yīng)用

42、移植法，必須注意以下3個必要條件： l(1)用傳統(tǒng)方法難以找到理想的設(shè)計(jì)方案或解題設(shè)想，或者利用本專業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)知識根本就無法找到出路。 l(2)其他技術(shù)領(lǐng)域存在解決相似或相近問題的方式方法。 l(3)對移植結(jié)果能否保證系統(tǒng)整體的新穎性、先進(jìn)性和實(shí)用性有個基本的估計(jì)或肯 l定性判斷。l以上3條是實(shí)施技術(shù)移植法的基本條件。在創(chuàng)造活動中，只有同時具備這3個條件，才有采取移植法的必要性和可能性。 技術(shù)移植法技術(shù)移植法工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論 逆向構(gòu)思法（ 反向探求法、順序位置顛倒法 、 巧用缺點(diǎn)法） 在問題求解的過程中，由于某種原因使人們習(xí)慣向某一個方向努力，但實(shí)際上問題的解卻可能位于相

43、反的方向上，意識到這種可能性，在求解問題時及時變換求解方向，有時可以使很困難的問題得到解決。 1 1反向探求法反向探求法圓珠筆發(fā)明以后曾風(fēng)行一時，但不久就暴露出筆油泄漏的毛病，雖幾經(jīng)改進(jìn)，但這個問題始終沒有得到解決。漏油的原因很簡單，就是由于使用中筆芯中的筆珠磨損造成間隙過大引起泄漏，人們試驗(yàn)用各種不同材料組合以提高耐磨性，甚至使用寶石等貴重材料制作筆珠，但是容納筆珠的筆珠槽的磨損仍會引起泄漏。日本人中田藤三郎運(yùn)用反向探求法成功地解決了這個問題。他發(fā)現(xiàn)圓珠筆不是一開始使用就有漏油的現(xiàn)象，而是通常在書寫兩萬多字以后才由于磨損引起泄漏的，中田藤三郎沒有像其他人那樣設(shè)法提高筆珠的使用壽命，而是向相反

44、的方向?qū)で髥栴}的解，他創(chuàng)造性地提出，如果控制圓珠筆芯中油墨的量，使得所裝油墨只能書寫大約一萬五千字左右，當(dāng)漏油的問題還沒有出現(xiàn)時筆芯就已被丟棄了。經(jīng)過試驗(yàn)，效果良好，這個困擾人們多年的問題就這樣巧妙地解決了。 換筆芯耐磨材料工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論順序、位置顛倒法 人們在長期從事某些活動的過程中，對解決某類問題的過程及過程中各種因素的順序及事物中各要素之間的相對位置關(guān)系形成固定的認(rèn)識，將某些已被人們普遍接受的事物順序或事物中各要素之間的相對位置關(guān)系顛倒，有時可以收到意想不到的效果。在適當(dāng)?shù)臈l件下，這種新方法可能解決常規(guī)方法不能解決的問題。工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論 人們在

45、使用基數(shù)詞或是序數(shù)詞時，總是習(xí)慣于按照從小到大的順序使用。1927年德國某電影公司在拍攝科幻影片月球少女，為了獲得戲劇性的效果，導(dǎo)演提出了一個極具創(chuàng)造性的方法，他將火箭發(fā)射時的計(jì)時程序從人們所習(xí)慣的從小到大的順計(jì)時程序改變?yōu)閺拇蟮叫≈钡搅愕牡褂?jì)時 程序，這種倒計(jì)時方法使用簡單、方便，使人們對最后的發(fā)射時間有明確的目標(biāo)感，容易使人的注意力集中。這種方法現(xiàn)在不但被真實(shí)的火箭發(fā)射過程所使用，而且也成為很多其他重要活動的計(jì)時方法。l 在電動機(jī)中有定子和轉(zhuǎn)子，在通常的設(shè)計(jì)中，都是將轉(zhuǎn)子安排在中心，便于動力輸出，將定子安排在電動機(jī)的外部，這樣可以很容易地安排電動機(jī)的支承。但是在吊扇的設(shè)計(jì)中，根據(jù)安裝和使用

