機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)04

第四節(jié)還原創(chuàng)造原理一、還原創(chuàng)造原理的概念還原創(chuàng)造原理是指創(chuàng)造者通過(guò)回到“創(chuàng)造原點(diǎn)”再進(jìn)行創(chuàng)新思考以獲得創(chuàng)意的一種創(chuàng)造模式，所謂創(chuàng)造原點(diǎn)就是驅(qū)使人們進(jìn)行創(chuàng)造活動(dòng)的最基本的期望。“錨”：功能是能夠?qū)⒋胺€(wěn)定在海面。螺旋錨、火箭錨、吸盤錨。冷凍錨本質(zhì)：使創(chuàng)造思路回到事物的基本功能上去，從基本功能這一創(chuàng)造原點(diǎn)出發(fā)進(jìn)行思考，才不會(huì)受已有事物具體形態(tài)結(jié)構(gòu)的束縛，更能使創(chuàng)造者解放思想，應(yīng)用發(fā)散思維去獲得標(biāo)新立異的解決問題的方案。2/3/20231山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院古代碇石與錨基本功能——穩(wěn)定古代錨——重量重點(diǎn)，結(jié)構(gòu)千篇一律現(xiàn)代錨——螺旋錨、火箭錨、吸盤錨、冷凍錨2/3/20232山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院二、還原創(chuàng)造的基本路徑還原換元還原換元是指先還原，后換元。先還原，就是不拘泥現(xiàn)有事物技術(shù)原理和結(jié)構(gòu)形態(tài)的約束，而是透過(guò)表面看本質(zhì)，追溯到創(chuàng)造的初衷深入源頭進(jìn)行思考。后換元是指從創(chuàng)造的源頭出發(fā)，尋找可以置換現(xiàn)有技術(shù)或結(jié)構(gòu)的單元，在換元思考中獲得解決問題的新方案。食品保鮮裝置的新設(shè)計(jì)：冷凍微波滅菌保鮮第四節(jié)還原創(chuàng)造原理靜電保鮮2/3/20233山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院還原創(chuàng)元回到創(chuàng)造原點(diǎn)，以前所未有的新事物來(lái)取代舊事物的一種突變，這種創(chuàng)造有可能引起某一技術(shù)領(lǐng)域的重大變革，獲得的往往是新型產(chǎn)品。例：新型板式電風(fēng)扇電火花加工第四節(jié)還原創(chuàng)造原理2/3/20234山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院第四節(jié)還原創(chuàng)造原理2/3/20235山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院第四節(jié)還原創(chuàng)造原理2/3/20236山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院

第五節(jié)物場(chǎng)分析原理

一、物場(chǎng)分析的概念消除物理矛盾，才是解決創(chuàng)造課題的核心所在。如何分析和消除這類矛盾，可以運(yùn)用物場(chǎng)分析原理。

物場(chǎng)，是指物質(zhì)與物質(zhì)之間相互作用和相互影響的一種聯(lián)系（電鈴）。

物理領(lǐng)域的場(chǎng)：溫度場(chǎng)、機(jī)械場(chǎng)、聲場(chǎng)、引力場(chǎng)、磁場(chǎng)、電場(chǎng)等，均是物場(chǎng)的具體存在形式2/3/20237山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院比如在汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中，機(jī)械能（場(chǎng)）通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)（物質(zhì)S2）作用于車輪（S1）而使車輪（S1）向前行駛。機(jī)械能、發(fā)動(dòng)機(jī)和車輪就構(gòu)成了汽車行駛這一功能的三個(gè)要素。物-場(chǎng)分析法中是使用一種用圖形描述系統(tǒng)內(nèi)零部件之間相互關(guān)系的符號(hào)語(yǔ)言，與文字語(yǔ)言相比，它可以更加清楚直觀地描述零部件之間的相互關(guān)系。

