材料加工新技術與新工藝第一章引言

1、 機械系統(tǒng)創(chuàng)新設計機械系統(tǒng)創(chuàng)新設計機械工程與自動化學院機械設計系機械工程與自動化學院機械設計系教教 材材v黃純穎等，機械創(chuàng)新設計黃純穎等，機械創(chuàng)新設計. 高等教育出版社，高等教育出版社，2000.教教 學學 參參 考考 書書v符煒符煒機械創(chuàng)新設計構思方法機械創(chuàng)新設計構思方法湖南科學技術出版湖南科學技術出版社，社，20062006。v呂仲文呂仲文機械創(chuàng)新設計機械創(chuàng)新設計機械工業(yè)出版社，機械工業(yè)出版社，20042004年年v陳繼平陳繼平現(xiàn)代設計方法現(xiàn)代設計方法華中理工大學出版華中理工大學出版社社.1997.1997v唐林唐林產品概念設計基本原理及方法產品概念設計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張春林張春林機械創(chuàng)新設計機械創(chuàng)新設計機械工業(yè)出版社，機械工業(yè)出版社，19991999年年v顏鴻森顏鴻森機械裝置的創(chuàng)造性設計機械裝置的創(chuàng)造性設計機械工業(yè)出版社，機械工業(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)新與社會發(fā)展創(chuàng)新與社會發(fā)展 創(chuàng)造創(chuàng)造 (Creation) (Creation) 強調新穎性和獨特性強調新穎性和獨特性 創(chuàng)新創(chuàng)新 (Innovation) (Innovation) 是創(chuàng)造的某種實現(xiàn)是創(chuàng)造的某種實現(xiàn) 創(chuàng)新創(chuàng)新 人類文明進步的原動力；人類文明進步的原動力； 人類科學的發(fā)展動力；人類科學的發(fā)展動力； 現(xiàn)代科學體系的知識基礎；現(xiàn)代科學體系的知識基礎； 技術和經濟發(fā)展的原動力；技術和經濟發(fā)展的原動力； 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、經濟、軍事和科學技世界各國之間在政治、經濟、軍事和科學技術方面的劇烈競爭，實質上是人才的競爭，

4、而人術方面的劇烈競爭，實質上是人才的競爭，而人才競爭的關鍵是人才創(chuàng)造力的競爭。才競爭的關鍵是人才創(chuàng)造力的競爭。江澤民江澤民 “ “創(chuàng)新是一個民族進步的靈魂，是國家興創(chuàng)新是一個民族進步的靈魂，是國家興旺發(fā)達的不竭動力。一個沒有創(chuàng)新能力的民旺發(fā)達的不竭動力。一個沒有創(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?！?“ “任何一項工作的活力和生機都來自于發(fā)任何一項工作的活力和生機都來自于發(fā)展和創(chuàng)新。展和創(chuàng)新?！?加強技術創(chuàng)新，發(fā)展高科技，實現(xiàn)產業(yè)化加強技術創(chuàng)新，發(fā)展高科技，實現(xiàn)產業(yè)化是一項系統(tǒng)工程，對提高國民經濟質量和效是一項系統(tǒng)工程，對提高國民經濟質量和效益，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。 技術創(chuàng)新的技術創(chuàng)新的特點特點是以市場為導向，以提高競爭是以市場為導向，以提高競爭力為目標。力為目標。 技術創(chuàng)新的技術創(chuàng)新的內容內容包括從新產品或新工藝設想的包括從新產品或新工藝設想的產生，經過技術的研究、開發(fā)、工程化、商業(yè)化生產生，經過技術的研究、開發(fā)、工程化、商業(yè)化生產到市場應用的整個過程。產到市場應用的整個過程。 古代中國古代中國 四大發(fā)明：指南針、火藥、印刷術、造紙術四大發(fā)明：指南針、火藥、印刷術、造紙術 機械發(fā)明、使用和發(fā)展，遠遠領先于世界水平。機械發(fā)明、使用和發(fā)展，遠遠領先于世界水平。 而農業(yè)、航運、石油工業(yè)、氣象觀測中的許多

