同济大学 机械设计创新考题答案

同济大学机械创新设计一、 摆脱习惯性思维训练题1、 某人的衬衣纽扣掉进了已经倒入咖啡的杯子里，他赶紧从杯子里拾起纽扣，不但手不湿，连纽扣也是干的，这是怎么回事？（只倒了咖啡没倒水）2、 汽车司机的哥哥叫李强，可是李强并没有弟弟，这是怎么回事？（汽车司机是女的）3、如果你口袋里的火柴盒中只剩下一根火柴，黑夜里你走进房间，房间里有蜡烛、油灯及煤气灶，那么，你先点燃什么？（先点燃火柴）4、 广场上有一匹马，马头朝东站立着，后来又向左转270，请问，这时它的尾巴指向哪个方向？（指向下边）5、 一天晚上，老王正在读一本很有趣的书，他的孩子把灯关了，尽管屋里一团漆黑，可老王仍在继续读书，这是怎么回事？（盲文书）6、 天花板下悬挂两根相距5米的长绳，在旁边的桌子上有些小纸条和一把剪刀，你能站在两绳之间不动，伸开双臂，两手各拉住一根绳子吗？（先用一根绳子把剪刀缚住，推动剪刀使它移动，然后走过去用一只手抓住另一根绳，另一只手接过移动来的剪刀）发散性思维GPS的功能1. 确定移动物的确切位置；2. 追踪小偷；3. 测速；4. 为盲人指路；5. 研究地质（地质灾害预测）；6. 找离家出走的人（小孩、痴呆老人，嫌疑人）7. 测量湿度；8. 监测路面施工状况，起重大件位移、速度控制；9. 绘制地图；10. 导航;11. 考古。针对以下信息，运用逆向思维提出新设想(填表)。基本信息 逆向思维结果(新设想) 水龙头 抽水泵跑步锻炼 跑步机为防尘室内脱鞋 鞋套机二、用缺点列举法、希望点列举法提出设想1. 列举体温计诸缺点1) 现有的体温计必须接触人体才能测量，在医院同一支体温计先后来测量不同人的体温，有时可能会引起疾病传染；2) 体温计不能测量人体内脏的温度；3) 体温计不便于儿童测量体温；4) 体温计不便于测量人的额头温度；5) 体温计不便随身携带，随时测量；6) 体温计不能弯曲。2. 分析、鉴别缺点，确定创新主题，进行创新设计。1) 防传染，研制非接触体温计（红外辐射式）；2) 为测内脏温度，设计微型肠道温度计；3) 为便于儿童测量温度，设计汤匙型体温计；4) 针对不能弯曲和测额头温度，开发出额头薄片温度计；5) 为便于随身携带，研制戒指式温度计。2 希望点列举法缺点列举与希望点列举区别原理: 提出希望,经过归纳,实现创造。 步骤：1) 了解人们的需求心理（生理、安全、社交、自尊、自我实现、生产和科研需求）【求新、求美、求异、求实、求全、求奇、求快、求廉、求健、求胜、求稳】“方便”（面、粥、净菜）；“肥胖”（减肥茶、健身，医疗）；“省电”2) 列举、收集希望点a多观察、多联想，紧扣人们的需求b广泛征求意见或进行抽样调查c采用智力激励法实施列举3）希望点的分析与鉴别运用希望点列举法改进手机1) 希望手机与GPS联接，迷路时充当向导。2）希望手机高度智能化、情感化，它是人的工具又是朋友，烦闷时谈心，孤寂时聊天。3）希望手机配医学专家系统，病时获诊断、处方。4）希望可以利用手机记帐和个人理财。5）希望手机在夜行时充当手电筒。6）希望手机上网像计算机上网一样方便。7）希望手机能接受电台、电视台的节目。8）希望生产出适合各种性格和年龄的人们使用的具有不同色彩的手机。9）希望手机的形状和体积像手表，可以轻松地戴在手上。10）希望手机的体积大幅度减少，从而将之设计为各种的服饰（如项链、领带夹、耳坠），悬挂、镶嵌或佩带在身上或服装上。11）希望手机同时也是一支精致的钢笔。12)希望手机没有电辐射的危害。13)希望手机具防窃、遗失提醒功能。