機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)第三章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì).ppt

1、第三章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì),本章重點(diǎn)：功能的概念、功能原理設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和內(nèi)容、機(jī)械功能基本類型以及對(duì)應(yīng)的求解思路、創(chuàng)新性思維的基本知識(shí)。,3-1概述,一、功能原理設(shè)計(jì),1、定義：針對(duì)產(chǎn)品的主要功能所進(jìn)行的原理性設(shè)計(jì)簡稱為功能原理設(shè)計(jì)。即應(yīng)用某種“物理效應(yīng)”通過某種“作用原理”來實(shí)現(xiàn)“功能目標(biāo)”的結(jié)果。例如：點(diǎn)鈔機(jī)分離功能原理構(gòu)思,下一頁,基本要求：通過授課、練習(xí)、課堂討論等環(huán)節(jié)，體會(huì)功能原理求解的構(gòu)思過程及思維特點(diǎn)。對(duì)簡單動(dòng)作功能及工藝功能這兩類基本功能作測(cè)繪及設(shè)計(jì)構(gòu)思練習(xí)。,2、重點(diǎn)：創(chuàng)新構(gòu)思。例如：洗衣機(jī)功能原理的改進(jìn),3、創(chuàng)新與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)潛力。例：兩種噴墨打印機(jī),4、產(chǎn)品更新?lián)Q代的三個(gè)途徑

2、：改革工作原理；改進(jìn)工藝、材料和結(jié)構(gòu)以提高技術(shù)性能；加強(qiáng)輔助功能使其更適應(yīng)使用者的心理。,第三章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì),3-1概述,返回,第三章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì),3-1概述,返回,第三章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì),3-1概述,二、功能原理設(shè)計(jì)的工作特點(diǎn),1、新的物理效應(yīng)代替舊的物理效應(yīng)；例如，手表的發(fā)展,三、功能原理設(shè)計(jì)的任務(wù)和主要工作內(nèi)容,1、任務(wù)：尋找一種物理效應(yīng)和相應(yīng)的作用原理以實(shí)現(xiàn)所追 求的功能目標(biāo)。,2、引入某種新技術(shù)（新材料、新工藝）。 關(guān)鍵是新想法（New Idea）。如超導(dǎo)技術(shù)磁懸浮列車,3、使機(jī)器品質(zhì)發(fā)生質(zhì)的變化；,2、主要工作內(nèi)容：構(gòu)思能實(shí)現(xiàn)功能目標(biāo)的新的解法原理。 包括

3、明確功能目標(biāo)、創(chuàng)新構(gòu)思、模型試驗(yàn)、修改完善構(gòu) 思、評(píng)價(jià)選優(yōu)等工作內(nèi)容。,功能原理設(shè)計(jì)的工作步驟和工作內(nèi)容,明確功能目標(biāo),醞釀解法原理,改進(jìn)、完善解法原理,選出滿意解,第三章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì),3-1概述,四、功能、功能單元和功能結(jié)構(gòu),1、功能：功能是對(duì)于某一產(chǎn)品的特定的工作能力的抽象化的描述，是 指某一機(jī)器（或裝置）所具有轉(zhuǎn)化能量、運(yùn)動(dòng)或其它物理量的特性。,系統(tǒng)工程學(xué)用“黑箱”（Black Box）來描述功能：任何一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)都有輸入和輸出。把技術(shù)系統(tǒng)看成一個(gè)輸入輸出信息流S（Signal）、能量流E（Energy）和物料流M（Materiel）的黑箱,能力：功率、轉(zhuǎn)速,性能：效率、耐用性

4、、振動(dòng),用途：驅(qū)動(dòng)電扇、機(jī)床,功用：作原動(dòng)機(jī),電動(dòng)機(jī),功能：,將電能轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能。,黑箱：系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全未知的技術(shù)系統(tǒng)。 白箱：系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全已知的技術(shù)系統(tǒng)。 灰箱：系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)部分未知的技術(shù)系統(tǒng)。,第三章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì),3-1概述,2、功能元素,從系統(tǒng)論的觀點(diǎn)看，一個(gè)系統(tǒng)可以分解為一些子系統(tǒng)，那么一個(gè)系統(tǒng)的總功能也應(yīng)該可以分解為一些分功能。,放出-吸收 傳導(dǎo)-絕緣 集合-擴(kuò)散 引導(dǎo)-阻礙 轉(zhuǎn)換-回復(fù) 放大-縮小 變向-定向 調(diào)整-激動(dòng) 聯(lián)結(jié)-開斷 結(jié)合-分離 接合-拆開 貯存-取出,把機(jī)器中的復(fù)雜動(dòng)作分解為一些基本動(dòng)作，并把這些基本動(dòng)作理解為“功能元素”，由這些“功能元素