6、而農業(yè)、航運、石油工業(yè)、氣象觀測中的許多技術以及十進制計算、紙幣、多級火箭、水下魚雷技術以及十進制計算、紙幣、多級火箭、水下魚雷乃至蒸汽機的原始設計等都源于中國。乃至蒸汽機的原始設計等都源于中國。 中國傳入其他國家的重要機械技術中國傳入其他國家的重要機械技術 鑄鐵鑄鐵 活塞風箱活塞風箱 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 水力應用水力應用 方板鏈泵方板鏈泵 蒸氣機基本原理蒸氣機基本原理 鏈條傳動鏈條傳動 獨輪車獨輪車 滑動測徑儀滑動測徑儀 機械鐘表裝置機械鐘表裝置 永明燈永明燈 紡車紡車 輪式碾磨機輪式碾磨機 船尾舵船尾舵 磁羅盤用于航海磁羅盤用于航海 從

7、木牛的結構上看，它采用了助力機構，里從木牛的結構上看，它采用了助力機構，里面可能加有飛輪機構。從運行來講，里面采用的面可能加有飛輪機構。從運行來講，里面采用的有齒輪機構，曲柄連桿機構。人推動木牛時，里有齒輪機構，曲柄連桿機構。人推動木牛時，里面的曲柄連桿機構通過齒輪帶動飛輪，飛輪運行面的曲柄連桿機構通過齒輪帶動飛輪，飛輪運行起來后，又因為飛輪的慣性，給木牛以助力，這起來后，又因為飛輪的慣性，給木牛以助力，這樣，就達到了省力的目的。樣，就達到了省力的目的。 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。 利用車輪帶動大小不同的一組齒輪，使車輪走利用車輪帶動大小不同的一組齒輪，使車輪走滿一里時，其中一個齒輪剛好轉動一圈，該輪軸撥滿一里時，其中一個齒輪剛好轉動一圈，該輪軸撥動車上木人打鼓或擊鐘，報告行程動車上木人打鼓或擊鐘，報告行程 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 用人工方法產生高速帶電粒子的裝置用人工方法產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 世紀教育的特點世紀教育的特點 培養(yǎng)創(chuàng)新人才，高等學校的教育是極為重要，培養(yǎng)創(chuàng)新人才，高等學校的教育是極為重要，聯(lián)合國教科文組織曾作調研并預測，聯(lián)合國教科文組織曾作調研并預測，2121世紀高等世紀高等教育具有五大特點：教育具有五大特點： 1 1教育的指導性教育的指導性 教師從傳授知識的權威變?yōu)橹笇W生學習的顧教師從傳授知識的權威變?yōu)橹笇W生學習的顧問。問。 2 2教育的綜合性教育的綜合性 強調綜合運用知識解決問題的綜合能力培養(yǎng)。強調綜合運用知識解決問題的綜合能力培養(yǎng)。 3 3教育的社會性教育的社會性 教育由封閉的校園轉向開放的社會。教育由封閉的校園

10、轉向開放的社會。 4 4教育的終身性教育的終身性 一次性的學校教育轉化為全社會的終生教育一次性的學校教育轉化為全社會的終生教育 (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)學生創(chuàng)新精神和提高創(chuàng)造力。致力于培養(yǎng)學生創(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、加強創(chuàng)新實踐等方面著手。創(chuàng)造力、加強創(chuàng)新實踐等方面著手。 在在2020世紀前半期，世紀前半期，“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“天才瘋狂學說天才瘋狂學說”把普通人比作把普通人比作只按正常軌道運行的行星；把天才比作流星，不知只按正常軌道運行的行星；把天才比作流星，不知何時在何處出現(xiàn)，神秘莫測。何時在何處出現(xiàn)，神秘莫測。 6060年代前后，認識到年代前后，認識到“創(chuàng)造力是每個正常人都創(chuàng)造力是每個正常人都具有的能力，不是個別天才人物所獨有的神秘之具有的能力，不是個別天才人物所獨有的神秘之物物”。人的創(chuàng)造性本能人的創(chuàng)造性本能創(chuàng)造性形成的機理模型創(chuàng)造性形成的機理模型1 1、培養(yǎng)創(chuàng)新意識、培養(yǎng)創(chuàng)新意識 創(chuàng)新活動首先來自于強烈的創(chuàng)新意識。創(chuàng)新活動首先來自于強烈的創(chuàng)新意識。 創(chuàng)新人才應善于發(fā)現(xiàn)矛盾，勇于探索，敢于創(chuàng)創(chuàng)新人才應善于

