原理方案的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

1、原理方案的創(chuàng)新設(shè)計(jì)原理方案的創(chuàng)新設(shè)計(jì)不積跬步，無以至千里；不積小流，無以成江河。 荀子機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的三種類型機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的三種類型類型類型含義含義設(shè)計(jì)比例設(shè)計(jì)比例開發(fā)性設(shè)計(jì)開發(fā)性設(shè)計(jì) 在工作原理、功能結(jié)構(gòu)等完全未知的情況下在工作原理、功能結(jié)構(gòu)等完全未知的情況下, 運(yùn)用成熟的科學(xué)理論或經(jīng)過試驗(yàn)證明可行的新運(yùn)用成熟的科學(xué)理論或經(jīng)過試驗(yàn)證明可行的新技術(shù)技術(shù),設(shè)計(jì)出過去沒有的新型機(jī)械。這是一種設(shè)計(jì)出過去沒有的新型機(jī)械。這是一種完全的創(chuàng)新設(shè)計(jì)完全的創(chuàng)新設(shè)計(jì)25適應(yīng)性設(shè)計(jì)適應(yīng)性設(shè)計(jì) 在工作原理、功能結(jié)構(gòu)基本保持不變的前提下，在工作原理、功能結(jié)構(gòu)基本保持不變的前提下，對(duì)產(chǎn)品作局部的變更或新設(shè)計(jì)少數(shù)零、部件，

2、對(duì)產(chǎn)品作局部的變更或新設(shè)計(jì)少數(shù)零、部件，以改變產(chǎn)品的某些性能或克服原來的某些明顯以改變產(chǎn)品的某些性能或克服原來的某些明顯缺陷。這是具有部分創(chuàng)新的設(shè)計(jì)。缺陷。這是具有部分創(chuàng)新的設(shè)計(jì)。55變型設(shè)計(jì)變型設(shè)計(jì) 在工作原理、功能結(jié)構(gòu)基本保持不變的前提在工作原理、功能結(jié)構(gòu)基本保持不變的前提下，對(duì)產(chǎn)品作尺寸大小或布置方式的改變，以下，對(duì)產(chǎn)品作尺寸大小或布置方式的改變，以適應(yīng)于量的變化要求。此類設(shè)計(jì)中，不但功能適應(yīng)于量的變化要求。此類設(shè)計(jì)中，不但功能和解的原理不變，而且不出現(xiàn)諸如材料、應(yīng)力、和解的原理不變，而且不出現(xiàn)諸如材料、應(yīng)力、工藝等方面的新問題。工藝等方面的新問題。20設(shè)計(jì)的一般進(jìn)設(shè)計(jì)的一般進(jìn)程程 產(chǎn)品

3、規(guī)劃產(chǎn)品規(guī)劃方案設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)施工設(shè)計(jì)施工設(shè)計(jì)求總功能求總功能總體方案分析總體方案分析求功能元求功能元明確任務(wù)明確任務(wù)求功能元解求功能元解系統(tǒng)原理解系統(tǒng)原理解黑箱法黑箱法創(chuàng)造技法、設(shè)計(jì)目錄創(chuàng)造技法、設(shè)計(jì)目錄評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)法形態(tài)學(xué)矩陣形態(tài)學(xué)矩陣功能樹功能樹創(chuàng)造技法、設(shè)計(jì)目錄創(chuàng)造技法、設(shè)計(jì)目錄最佳原理方案最佳原理方案抽象抽象搜索搜索分解分解搜索搜索組合組合收斂收斂原理方案設(shè)計(jì)步原理方案設(shè)計(jì)步驟驟 方案設(shè)計(jì)的主要工作有方案設(shè)計(jì)的主要工作有功能綜合、原理綜合功能綜合、原理綜合和構(gòu)型綜合和構(gòu)型綜合，方案是，方案是發(fā)散發(fā)散的，沒有一定的規(guī)律可的，沒有一定的規(guī)律可以遵循。以遵循。 功能綜合功能綜合

4、是確定機(jī)械的本質(zhì)功能。是確定機(jī)械的本質(zhì)功能。 原理綜合原理綜合是為了實(shí)現(xiàn)功能而采用的工作原理。是為了實(shí)現(xiàn)功能而采用的工作原理。 在確定工作原理之后，就要進(jìn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)在確定工作原理之后，就要進(jìn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，也就是與零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，也就是構(gòu)型綜合階段。構(gòu)型綜合階段。 功能設(shè)計(jì)法功能設(shè)計(jì)法 設(shè)計(jì)目錄設(shè)計(jì)目錄 評(píng)價(jià)系統(tǒng)評(píng)價(jià)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)法功能設(shè)計(jì)法功能的分析功能的分析功能的分類功能的分類功能的分解功能的分解功能的求解功能的求解 功能分析功能分析什么是功能什么是功能？1.19世紀(jì)世紀(jì)40年代，美國通用電氣公司的邁克斯首年代，美國通用電氣公司的邁克斯首先提出先提出Function的概念。的