第五節(jié)物場(chǎng)分析原理

2/3/20238山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院在物-場(chǎng)模型的定義中，物質(zhì)是指某種物體或過(guò)程，可以是整個(gè)系統(tǒng)，也可以是系統(tǒng)內(nèi)的子系統(tǒng)或單個(gè)的物體，甚至可以是環(huán)境，取決于實(shí)際情況。場(chǎng)是指完成某種功能所需的手法或手段，通常是一些能量形式，如：磁場(chǎng)、重力場(chǎng)、電能、熱能、化學(xué)能、機(jī)械能、聲能、光能等等。

第五節(jié)物場(chǎng)分析原理

構(gòu)成物場(chǎng)的三個(gè)要素：兩個(gè)物質(zhì)和一個(gè)場(chǎng)。2/3/20239山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院第五節(jié)物場(chǎng)分析原理任何物場(chǎng)都可以分為以下三種類型：完全物場(chǎng)體系不完全物場(chǎng)體系非物場(chǎng)體系2/3/202310山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院第五節(jié)物場(chǎng)分析原理二、物場(chǎng)分析的創(chuàng)造路徑

物場(chǎng)分析的基本內(nèi)容就是在判別物場(chǎng)類型的前提下進(jìn)行創(chuàng)造性思考，或?qū)Ψ俏飯?chǎng)體系或不完全物場(chǎng)體系進(jìn)行補(bǔ)建，或?qū)ν耆飯?chǎng)體系的要素進(jìn)行變換以發(fā)展物場(chǎng)。運(yùn)用物場(chǎng)分析進(jìn)行創(chuàng)造，具體實(shí)施要點(diǎn)：（1）課題分析（2）分析物場(chǎng)類型（3）進(jìn)行物場(chǎng)改造思考（4）形成新的技術(shù)體系形態(tài)2/3/202311山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院第五節(jié)物場(chǎng)分析原理實(shí)例1

冷凍機(jī)密封檢測(cè)方案設(shè)計(jì)：2/3/202312山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院第五節(jié)物場(chǎng)分析原理實(shí)例2燃?xì)廨啓C(jī)過(guò)濾器改進(jìn)設(shè)計(jì)為了從燃?xì)庵邢谴判詨m粒，可使用過(guò)濾網(wǎng)，它由許多層金屬網(wǎng)構(gòu)成。這種過(guò)濾器雖可滿意地?fù)踝m粒，但濾網(wǎng)清洗非常困難。清洗時(shí)，必須經(jīng)常將濾網(wǎng)拆散，長(zhǎng)時(shí)間向相反方向鼓風(fēng)，才能使網(wǎng)上塵粒脫去。試用物場(chǎng)分析提出改進(jìn)設(shè)計(jì)方案。解1）物場(chǎng)分析根據(jù)課題給出的條件，可描述出一個(gè)完全的物場(chǎng)體系：這個(gè)物場(chǎng)雖屬完全物場(chǎng)體系，但其功效并不令人滿意，打算對(duì)此進(jìn)行改造。2/3/202313山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院第五節(jié)物場(chǎng)分析原理舊物場(chǎng)體系的改造

采用置換場(chǎng)和物質(zhì)的辦法來(lái)改造，具體想法為：用電磁場(chǎng)來(lái)取代機(jī)械場(chǎng)（空氣流）；用鐵磁性顆粒代替金屬網(wǎng)。這樣，得到新的物場(chǎng)體系：新物場(chǎng)體系對(duì)應(yīng)的技術(shù)體系的工作原理是這樣的：利用鐵磁性顆粒作為過(guò)濾物質(zhì)，它在磁極中間并形成多孔隙結(jié)構(gòu)。關(guān)斷或接通磁場(chǎng)就可以有效地控制過(guò)濾器的孔隙。當(dāng)需“捕捉”塵粒時(shí)，過(guò)濾器孔可縮小，而在清洗時(shí)，孔可以放大。改變磁場(chǎng)強(qiáng)度，便可控制鐵磁顆粒的密度。2/3/202314山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院第五節(jié)物場(chǎng)分析法物場(chǎng)模型的轉(zhuǎn)換方法改變場(chǎng)中的物質(zhì)

