第01课第1章创新及机械创新概述

1、机械创新设计机械创新设计主主 讲讲 教教 师师: : 唐唐 焱焱开开 课课 单单 位位：机械制造工程机械制造工程Tel: Tel:1893477968513768333232-mail: 导导 教教 师：师： 黄黄 伟伟26/0126/01总总 学学 时时： 32 32 理论学时理论学时：26 26 实验学时：实验学时： 6 6 学学 分分: : 2 21教材：教材：王树才、吴晓王树才、吴晓. . 机械创新设计机械创新设计 华中科技大学华中科技大学出版社出版社, 2013.02, 2013.02参考：参考：高志、刘莹高志、刘莹. . 机械创新

2、设计机械创新设计 高等教育高等教育出版社出版社, 2009.07, 2009.0726/0226/022本课程学习内容包括两大部分：本课程学习内容包括两大部分：（1 1）创新）创新设计设计理论及创新技法理论及创新技法 发明创造的目的源于满足人类社会的需发明创造的目的源于满足人类社会的需求，创新成果依赖训练、勤奋、天赋，有效求，创新成果依赖训练、勤奋、天赋，有效的实施过程必需遵循自然科学规律。的实施过程必需遵循自然科学规律。（2 2）机械创新设计的技术基础及实施方法）机械创新设计的技术基础及实施方法 机械设计为背景，探索获取机械创新成果机械设计为背景，探索获取机械创新成果具体、高效、可行的路径。

3、具体、高效、可行的路径。26/0326/0331.1.学习目标学习目标 机械设计制造环境下的创新意识机械设计制造环境下的创新意识 前修课程在理论及应用上的拓展前修课程在理论及应用上的拓展把握机械创新设计的精髓把握机械创新设计的精髓意识、技法意识、技法 2.2.学习方法学习方法融合现有知识进行新内容的学习与思考融合现有知识进行新内容的学习与思考机械创新设计实践的有机结合机械创新设计实践的有机结合工程设计的基础工程设计的基础实践实践26/0426/044理论考试：理论考试：70%70%作业及机械创新设计相关实践活动：作业及机械创新设计相关实践活动：20%20%机械创新设计实验：机械创新设计实验：1

4、0%10% 本课程是本课程是机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化专业专业理论教学的补充，是专业知识在深度及其应用方理论教学的补充，是专业知识在深度及其应用方面的拓展，对提高机械设计能力具有现实意义。面的拓展，对提高机械设计能力具有现实意义。26/0526/055第第1 1章章 创新设计概述创新设计概述本章学习三项主题内容：本章学习三项主题内容：1.1 1.1 创新设计概述创新设计概述1.2 1.2 机械机械创新设计概念及人才培养创新设计概念及人才培养1.3 1.3 机械设计与机械创新设计机械设计与机械创新设计26/0626/0661.1 1.1 创新概述创新概述1.1.创新与人类社会的

5、发展创新与人类社会的发展（1 1）创新的定义）创新的定义 提出提出( (完成完成) )具有独特性、新颖性和实用性具有独特性、新颖性和实用性的理论的理论( (产品产品) )的过程。的过程。创新的两个前提：创新的两个前提： 发现发现 经过努力探索，世间已有事物被经过努力探索，世间已有事物被人为认知的具体结果。人为认知的具体结果。 创造创造 经努力探索后，原本不存在的事经努力探索后，原本不存在的事物被人为提出（完成）的具体结果。物被人为提出（完成）的具体结果。26/0726/077 创新是创造的具体实现，两者之间具有创新是创造的具体实现，两者之间具有共同的属性，无本质差别。共同的属性，无本质差别。1

6、 1）创新的三大特征）创新的三大特征 新颖、独特、实用新颖、独特、实用2 2）创新的具体表现）创新的具体表现 内容上：知识创新、技术创新、应用创新内容上：知识创新、技术创新、应用创新 形式上：从无到有、从有到新形式上：从无到有、从有到新（2 2）创新与创造关系）创新与创造关系26/0826/088 创新活动及其取得的思维成果，有效推进创新活动及其取得的思维成果，有效推进了社会上层建筑与经济基础的发展。了社会上层建筑与经济基础的发展。 政治制度的变革政治制度的变革 生产力的发展生产力的发展 创新是人类社会文明的基础，机械创新则创新是人类社会文明的基础，机械创新则是创新中最具经济、实用价值的部分。

7、是创新中最具经济、实用价值的部分。（3 3）创新是社会发展的主要动力）创新是社会发展的主要动力26/0926/09促进人促进人类社会文明类社会文明9 创新人才的培养途径，也是学习者自我成创新人才的培养途径，也是学习者自我成才的必经之路。才的必经之路。1.1.现代高等教育改革的焦点现代高等教育改革的焦点指导性指导性教学过程老师向导师型的转变教学过程老师向导师型的转变综合性综合性突出各类知识的兼容及应用突出各类知识的兼容及应用社会性社会性涉及、借助全社会资源涉及、借助全社会资源终身性终身性信息时代学习行为的持续性信息时代学习行为的持续性创造性创造性社会各行业竞争的需求社会各行业竞争的需求1.2 1