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。 諾貝爾物理學獎獲得者詹奧吉諾貝爾物理學獎獲得者詹奧吉 “ “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，人人是處處是創(chuàng)造之地，天天是創(chuàng)造之時，人人是創(chuàng)造之人。創(chuàng)造之人?！?齒輪是重要的機械零件，漸開線齒輪精度測齒輪是重要的機械零件，漸開線齒輪精度測量項目多，要采用多種測量儀器，長期來一直是量項目多，要采用多種測量儀器，長期來一直是加工、使用中的難點。成都某研究所針對此矛盾加

13、工、使用中的難點。成都某研究所針對此矛盾設計開發(fā)了齒輪全誤差測量儀，通過被測齒輪與設計開發(fā)了齒輪全誤差測量儀，通過被測齒輪與標準齒輪嚙合時角速度等參數的變化，直接分析標準齒輪嚙合時角速度等參數的變化，直接分析測量齒輪的各項誤差，大大簡化了測量過程。測量齒輪的各項誤差，大大簡化了測量過程。 世界充滿矛盾，現(xiàn)實不一定合理。世界充滿矛盾，現(xiàn)實不一定合理。 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)造的動力和起點。造的動力和起點。 創(chuàng)造需要付出非凡的勞動，不能幻想囊中取物、創(chuàng)造需要付出非凡的勞動，不能幻想囊中取物、一蹴而就；需要有堅定的毅力，克服重重的困難才一蹴而

14、就；需要有堅定的毅力，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，為尋找燈絲材料曾用過愛迪生研究白熾燈時，為尋找燈絲材料曾用過60006000多種植物纖維，試驗多種植物纖維，試驗16001600多種耐熱材料。多種耐熱材料。 666666農藥因試驗農藥因試驗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。 我國科學家張開遜在調試某儀器時，發(fā)現(xiàn)每當我國

15、科學家張開遜在調試某儀器時，發(fā)現(xiàn)每當有人進入房間，儀器零點即發(fā)生飄移。有人進入房間，儀器零點即發(fā)生飄移。 他抓住這個現(xiàn)象，經過多次試驗和深入研究，他抓住這個現(xiàn)象，經過多次試驗和深入研究，探討出是氣流溫度場的作用。在此基礎上他根據探討出是氣流溫度場的作用。在此基礎上他根據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，精度達開發(fā)出高分辨度測溫儀，精度達1/10001/1000度，用于新度，用于新生兒和重病人的呼吸監(jiān)護，效果很好。生兒和重病人的呼吸監(jiān)護，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)造活動創(chuàng)

16、造力是人的心理特征和各種能力在創(chuàng)造活動中體現(xiàn)的綜合能力。中體現(xiàn)的綜合能力。 提高創(chuàng)造力應從培養(yǎng)良好的創(chuàng)造心理，了解創(chuàng)提高創(chuàng)造力應從培養(yǎng)良好的創(chuàng)造心理，了解創(chuàng)造思維的特點，掌握創(chuàng)造原理和創(chuàng)造技法等方面造思維的特點，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、表達力、自控力等是創(chuàng)造力的基礎性因素。表達力、自控力等是創(chuàng)造力的基礎性因素。 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)造力的動力和催

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

18、按專程課程和實踐訓練，兩年后取得很好的效果，按專利數量測算，人的創(chuàng)造力提高了三倍。利數量測算，人的創(chuàng)造力提高了三倍。 湖南輕工業(yè)高等?？茖W校設有創(chuàng)造發(fā)明學校，湖南輕工業(yè)高等?？茖W校設有創(chuàng)造發(fā)明學校，辦學辦學8年多，培養(yǎng)了千余名學員。這些學生畢業(yè)前年多，培養(yǎng)了千余名學員。這些學生畢業(yè)前后取得多項創(chuàng)造發(fā)明成果和專利，甚至獲得國際大后取得多項創(chuàng)造發(fā)明成果和專利，甚至獲得國際大獎。獎。3 3、加強創(chuàng)造實踐、加強創(chuàng)造實踐 創(chuàng)造能力培養(yǎng)的關鍵是加強創(chuàng)造實踐。創(chuàng)造能力培養(yǎng)的關鍵是加強創(chuàng)造實踐。 不下水學不會游泳不下水學不會游泳 不開車上路不可能真正學會駕駛汽車不開車上路不可能真正學會駕駛汽車 創(chuàng)造力訓練必須