5、”可以構(gòu)成任何技術(shù)系統(tǒng)的復(fù)雜的總功能。典型的基本動(dòng)作共有12對(duì)。,四、功能、功能單元和功能結(jié)構(gòu),第三章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì),3-1概述,3、功能單元,把機(jī)器中的總功能只分解到“功能單元”，這樣的功能單元是既有一定的獨(dú)特性，又有一定復(fù)雜程度的技術(shù)單元。功能單元的概念與零件、部件、或機(jī)構(gòu)的概念是有區(qū)別的，前者特別適宜于在功能原理設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行原理性解法的構(gòu)思。,四、功能、功能單元和功能結(jié)構(gòu),例： 硬幣計(jì)數(shù)包卷機(jī)的7個(gè)功能單元，見下頁。,形式不同的硬幣點(diǎn)鈔機(jī),例： 硬幣計(jì)數(shù)包卷機(jī)的7個(gè)功能單元，見下頁。,第三章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì),3-1概述,四、功能、功能單元和功能結(jié)構(gòu),硬幣計(jì)數(shù)包裝機(jī)的外形及硬幣

6、總功能的黑箱描述,1硬幣堆放，輸送功能單元 2硬幣排列，分選，挑殘功能單元 3硬幣分選，計(jì)數(shù)功能單元 4硬幣堆碼、整理功能單元 5送紙，撕紙功能單元 6硬幣包卷功能單元 7卷邊功能單元,第三章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì),3-1概述,四、功能、功能單元和功能結(jié)構(gòu),第三章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì),3-1概述,4、功能結(jié)構(gòu)和功能分析,一個(gè)系統(tǒng)的總功能可以逐步分解為很多分功能。 功能分析過程是設(shè)計(jì)人員初步醞釀功能原理設(shè)計(jì)總體方案的過程，這個(gè)過程往往不是一次完成，而是隨設(shè)計(jì)工作的逐步深入而不斷修改、不斷完善的。,第三章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì),3-1概述,4、功能結(jié)構(gòu)和功能分析,硬幣計(jì)數(shù)包卷機(jī)的功能結(jié)構(gòu)圖,第三

7、章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì),3-1概述,4、功能結(jié)構(gòu)和功能分析,第三章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì),3-1概述,五、功能原理的基本類型與解法特點(diǎn),1、基本類型：,（1）動(dòng)作功能：以實(shí)現(xiàn)動(dòng)作為目的的功能。,（2）工藝功能：以完成對(duì)對(duì)象物的加工為目的的功能。,（3）綜合技術(shù)功能：綜合應(yīng)用機(jī)、光、電、磁、熱、化等各種“廣義物理效應(yīng)”更好地去實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)作功能和工藝功能的功能。,（4）關(guān)鍵技術(shù)（Know how）功能：以關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)作功能或工藝功能而使產(chǎn)品在某方面占有特殊優(yōu)勢(shì)的功能。,動(dòng)作功能和工藝功能。,a、簡單動(dòng)作功能：僅完成簡單的一次性動(dòng)作的功能。 b、復(fù)雜動(dòng)作功能：能實(shí)現(xiàn)連續(xù)的傳動(dòng)的動(dòng)作功能。,第三章

8、機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì),3-1概述,五、功能原理的基本類型與解法特點(diǎn),各種功能類型的關(guān)系,第三章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì),3-1概述,五、功能原理的基本類型與解法特點(diǎn),2、功能原理解法的特點(diǎn),（1）有法而無定法。分析和綜合是兩種不同的科學(xué)方法， 分析可以按某些既定的方法按步進(jìn)行，而綜合則是 “有法而無定法”，即不可能只要按某種“方法”去做就一 定能得到某種好的解法。,（2）解的非唯一性。功能原理解是多解的問題，即解不是唯 一的，也不是絕對(duì)無解，而且也很難得到絕對(duì)理想的解。,第三章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì),3-2兩種動(dòng)作功能及其對(duì)應(yīng)的求解思路,一、簡單動(dòng)作功能,1、簡單動(dòng)作功能的特點(diǎn)：簡單動(dòng)作功能是

9、由兩個(gè)或兩個(gè)以上的具有特殊幾何形狀的構(gòu)件組成，利用它們形體上的特征，可以實(shí)現(xiàn)互相運(yùn)動(dòng)或鎖合的動(dòng)作。常用23個(gè)構(gòu)件組成。,人類近代十大發(fā)明之一:拉鏈-典型簡單動(dòng)作,第三章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì),3-2兩種動(dòng)作功能及其對(duì)應(yīng)的求解思路,一、簡單動(dòng)作功能,電視機(jī)盒蓋、圓珠筆、魔方,第三章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì),3-2兩種動(dòng)作功能及其對(duì)應(yīng)的求解思路,一、簡單動(dòng)作功能,簡單動(dòng)作求解思路:幾何形體組合法,第三章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì),3-2兩種動(dòng)作功能及其對(duì)應(yīng)的求解思路,一、簡單動(dòng)作功能,第三章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì),3-2兩種動(dòng)作功能及其對(duì)應(yīng)的求解思路,2、幾何形體組合法簡單動(dòng)作功能的求解思路之一,在構(gòu)思