8、.2 创新及创新人才培养创新及创新人才培养26/1026/1010 创新型专业人才的素质包括知识结构、社创新型专业人才的素质包括知识结构、社会活动、智商情商等方面，其中大多数来源于会活动、智商情商等方面，其中大多数来源于后天的训练和积累。后天的训练和积累。 具备必须的基础知识和专业知识具备必须的基础知识和专业知识 不断进取与追求的精神不断进取与追求的精神 合理的创新思维方式合理的创新思维方式（突破传统定式）（突破传统定式） 善于捕捉瞬间的灵感善于捕捉瞬间的灵感（创新的必备条件）（创新的必备条件） 掌握一定的创新技法掌握一定的创新技法2.2.创新人才的基本素质创新人才的基本素质26/1126/1

9、111（1 1）设计与创新设计）设计与创新设计 1 1）设计）设计 根据市场的实际需要，将各类社会资源转根据市场的实际需要，将各类社会资源转化为实用产品的过程。化为实用产品的过程。 利用已有的知识和经验利用已有的知识和经验 依靠思维和劳动依靠思维和劳动 借助各种平台进行判断、决策、量化借助各种平台进行判断、决策、量化 实现人、物、信息等的实用性物化实现人、物、信息等的实用性物化3.3.创新设计创新设计26/1226/1212 创新设计是设计的更高境界，对人类文明创新设计是设计的更高境界，对人类文明进步具有直接的驱动作用。进步具有直接的驱动作用。 人对火的理解与应用人对火的理解与应用 车轮的发明

10、车轮的发明 水力、风力等自然力的应用水力、风力等自然力的应用 西方社会的前二次工业革命西方社会的前二次工业革命 在设计领域中提出新的在设计领域中提出新的理念、理论、方法理念、理论、方法，依此得到具有依此得到具有独特、新颖、实用独特、新颖、实用 的产品。的产品。 2 2）创新设计）创新设计26/1326/13131 1）创造性思维）创造性思维恩格斯恩格斯思维是物质运动形式。思维是物质运动形式。 创造性思维活动是创新设计的主体，是创造性思维活动是创新设计的主体，是充分发挥创造能力的前提。充分发挥创造能力的前提。2 2）创造能力）创造能力 人的心理、知识、技能等要素在创造活动人的心理、知识、技能等要

11、素在创造活动中呈现出的综合能力。中呈现出的综合能力。 思维与能力构成了创新设计的必须条件。思维与能力构成了创新设计的必须条件。（2 2）创造性思维与创造能力）创造性思维与创造能力26/1426/1414思维的三层含义：思维的三层含义： 人脑对客观现实的概括和间接的反映人脑对客观现实的概括和间接的反映 对已接收对已接收( (存储存储) )的来自客观世界信息的加工的来自客观世界信息的加工 上述过程产生新的信息上述过程产生新的信息思维产生新的信息：思维产生新的信息： 客观实体表象、本质属性、内在规律客观实体表象、本质属性、内在规律 人脑中的新的客观实体人脑中的新的客观实体思维的特性：思维的特性： 间

12、接性间接性 概括性概括性 层次性层次性 自觉性自觉性 创造性创造性创新潜力创新潜力 取决于个人基础理论、专业知识、实践取决于个人基础理论、专业知识、实践经验，是构成创造力的基本要素。经验，是构成创造力的基本要素。创新涌动力创新涌动力 人类自身的潜在创造能力只有在涌动力人类自身的潜在创造能力只有在涌动力的驱使下释放。（压力、条件、环境）的驱使下释放。（压力、条件、环境）创新灵感创新灵感 思维过程人的潜意识在脑海中的瞬间闪现。思维过程人的潜意识在脑海中的瞬间闪现。（3 3）创新能力的形成条件）创新能力的形成条件26/1526/15创新创新过程三阶段：过程三阶段：知识（潜创造力）知识（潜创造力）创新

13、涌动力创新涌动力 创新成果创新成果灵感思维灵感思维154.4.创新设计方法创新设计方法26/1626/16正确的设计方正确的设计方法能提高创新法能提高创新的效率的效率16 创新的本质是开放和不拘于常规、常理，创新的本质是开放和不拘于常规、常理，但归纳人类在创新过程总结的有效方法，有助但归纳人类在创新过程总结的有效方法，有助于创新活动的进程。于创新活动的进程。 群智集中法群智集中法 系统分析法系统分析法 仿生创新法仿生创新法 功能设计创新法功能设计创新法 移置技术创新设计法移置技术创新设计法 类比求优创新设计法类比求优创新设计法 反求创新法反求创新法常用方法常用方法1.3 1.3 机械创新设计机

14、械创新设计机械设计机械设计26/1726/17机械设计方法机械设计方法反向设计反向设计正向设计正向设计创新设计创新设计现代设计现代设计常规设计常规设计（反求设计或逆向工程）（反求设计或逆向工程）创造性创造性仿制仿制171.1.常规机械设计常规机械设计机电产品设计的规律：机电产品设计的规律：功能功能结构结构控制控制 传统的设计程序，采用经典设计理论、基传统的设计程序，采用经典设计理论、基本技能、运算与表达等。本技能、运算与表达等。 力学、数学知识为基础建立的规律力学、数学知识为基础建立的规律 （理论公式、经验公式）（理论公式、经验公式） 技术资料（图表、手册）技术资料（图表、手册） 实践经验实践