19、有大量的創(chuàng)造實踐。創(chuàng)造力訓練必須有大量的創(chuàng)造實踐。 工科院校學生，除必要的理論教學外，一定要工科院校學生，除必要的理論教學外，一定要設置一系列設計實踐環(huán)節(jié)，讓學生在設計實踐中設置一系列設計實踐環(huán)節(jié)，讓學生在設計實踐中培養(yǎng)綜合分析和創(chuàng)新設計的能力。培養(yǎng)綜合分析和創(chuàng)新設計的能力。第三節(jié)第三節(jié) 創(chuàng)新設計創(chuàng)新設計 設計是人類社會最基本的一種生產實踐活動，設計是人類社會最基本的一種生產實踐活動，它是創(chuàng)造精神財富和物質文明的重要環(huán)節(jié)。它是創(chuàng)造精神財富和物質文明的重要環(huán)節(jié)。 創(chuàng)新設計是技術創(chuàng)新的重要內容。創(chuàng)新設計是技術創(chuàng)新的重要內容。 工程設計是建立技術系統(tǒng)的第一道工序，它對工程設計是建立技術系統(tǒng)的第一道工

20、序，它對產品的技術水平和經濟效益起決定性的作用，據產品的技術水平和經濟效益起決定性的作用，據統(tǒng)計，產品成本的統(tǒng)計，產品成本的7575-80-80由設計階段確定的。由設計階段確定的。 設計的本質是革新和創(chuàng)造。設計的本質是革新和創(chuàng)造。 強調創(chuàng)新設計是要求在設計中更充分發(fā)揮設計強調創(chuàng)新設計是要求在設計中更充分發(fā)揮設計者的創(chuàng)造力，利用最新科技成果，在現(xiàn)代設計理者的創(chuàng)造力，利用最新科技成果，在現(xiàn)代設計理論和方法的指導下，設計出更具有競爭力的新穎論和方法的指導下，設計出更具有競爭力的新穎產品。產品。一、設計過程一、設計過程 設計一般分為產品規(guī)劃、方案設計、技術設計、設計一般分為產品規(guī)劃、方案設計、技術設計

21、、施工設計等四個階段。施工設計等四個階段。 產品規(guī)劃階段進行詳細的需求調查、市場預測，產品規(guī)劃階段進行詳細的需求調查、市場預測，確定設計參數和制約條件，最后給出詳細的設計任確定設計參數和制約條件，最后給出詳細的設計任務書務書( (或設計要求表或設計要求表) )作為設計、評價、決策的依據。作為設計、評價、決策的依據。 方案設計方案設計( (也稱概念設計，也稱概念設計，Concept Design) Concept Design) 階段確階段確定產品的工作原理，并對產品的執(zhí)行系統(tǒng)、原動定產品的工作原理，并對產品的執(zhí)行系統(tǒng)、原動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、測控系統(tǒng)等作方案性設計，將系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、測控系統(tǒng)等作方

22、案性設計，將有關機械機構、液壓線路或電控線路用簡圖形式有關機械機構、液壓線路或電控線路用簡圖形式表達。表達。 技術設計階段在原理方案基礎上進行具體結構化技術設計階段在原理方案基礎上進行具體結構化設計，選材料，定零件的構形和尺寸，進行各種設計，選材料，定零件的構形和尺寸，進行各種必要的性能計算，最后畫出部件的裝配草圖。必要的性能計算，最后畫出部件的裝配草圖。 為了提高產品的競爭力還需應用先進的設計理論為了提高產品的競爭力還需應用先進的設計理論和方法提高產品的價值和方法提高產品的價值( (改善性能、降低成本改善性能、降低成本) )，進，進行產品的系列設計，考慮人機工程原理提高產品行產品的系列設計，

23、考慮人機工程原理提高產品的宜人性，利用工業(yè)美學原則對產品進行更好的的宜人性，利用工業(yè)美學原則對產品進行更好的外觀設計等，使產品既實用，又適應市場商品化外觀設計等，使產品既實用，又適應市場商品化的需要。的需要。 這階段往往要通過模型試驗檢驗產品的功能原這階段往往要通過模型試驗檢驗產品的功能原理和性能。理和性能。 施工設計階段進行零件設計和部件裝配圖的施工設計階段進行零件設計和部件裝配圖的細節(jié)設計，完成全部生產圖紙并編制設計說明書、細節(jié)設計，完成全部生產圖紙并編制設計說明書、工藝卡、使用說明書等技術文件。工藝卡、使用說明書等技術文件。 正式投產前產品的試制將檢驗加工工藝和裝正式投產前產品的試制將檢