46、性能的要求，卻需要將電動機(jī)定子固定于中心，而將轉(zhuǎn)子安裝在電機(jī)外部，直接帶動扇葉轉(zhuǎn)動。工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論巧用缺點(diǎn)法 我們在認(rèn)識事物時，將事物中通常帶來好結(jié)果的屬性稱為優(yōu)點(diǎn)，將通常帶來壞結(jié)果的屬性稱為缺點(diǎn)。我們通常較多地注意事物的優(yōu)點(diǎn)，但是當(dāng)應(yīng)用條件發(fā)生變化時，可能我們需要的正是事物中原來被我們認(rèn)為是缺點(diǎn)的某些屬性。正確地認(rèn)識事物的屬性與應(yīng)用條件的關(guān)系，善于利用通常被認(rèn)為是缺點(diǎn)的屬性，有時可以使我們做出創(chuàng)造性的成果。工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論 例如金屬易受腐蝕是它的缺點(diǎn)，但是有人根據(jù)金屬的腐蝕原理發(fā)明了蝕刻和電化學(xué)加工方法； 在機(jī)械設(shè)計(jì)中，為了減小摩擦表面間的摩擦力，通

47、常希望將有相互摩擦的表面加工得盡量光滑，但是減小零件表面的粗糙度值會增大加工費(fèi)用。有人實(shí)驗(yàn)在摩擦表面上加工出一些孔，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明在特定的條件下這樣的表面的摩擦力反倒比光滑表面的摩擦力更小，有人將這一設(shè)計(jì)思路應(yīng)用于飛機(jī)設(shè)計(jì)，降低了機(jī)身附近空氣的湍流，減小了空氣阻力，節(jié)油效果非常明顯。 金屬材料的氫脆性是影響材料性能的缺陷，在使用中會造成很大的危害，在冶煉中應(yīng)盡力避免氫脆性。但是在某些情況下，金屬材料的氫脆性也可以成為可以被利用的特性。例如在制造銅粉的工藝中就可以利用鋼的氫脆性，將廢銅絲和銅屑放在氫氣環(huán)境中，加熱到500600 T并保溫?cái)?shù)小時，再放到球磨機(jī)中經(jīng)過一段時間的研磨，就可制成質(zhì)量很高的銅

48、粉。工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論創(chuàng)新，難?。創(chuàng)新現(xiàn)狀：決心多，成果少概念多，方法少側(cè)重文化和機(jī)制多，面向科技少l創(chuàng)新以企業(yè)為主體，重點(diǎn)為技術(shù)創(chuàng)新l技術(shù)創(chuàng)新，應(yīng)該遵循創(chuàng)新的客觀規(guī)律，研究創(chuàng)新的方法l實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)鍵在于創(chuàng)新的方法！l尋找有效的創(chuàng)新方法！l有意識地突破思維慣性，創(chuàng)新思維！l營造創(chuàng)新的氛圍，構(gòu)建創(chuàng)新型企業(yè)！l企業(yè)的知識管理！工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論定義問題定義問題頭腦風(fēng)暴頭腦風(fēng)暴問問題題情情境境真正真正的的問題問題創(chuàng)創(chuàng)新新方方案案方案產(chǎn)生方案產(chǎn)生方案評價方案評價可行可行的的方案方案經(jīng)典創(chuàng)新方法經(jīng)典創(chuàng)新方法TRIZ創(chuàng)新方法創(chuàng)新方法更有效的創(chuàng)新過程！更有效的創(chuàng)新過