15、经验 设计、计算、绘图、编写文本设计、计算、绘图、编写文本26/1826/18 机械工程中的主要设计方法。机械工程中的主要设计方法。 强调以成熟的技术为基础，各高强调以成熟的技术为基础，各高等工科学校的机械设计等工科学校的机械设计教学体系主要教学体系主要讲讲授这种方法。授这种方法。182.2.现代设计方法现代设计方法 以现代计算机及配套软件为工具，运用各以现代计算机及配套软件为工具，运用各类工程应用软件（类工程应用软件（CADCAD、CAECAE、CAMCAM等）结合现等）结合现代设计理念进行的机械设计。代设计理念进行的机械设计。 现代设计方法从不同角度深化和完善了机现代设计方法从不同角度深化

16、和完善了机械设计方法，提高了设计效率，在保证产品设械设计方法，提高了设计效率，在保证产品设计质量的同时能有效降低产品成本。计质量的同时能有效降低产品成本。现代设计实例：现代设计实例： 计算机集成制造系统：计算机集成制造系统：CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM 各类实体建模系统、仿真系统各类实体建模系统、仿真系统26/1926/19 常用现代设计方法：常用现代设计方法： 可靠性设计可靠性设计 优化设计优化设计 有限元设计有限元设计 计算机辅助设计计算机辅助设计 虚拟设计虚拟设计193.3.机械创新设计方法机械创新设计方法机械创新设计机械创新设计：相关领域实用知识与人机设计相关领域实用知

17、识与人机设计系统的有机结合（含常规、现代等）系统的有机结合（含常规、现代等） 充分发挥设计者的创造力充分发挥设计者的创造力 利用人类现有相关科学技术知识利用人类现有相关科学技术知识 实现创新构思实现创新构思 获得新颖性、创造性、实用性成果获得新颖性、创造性、实用性成果创新设计方法的特征：创新设计方法的特征： 规划（方案）、实施（方法）、成果三个规划（方案）、实施（方法）、成果三个层次皆突出体现新颖、独特、实用的属性。层次皆突出体现新颖、独特、实用的属性。26/2026/2020相关结论：相关结论： 机械常规设计方法及理论始终是最基本机械常规设计方法及理论始终是最基本的机械设计方法，在强调现代设

18、计、创新设的机械设计方法，在强调现代设计、创新设计的同时，不可忽视其基础性、重要性。计的同时，不可忽视其基础性、重要性。机械设计课程体系教学的目标：机械设计课程体系教学的目标： 通过规划和系统的学习常规设计基本理论、通过规划和系统的学习常规设计基本理论、基本方法，训练提高基本技能。基本方法，训练提高基本技能。灵活运用机械创新设计方法：灵活运用机械创新设计方法： 对常规设计方法、现代设计方法的深入理对常规设计方法、现代设计方法的深入理解和综合运用。解和综合运用。26/2126/2121机械设计实例：机械设计实例： 食用薯条加工机械设计。食用薯条加工机械设计。工艺过程分析：工艺过程分析：第第1 1

19、道工序：道工序：清洗清洗第第2 2道工序：道工序：削皮削皮第第3 3道工序：道工序：切条切条第第4 4道工序：道工序：油炸油炸26/2226/2222餐桌成品餐桌成品设计方案设计方案1 1常规设计方法常规设计方法实现第实现第1 1道工序：道工序：清洗（设计清洗机）清洗（设计清洗机）实现第实现第2 2道工序：道工序：削皮（设计削皮机，基本功能削皮（设计削皮机，基本功能土豆固定、刀具旋转，完成去皮）土豆固定、刀具旋转，完成去皮）实现第实现第3 3道工序：道工序：切片、切条（切片机）切片、切条（切片机）实现第实现第4 4道工序：道工序：油炸设备油炸设备设备设计要求：设备设计要求： 适应繁华商业区室内

20、；适应繁华商业区室内； 无需操作技能，自动化程度高；无需操作技能，自动化程度高； 高效率、食品安全、环境保护。高效率、食品安全、环境保护。26/2326/2323 生产线由清洗、削皮、切条、油炸生产线由清洗、削皮、切条、油炸4 4套设备套设备组成，由于食用土豆形状和大小差异很大，削皮组成，由于食用土豆形状和大小差异很大，削皮厚度控制困难，浪费严重，生产率低；常规机械厚度控制困难，浪费严重，生产率低；常规机械切条效率低、成品形状不美观。切条效率低、成品形状不美观。设计方案设计方案22现代设计方法现代设计方法 利用常规设计的基本设计思想，通过计利用常规设计的基本设计思想，通过计算机仿真、优化设计等手段，可在一定程度算机仿真、优化设计等手段，可在一定程度上提高设计周期；减小设备占用空间、减少上提高设计周期