原理方案的创新设计

1、原理方案的创新设计原理方案的创新设计不积跬步，无以至千里；不积小流，无以成江河。 荀子机械产品设计的三种类型机械产品设计的三种类型类型类型含义含义设计比例设计比例开发性设计开发性设计 在工作原理、功能结构等完全未知的情况下在工作原理、功能结构等完全未知的情况下, 运用成熟的科学理论或经过试验证明可行的新运用成熟的科学理论或经过试验证明可行的新技术技术,设计出过去没有的新型机械。这是一种设计出过去没有的新型机械。这是一种完全的创新设计完全的创新设计25适应性设计适应性设计 在工作原理、功能结构基本保持不变的前提下，在工作原理、功能结构基本保持不变的前提下，对产品作局部的变更或新设计少数零、部件，

2、对产品作局部的变更或新设计少数零、部件，以改变产品的某些性能或克服原来的某些明显以改变产品的某些性能或克服原来的某些明显缺陷。这是具有部分创新的设计。缺陷。这是具有部分创新的设计。55变型设计变型设计 在工作原理、功能结构基本保持不变的前提在工作原理、功能结构基本保持不变的前提下，对产品作尺寸大小或布置方式的改变，以下，对产品作尺寸大小或布置方式的改变，以适应于量的变化要求。此类设计中，不但功能适应于量的变化要求。此类设计中，不但功能和解的原理不变，而且不出现诸如材料、应力、和解的原理不变，而且不出现诸如材料、应力、工艺等方面的新问题。工艺等方面的新问题。20设计的一般进设计的一般进程程 产品

3、规划产品规划方案设计方案设计技术设计技术设计施工设计施工设计求总功能求总功能总体方案分析总体方案分析求功能元求功能元明确任务明确任务求功能元解求功能元解系统原理解系统原理解黑箱法黑箱法创造技法、设计目录创造技法、设计目录评价法评价法形态学矩阵形态学矩阵功能树功能树创造技法、设计目录创造技法、设计目录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组合组合收敛收敛原理方案设计步原理方案设计步骤骤 方案设计的主要工作有方案设计的主要工作有功能综合、原理综合功能综合、原理综合和构型综合和构型综合，方案是，方案是发散发散的，没有一定的规律可的，没有一定的规律可以遵循。以遵循。 功能综合功能综合

4、是确定机械的本质功能。是确定机械的本质功能。 原理综合原理综合是为了实现功能而采用的工作原理。是为了实现功能而采用的工作原理。 在确定工作原理之后，就要进行机构的设计在确定工作原理之后，就要进行机构的设计与零件的结构设计，也就是与零件的结构设计，也就是构型综合阶段。构型综合阶段。 功能设计法功能设计法 设计目录设计目录 评价系统评价系统功能设计法功能设计法功能的分析功能的分析功能的分类功能的分类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世纪世纪40年代，美国通用电气公司的迈克斯首年代，美国通用电气公司的迈克斯首先提出先提出Function的概念。的

5、概念。2.功能是产品或技术系统特定工作能力抽象化的功能是产品或技术系统特定工作能力抽象化的描述。描述。3.描述功能要准确、简洁，合理抽象，抓住本质。描述功能要准确、简洁，合理抽象，抓住本质。4.黑箱法黑箱法（Black Box）技术技术系统系统机器机器设备设备仪器仪器物料物料分离分离输入接口输入接口输出接口输出接口能量能量物料物料信号信号能量能量物料物料信号信号电能电能接通接通净衣服净衣服污物污物切断切断能量能量脏衣服脏衣服图图1 黑箱法黑箱法描述未知系统描述未知系统 图图2 净衣系统功能分析净衣系统功能分析 功能分类功能分类1.按机械系统的组成按机械系统的组成进行功能分类进行功能分类 驱动功

6、能驱动功能 传动功能传动功能 执行功能执行功能 控制功能控制功能 2.按三要素的物理作用进行分类按三要素的物理作用进行分类 转变与复原转变与复原 放大与缩小放大与缩小 混合与分离混合与分离 接合与分开接合与分开 存贮与功能存贮与功能 传导与中断传导与中断 3.机构能实现的基本功能机构能实现的基本功能变换运动形式变换运动形式变换运动速度变换运动速度变换运动方向变换运动方向 进行运动的合成与分解进行运动的合成与分解对运动进行操纵与控制对运动进行操纵与控制实现给定的运动轨迹实现给定的运动轨迹 实现给定的运动位置实现给定的运动位置实现某些特殊的功能实现某些特殊的功能 总功能是该系统中各子系统乃至各个元

7、件共同完成的。总功能是该系统中各子系统乃至各个元件共同完成的。子系统分担各自的子系统分担各自的分功能或功能元分功能或功能元。各分功能的类型不完全。各分功能的类型不完全相同，有联系，也有区别。为确定实现的工作原理，需要将相同，有联系，也有区别。为确定实现的工作原理，需要将系统的总功能进行分解。另外有些分功能可能己经有定型化系统的总功能进行分解。另外有些分功能可能己经有定型化的产品，可以直接使用。的产品，可以直接使用。 功能分解图的结构形状有树状结构，也有串联结构、并功能分解图的结构形状有树状结构，也有串联结构、并接结构以及环形结构。接结构以及环形结构。 功能分解功能分解如：如：包装纸包装纸走纸走