24、驗加工工藝和裝配工藝，并進行較詳細的成本核算，從而提出修配工藝，并進行較詳細的成本核算，從而提出修改意見，進一步完善整個產品的設計。改意見，進一步完善整個產品的設計。 通過計算機輔助設計進行方案設計、技術設通過計算機輔助設計進行方案設計、技術設計、繪制圖形、產品的數控切削加工或成型加工、計、繪制圖形、產品的數控切削加工或成型加工、虛擬仿真。虛擬仿真。 不論采用什么設計手段，合理掌握設計過程，不論采用什么設計手段，合理掌握設計過程，抓住每個設計階段的特點和重點，有利于調動設計抓住每個設計階段的特點和重點，有利于調動設計人員的創(chuàng)新精神，提高產品的設計質量。人員的創(chuàng)新精神，提高產品的設計質量。二、創(chuàng)

25、新設計的類型二、創(chuàng)新設計的類型 創(chuàng)新設計可分為開發(fā)設計、變異設計和反求創(chuàng)新設計可分為開發(fā)設計、變異設計和反求設計三種類型。設計三種類型。 1、開發(fā)設計、開發(fā)設計 針對新任務，提出新方案，完成從產品規(guī)劃、針對新任務，提出新方案，完成從產品規(guī)劃、原理方案、技術設計到施工設計的全過程。原理方案、技術設計到施工設計的全過程。 2、變異設計、變異設計 在已有產品的基礎上，針對原有缺點或新的工在已有產品的基礎上，針對原有缺點或新的工作要求，從工作原理、機構、結構、參數、尺寸作要求，從工作原理、機構、結構、參數、尺寸等方面進行一定變異，設計新產品以適應市場需等方面進行一定變異，設計新產品以適應市場需要，提高

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

27、型設計的共同點，也是設計的生創(chuàng)新是各種類型設計的共同點，也是設計的生命力所在。命力所在。 設計人員必須發(fā)揮創(chuàng)造思維，掌握基本設計規(guī)設計人員必須發(fā)揮創(chuàng)造思維，掌握基本設計規(guī)律和方法，在實踐中不斷提高創(chuàng)新設計的能力。律和方法，在實踐中不斷提高創(chuàng)新設計的能力。 三、創(chuàng)新設計的特點三、創(chuàng)新設計的特點 創(chuàng)新設計必須具有獨創(chuàng)性和實用性，取得創(chuàng)創(chuàng)新設計必須具有獨創(chuàng)性和實用性，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、獨創(chuàng)性、獨創(chuàng)性 創(chuàng)新設計必須具有其獨創(chuàng)性和新穎性。創(chuàng)新設計必須具有其獨創(chuàng)性和新穎性。 新功能新功能 新原理新原理 新機構新機構 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。 洗衣機通過水流的沖刷帶走衣服中的污物，有洗衣機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)出內桶可旋轉加強搓洗的離心式，洗凈效開發(fā)出內桶可旋轉加強搓洗的離心式，洗凈效果更好。果更好。 突破機械攪水方式的真空洗衣機、臭氧洗衣機、突破機械攪水方式的真空洗衣機、臭氧洗衣機、電磁洗衣機、超聲波洗衣機等又為洗衣機創(chuàng)出新路，電磁洗衣機、超聲波洗衣機等又為洗衣機創(chuàng)出新路，洗衣機正是在原理、結構不斷創(chuàng)新的過程中發(fā)展和洗衣機正是在原理、結構不斷創(chuàng)新的過程中發(fā)展和取得市場效益的。取得市場效益的。 清華大學第十七屆挑戰(zhàn)杯由學生設計制造的爬清