5、概念。2.功能是產(chǎn)品或技術(shù)系統(tǒng)特定工作能力抽象化的功能是產(chǎn)品或技術(shù)系統(tǒng)特定工作能力抽象化的描述。描述。3.描述功能要準(zhǔn)確、簡(jiǎn)潔，合理抽象，抓住本質(zhì)。描述功能要準(zhǔn)確、簡(jiǎn)潔，合理抽象，抓住本質(zhì)。4.黑箱法黑箱法（Black Box）技術(shù)技術(shù)系統(tǒng)系統(tǒng)機(jī)器機(jī)器設(shè)備設(shè)備儀器儀器物料物料分離分離輸入接口輸入接口輸出接口輸出接口能量能量物料物料信號(hào)信號(hào)能量能量物料物料信號(hào)信號(hào)電能電能接通接通凈衣服凈衣服污物污物切斷切斷能量能量臟衣服臟衣服圖圖1 黑箱法黑箱法描述未知系統(tǒng)描述未知系統(tǒng) 圖圖2 凈衣系統(tǒng)功能分析凈衣系統(tǒng)功能分析 功能分類功能分類1.按機(jī)械系統(tǒng)的組成按機(jī)械系統(tǒng)的組成進(jìn)行功能分類進(jìn)行功能分類 驅(qū)動(dòng)功

6、能驅(qū)動(dòng)功能 傳動(dòng)功能傳動(dòng)功能 執(zhí)行功能執(zhí)行功能 控制功能控制功能 2.按三要素的物理作用進(jìn)行分類按三要素的物理作用進(jìn)行分類 轉(zhuǎn)變與復(fù)原轉(zhuǎn)變與復(fù)原 放大與縮小放大與縮小 混合與分離混合與分離 接合與分開接合與分開 存貯與功能存貯與功能 傳導(dǎo)與中斷傳導(dǎo)與中斷 3.機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)的基本功能機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)的基本功能變換運(yùn)動(dòng)形式變換運(yùn)動(dòng)形式變換運(yùn)動(dòng)速度變換運(yùn)動(dòng)速度變換運(yùn)動(dòng)方向變換運(yùn)動(dòng)方向 進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的合成與分解進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的合成與分解對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行操縱與控制對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行操縱與控制實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)軌跡 實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)位置實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)位置實(shí)現(xiàn)某些特殊的功能實(shí)現(xiàn)某些特殊的功能 總功能是該系統(tǒng)中各子系統(tǒng)乃至各個(gè)元

7、件共同完成的。總功能是該系統(tǒng)中各子系統(tǒng)乃至各個(gè)元件共同完成的。子系統(tǒng)分擔(dān)各自的子系統(tǒng)分擔(dān)各自的分功能或功能元分功能或功能元。各分功能的類型不完全。各分功能的類型不完全相同，有聯(lián)系，也有區(qū)別。為確定實(shí)現(xiàn)的工作原理，需要將相同，有聯(lián)系，也有區(qū)別。為確定實(shí)現(xiàn)的工作原理，需要將系統(tǒng)的總功能進(jìn)行分解。另外有些分功能可能己經(jīng)有定型化系統(tǒng)的總功能進(jìn)行分解。另外有些分功能可能己經(jīng)有定型化的產(chǎn)品，可以直接使用。的產(chǎn)品，可以直接使用。 功能分解圖的結(jié)構(gòu)形狀有樹狀結(jié)構(gòu)，也有串聯(lián)結(jié)構(gòu)、并功能分解圖的結(jié)構(gòu)形狀有樹狀結(jié)構(gòu)，也有串聯(lián)結(jié)構(gòu)、并接結(jié)構(gòu)以及環(huán)形結(jié)構(gòu)。接結(jié)構(gòu)以及環(huán)形結(jié)構(gòu)。 功能分解功能分解如：如：包裝紙包裝紙走紙走

8、紙截?cái)嗉埥財(cái)嗉堁b袋裝袋輸送并記數(shù)輸送并記數(shù)化妝品化妝品輸送輸送截流截流電能電能自動(dòng)包裝機(jī)功能結(jié)構(gòu)圖自動(dòng)包裝機(jī)功能結(jié)構(gòu)圖 包包裝裝機(jī)機(jī)電能電能化妝品化妝品信號(hào)信號(hào)數(shù)量信號(hào)數(shù)量信號(hào)袋裝化妝品袋裝化妝品包裝紙包裝紙自動(dòng)包裝機(jī)黑箱自動(dòng)包裝機(jī)黑箱功能求解功能求解原理綜合原理綜合 原理綜合就是對(duì)原理綜合就是對(duì)功能的求解過程功能的求解過程，是最有創(chuàng)造性的，是最有創(chuàng)造性的階段，是機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。在進(jìn)行原理綜合時(shí)，要階段，是機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。在進(jìn)行原理綜合時(shí)，要充分利用各種創(chuàng)新技法。主要介紹三種創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法。充分利用各種創(chuàng)新技法。主要介紹三種創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法。1. 技術(shù)沖突原理（技術(shù)沖突原理（TRIZ理論）理