49、程！工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論 TRIZ理論是由蘇聯(lián)人Genrich Altshuller（根里奇阿奇舒勒）在1946年創(chuàng)立。他審閱世界各種專利二百五十萬件，而發(fā)現(xiàn)這些發(fā)明之后的規(guī)律。l一種系統(tǒng)改良的方法；l一種自覺性演化的技術(shù)系統(tǒng)解決工程問題的方法；l一種消除工程沖突而不抵消妥協(xié)的工具；l分享無數(shù)發(fā)明家的知識與經(jīng)驗(yàn)來增加工程人員知識創(chuàng)造力和解決問題技巧的方法。工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論 TRIZ在前蘇聯(lián)的軍事、工業(yè)、航空航天等領(lǐng)域均發(fā)揮了巨大作用，被西方特工稱之為“神奇點(diǎn)金術(shù)”。 蘇聯(lián)解體后，大批TRIZ研究者移居美國等西方國家，從而促進(jìn)了TRIZ在全世界的傳播，使其得到

50、了廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)代企業(yè)的制勝法寶現(xiàn)代企業(yè)的制勝法寶前蘇聯(lián)軍事工業(yè)前蘇聯(lián)軍事工業(yè)工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論發(fā)明問題解決理論四種常見的困惑四種常見的困惑如何正確預(yù)測如何正確預(yù)測產(chǎn)品未來？產(chǎn)品未來？如何找到正確如何找到正確的問題？的問題？如何正確的如何正確的解決問題？解決問題？如何克服如何克服思維慣性？思維慣性？工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論TRIZ理論中發(fā)明問題解決路徑技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則理想化需求功能/資源分析及矛盾定義物場模型分離原理發(fā)明問題解決程序（ARIZ）選擇和描述問題矛盾矩陣76個發(fā)明問題標(biāo)準(zhǔn)解法40個發(fā)明原理效應(yīng)知識庫39個工程通用參數(shù)發(fā)明問題最終解決方案工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及

51、方法 第1章-緒論lTRIZ之可用是因?yàn)榻?jīng)顯示工程人員所面對的90%的問題已于其他地方被解決過；l若我們能利用此資訊，則研發(fā)將更加有效；l主要焦點(diǎn)是浮現(xiàn)、了解、強(qiáng)化與刪除沖突；lAltshuller（根里奇阿奇舒勒）已證明發(fā)明可系統(tǒng)化地導(dǎo)出，而不必源自嘗試錯誤。專專 利利專專 利利工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論n 4040條創(chuàng)新原理?xiàng)l創(chuàng)新原理n 技術(shù)進(jìn)化系統(tǒng)法則技術(shù)進(jìn)化系統(tǒng)法則n 技術(shù)矛盾與物理矛盾技術(shù)矛盾與物理矛盾 n 矛盾矩陣矛盾矩陣n 物質(zhì)物質(zhì)場分析場分析n 理想性觀念和標(biāo)準(zhǔn)解法理想性觀念和標(biāo)準(zhǔn)解法n 工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論1 1分割分割1111事先防范事先防范212

52、1減少有害作用時減少有害作用時間間3131多孔材料多孔材料2 2抽取抽取1212等勢等勢2222變害為利變害為利3232改變顏色、擬態(tài)改變顏色、擬態(tài)3 3局部質(zhì)量局部質(zhì)量1313反向作用反向作用2323反饋反饋3333同質(zhì)性同質(zhì)性4 4增加不對稱性增加不對稱性1414曲率增加曲率增加2424借助中介物借助中介物3434拋棄或再生拋棄或再生5 5組合、合并組合、合并1515動態(tài)特性動態(tài)特性2525自服務(wù)自服務(wù)3535物理或化學(xué)參數(shù)物理或化學(xué)參數(shù)變化變化6 6多用性多用性1616未達(dá)到或過未達(dá)到或過度的作用度的作用2626復(fù)制復(fù)制3636相變相變7 7嵌套嵌套1717一維變多維一維變多維2727廉

53、價替代品廉價替代品3737熱膨脹熱膨脹8 8重量補(bǔ)償重量補(bǔ)償1818機(jī)械振動機(jī)械振動2828機(jī)械系統(tǒng)替代機(jī)械系統(tǒng)替代3838加速氧化加速氧化9 9預(yù)先反作用預(yù)先反作用1919周期性動作周期性動作2929氣壓或液壓結(jié)構(gòu)氣壓或液壓結(jié)構(gòu)3939惰性環(huán)境惰性環(huán)境1010預(yù)先作用預(yù)先作用2020有效作用的有效作用的連續(xù)性連續(xù)性3030柔性殼體或薄膜柔性殼體或薄膜4040復(fù)合材料復(fù)合材料工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論01.分割原則工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論02.拆出原則工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論03.局部性質(zhì)原則工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論04.不對稱原則 煤氣罐的傳統(tǒng)結(jié)