1）改變物質(zhì)的結(jié)構(gòu)（整體變組件，實(shí)體變孔狀結(jié)構(gòu)）

2）改變物質(zhì)的動(dòng)態(tài)性能（由剛性變?yōu)槿嵝裕?/p>

3）改變物質(zhì)屬性（引入新的物質(zhì)，引入改進(jìn)的物質(zhì)，引入孔隙，用新物質(zhì)替代）

4）改變物質(zhì)的物理狀態(tài)（固態(tài)變液態(tài)、氣態(tài)）

5）用多個(gè)物質(zhì)組合在一起來(lái)完成作用。

6）用其他物質(zhì)代替原物質(zhì)。

2/3/202315山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院第五節(jié)物場(chǎng)分析法改變作用場(chǎng)

1）按照希望的方向改善作用的強(qiáng)度（提高，降低，消去，產(chǎn)生）

2）改善作用的方向（散射，聚焦，拉，推）

3）改善作用的持續(xù)時(shí)間（加速，減速，阻礙，促進(jìn)，間歇，周期）

4）引入場(chǎng)來(lái)改善作用

5）在兩種物質(zhì)之間加入新物質(zhì)，來(lái)改善作用

6）在作用的區(qū)域引入新物質(zhì)來(lái)改善作用

2/3/202316山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院第五節(jié)物場(chǎng)分析法實(shí)例3錐孔過(guò)定位問題的解決加工中心刀具的刀體部分的加工精度要求很嚴(yán)格，為保證加工中心的加工精度和剛性，必須使刀體和主軸錐孔的接觸面積在70%以上，亦即使刀體的錐體A與主軸錐孔以及刀體法蘭端面B與主軸端面同時(shí)接觸，但實(shí)際上很難實(shí)現(xiàn)兩者同時(shí)接觸。如圖（a）所示，或者是刀體法蘭端面與主軸端面接觸造成刀具徑向位置無(wú)法確定；或者是刀體的錐體部分與主軸錐孔接觸而刀體法蘭端面與主軸端面不能接觸，造成軸向剛性不足。傳統(tǒng)的解決方法是使用高精度加工設(shè)備加工主軸錐孔和刀體錐體，這樣就會(huì)大大增加成本。應(yīng)用物場(chǎng)分析法問題的解決如下：

2/3/202317山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院第五節(jié)物場(chǎng)分析法⑴指定物體S1

因?yàn)橹鬏S錐孔的錐度已成為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，所以刀體的錐體成為需要解決的問題。所以指定刀體為S1。

⑵確定場(chǎng)F

在原系統(tǒng)中，刀體安裝的要求是刀體錐體與主軸錐孔以及刀體法蘭端面與主軸端面同時(shí)接觸，這個(gè)要求是由機(jī)械場(chǎng)（通過(guò)過(guò)盈配合，擠壓）來(lái)滿足的。但是這個(gè)機(jī)械場(chǎng)并不能完全滿足要求。2/3/202318山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院第五節(jié)物場(chǎng)分析法⑶物質(zhì)場(chǎng)的初期模型

