机械创新设计TRIZ理论

1、2021-12-16机械创新设计第四章 功能原理创新设计2021-12-16机械创新设计4.1 功能原理设计的意义4.2 工艺功能设计方法4.3 综合技术功能设计方法4.4 功能组合方法4.5 设计目录方法第四章 功能原理创新设计4.6 发明问题解决理论(TRIZ）4.7 公理化设计方法2021-12-16机械创新设计如何产生的？如何产生的？基本原理是什么？基本原理是什么？基本方法如何？基本方法如何？怎样分类？怎样分类？技术冲突的4040条发明原理4.6 发明问题解决理论(TRIZ）2021-12-16机械创新设计如何产生的？如何产生的？ 前苏联学者 阿利特舒列尔（G.S.Altshuler）

2、及其领导的一批研究人员，从1946年开始，花费1500人年，在分析研究世界各国250万件专利的基础上，提出了“发明问题解决理论”。该理论一直对其他国家保密，直到前苏联解体后，随着一批原苏联科学家移居国外，将该理论介绍给其他国家，对全世界的创新设计领域产生重要影响。4.6 发明问题解决理论(TRIZ）CIA中央情报局 PK克格勃2021-12-16机械创新设计发明问题解决理论 基本原理是什么？基本原理是什么？ “发明问题解决理论”认为技术系统是不断进化的，进化的动力是解决冲突。“发明问题解决理论”提出消除冲突的发明原理，建立消除冲突的基于知识的逻辑方法。劝架折中2021-12-16机械创新设计发

3、明问题解决理论基本方法如何？基本方法如何？ 应用“发明问题解决理论”解决设计问题时，需要首先将待设计的问题表达（翻译）为“发明问题解决理论”的标准问题标准问题，利用该理论所提供的工具，可求得标准标准解解，将标准解表达（翻译）为问题领域的解答，得到领域解，可以得到关于消除技术冲突的有益提示。2021-12-16机械创新设计发明问题解决理论怎样分类？怎样分类？ “发明问题解决理论”将工程中的冲突分为两类，一类称为技术冲突，另一类称为物理冲突。 技术冲突指在一个子系统中引入有用功能的同时会在另一个子系统中引入有害功能。 物理冲突指对同一个子系统提出相反的要求。 2021-12-16机械创新设计发明问

4、题解决理论 为表示技术冲突,该理论总结了常用的3939个工程参数：通用工程参数名称 七类序号名称序号名称序号名称1运动物体的重量运动物体的重量14强度强度27可靠性可靠性2静止物体的重量静止物体的重量15运动物体作用时间运动物体作用时间28测试精度测试精度3运动物体的长度运动物体的长度16静止物体作用时间静止物体作用时间29制造精度制造精度4静止物体的长度静止物体的长度17温度温度30物体外部有害因素作用的敏感性物体外部有害因素作用的敏感性5运动物体的面积运动物体的面积18光照度光照度31物体产生的有害因素物体产生的有害因素6静止物体的面积静止物体的面积19运动物体的能量运动物体的能量32可制

5、造性可制造性7运动物体的体积运动物体的体积20静止物体的能量静止物体的能量33可操作性可操作性8静止物体的体积静止物体的体积21功率功率34可维修性可维修性9速度速度22能量损失能量损失35适应性或多用性适应性或多用性10力力23物质损失物质损失36装置的复杂性装置的复杂性11应力或压力应力或压力24信息损失信息损失37监控与测试的困难程度监控与测试的困难程度12形状形状25时间损失时间损失38自动化程度自动化程度13结构的稳定性结构的稳定性26物质或事物的数量物质或事物的数量39生产率生产率2021-12-16机械创新设计发明问题解决理论 并总结了常用来解决技术冲突的4040条发明原理：发明

6、原理序号名称序号名称序号名称序号名称1分割11预补偿21紧急行动31多孔材料2分离12等势性22变有害为有益、32改变颜色3局部质量13反向23反馈33同质性4不对称14曲面化24中介物34抛弃与修复5合并15动态化25自服务35参数变化6多用性16未达到或超过26复制36状态变化7套装17维数变化27低成本、不耐用的物体代替昂贵、耐用的物体37热膨胀8质量补偿18振动28机械系统的替代38加速强氧化9预加反作用19周期性作用29启动与液压结构39惰性环境10预操作20有效作用的连续性30柔性壳体或薄膜40复合材料2021-12-16机械创新设计原理1：分割断开独立把一个整体或有联系的事物强行