9、論） 2. 發(fā)明原理發(fā)明原理 3. 資源的分析與利用資源的分析與利用1、技術(shù)沖突原理（、技術(shù)沖突原理（TRIZ理論）理論） TRIZ理論是由前蘇聯(lián)工程技術(shù)專家理論是由前蘇聯(lián)工程技術(shù)專家Altshuller創(chuàng)建的，創(chuàng)建的，認(rèn)為發(fā)明的核心問題是解決沖突。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中認(rèn)為發(fā)明的核心問題是解決沖突。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中不斷地發(fā)現(xiàn)沖突，并利用相應(yīng)的發(fā)明不解決這些沖突，使不斷地發(fā)現(xiàn)沖突，并利用相應(yīng)的發(fā)明不解決這些沖突，使產(chǎn)品向理想化的方向進(jìn)化。產(chǎn)品向理想化的方向進(jìn)化。設(shè)計(jì)中的技術(shù)沖突，設(shè)計(jì)中的技術(shù)沖突，是是設(shè)計(jì)人員為改善或提高某些子系統(tǒng)的性能，而導(dǎo)致系統(tǒng)中設(shè)計(jì)人員為改善或提高某些子系統(tǒng)的性能，而導(dǎo)

10、致系統(tǒng)中的其他子系統(tǒng)或系統(tǒng)性能變壞與降低。例如，為了使軸上的其他子系統(tǒng)或系統(tǒng)性能變壞與降低。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(dá)到的零件的固定，采用螺母固定，需在軸上加工螺紋，達(dá)到了固定的目的，但是也削弱軸的強(qiáng)度。了固定的目的，但是也削弱軸的強(qiáng)度。 a.TRIZ理論的研究人員通過對(duì)理論的研究人員通過對(duì)250萬項(xiàng)的技術(shù)專利進(jìn)萬項(xiàng)的技術(shù)專利進(jìn)行研究后，提出了用行研究后，提出了用39個(gè)抽象的工程參數(shù)來描述技術(shù)沖突個(gè)抽象的工程參數(shù)來描述技術(shù)沖突問題。問題。 通用工程參數(shù)名稱表通用工程參數(shù)名稱表序號(hào)序號(hào)通用工程參數(shù)通用工程參數(shù)序號(hào)序號(hào)通用工程參數(shù)通用工程參數(shù)序號(hào)序號(hào)通用工程參

11、數(shù)通用工程參數(shù)1運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量14強(qiáng)度強(qiáng)度27可靠性可靠性2靜止物體的質(zhì)量靜止物體的質(zhì)量15運(yùn)動(dòng)物體作用的時(shí)間運(yùn)動(dòng)物體作用的時(shí)間28測(cè)試精度測(cè)試精度3運(yùn)動(dòng)物體的長度運(yùn)動(dòng)物體的長度16靜止物體作用的時(shí)間靜止物體作用的時(shí)間29制造精度制造精度4靜止物體的長度靜止物體的長度17溫度溫度30外部有害因素作用的敏感外部有害因素作用的敏感性性5運(yùn)動(dòng)物體的面積運(yùn)動(dòng)物體的面積18光照度光照度31物體產(chǎn)生的有害因素物體產(chǎn)生的有害因素6靜止物體的面積靜止物體的面積19運(yùn)動(dòng)物體的能量運(yùn)動(dòng)物體的能量32可制造性可制造性7運(yùn)動(dòng)物體的體積運(yùn)動(dòng)物體的體積20靜止物體的能量靜止物體的能量33可操作性可操作性8靜

12、止物體的體積靜止物體的體積21功率功率34可維護(hù)性可維護(hù)性9速度速度22能量損失能量損失35適用性及多用性適用性及多用性10力力23物質(zhì)損失物質(zhì)損失36裝置的復(fù)雜性裝置的復(fù)雜性11應(yīng)力與壓力應(yīng)力與壓力24信息損失信息損失37監(jiān)控與測(cè)試的困難程度監(jiān)控與測(cè)試的困難程度12形狀形狀25時(shí)間損失時(shí)間損失38自動(dòng)化程度自動(dòng)化程度13結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性26物質(zhì)或事物的數(shù)量物質(zhì)或事物的數(shù)量39生產(chǎn)率生產(chǎn)率b.發(fā)明原理發(fā)明原理 TRIZTRIZ理論的研究人員在對(duì)全世界專利分析的基礎(chǔ)上，理論的研究人員在對(duì)全世界專利分析的基礎(chǔ)上，提出了提出了4040條發(fā)明原理，用于指導(dǎo)解決沖突和產(chǎn)品創(chuàng)新。條發(fā)明原理，用于指