通過(guò)上述分析，原有系統(tǒng)的物場(chǎng)模型見圖2，由場(chǎng)F指向物體S1的實(shí)現(xiàn)箭頭為有用的相互作用。⑷引入新的物質(zhì)問題的產(chǎn)生是由于機(jī)械場(chǎng)不能穩(wěn)定有效地保證主軸和刀體的位置關(guān)系。因此，為了解決該問題，有必要引入新的物質(zhì)來(lái)改進(jìn)物場(chǎng)模型。2/3/202319山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院第五節(jié)物場(chǎng)分析法⑸生成所希望的物場(chǎng)模型所希望的物質(zhì)場(chǎng)模型見圖3。改變刀體圓錐面，使其與主軸錐孔不是以整個(gè)圓錐面接觸，而是以多數(shù)點(diǎn)的形式接觸。用精密加工出來(lái)的具有適當(dāng)剛性的小球構(gòu)成刀體的圓錐面，從而實(shí)現(xiàn)刀體的圓錐面和法蘭端面與主軸的錐孔面和端面同時(shí)實(shí)現(xiàn)接觸。用物場(chǎng)分析法解決該問題的過(guò)程如圖4所示。(此例是美國(guó)的一項(xiàng)發(fā)明專利)2/3/202320山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院在發(fā)電廠的流化床燃燒爐系統(tǒng)中，煤被送入爐中后經(jīng)過(guò)初始燃燒后變?yōu)橐簯B(tài)，并流入高溫旋流器，之后，這種不完全燃燒的煤再循環(huán)燃燒。但是，這種流態(tài)煤會(huì)腐蝕管道表面，需要經(jīng)常檢修而造成停工。對(duì)該問題進(jìn)行物－場(chǎng)分析可知：管道為物質(zhì)S1，流態(tài)煤為S2，F(xiàn)為化學(xué)能（腐蝕），化學(xué)能（F）通過(guò)不完全燃燒的流態(tài)煤（S2）作用于管道（S1）并改變S1（使其腐蝕而不能長(zhǎng)期正常使用），屬于基本物-場(chǎng)模型中的有害的完整系統(tǒng)。對(duì)于這個(gè)問題，只需設(shè)法消除其中的負(fù)面效應(yīng)———腐蝕，就可得到解決。應(yīng)用

“引入第三種物質(zhì)或改良物質(zhì)”，我們通過(guò)在管道表面添加一層防腐蝕涂層來(lái)防止管道腐蝕。這樣流化床燃燒爐管道腐蝕的問題就得到了解決。

實(shí)例4流化床燃燒爐的改造2/3/202321山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院2/3/202322山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院2/3/202323山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院思考題一輛出租車在公路上拋錨了。司機(jī)非常抱歉的向乘客解釋：抱歉，車子沒有油了。今天我忘了看油表了?！薄皼]關(guān)系，這種事情經(jīng)常發(fā)生，乘客安慰司機(jī)，”有時(shí)我也會(huì)犯同樣的錯(cuò)誤，如果當(dāng)油箱空了，它可以與我們心靈感應(yīng)就好了?！?，或許，油箱不用與司機(jī)產(chǎn)生心靈感應(yīng)，它也可以通知司機(jī)郵箱中的油的情況。試通過(guò)物-場(chǎng)模型分析解決這個(gè)問題。2/3/202324山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理一、TRIZ創(chuàng)造原理概述二、TRIZ創(chuàng)造原理的應(yīng)用2/3/202325山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理一、TRIZ創(chuàng)造原理概述TRIZ：“發(fā)明問題解決理論”，蘇聯(lián)學(xué)者G.S.Altshuller1946年開始，分析研究各國(guó)250件發(fā)明創(chuàng)造專利的基礎(chǔ)上提出的。是解決發(fā)明創(chuàng)造問題的原理和知識(shí)體系。應(yīng)用此創(chuàng)造原理可以為機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供思路或解決問題的途徑。2/3/202326山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理TRIZ理論前提和基本認(rèn)識(shí)：產(chǎn)品或技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化是有規(guī)律可循的；生產(chǎn)實(shí)踐中遇到的工程沖突常常重復(fù)出現(xiàn)；解決工程沖突的發(fā)明創(chuàng)造原理是可以掌握的；其他領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)原理可解決本領(lǐng)域的技術(shù)問題。2/3/202327山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理TRIZ理論體系2/3/202328山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理2/3/202329山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理2/3/202330山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理TRIZ創(chuàng)造原理的核心內(nèi)容是技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化原理和技術(shù)沖突解決原理技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化原理認(rèn)為，技術(shù)系統(tǒng)一直處于進(jìn)化之中，解決沖突是其進(jìn)化的推動(dòng)力。進(jìn)化速度隨技術(shù)系統(tǒng)一般沖突的解決而降低，使其產(chǎn)生突變的唯一方法是解決阻礙其進(jìn)化的深層次沖突。2/3/202331山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理2/3/202332山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理2/3/202333山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院2/3/202334山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理2/3/202335山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理2/3/202336山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理2/3/202337山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院2/3/202338山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院2/3/202339山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理技術(shù)沖突是發(fā)明創(chuàng)造過(guò)程中經(jīng)常遇到的問題，也是最難解決的問題。發(fā)明創(chuàng)造就是在解決技術(shù)沖突中產(chǎn)生的。設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)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)中其他子系統(tǒng)或系統(tǒng)性能變壞與降低，這就是設(shè)計(jì)中的沖突。例如，設(shè)計(jì)軸時(shí)為了使安裝在軸端的零件定位可靠，常采用圓螺母定位，這就需要在軸上加工螺紋，反而削弱了軸的強(qiáng)度。機(jī)械系統(tǒng)的產(chǎn)品是多種多樣的，因此產(chǎn)品中的沖突也是各種各樣的，TRIZ理論研究人員通過(guò)對(duì)世界上250萬(wàn)項(xiàng)專利的詳細(xì)研究提出了39個(gè)通用工程參數(shù)來(lái)描述技術(shù)沖突問題。這些工程參數(shù)見下表2/3/202340山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理通用工程參數(shù)名稱表