7、分开 将一个物体分割成几个独立的部分 电冰箱冷冻箱+冷藏箱 货运汽车动力（机车）+装载（拖车）将一个物体分割成几个容易组装和拆卸的部分 结构设计构件多个独立的零件分别制造提高物体的可分性 刀具可拆卸结构刀头+刀杆2021-12-16机械创新设计原理2：分离隔开 从混合物中隔离出来 与其他部分或整体、主体分开将一个物体中的有害部分与整体分离 家用空调主机+散热器（噪音大移往室外）将一个物体中起某种专门作用的部分与整体分离 激光复印机成像功能分离独立功能 成像功能+扫描仪=复印机 成像功能+计算机=打印机 成像功能+通信功能=传真机打印+复印+扫描+传真一体机2021-12-16机械创新设计原理3

8、：局部质量区别对待零件由均匀结构改为非均匀结构 局部发挥最佳效能零件不同部位热处理方式不同 齿轮齿面的表面处理。面硬心软 2021-12-16机械创新设计原理4：不对称增加范围机械零件多为对称设计更简单但是可以采用不对称结构选择范围扩大轮毂设计的非对称结构定位 2021-12-16机械创新设计原理5：合并组合将空间上相同或者相近的物体合并在一起 收音机+录音机=收录机 多功能手机=电话功能+短信+收音机+将时间上相关的物体合并 铅笔+橡皮便于携带 制冷+加热夏天制冷冬天加热2021-12-16机械创新设计原理6：多用性提高性价比多种功能集于一身 多用工具 多功能手机 电话功能+短信+收音机+m

9、p4+照相+GPS导航+蓝牙+上网 一机多用2021-12-16机械创新设计原理7：套装减小占用空间将某个物体放入另一个物体的空降内 地铁车门嵌入式 建筑、装修布线墙内 地暖地板下 将第一个物体嵌入第二个物体内，将第二个物体嵌入第三个物体内 多层伸缩式天线 伸缩式钓鱼竿 多层油缸 2021-12-16机械创新设计原理8：质量补偿减小质量负载使一个向上的力与向下的重力相平衡 氢气球悬挂广告牌嵌入式 电梯、立体车库滑轮起重负载配重 精密滑动导轨机械卸载导轨 滚子分担导轨负载导轨导向 2021-12-16机械创新设计原理8：质量补偿减小质量负载通过物体与环境的作用为物体提供向上的作用力，以平衡重力作

10、用 船水的浮力 飞机机翼空气升力 2021-12-16机械创新设计原理9：预加反作用抵消有害作用梁预加反载荷 机床导轨做成中部凸起 延缓寿命 火车铁轨中凸加长寿命 2021-12-16机械创新设计原理10：预操作预防措施杜绝意外事件螺栓预紧+放松措施轴承预紧零件装配前的防腐处理 2021-12-16机械创新设计原理11：预补偿事先防范提高可靠性过载保护系统熔断器安全离合器 2021-12-16机械创新设计原理12：等势性减少能量消耗车辆在平路上行走零件在流水线中移位时尽量在一个平面上鹤式起重机吊装物体时做水平直线移动 2021-12-16机械创新设计原理13：反向逆向思维采用与通常动作方向相反

11、的动作，达到相同的目的 配对齿轮的材料不同一软一硬一软一硬 模具硬硬材料凸模软软材料凹模 结果软材料塑性塑性对磨损补偿，延长模具寿命使原来静止的物体运动，原来运动的静止，保持两个物体间原有的相对运动关系 车床刀具固定工件运动 改变工件固定刀具运动镗床或铣床镗床或铣床 2021-12-16机械创新设计原理14：曲面化圆弧与旋转用曲线代替直线，用曲面代替平面，用球代替立方体 倒角、圆角减少应力集中 拱形梁提高强度 等强度梁特殊母线形状使圆轴各截面弯矩相等用回转运动取代直线运动 机械设计旋转运动旋转运动 更简单 旋转运动产生的离心力离心力特殊作用特殊作用 洗衣机甩干甩干 离心铸造离心铸造减少铸件外表

12、面缺陷 2021-12-16机械创新设计原理15：动态化灵活性使物体各个部分之间、动作之间自动调节，实现最佳工作状态 形状记忆弹簧随温度变化伸缩开闭温室天窗 柴油机调速器 像超越离合器将物体分解为既互相连接，又可以相对运动的多个部分 凸缘联轴器刚性连接，要求精度高 万向节联轴器适应两轴角度误差 十字滑块联轴器适应两轴径向误差用垫片调节轴向间隙2021-12-16机械创新设计原理16：未达到或超过放宽问题简化齿轮设计齿宽一宽一窄解决齿宽装配、加工及累计误差造成的错位公差不是理想的100% 2021-12-16机械创新设计原理17：维数变化多维增加将一维线性运动改为二维平面运动或三维空间运动 计算