14)希望手机可视通讯，采集、交换数据。15)希望手机具遥控器功能，甚至通讯控制家用电器。16）希望手机家庭、社会治安网连通。IBM公司2000年8月在一次高科技展览会展示：耳环（耳机），项链（话筒），戒指（呼叫时灯闪烁），手表（拨入拨出号码显示，接入呼出按钮）用属性列举法提出改进电风扇的新设想1. 对现有的电风扇进行分析，并列举属性组成：电动机、扇叶、立柱、开关等；驱动：电力；功能：送风。1) 名词属性整体：台式、落地式、吊式、壁式；部件：电动机、扇叶、网罩、立柱、底柱、控制器；材料：钢、铝合金、铸铁、塑料；制造方法：铸造、机加工、手工装配；性能：风量、转速、转角范围。2） 形容词属性外形：圆形网罩、圆形截面立柱、圆形或方形底座；颜色：浅蓝、米黄、象牙白。3） 动词属性 功能：扇风、摇头、升降。2. 提出改进针对名词属性思考1） 双轴电动机，双组扇叶，电动机座转180，风扇送风360。2）扇叶材料改成经中药浸泡的檀香木，制成保健扇。3）调节风速大小和转速高低的控制按钮能否改进？能否改遥控？能不能加微电脑，使电风扇智能化（与室温相关，人在即开）？4）栅页扇，将网罩设计成栅页状且可回转，使风受到栅页干扰后排出，从而保证送风角度大、风力柔和，同时可以实现环绕式立体送风。5）能否作成“衣帽架”式落地扇？冬天闲置不用时将网罩、电动机取下，换上配套的衣帽架，可挂冬天的衣帽。针对形容词属性思考 1） 装饰扇，外型设计新颖，网罩克服清一色圆形（如椭圆形、方形、菱形、动物造型），或者与华丽的灯饰融为一体作为室内装饰品。2）电风扇的外表涂色能否多样化？将单色变为彩色，让其有个性化特点，或用变色材料使之成为迷幻式，吸引消费者眼球。针对动词属性思考1）除尘扇，能有效清除空气中的尘埃。2）空调扇，具有空调的制冷与制热功能，但价格比空调便宜几倍3）消毒扇，能定时喷洒空气净化剂，消除空气中有害病毒，尤其适用大众流通场合及医院病房。4）理疗风扇，不仅带来凉意，而且能保健按摩，具有理疗功能。5）加湿/除湿风扇，能监测室内空气中水分的含量，自动实现加湿/除湿功能。6）安全扇，增加“倾倒即停”,“触手就停”装置，保证使用安全。7）无级调速扇，将现有的“强、弱、微”三裆有级调速改为无级调速。运用特征列举法提出改进普通自行车的若干新设想。名词：整体(自行车); 部分(车把、车身、车闸、链传动、脚蹬、鞍座、车轮、动力等); 材料（碳钢、锰钢、全塑料、碳纤维、铝合金等） 制造方法（螺纹连接、焊接、粘接；模压成型等） 形容词：尺寸大小；速度快慢；单人骑多人骑；宜人（舒适、省力）；造型、色彩等动词：功能（单功能：交通工具、健身、比赛用；多功能：巡警用，旅游用等） 设想： 1）巡警用自行车（车载通讯设备，GPS定位，警用械器，碳纤维粘接成，多速）2）小型家庭型旅游自行车（两人驱动，设前后蹬踏，中间设置孩子座位，分别设有单向离合器使驱动力同时推动车轮而不互相干涉；袖珍：可放在车后备箱，带入位高层居家。3）赛车（流线型，躺式手摇驱动无链传动，用全塑料制成的高速自行车。）三、用组合法设计1. 信息组合法火腿肠新产品开发主料：6种（猪、牛、羊、鱼、鸡、水果）味道：8种（火腿、烤鸡、烤鸭、叉烧、香菇、清香、甜咸、水果味）形状：4种（圆、长方、方、环形） 192种用信息组合法分析公园游船的设计问题船体外形：龙、鱼、鹅、鸳鸯、画舫、飞碟；船的推进动力：手划浆、脚踏浆、喷水、电动螺旋桨、明轮；船体的材料：木、钢、水泥、塑料、玻璃钢、铝合金。2. 