10、簡單動(dòng)作功能時(shí)，針對(duì)功能目標(biāo)，對(duì)幾個(gè)構(gòu)件上的幾何形體進(jìn)行構(gòu)思。由于在構(gòu)件上設(shè)置幾何形體的可能性非常多，為實(shí)現(xiàn)這類功能創(chuàng)造了寬廣的途徑，總有幾種形體可以實(shí)現(xiàn)所要求的功能目標(biāo)。,簡單動(dòng)作功能并沒有過時(shí)，而仍以其簡單可靠的特點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域可靠地為人類服務(wù)。,一、簡單動(dòng)作功能,第三章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì),3-2兩種動(dòng)作功能及其對(duì)應(yīng)的求解思路,二、復(fù)雜動(dòng)作功能,1、復(fù)雜動(dòng)作功能的特點(diǎn)：以采用常用基本機(jī)構(gòu)為主，演變和組合成各種形式的機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律或運(yùn)動(dòng)軌跡。,2、基本機(jī)構(gòu)組合法復(fù)雜動(dòng)作功能的法之一,第三章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì),3-2兩種動(dòng)作功能及其對(duì)應(yīng)的求解思路,二、復(fù)雜動(dòng)作功能,六

11、種基本機(jī)構(gòu): 1 連桿機(jī)構(gòu) 2 齒輪機(jī)構(gòu) 3 撓性機(jī)構(gòu) 4 凸輪機(jī)構(gòu) 5 螺旋機(jī)構(gòu) 6 間歇機(jī)構(gòu) 復(fù)雜動(dòng)作功能設(shè)計(jì)求解思路: 基本機(jī)構(gòu)組合法,硬幣機(jī)卷邊功能的執(zhí)行結(jié)構(gòu),實(shí)例,機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn) 多機(jī)構(gòu)組合螺旋加工機(jī)床,第三章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì),3-2兩種動(dòng)作功能及其對(duì)應(yīng)的求解思路,二、復(fù)雜動(dòng)作功能,第三章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì),3-2兩種動(dòng)作功能及其對(duì)應(yīng)的求解思路,無論簡單還是復(fù)雜動(dòng)作功能，都是純機(jī)械的功能，它們的基本特點(diǎn)是“以形體來實(shí)現(xiàn)功能”。這個(gè)特征使機(jī)械實(shí)現(xiàn)動(dòng)作功能的方式變化無窮。機(jī)械動(dòng)作原理實(shí)現(xiàn)得好與不好，全在于形體設(shè)計(jì)的變化。,進(jìn)行形體設(shè)計(jì)的思維方法主要要用形象思維、視覺思維和動(dòng)作思維

12、的思維方式，也就是說不能全靠抽象思維來進(jìn)行形體的構(gòu)思。,第三章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì),3-3工藝功能及其對(duì)應(yīng)的求解思路,一、工藝功能的特點(diǎn),工藝類機(jī)器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作和工作頭的形狀往往以被加工工作物質(zhì)的工藝過程密切相關(guān)，工作頭對(duì)物體的作用形式（作用場(chǎng)）有純機(jī)械的作用，也有不是純機(jī)械的作用。因此，工作頭的形狀、運(yùn)動(dòng)方式和作用場(chǎng)構(gòu)成完成工藝功能的三要素。,工藝功能比起動(dòng)作功能來，更容易進(jìn)行改進(jìn)和革新，因?yàn)楣ぷ黝^的變革可能性是很大的。工藝功能的解法往往在工藝上發(fā)生了巧妙的革新，而在技術(shù)上不一定有很困難的問題。,這一類功能的特點(diǎn)是要設(shè)計(jì)工藝，由于完成原理的工藝是可以變化的。因此這類功能原理可以有更多的

13、靈活性。往往通過改善工藝而設(shè)計(jì)出更新穎、更有效的原理解法。,第三章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì),3-3工藝功能及其對(duì)應(yīng)的求解思路,一、工藝功能的特點(diǎn),犁的工作曲面 1犁尖 2犁鏡 3曲面,第三章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì),3-3工藝功能及其對(duì)應(yīng)的求解思路,一、工藝功能的特點(diǎn),絞肉機(jī),水刀切割工藝,注意:工藝功能是廣義上的,不一定是純 機(jī)械的,如水刀、激光刀,工藝功能相對(duì)于動(dòng)作功能，更容易改進(jìn),第三章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì),3-3工藝功能及其對(duì)應(yīng)的求解思路,一、工藝功能的特點(diǎn),第三章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì),3-3工藝功能及其對(duì)應(yīng)的求解思路,二、SField（Substance-Field）法(物場(chǎng)分析法)