29、華大學第十七屆挑戰(zhàn)杯由學生設計制造的爬竿機器人。竿機器人。 這種機器人模仿尺蠖這種機器人模仿尺蠖(huo)(huo)的動作向上爬行，其的動作向上爬行，其爬行機構為曲柄滑塊機構。爬行機構為曲柄滑塊機構。 電機與曲柄固接，驅動裝置運動。電機與曲柄固接，驅動裝置運動。 上下兩個自鎖套是實現(xiàn)上爬的關鍵結構，當自上下兩個自鎖套是實現(xiàn)上爬的關鍵結構，當自鎖套有向下運動的趨勢時，錐套、鋼球與圓桿之間鎖套有向下運動的趨勢時，錐套、鋼球與圓桿之間會形成可靠的自鎖，使裝置不下滑，而上行時自鎖會形成可靠的自鎖，使裝置不下滑，而上行時自鎖解除。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極限位置，同

30、套位于最遠極限位置，同時鎖緊；時鎖緊； （a） 爬竿機器人的爬行過程如圖所示。爬竿機器人的爬行過程如圖所示。 圖圖b 狀態(tài)曲柄逆狀態(tài)曲柄逆時針方向轉動；時針方向轉動；上自鎖套鎖緊，上自鎖套鎖緊，下自鎖套松開，下自鎖套松開，被曲柄連桿帶動被曲柄連桿帶動上爬；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，下自鎖套鎖緊，高點，下自鎖套鎖緊，上自鎖套松開，被曲柄上自鎖套松開，被曲柄帶動上爬。帶動上爬。 如此周而復始，實現(xiàn)自如此周而復始，實現(xiàn)自動爬竿。動爬竿。 用這些簡單的機構、結用這些簡單的機構、結構使機器人爬竿，體現(xiàn)構使機器人爬竿，體現(xiàn)了獨創(chuàng)性。了獨創(chuàng)性。 （c） （a） （b） （c

31、） 哈爾濱工業(yè)大學參加全國機械設計創(chuàng)新競賽哈爾濱工業(yè)大學參加全國機械設計創(chuàng)新競賽的螺旋傳動的螺旋傳動管道機器人管道機器人 使可沿管道周向轉動的橡膠輪的軸線與基座使可沿管道周向轉動的橡膠輪的軸線與基座的軸線空間相交成一定側偏角，等效為螺旋角，的軸線空間相交成一定側偏角，等效為螺旋角，電機直接驅動機器人的基座，基座的轉動帶動橡電機直接驅動機器人的基座，基座的轉動帶動橡膠輪轉動。當橡膠輪與基座之間有一定的側偏角膠輪轉動。當橡膠輪與基座之間有一定的側偏角時，機器人將在管內以螺旋軌跡前進或后退，其時，機器人將在管內以螺旋軌跡前進或后退，其機理等效于螺旋傳動。機理等效于螺旋傳動。 爬竿管道兩用爬竿管道兩用

32、機器人機器人 利用對稱結構使機器人自平衡；在一個利用對稱結構使機器人自平衡；在一個可翻轉的正六邊形支架上對稱固定三組頂端可翻轉的正六邊形支架上對稱固定三組頂端有滾輪支腳。運動時輪子與所爬物體表面接有滾輪支腳。運動時輪子與所爬物體表面接觸；靠彈簧提供產生摩擦所需的正壓力，并觸；靠彈簧提供產生摩擦所需的正壓力，并自動夾緊，彈簧的拉力大小四級可調，以適自動夾緊，彈簧的拉力大小四級可調，以適應不同直徑竿和管道；機器人前進的動力由應不同直徑竿和管道；機器人前進的動力由三個三個30n/min30n/min的減速電機提供，在由一級皮帶的減速電機提供，在由一級皮帶傳動至頂端的輪子；六邊形支架可打開一個傳動至頂

33、端的輪子；六邊形支架可打開一個節(jié)點，向外翻轉重新組成一個六邊形，這樣節(jié)點，向外翻轉重新組成一個六邊形，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、實用性、實用性 創(chuàng)新設計必須具實用性。創(chuàng)新設計必須具實用性。 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富，只有將它發(fā)明創(chuàng)造成果只是一種潛在的財富，只有將它們轉化為現(xiàn)實生產力或市場商品，才能真正為經們轉化為現(xiàn)實生產力或市場商品，才能真正為經濟發(fā)展和社會進步服務。濟發(fā)展和社會進步服務。 1985 19951985 1995年中國發(fā)明協(xié)會向社會推薦和宣傳年中國發(fā)明協(xié)會向社會推薦和宣傳

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