形态分析步骤：1） 明确研究对象；（功能、性能、使用、可靠性、成本、尺寸、外形、产量要求）2）组成因素分析；（各个部分、装置、成分、过程、状态；列出全部、彼此独立。） 3）形态分析；（每个因素有若干个形态，Pni中n为第n个因素，I为第I个形态；用图、表反映） 4）形态组合；（对各因素各形态进行排列组合；总方案数） 5）方案初评；6）选择最佳方案。A英国厄威克技术管理公司运用形态分析法探讨生产金属零件的新工艺。形态组合：5184种可能方案发现已有技术：P13 P22 P34 P43 P53 P62 P71=冷轧 P12 P22 P33 P43 P54 P62 P71=粉末轧制 P13 P21 P34 P43 P53 P62 P72=真空压铸 新颖工艺方案：P11 P21 P31 P42 P53 P62 P71=对悬浮在流体介质中的液体材料进行（电）化学加工，利用稳定的外部能源。 C. 运用形态分析法剖析中国古典爱情小说，为文学创作构思提供帮助。现归纳故事模式“书生落难，小姐搭救；后花园中，私订终身；金榜题名，衣锦团圆。”试分析要素有哪些？并写出对应形态。(1)书生 旧式太学生；新式大学生；久试不第的书生；怀才不遇的书生；未出名的音乐家；未发达的企业家；未成功的科学家；未发迹的文学家；远赴异国他乡的移民；初踏社会征途的青年等。(2)落难 囊空如洗；饥寒交迫；重病缠身；路途遇险；演奏会无人光顾；新理论无人承认；作品无人问津；产品无人购买；满腹经纶，却横遭排斥和打击；一腔豪情，却从无伸展的机会等。(3)小姐 大家闺秀；名门千金；影视明星；歌坛新秀；航空小姐；著名模特；声名远播的校花；容貌艳丽的女郎；闯荡商场的女强人；腰缠万贯的新富姐等。(4)搭救 慷慨赠金给予财物上帮助；大胆示爱给予精神上鼓励；细心看护给予病体上照顾；主持公道给予道义上支持；耐心启发给予方法上指点；创造条件给予事业上帮助；恳请亲友大力扶持；呼吁同事多方理解；请求上级加以善待；发动社会进行捐助等。(5)后花园 世界名城巴黎；豪华之都纽约；东方明珠上海；富丽堂皇的演奏厅；流光溢彩的歌舞场；肃穆神秘的实验室；花朵盛开的山野；月色笼罩的湖畔；豪华别墅；幽静花园等。(6)私订终身 拥抱接吻；以身相许；赠送信物；结伴郊游；鸿雁传情；网络联系；切磋技艺；交流心得；互相勉励、取长补短；相互促进、共同提高等。(7)金榜题名高中魁首；三元及第；留洋归来；博士毕业；获得巨奖；官运亨通；演奏会盛况空前；新理论引起轰动；生意场如鱼得水；新产品大获成功等。(8)衣锦团圆 花好月圆、终成眷属；苦尽甘来、缔结连理；举行盛大婚礼、贺客盈门；进行环球旅行、欢渡蜜月；家族反对、亲事告吹；旁人插足、横生波折；伊人香消玉陨、空余惆怅；伊人远走高飞、相思无限；负心变意、喜新厌旧； 背信弃义、巴结权贵等。由上述所列因素及其可变形态可以推知，这些形态可聚合出千千万万个感人的故事。例如，按(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)的顺序进行组合，可构造下述故事：一位才华横溢、命运乖舛的青年演奏家，身患重病，且举目无亲、袋无分文，眼看就要走投无路；这时，一位当红的影视女明星突然走近他的身边，从生活上、医疗上给予无微不至的照顾；并在自家幽静花园里赠送信物，勉励青年追求事业、追求幸福；该青年经过女明星的悉心照料，身体康复如初，技艺也大有长进，终于在演奏会上一举成名，获得国际大赛金奖；当青年手捧鲜花、胸挂金牌赶回女明星家时，闻知女明星在去机场接他的途中，因遭遇车祸而香消玉陨，使青年空余永恒的怀念。