14、,這種方法是前蘇聯(lián)的科學(xué)家提出的，最適合求解工藝功能。,這個(gè)方法的基礎(chǔ)是對(duì)“最小技術(shù)系統(tǒng)”的理解和分析。 在任何一個(gè)最小技術(shù)系統(tǒng)中，至少有一個(gè)主體（S1），一個(gè)客體（S2）和一個(gè)場(chǎng)（F）。這三者缺一即不可能發(fā)生技術(shù)作用。S1（主體）即對(duì)客體發(fā)生作用的物體，也就是所說的工作頭；S2（客體）即被加工的物體，也就是工藝動(dòng)作的對(duì)象。F（場(chǎng)）即指S1向S2作用時(shí)發(fā)生的一切作用場(chǎng)。,第三章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì),3-3工藝功能及其對(duì)應(yīng)的求解思路,二、SField（Substance-Field）法(物場(chǎng)分析法),討論:如何用SField模式來求解工藝功能的功能原理問題。,1、F、S1搜索,如需要完成修剪草

15、地的任務(wù)，如何構(gòu)思剪草機(jī)的工作原理呢？,在這個(gè)問題里，S2草，尋求合適的F和S1。,可能被利用的F：,（1）拉力可以拉斷草，但無法控制被拉斷的草的高度，無法使草地整齊；,（2）割斷力像農(nóng)夫割麥一樣，需要握住草的上部才能割斷；,（3）剪斷力利用剪刀刃合攏，可以剪斷。,第三章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì),3-3工藝功能及其對(duì)應(yīng)的求解思路,二、SField（Substance-Field）法(物場(chǎng)分析法),討論:如何用SField模式來求解工藝功能的功能原理問題。,2、完善,原設(shè)計(jì)中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)缺少F或S1的情況，并因此而造成功能不良的后果。應(yīng)該通過補(bǔ)全F或S1的措施來使SField模式完善化。,完善,第三

16、章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì),3-3工藝功能及其對(duì)應(yīng)的求解思路,二、SField（Substance-Field）法(物場(chǎng)分析法),討論:如何用SField模式來求解工藝功能的功能原理問題。,3、增加,一個(gè)最小技術(shù)系統(tǒng)至少應(yīng)具有S1、S2和F，但有時(shí)還應(yīng)輔以S1和F，才能更好地完成希望實(shí)現(xiàn)的功能。,第三章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì),3-3工藝功能及其對(duì)應(yīng)的求解思路,二、SField（Substance-Field）法(物場(chǎng)分析法),討論:如何用SField模式來求解工藝功能的功能原理問題。,4、變換,對(duì)已有的工藝功能解法中的S1和F進(jìn)行分析后，常?？砂l(fā)現(xiàn)它們并不是不可替換的，有時(shí)通過變換會(huì)產(chǎn)生意想不到

17、的效果。,第三章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì),3-3工藝功能及其對(duì)應(yīng)的求解思路,二、SField（Substance-Field）法(物場(chǎng)分析法),割草機(jī),第三章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì),3-3工藝功能及其對(duì)應(yīng)的求解思路,二、SField（Substance-Field）法(物場(chǎng)分析法),割草機(jī),變換,第三章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì),3-4關(guān)鍵技術(shù)功能及其對(duì)應(yīng)的求解思路,一、關(guān)鍵技術(shù)功能的特點(diǎn),由于特殊的工作條件（約束）或使用要求，出現(xiàn)了用常規(guī)技術(shù)或已有技術(shù)難以達(dá)到的技術(shù)難點(diǎn)，或是別人目前尚難以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)高度，解決此關(guān)鍵技術(shù)往往是出奇制勝。,二、產(chǎn)品中的關(guān)鍵技術(shù) （3個(gè)方面）,1、材料：例如高強(qiáng)度、高耐

18、磨性、特殊的潤滑油、特殊輕質(zhì)材料（例如復(fù)合材料）、特殊的物理性能要求等；,2、制造工藝：高精度、小的表面粗糙度、高的熱處理要求 （2mm縫隙）,3、設(shè)計(jì)：通過設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)特殊的功能原理，尤其是實(shí)現(xiàn)以前從未有人實(shí)現(xiàn)過的或是比別人已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的功能更好的功能水平。（打印機(jī)）,第三章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì),3-4關(guān)鍵技術(shù)功能及其對(duì)應(yīng)的求解思路,三、技術(shù)矛盾分析法求解關(guān)鍵技術(shù)功能的思路之一,所謂“關(guān)鍵技術(shù)”是指在實(shí)現(xiàn)功能原理的解法時(shí)存在的技術(shù)難點(diǎn)，人們?cè)靡话慵夹g(shù)方法作過嘗試，但都未得到滿意的解決。這樣的技術(shù)難點(diǎn)就是“關(guān)鍵技術(shù)”。首先解決這種關(guān)鍵技術(shù)的當(dāng)然可以申請(qǐng)“專利”，也可作為一種“Know How”而獨(dú)