54、構(gòu)設(shè)計(jì)中，氣罐的底面一般是完整的圓形?，F(xiàn)在，要改變這種習(xí)慣性的對稱結(jié)構(gòu)，采用非對稱的結(jié)構(gòu)。 新的設(shè)計(jì)是：煤氣罐的底面做成部分斜面。這樣，當(dāng)有液體燃?xì)獬洚?dāng)氣罐底部重物時，氣罐保持直立，一旦液態(tài)燃?xì)庀耐戤厱r，底部失去壓重物，煤氣罐會在重力作用下歪向一邊。相當(dāng)于提醒用戶：“煤氣將盡，請速更換?！?工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論05.聯(lián)合原則工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論06.多功能原則工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論07.嵌套原則工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論08.反重量原則工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論09.預(yù)先反作用原則工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論10.預(yù)先

55、作用原則 卷狀食品保鮮袋，事先在 2個保鮮袋間切口，但保留部分相連，使用時可以輕易拉斷相連部分 工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論11.事先防范原則 俄沙皇害怕敵人投毒害他，就每天服用少量的毒藥培養(yǎng)抗毒性。后來他想服毒自殺，居然沒有成功 工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論12.等勢原則工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論13.相反原則工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論14.球形原則工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論15.動態(tài)原則工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論16.局部作用或過量作用工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論l故事1火星車 一個科幻故事里描述了一次火星探險(xiǎn)。宇宙飛船降落在

56、一個石頭山谷，宇航員乘坐一輛火星車開始火星之旅。這個特型火星車有巨大的輪胎，當(dāng)行駛到陡坡時，很容易在石頭的顛簸下翻車。怎么辦？ 這個問題刊登在一本雜志上，收到了大量的讀者來信，提供解決辦法：在火星車的下面懸掛重物，降低整車的重心，增加穩(wěn)定性；將輪胎的氣放出一半，輪胎下陷，增加穩(wěn)定性；在火星車的兩邊分別多安裝一只輪胎；讓宇航員探出身體來保持車子的平衡； 上面的各種建議，確實(shí)能改善火星車的穩(wěn)定性，但明顯都帶來另一些問題，比如：降低了火星車的運(yùn)動性能，降低了車速，讓火星車變得更復(fù)雜，增加宇航員的危險(xiǎn)性等。由于以上正反兩方面問題的存在，有一位讀者干脆建議：“什么辦法都沒有了，讓宇航員走路吧！” 這個問

57、題似乎是一個難以解決的問題。 工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論 突然，TRIZ先生出現(xiàn)了。“將重物放得非常低以接近火星的地面，以降低車子的重心而且在火星車?yán)锩??！彼f。 隨后，一個基于嵌套原理的解決方案展示了出來：在火星車的輪胎里放置球形重物，這些重物可以滾動，總處在輪胎的最下面，以最低的重心來保持火星車的穩(wěn)定。 工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論及方法 第1章-緒論l故事2巧克力的竅門 這一天是一個漂亮女孩的生日，有一個客人帶來了一大盒巧克力糖，這是一種酒瓶形的果汁巧克力糖，巧克力的中心是液態(tài)的果汁，大家都非常喜歡。一邊吃著巧克力，有位客人好奇地問道：“我很納悶這種果汁巧克力的果汁是怎么裝進(jìn)去的？” “先做好巧克力，然后往里面灌上果汁，再封口?！绷硪晃豢腿瞬聹y道?！肮仨毞浅５某恚蝗粫绊懬煽肆Τ尚?，”第三位客人說，“但是果汁不容易灌進(jìn)巧克力中。通過加熱是可以讓果汁稀些以便灌入，卻會熔