2/3/202341山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理40個(gè)發(fā)明原理2/3/202342山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理原理1：分割1.將一個(gè)物體分割為幾個(gè)獨(dú)立的部分家用電冰箱冷藏箱和冷凍箱的位置貨車分為動(dòng)力部分（機(jī)車）和裝載部分（拖車）2.將幾個(gè)物體分割為幾個(gè)容易組裝和拆卸的部分機(jī)械設(shè)計(jì)中獨(dú)立運(yùn)動(dòng)單元即構(gòu)件的制造。3.提高物體的可分性切削加工的刀具將刀桿和刀頭設(shè)計(jì)為可拆卸結(jié)構(gòu)2/3/202343山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理原理2：分離1.將一個(gè)物體中的有害部分與整體分離

家用空調(diào)器的散熱器工作噪聲大2.將一個(gè)物體中起某種專門作用的部分與整體分離將激光復(fù)印機(jī)中的成像功能從整體中分離出來(lái)，與掃描功能組合構(gòu)成復(fù)印機(jī)，與計(jì)算機(jī)組合構(gòu)成打印機(jī)，和通信功能組合構(gòu)成傳真機(jī)。2/3/202344山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理原理3：局部質(zhì)量將零件由均勻結(jié)構(gòu)改為非均勻結(jié)構(gòu)，按照零件不同位置的不同功能設(shè)計(jì)局部結(jié)構(gòu)，使零件的每個(gè)局部零件都能夠發(fā)揮出最佳效能。對(duì)零件的不同部位采用不同的熱處理方式。2/3/202345山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理原理4：不對(duì)稱

機(jī)械零件多為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，對(duì)稱原則使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單。機(jī)械零件可以采用非對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，非對(duì)稱原則使機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以有更多的選擇。機(jī)械傳動(dòng)中使用的輪轂。2/3/202346山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理原理5：合并1.將空間上相同或相近的物體合并在一起收音機(jī)和錄音機(jī)，電子表和電子計(jì)算器2.將時(shí)間上相關(guān)的物體合并鉛筆和橡皮，制冷和加熱功能集中在空調(diào)2/3/202