13、机储存方式纸带（一维）磁盘/光盘（二维） 将来三维存储技术飞跃将单层排列的物体变为多层排列 光盘库多层叠放光盘方便抓取 立体车库增加存储量利用给定表面的反面 磁盘由单面双面2021-12-16机械创新设计原理18：振动使物体处于振动状态增加振动频率共振电磁振动或压电振动替代机械振动 刀具振动切削工艺 电动剃须刀、电动雕刻刀、振动式电动剪刀振动上料机均匀定向上料（移动物体） 筛子筛物料 电子表石英振荡器更准确2021-12-16机械创新设计原理19：周期性作用周而复始用周期性动作代替连续动作；已有的改变动作频率 过盈装配压入法周期性敲击法 内燃机活塞等周期性工作 自动装配线上传送带（链） 周期性

14、装配操作2021-12-16机械创新设计原理20：有效作用连续性提高效率系统连续性工作所有部件满负荷 消除动作过程中的间隙连续旋转代替往复直线运动 计算机打印机打印头连续往复打印 内燃机爆发行程做功飞轮储能输出保证内燃机持续运动 卡尔逊复印机平板上布静电+曝光+显影+定影 现代复印机多个工作头围绕硒鼓复印可以循环进行 搓丝滚丝2021-12-16机械创新设计原理21：紧急行动减少有害作用时间以最快速度完成有害操作 激光焊接法加温时间短，影响范围小 减少焊接变形 热处理高频或中频电流加热零件表面2021-12-16机械创新设计原理22：变有害为有益机器报废零件方便拆卸垃圾分离设备回收有用物质高压

15、容器灌口密封结构外侧消弱内侧加强2021-12-16机械创新设计原理23：反馈纠正 补偿反馈系统有效纠正偏差保证系统工作正常自行车前轮转向把延长线在轮子与地面接触点前面 向心力形成回位力矩2021-12-16机械创新设计原理24：中介物传递 减缓带（链条）机械传动的中介物长距离传动复印机布墨粉玻璃球静电吸墨粉 硒鼓强静电再吸布墨粉到硒鼓上形成墨粉图像机器安装底座上的减震垫减少振动对环境的影响大型风机减震问题2021-12-16机械创新设计原理25：自服务自我保护意识自润滑轴承自身材料孔隙含润滑剂随温度应力变化渗出润滑省略了特别的润滑措施.SF-1 通用型钢基无给油自润滑轴承通用型钢基无给油自润

16、滑轴承1 无油润滑或少油润滑，可在使用时不保养或少保养；无油润滑或少油润滑，可在使用时不保养或少保养；2 耐耐磨性能好，摩擦系数小，使用寿命长；磨性能好，摩擦系数小，使用寿命长；3 有适量的弹塑性，能将应力分布在较宽的接触面上有适量的弹塑性，能将应力分布在较宽的接触面上,提提高轴承的承载能力；高轴承的承载能力；4 静动摩擦系数相近，从而保证机械的工作精度；静动摩擦系数相近，从而保证机械的工作精度；5 能使机械减少振动，能使机械减少振动，降低噪音，防止污染，改善劳动条件；降低噪音，防止污染，改善劳动条件；6 在运转过程中能形成转移膜在运转过程中能形成转移膜,起到保护对磨轴的作用；起到保护对磨轴的

17、作用；7 对于磨轴的硬度要求低，从而降低了相关零件的加工难度；对于磨轴的硬度要求低，从而降低了相关零件的加工难度；8 薄壁结构，质量轻，可减小机薄壁结构，质量轻，可减小机械体积；械体积；9 钢背面可电镀多种金属钢背面可电镀多种金属,，可在腐蚀介质中使用；目前已广泛应用于各种机械的滑动，可在腐蚀介质中使用；目前已广泛应用于各种机械的滑动部位。部位。铸铁润滑性2021-12-16机械创新设计原理26：复制替代物用简单、廉价的复制品代替复杂昂贵的物体虚拟设计动态虚拟仿真虚拟装配干涉检查虚拟应力分析模拟训练虚拟现实 仿生法（仿生学）人工心脏 机器人 机器动物2021-12-16机械创新设计原理27：低