19、享技術(shù)的效益。,無論何種關(guān)鍵技術(shù)，往往都是在某種特殊條件的約束下難以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)難點(diǎn)，其中的約束條件和期望達(dá)到的較高要求就形成一對(duì)技術(shù)矛盾。認(rèn)真分析這一技術(shù)上的矛盾之所在，就是解決關(guān)鍵技術(shù)的思路。 數(shù)控機(jī)床發(fā)展初期、滾珠絲桿副和靜壓導(dǎo)軌成為關(guān)鍵技術(shù),第三章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì),3-4關(guān)鍵技術(shù)功能及其對(duì)應(yīng)的求解思路,如：肌電控制人工假手為例,i2=10, 30s, 50N,20cm n=5000r/min, M=0.3Ncm. i1=900, 0.5rad/s, 5N,由于空間的限制，只能用直徑僅20mm左右的微型直流電動(dòng)機(jī)（額定輸出n=5000r/min，M=0.3N.cm）。經(jīng)過減速比i1=

20、900的降速后，驅(qū)動(dòng)一套連桿機(jī)構(gòu)，使手指得到約0.5rad/s的抓握運(yùn)動(dòng)速度。但是在這樣的運(yùn)動(dòng)速度下，指端的捏緊力只有5N左右。若使捏緊力達(dá)到50N，一般的方法是降速比增大10倍，手指的運(yùn)動(dòng)速度降低10倍。存在運(yùn)動(dòng)與力的矛盾。 1)主要矛盾是電動(dòng)機(jī)體積和輸出力矩之間的矛盾。研制一種大力矩的微型電動(dòng)機(jī)就是一種求解的途徑。 2）從動(dòng)力學(xué)的角度來看，若有足夠大的存儲(chǔ)能量的飛輪，也可達(dá)到增大指端捏緊力的目的。,肌電控制人工假手為例，為解決電動(dòng)機(jī)體積和輸出力矩之間的矛盾，考慮設(shè)計(jì)大力矩的微型電動(dòng)機(jī)；或從動(dòng)力學(xué)角度，給系統(tǒng)足夠大的儲(chǔ)能飛輪。,第三章機(jī)械產(chǎn)品的功能原理設(shè)計(jì),3-5綜合技術(shù)功能及其對(duì)應(yīng)的求解思

21、路,一、綜合技術(shù)功能的特點(diǎn),在某些特定的條件下，采用廣義物理效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)比純機(jī)械方法更好的動(dòng)作功能或工藝功能。,二、物理效應(yīng)引入法綜合技術(shù)功能的求解思路之一,這里指的是一種廣義的物理效應(yīng)，機(jī)構(gòu)學(xué)本身包含了運(yùn)動(dòng)學(xué)、力學(xué)方面的各種物理效應(yīng)，但除此之外，還有更多的物理效應(yīng)（如熱膨脹冷縮，電磁效應(yīng)、光電效應(yīng)、流體效應(yīng)）可以在求解時(shí)引入。,高水平的平面電動(dòng)式繪圖儀，利用步進(jìn)電機(jī)、氣浮導(dǎo)軌等原理 溫控開關(guān) 體液泵 石英電子表 P51物理效應(yīng)查閱表,第八節(jié) 功能原理設(shè)計(jì)的工作要點(diǎn) 功能原理設(shè)計(jì)是在創(chuàng)意確定之后，進(jìn)一步去實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意階段所提出的功能目標(biāo)。因此它的工作重點(diǎn)是構(gòu)思和創(chuàng)造，以及隨后的原理驗(yàn)證和表達(dá)。 功能

22、原理設(shè)計(jì)是一個(gè)創(chuàng)新過程，但這種創(chuàng)新決不能像求解數(shù)學(xué)難題那樣只是冥思苦想，而應(yīng)該做一些切切實(shí)實(shí)的實(shí)際工作，考慮一些必須注意的問題。主要可以歸結(jié)為以下一些工作要點(diǎn)。,1明確所要設(shè)計(jì)的任務(wù)的功能目標(biāo)，提出具體問題 例如：有關(guān)部門需要設(shè)計(jì)肌電假手，要求不很具體，只提出要有能模仿真手抓握物體的假手。經(jīng)分析如能像真手一樣能拿起一個(gè)質(zhì)量約為300g的物體，應(yīng)實(shí)現(xiàn)的具體功能目標(biāo)如下： 手指應(yīng)能實(shí)現(xiàn)0.5rads的抓握運(yùn)動(dòng)速度，以模仿人手的真實(shí)運(yùn)動(dòng)。 手指觸物后，應(yīng)能產(chǎn)生50N左右的捏緊力，以滿足實(shí)際工作的需要。 所用微型電動(dòng)機(jī)需在假手掌心中放置，故其外徑應(yīng)不大于20mm。 傳動(dòng)機(jī)械的效率應(yīng)足夠高，以保證充電電