D. 运用形态分析法研究你的求职策略。1)组成因素分析：应聘优先考虑；企业类型；最想从事的工作。2)形态分析：列表填入每一因素可能的形态3)形态组合：34448种可能的解。如自己优先考虑： A1+B1+C1(福利待遇好，国企机械电子工程师） A2+B1+C3（离家近，公办教师） A3+B2+C2（外资，从事光子通讯员工） 四、用类比法（以人、物为参照物）、强制联想法提出创新设想1 作为航天飞机的机械手,你是如何工作和生活的? 作为航天飞机的机械手，工作时取物不灵活，夹持物体不知用多大力；工作温度差异过大，有时受严冬煎熬，有时遭炎夏之灾；说不准何时还得挨上生产事故（遭遇流星，宇宙垃圾等袭击）；职业病是骨折（臂太长易变形及折断）；因房子、床铺太小休息不好（空间太窄受挤难受 ）。1. 空调冰箱：两者都制冷，对外对内；“冰箱空调”2.空调电风扇：“空调扇”（风扇内放冰块或凉水）3.空调加湿器：设计加湿、除湿、除味和灭菌“健康空调”4.电脑电饭锅：“智能电饭锅”（自动加水、淘米、煮饭、刷锅，自动排刷锅水，自动控制水量煮干、稀饭等）5.熨斗洗衣机：“全功能洗衣机”做到浸泡、洗衣、漂洗、脱水、展开衣物、熨烫、折叠整齐真正全自动。6.录像机VCD电视机：一种兼“录、放、接受”功能的新型电视机。7.电推剪吸尘器：“吸尘电推剪”五、用设问法扩展创新思路1. 5W1H法2. 检核表法转化、引申、变动、放大、缩小、颠倒、替代、重组、组合。六、机构演化、变异与方案设计1画出下面变异机构的原始机构。 2 回转手动剃须刀的功能分解如图所示，试求各功能元素解并列出形态学矩阵。共有方案：3422296种选定方案：往复移动A1+齿条齿轮B11+定轴轮系C1+飞轮D2+盒式E1七、机构再生运动链一 由运动链绘制运动简图。 二 图示六连杆机构，试通过变换演化为凸轮齿轮齿条机构。三 牛头刨床急回机构如图所示，请运用机构再生创新的方法，构造一种新型的牛头刨床急回机构。四 请画出下图所示的缝纫机送布机构的一般化运动链图及相应的拓扑图。五 图示为缝纫机上应用的送料机构，其中M为送料牙，连架杆2的摆动可控制抬牙量，称为抬牙杆；连架杆4的摆动可控制针距，称为送料杆。请运用运动链再生的创新技法创造一个新机构。即包括：分析图示原始机构的结构组成特点；绘制一般化运动链；绘制一般化运动链图谱(2个)；将其中之一转化为再生创新机构。1）结构特点：七杆八副（七个转动副，一个移动副）；杆5和杆6作平面运动2）绘制一般化运动链3）绘制一般化运动链图谱4）将其中之一转化为再生创新机构八、反求工程1. 反求工程的研究对象是什么？实物、软件、影像。2. 反求工程研究的主要内容有哪些？1） 探索原产品设计的指导思想；2）探索原产品原理方案设计；2）研究产品的结构设计；4）确定产品的零部件形体尺寸；5）确定产品中零件的精度；6）确定产品中零件的材料；7）确定产品的工作性能；8）确定产品的造型；9）确定产品的维护与管理。2） 实物反求时，在未对实物解体前能完成哪些工作？a) 探索原产品设计的指导思想；b) 探索原产品原理方案设计；c) 研究产品的结构设计；d) 确定产品的零部件形体尺寸；e) 确定产品中零件的精度；f) 确定产品中零件的材料；g) 确定产品的工作性能；h) 确定产品的造型；i) 确定产品的维护与管理。3、 实物反求时，在未对实物解体前能完成哪些工作？功能分析、性能测试、拍照或画总装图，测量仪器，标准、人员分工等。4.反求工程的现实意义是什么？5 反求设计与传统设计有何区别？