13、導(dǎo)解決沖突和產(chǎn)品創(chuàng)新。 發(fā)明原理發(fā)明原理序號(hào)序號(hào)名名 稱稱序號(hào)序號(hào)名名 稱稱序號(hào)序號(hào)名名 稱稱序號(hào)序號(hào)名名 稱稱1分割分割11預(yù)補(bǔ)償預(yù)補(bǔ)償21緊急行動(dòng)緊急行動(dòng)31多孔材料多孔材料2分離分離12等勢(shì)性等勢(shì)性22變有害為有利變有害為有利32改變顏色改變顏色3局部質(zhì)量局部質(zhì)量13反向反向23反饋反饋33同質(zhì)性同質(zhì)性4不對(duì)稱不對(duì)稱14曲面化曲面化24中介物中介物34拋棄與修復(fù)拋棄與修復(fù)5合并合并15動(dòng)態(tài)化動(dòng)態(tài)化25自服務(wù)自服務(wù)35參數(shù)變化參數(shù)變化6多用性多用性16未達(dá)到或超過的作用未達(dá)到或超過的作用26復(fù)制復(fù)制36狀態(tài)變化狀態(tài)變化7套裝套裝17維數(shù)的變化維數(shù)的變化27廉價(jià)替代品廉價(jià)替代品37熱膨脹熱膨

14、脹8質(zhì)量補(bǔ)償質(zhì)量補(bǔ)償18振動(dòng)振動(dòng)28機(jī)械系統(tǒng)的替代機(jī)械系統(tǒng)的替代38加速強(qiáng)氧化加速強(qiáng)氧化9預(yù)加反作用預(yù)加反作用19周期性作用周期性作用29氣動(dòng)與液壓結(jié)構(gòu)氣動(dòng)與液壓結(jié)構(gòu)39惰性環(huán)境惰性環(huán)境10預(yù)操作預(yù)操作20有效作用的連續(xù)性有效作用的連續(xù)性30柔性殼體薄膜柔性殼體薄膜40復(fù)合材料復(fù)合材料c.沖突矩陣沖突矩陣 TRIZTRIZ理論中，理論中，3939項(xiàng)工技術(shù)項(xiàng)工技術(shù)參數(shù)描述了系統(tǒng)中問題的空間，參數(shù)描述了系統(tǒng)中問題的空間，4040條發(fā)明原理則填充了問題的條發(fā)明原理則填充了問題的空間。空間。TRIZTRIZ理論研究人員通過理論研究人員通過長時(shí)間的分析與研究，提出了長時(shí)間的分析與研究，提出了沖突矩陣的概

15、念。矩陣的行表沖突矩陣的概念。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（用原理解的該問題的原理解（用原理解的序列號(hào)表示）。序列號(hào)表示）。分析待改進(jìn)的產(chǎn)品分析待改進(jìn)的產(chǎn)品發(fā)現(xiàn)沖突發(fā)現(xiàn)沖突發(fā)明原理發(fā)明原理發(fā)現(xiàn)抽象發(fā)現(xiàn)抽象抽象解抽象解領(lǐng)域解領(lǐng)域解TRIZ設(shè)計(jì)模型設(shè)計(jì)模型 2、建立原理解法目錄、建立原理解法目錄 原理解法原理解法是把凡是導(dǎo)致功能三要素實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)變的操作或原理是把凡是導(dǎo)致功能三要素實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)變的操作或原理都被有規(guī)律的分類、排列、儲(chǔ)存起來，在設(shè)計(jì)時(shí)方便調(diào)用，都被有規(guī)律的分類、排列、儲(chǔ)存起來，在設(shè)計(jì)時(shí)方便調(diào)用，實(shí)際上是一種信息庫。實(shí)際上是一種信息庫。 原理解的目錄編寫原理解的目錄編寫必須密切結(jié)合設(shè)計(jì)過程與功能要求編寫，必須密切結(jié)合設(shè)計(jì)過程與功能要求編寫，應(yīng)該是功能明確，內(nèi)容清楚、信息面廣、查取方便。原理應(yīng)該是功能明確，內(nèi)容清楚、信息面廣、查取方便。原理解止錄的編者按寫需要具有一定的理論知識(shí)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，解止錄的編者按寫需要具有一定的理論知識(shí)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，需要進(jìn)行廣泛的調(diào)查、研究與搜集。需