23、池至少能工作1天。,2調(diào)查、分析已有的解法原理，供設(shè)計(jì)時(shí)參考 調(diào)查和分析已有的解法原理對(duì)于啟發(fā)思路是十分重要和有益的。已有技術(shù)一方面反映了別人的構(gòu)思和實(shí)踐的結(jié)晶；另一方面也提供了分析、比較的對(duì)象，使設(shè)計(jì)者能在已有技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出更新、更巧妙的構(gòu)思來。,3進(jìn)行創(chuàng)新構(gòu)思、尋求更合理的解法原理 設(shè)計(jì)者應(yīng)該有一個(gè)信念：現(xiàn)有的產(chǎn)品決不是頂峰，肯定還會(huì)有更好的設(shè)計(jì)出現(xiàn)。要爭(zhēng)取由自己推出新一代的創(chuàng)新產(chǎn)品。 設(shè)計(jì)者應(yīng)重視基本科學(xué)知識(shí)的積累，避免陷入一些違反基本科學(xué)原理的“錯(cuò)覺”。例如，有人設(shè)計(jì)了一種機(jī)械式的“功率增大器”，認(rèn)為能把小功率輸入變?yōu)榇蠊β瘦敵?，他采用了一種特殊的行星齒輪傳動(dòng)方式來實(shí)現(xiàn)他的理想。當(dāng)

24、然，他所作的原理設(shè)計(jì)中存在著基本力學(xué)知識(shí)上的錯(cuò)誤。,4初步預(yù)想實(shí)用化的可能性 大量例子說明一個(gè)好的原理構(gòu)思最后不能成為產(chǎn)品。在專利文獻(xiàn)中有大量的專利都沒有能夠成為有用的技術(shù)。其中部分的原因就是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)、材料和工藝問題無法得到合理的解決。這充分說明創(chuàng)新構(gòu)思時(shí)要粗略考慮一些主要的結(jié)構(gòu)工藝問題。 5認(rèn)真進(jìn)行原理性試驗(yàn) 這是功能原理設(shè)計(jì)階段的最后一步，也是最重要的一步。在進(jìn)行創(chuàng)新構(gòu)思時(shí)，盡管反復(fù)檢驗(yàn)過他的發(fā)明原理但是實(shí)際做一下試驗(yàn)，往往會(huì)出現(xiàn)意想不到的問題。 例如在假手的原理試驗(yàn)時(shí)，發(fā)生手指捏緊后的反彈松脫現(xiàn)象，令人百思不得其解，不知是何原因。后來才弄清楚，這是在切換時(shí)有一瞬間出現(xiàn)了兩個(gè)離合器同時(shí)處于

25、脫開的狀態(tài)使得手指失控，造成反彈松脫。找到了原因，才采取了相應(yīng)的措施，解決了上述反彈問題。,6評(píng)價(jià)、對(duì)比、決策 必須要根據(jù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)和對(duì)比，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面的對(duì)比結(jié)果來做出決策。 設(shè)計(jì)工作過程中，有兩項(xiàng)重大決策問題： 一是在創(chuàng)意階段，這是決定產(chǎn)品方向的決策。要能判斷5年或10年以后市場(chǎng)所需要的產(chǎn)品 二是在構(gòu)思階段，這是決定產(chǎn)品的技術(shù)方向的決策。個(gè)產(chǎn)品可能有兩個(gè)以上的技術(shù)方向，在未來的發(fā)展中有可能出現(xiàn)完全不同的命運(yùn)。 例如，不久以前，人們提出了一種創(chuàng)意，就是壁掛式電視，沒有人懷疑這種創(chuàng)意的合理性，于是各大公司都花大量的人力、物力投入研究、試制。但是隨后出現(xiàn)的功能原理設(shè)計(jì)中，就出現(xiàn)了技術(shù)