18、成本、不耐用的物体代替昂贵、耐用的物体低替代物用再生材料木材、农作物茎秆代替木材做家具、建材 用铁芯包铜代替铜导线 用塑料模具代替金属模具 钢塑材料代替铝合金等稀有金属材料 用模型试验代替实物试验2021-12-16机械创新设计原理28：机械系统的替代低替代物用具有视觉、听觉、味觉或嗅觉系统代替机械系统 用光、声传感器代替机械（位置）传感器 用电动机调速代替机械变速 用声、光信号传递机器运行2021-12-16机械创新设计原理29：气动与液压结构将物体的固态部分用气体或液体替代，利用气压、液压缓冲作用 表面的润滑高压气体或液体隔开表面流体静压润滑2021-12-16机械创新设计原理30：柔性壳

19、体或薄膜用柔软壳体或薄膜替代传统结构 建筑物或广场顶部柔软壳体（织物）或薄膜材料施工方便结构轻巧安全 机器内部柔软材料隔开成多箱 各自润滑方案2021-12-16机械创新设计原理31：使用多孔材料失重铸造或烧结大量孔隙材料含油轴承、流体过滤器、轻质结构零件 材料上打孔减重 带孔结构2021-12-16机械创新设计原理32：改变颜色传达信息重要信息醒目色危险信息红色 方便观察透明结构2021-12-16机械创新设计原理33：同质性相同材料接触不发生化学或电化学反应 零件热膨胀系数相同温度变化不易错位 生产备料方便报废时方便处理2021-12-16机械创新设计原理34：抛弃与修复减载抛弃失去功能的

20、部件，补充或修复损耗部分 火箭发射中，抛弃废料箱减轻负载2021-12-16机械创新设计原理35：参数变化参数 控制季节（温度）决定润滑油类型电饭煲温控器锅底温度传感器改变铁磁粉性质开关电路机床设计中，根据被加工件确定机床功率、速度压电材料的逆电效应改变材料尺寸、形状、位置和方向系统的微位移控制2021-12-16机械创新设计原理36：状态变化状态 控制电冰箱温控器敏感材料状态温控器内部压力制冷温度根据金属材料受温度影响热处理表面硬度和强度形状记忆合金温度金相组织变化形状热导管工作介质汽化热传导传到效率提高2021-12-16机械创新设计原理37：热膨胀空间变化过盈装配热膨胀温度控制开关两片热

21、膨胀系数不同材料贴合防止热膨胀铁轨接头处无缝线路轨道无缝线路轨道安装时有一个安装温度要求，以达到伸缩量平均。 无缝线路轨道通过扣件扣紧在混凝土轨枕上，抑制钢轨的伸缩。无缝线路并不是全线都连在一起，根据等级，每隔数千米有断开的一个伸缩段，每到季节变化，铁路养路工人会挑选一个适合温度的时间，松开钢轨扣件，让无缝钢轨自由伸缩，再扣紧，恢复铁路运行。 2021-12-16机械创新设计原理38：加速强氧化环境变化氧化级别改变空气纯氧离子化氧气、臭氧环境需要氧气的环境有害气体场所、抢救病人加速化学反应2021-12-16机械创新设计原理39：惰性环境特定环境灯泡制造防氧化惰性气体环境食品防腐包装中惰性气体

22、真空电冰箱保鲜低温+真空干燥的惰性气体防止汽雾产生2021-12-16机械创新设计原理40：复合材料多选性零件不同部位功能不同特性不同带承受拉力强度在带轮中弯曲弹性弯曲应力小带与轮摩擦耐磨性 V型带多种复合材料 芯部纤维或细钢丝抗拉强度高 主体橡胶弹性好 表层帆布耐磨性好2021-12-16机械创新设计发明问题解决理论 将发明原理与技术冲突的对应关系编制成冲突问题解决矩阵专用软件专用软件查找2021-12-16机械创新设计发明问题解决理论为解决物理冲突，该理论总结了24个常见物理冲突问题：常见的物理冲突几何类材料及能量类功能类长与短多与少喷射与卡住对称与不对称密度遇大小推与拉平行与交叉导热率高与低冷与热后与薄温度高与低快与慢圆与非圆时间长与短运动与静止锋利与钝 黏度高与低强与弱窄与宽功率大与小软与硬平行与垂直摩擦系数大与小成本高与低2021-12-16机械创新设计发明问题解决理论该理论总结了用以 解决物理冲突的