1）反求工程首先要进行反求分析，反求设计与传统的产品正向设计方法不同，它根据已存在的产品或零件原型来构造产品的工程设计模型或概念模型，在此基础上对已有产品进行解剖、深化和再创造，是对已有设计的再设计。传统的产品开发过程遵从正向设计的思维，首先要根据市场需求，提出目标和技术要求，进行功能设计，创造新方案，经过一系列的设计活动，变为产品。概括地说，传统的设计是由未知到已知、由想象到现实的过程。2）反求设计是从已知事物的有关信息(包括硬件、软件、照片、广告、情报等)去寻求这些信息的科学性、技术性、先进性、经济性、合理性、国产化的可能性等，要回溯这些信息的科学依据，即充分消化和吸收，而更重要的本质是在此基础上要改进、挖潜进行再创造。反求的目标如果仅限于仿制，那么就会是最原始、低级的模仿，其质量和生命周期不会有竞争力，更严重的是侵权行为，要受产权保护的制裁。6 如何理解创新设计是反求设计的灵魂？反求设计是消化吸收国内、外先进技术，并在此基础上改进使其达到更高的境界，以实现创新为其最终目的。反求设计所追求的不应是简单的仿制，而是再提高、再创造。反求设计不是从实物原型再现直接到实物原型制造的过程，而是将实物原型再现与再设计、再分析、再提高，从而实现改型的创新设计。九、结构设计：轴毂联接十、机构的组合与创新串联机构组合：型：单自由度基本机构顺序联接；型：前置机构平面运动构件是后置机构的输入件并联机构组合：各自输入件，共同输出件；：共同输入件和输出件；：共同输入，各自输出件。复合机构组合：F=2的基础机构和附加机构联接在一起叠加式机构组合：输出若干运动的合成：运动独立式，运动相关式。1说明图示机构是按照何种形式进行组合的，组合的目的是什么，并将其分解成基本机构。2 图示六杆机构的各杆尺寸为：AB1，BCCE9，试分析该机构是按照何种形式进行组合的，组合的目的是什么，并将其分解成基本机构。串联型组合，组合目的是增力； 十一、方案评价例 A、B、C三种电池主要性能及成本值如下表，希望电池寿命较高，试评价并选出较好的电池。1.下表为有效值法评价手表的三种方案评分结果，试用用矩阵形式表述（列出加权矩阵，评分矩阵，有效值矩阵），确定最优方案，并检查计算结果。2. 为对洗衣机进行评价，选取价格、洗净度、维修性、寿命、外观和耗水量六个指标，用判别表计算法确定各指标的加权系数。若已知各比较指标，试将各评价指标的总分数ki和加权系数gi填入表内。十二、 TRIZ理论物理矛盾（物理冲突）:系统要求1个参数一方面正向发展另一方面负向发展(手机小便携带,屏幕大、键盘大便观看操作）技术矛盾（技术冲突）:系统问题由2个参数导致的，2个参数相互促进、相互制约。管理矛盾（管理冲突）:子系统之间产生的相互影响。39个技术特征；40个创新原理；8类技术系统进化法则；76种创新问题标准解法。1 什么是物理冲突?解决物理冲突的原理有哪些?系统同时具有冲突相反要求的状态（3类24种），例如，软件应该容易使用，但同时需要许多复杂的功能或选项。解决物理冲突最根本的法则是分离，分离的原理有：空间分离、时间分离、整体与部分分离、条件分离。2 什么是技术冲突?解决技术冲突的原理有哪些?如何利用冲突矩阵来指导创新设计? 1）技术冲突是指系统中一个部分性能增强导致有用及有害两种结果，也可指有益作用的引入或有害效应的消除导致其他一个或几个子系统的劣化。2）解决技术冲突的原理有：3）使用冲突矩阵指导创新设计时，首先明确有利因素与不利因素，再将其转化为39个工程技术参数，最后由冲突矩阵表找出相应的发明