26、方向的問題，是用液晶技術(shù)，還是用固體發(fā)光技術(shù)，,哪一種有最好的效果屏幕的光亮度、色彩的鮮艷程度以及壽命、省電等等其它性能指標(biāo))。后來又出現(xiàn)了發(fā)光塑料，也許發(fā)光塑料可以比液晶和固體發(fā)光都好?；蛘哌€有一些別的什么可能性，旦作出決策，開發(fā)出產(chǎn)品就將承受市場(chǎng)的風(fēng)險(xiǎn)。 又例如，目前市場(chǎng)上的噴墨打印技術(shù)，也存在兩個(gè)技術(shù)方向的選擇，現(xiàn)在兩個(gè)方向(汽化噴墨和壓電噴墨)正在激烈競(jìng)爭(zhēng)，最后的勝利將由市場(chǎng)作出判決，只有市場(chǎng)才是決定勝負(fù)的唯一標(biāo)準(zhǔn)。 因此，在選擇技術(shù)方向的決策中，實(shí)際上不存在方法，只有像象棋大師那樣，用深刻的洞察力、精密地分析比較、超人的預(yù)測(cè)能力，最后通過直覺判斷，作出天才的決策。不過任何天才的決策成

27、功率也不可能是100。 總之，決定產(chǎn)品方向和技術(shù)方向的決策是一個(gè)非常重要。又是非常困難的問題，千萬不要輕信那些草率的決策，它將帶來災(zāi)難性的后果。,第九節(jié) 功能原理設(shè)計(jì)的創(chuàng)造性問題 “創(chuàng)新是一個(gè)民族進(jìn)步的靈魂”，在激烈的世界性經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)中，產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力，很大程度取決于企業(yè)的創(chuàng)新能力。 設(shè)計(jì)本身就是創(chuàng)造，創(chuàng)意階段需要?jiǎng)?chuàng)新，而構(gòu)思階段即功能原理設(shè)計(jì)階段更需要?jiǎng)?chuàng)新。 一個(gè)設(shè)計(jì)人員是否有較高的創(chuàng)造性素質(zhì)，在很大程度上決定了他工作中的創(chuàng)造性效果。研究證明：有很高智商的人不一定有很高的創(chuàng)造性，而只有一般智商的人卻常常表現(xiàn)出很高的創(chuàng)造才能。一個(gè)設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)造性素質(zhì)首先在于他有沒有強(qiáng)烈的創(chuàng)造意識(shí)(欲望)。

28、但創(chuàng)造意識(shí)只是一種主觀愿望。他還必須要有創(chuàng)造性的知識(shí)基礎(chǔ)、思維方法和對(duì)創(chuàng)造性機(jī)理的認(rèn)識(shí)和理解。最后，也就是最重要的，他還必須要有從事創(chuàng)造實(shí)踐的積極性。堅(jiān)持實(shí)踐。才有可能獲得成功。,一、創(chuàng)造性機(jī)理 圖332表示了人的創(chuàng)造性本能和影響成功的因素。圖333表明了創(chuàng)造性形成的機(jī)理：心理素質(zhì)是核心；知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、能力是基礎(chǔ)；靈活的思維不斷探索方向；實(shí)踐是成功之路；如果在前進(jìn)的道路上遇到了成功的機(jī)會(huì)，就有可能抓住機(jī)會(huì)取得成功。,二、創(chuàng)造性知識(shí)基礎(chǔ) 一個(gè)好的設(shè)計(jì)師應(yīng)該具有很廣的知識(shí)面和較堅(jiān)實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)。為了擴(kuò)大人們?cè)谇蠼膺^程中搜索的眼界，人們編制了一些知識(shí)庫供參考。其中最典型的是德國學(xué)者洛特(Roth)編制的

29、“設(shè)計(jì)目錄”。其中列舉了各種已知的物理效應(yīng)、技術(shù)結(jié)構(gòu)。有些德國學(xué)者還提出一種系統(tǒng)化(systematic)思想，他們力圖把各種技術(shù)問題的解法分類排序系統(tǒng)地編排成表格，以供設(shè)計(jì)人員查閱。這些都屬于知識(shí)系統(tǒng)化的工作。 對(duì)于設(shè)計(jì)人員來說最寶貴的還是在不斷參加設(shè)計(jì)和制造實(shí)踐中積累起來的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。特別是那些失敗的經(jīng)驗(yàn)。,三、情緒智商(Emotional Intelligence Quotient) 這是美國哈佛大學(xué)心理系教授丹尼爾戈?duì)柭?995年提出的概念。他認(rèn)為一個(gè)人的成功，一般智商只占20的作用，而情緒智商則占80的作用，這可以很好解釋那些智商高而沒有成就，而智商一般卻可能有很高成就的現(xiàn)象。 所