8、纸截断纸截断纸装袋装袋输送并记数输送并记数化妆品化妆品输送输送截流截流电能电能自动包装机功能结构图自动包装机功能结构图 包包装装机机电能电能化妆品化妆品信号信号数量信号数量信号袋装化妆品袋装化妆品包装纸包装纸自动包装机黑箱自动包装机黑箱功能求解功能求解原理综合原理综合 原理综合就是对原理综合就是对功能的求解过程功能的求解过程，是最有创造性的，是最有创造性的阶段，是机械创新设计的重点。在进行原理综合时，要阶段，是机械创新设计的重点。在进行原理综合时，要充分利用各种创新技法。主要介绍三种创新设计方法。充分利用各种创新技法。主要介绍三种创新设计方法。1. 技术冲突原理（技术冲突原理（TRIZ理论）理

9、论） 2. 发明原理发明原理 3. 资源的分析与利用资源的分析与利用1、技术冲突原理（、技术冲突原理（TRIZ理论）理论） TRIZ理论是由前苏联工程技术专家理论是由前苏联工程技术专家Altshuller创建的，创建的，认为发明的核心问题是解决冲突。设计人员在设计过程中认为发明的核心问题是解决冲突。设计人员在设计过程中不断地发现冲突，并利用相应的发明不解决这些冲突，使不断地发现冲突，并利用相应的发明不解决这些冲突，使产品向理想化的方向进化。产品向理想化的方向进化。设计中的技术冲突，设计中的技术冲突，是是设计人员为改善或提高某些子系统的性能，而导致系统中设计人员为改善或提高某些子系统的性能，而导

10、致系统中的其他子系统或系统性能变坏与降低。例如，为了使轴上的其他子系统或系统性能变坏与降低。例如，为了使轴上的零件的固定，采用螺母固定，需在轴上加工螺纹，达到的零件的固定，采用螺母固定，需在轴上加工螺纹，达到了固定的目的，但是也削弱轴的强度。了固定的目的，但是也削弱轴的强度。 a.TRIZ理论的研究人员通过对理论的研究人员通过对250万项的技术专利进万项的技术专利进行研究后，提出了用行研究后，提出了用39个抽象的工程参数来描述技术冲突个抽象的工程参数来描述技术冲突问题。问题。 通用工程参数名称表通用工程参数名称表序号序号通用工程参数通用工程参数序号序号通用工程参数通用工程参数序号序号通用工程参

11、数通用工程参数1运动物体的质量运动物体的质量14强度强度27可靠性可靠性2静止物体的质量静止物体的质量15运动物体作用的时间运动物体作用的时间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静止物体作用的时间静止物体作用的时间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

12、止物体的体积静止物体的体积21功率功率34可维护性可维护性9速度速度22能量损失能量损失35适用性及多用性适用性及多用性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应力与压力应力与压力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b.发明原理发明原理 TRIZTRIZ理论的研究人员在对全世界专利分析的基础上，理论的研究人员在对全世界专利分析的基础上，提出了提出了4040条发明原理，用于指导解决冲突和产品创新。条发明原理，用于指

13、导解决冲突和产品创新。 发明原理发明原理序号序号名名 称称序号序号名名 称称序号序号名名 称称序号序号名名 称称1分割分割11预补偿预补偿21紧急行动紧急行动31多孔材料多孔材料2分离分离12等势性等势性22变有害为有利变有害为有利32改变颜色改变颜色3局部质量局部质量13反向反向23反馈反馈33同质性同质性4不对称不对称14曲面化曲面化24中介物中介物34抛弃与修复抛弃与修复5合并合并15动态化动态化25自服务自服务35参数变化参数变化6多用性多用性16未达到或超过的作用未达到或超过的作用26复制复制36状态变化状态变化7套装套装17维数的变化维数的变化27廉价替代品廉价替代品37热膨胀热膨

14、胀8质量补偿质量补偿18振动振动28机械系统的替代机械系统的替代38加速强氧化加速强氧化9预加反作用预加反作用19周期性作用周期性作用29气动与液压结构气动与液压结构39惰性环境惰性环境10预操作预操作20有效作用的连续性有效作用的连续性30柔性壳体薄膜柔性壳体薄膜40复合材料复合材料c.冲突矩阵冲突矩阵 TRIZTRIZ理论中，理论中，3939项工技术项工技术参数描述了系统中问题的空间，参数描述了系统中问题的空间，4040条发明原理则填充了问题的条发明原理则填充了问题的空间。空间。TRIZTRIZ理论研究人员通过理论研究人员通过长时间的分析与研究，提出了长时间的分析与研究，提出了冲突矩阵的概

15、念。矩阵的行表冲突矩阵的概念。矩阵的行表示冲突中的恶化参数，列则表示冲突中的恶化参数，列则表示改善参数，单元格中列出了示改善参数，单元格中列出了该问题的原理解（用原理解的该问题的原理解（用原理解的序列号表示）。序列号表示）。分析待改进的产品分析待改进的产品发现冲突发现冲突发明原理发明原理发现抽象发现抽象抽象解抽象解领域解领域解TRIZ设计模型设计模型 2、建立原理解法目录、建立原理解法目录 原理解法原理解法是把凡是导致功能三要素实现转变的操作或原理是把凡是导致功能三要素实现转变的操作或原理都被有规律的分类、排列、储存起来，在设计时方便调用，都被有规律的分类、排列、储存起来，在设计时方便调用，实际上是一种信息库。实际上是一种信息库。 原理解的目录编写原理解的目录编写必须密切结合设计过程与功能要求编写，必须密切结合设计过程与功能要求编写，应该是功能明确，内容清楚、信息面广、查取方便。原理应该是功能明确，内容清楚、信息面广、查取方便。原理解止录的编者按写需要具有一定的理论知识与实践经验，解止录的编者按写需要具有一定的理论知识与实践经验，需要进行广泛的调查、研究与搜集。需