30、謂情緒智商：是指一種做人的涵養(yǎng)，一種性格的素質(zhì)，一種精神力量，具體表現(xiàn)在處理事物時(shí)能自動(dòng)自發(fā)，能控制情緒，有遠(yuǎn)大目光有自我認(rèn)識(shí)，待人接物有較好的人際技巧等等。,四、創(chuàng)造性思維規(guī)律 創(chuàng)造性的障礙首先是心理上的，其次是思維習(xí)慣上的。人們往往害怕進(jìn)入個(gè)陌生的領(lǐng)域。擔(dān)心在那些看起來是可笑的想法上進(jìn)行研究；常常會(huì)產(chǎn)生一種習(xí)慣心理：“會(huì)不會(huì)失敗?”；承受不起哪怕是很小的一次失敗，總希望一次就能成功。這些部屬于一種有害的“心理慣性”?？朔@種心理慣性是發(fā)揮創(chuàng)造性的首要問題。 思維習(xí)慣上的墨守成規(guī)也是創(chuàng)造性發(fā)揮的重大障礙。為此有必要介紹什么是創(chuàng)造性思維以及其方式和規(guī)律是什么? 1直覺和靈感,直覺(Intuit

31、ion)是創(chuàng)造性思維的一種重要形式，幾乎沒有任何一種創(chuàng)造性活動(dòng)能離開直覺思維活動(dòng)。直覺和靈感并不是唯心的東西，它的基礎(chǔ)是平時(shí)積累的“思維元素和“經(jīng)驗(yàn)”。直覺和靈感不過是它們的升華。由于直覺往往出現(xiàn)在無意識(shí)的思維過程中(如散步時(shí)、睡夢(mèng)中)，而不是在集中注意力思維的時(shí)候因此常常給人們一種“神秘感”。 愛因斯坦說：“我相信直覺和靈 感”。他還畫了一個(gè)模式圖來描繪 直覺產(chǎn)生的機(jī)理。他認(rèn)為直覺起 源于創(chuàng)造性的想象，通過反復(fù)的 想象和構(gòu)思并激發(fā)起潛意識(shí)，然 后就可能在某種環(huán)境條件下升華 為直覺或靈感(見圖334)。,愛因斯坦生平簡介： 現(xiàn)代物理學(xué)的開創(chuàng)者和奠基人。 1879年3月14日生于德國的烏爾姆，

32、1955年4月18日卒于美國的普林斯頓。 1900年畢業(yè)于瑞士蘇黎世聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)，畢業(yè)后即失業(yè)。在朋友的幫助下，才在瑞士聯(lián)邦專利局找到工作。1905年獲蘇黎世大學(xué)博士學(xué)位。1909年任蘇黎世大學(xué)理論物理學(xué)副教授，1911年任布拉格大學(xué)教授，兩年后任德國威廉皇家物理研究所所長、柏林大學(xué)教授，當(dāng)選為普魯士科學(xué)院院士。1932年受希特勒迫害離開德國,1933年10月定居美國。愛因斯坦在物理學(xué)的許多領(lǐng)域都有貢獻(xiàn)，比如研究毛細(xì)現(xiàn)象、闡明布朗運(yùn)動(dòng)、建立狹義相對(duì)論并推廣為廣義相對(duì)論、提出光的量子概念，并以量子理論完滿地解釋光電效應(yīng)、輻射過程、固體比熱，發(fā)展了量子統(tǒng)計(jì)。并于1921年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。,2潛意

33、識(shí) 有些思維學(xué)家(如弗洛伊德 .西格蒙德 Freude.Sigmund 18561939，奧地利醫(yī)生、心理學(xué)家，他是精神分析學(xué)派的創(chuàng)始人。） （論無意識(shí)1915)認(rèn)為在人腦的思維活動(dòng)中，存在著無意識(shí)的思維。所謂“無意識(shí)”和“下意識(shí)”的行為就和這種思維活動(dòng)有關(guān)。這些思維學(xué)家強(qiáng)調(diào)“下意識(shí)”的重要性并稱之為“潛意識(shí)”。他們把它看得比有意識(shí)的思考更重要。在他們看來，創(chuàng)造性思維活動(dòng)過程可以分為四個(gè)意識(shí)階段，即有意識(shí)活動(dòng)(準(zhǔn)備)階段無意識(shí)活動(dòng)(潛伏、醞釀)階段過渡(產(chǎn)生靈感)階段有意識(shí)活動(dòng)(發(fā)展、完善)階段。其中第二、三階段就是潛意識(shí)活動(dòng)的過程。,3形象思維和思維實(shí)驗(yàn) 形象思維是指頭腦里產(chǎn)生實(shí)物形象的思維方式，這種形象是介于實(shí)物和抽象概念之間的一種圖形，愛因斯坦認(rèn)為直覺思維必須借助于這種智力圖像。只有這種形象思維才能使人對(duì)空間狀況和變化過程進(jìn)行思維。 思維實(shí)驗(yàn)則是指在頭腦里對(duì)所構(gòu)思的過程進(jìn)行模擬性的實(shí)驗(yàn)。愛因斯坦在發(fā)現(xiàn)相對(duì)論的過程中就做過這樣的思維實(shí)驗(yàn)。上面提到的“智力圖像”正是人們進(jìn)行思維實(shí)驗(yàn)時(shí)的好工具。,4.視覺思維和感覺思