第3章-创造原理课件

1、第三章 创造原理 创造是一种有目的的探索活动，它需要一定的理论指导。创造原理是人们进行无数次创造实践的理性归纳，也是指导人们开展新的创造实践的基本法则。本章阐述的创造原理，可为机械创新设计提供创新思考的基本途径。创造原理v 31 综合创造原理 v 32 分离创造原理v 33 移植创造原理 v 34 物场分析原理v 35 还原创造原理v 36 价值优化原理 31 综合创造原理 v综合创造的基本特征综合创造的基本特征 综合，从方法论的角度看是指将研究对象的各个部分、各个方面和各种因素联系起来加以考虑，从整体上把握事物的本质和规律的一种思维法则。 综合创造，则是指运用综合法则的创新功能去寻求新的创造

2、。它的基本模式如图所示。 在机械创新设计实践中，我们可以发现许多输入综合输出综合创造的成果。 例1 同步带的出现，可以说是摩擦带传动技术与链传动技术的综合。这种新型带传动具有传动准确、传递功率较大的特点。综合创造的基本模式同步带数控机床 例2 20世纪80年代以来，机电一体化产品（如数控机床、全自动洗衣机、自动取款机等）纷纷登台亮相，给现代社会生产生活投下道道奇光异彩。这些产品所依托的机电一体化技术，对产品结构调整和社会生活方式都产生着重要的影响。“机电一体化”从创新设计角度看，是机械技术与电子技术的有机综合。这种综合创造的机电一体化技术比起单纯的机械技术或电子技术更具优越的性能，尤其能使传统

3、的机械产品发生质的飞跃。 例3 普通的X光机和计算机，都无法对人的脑内病变作出诊断。豪斯菲尔德将二者综合，设计出CT扫描仪，使诊断难题出现新的求解希望。人们应用新仪器获得了许多前所未有的研究成果，促使医学有了长足的发展。CT扫描仪的创新设计，是20世纪医学领域的一项重大创新成果。 例4 过去一些精密机床利用机械的校正机构，只能校正机床的系统误差，而机电一体化的数控机床，凭借传感器电脑的功能，已有可能适时预报包括随机误差（偶然性误差）在内的机床误差，然后自动校正，从而使机床达到前所未有的高精度。此外，数控机床也能对阻尼进行预报，一已发现接近临界状况就自动调整切削用量，防上颤振发生，从而保证机床具

4、有更高的生产率和高的表面加工质量。实例： 上图所示为一种小型车钻铣三功能机床。它主要由电动机1、带传动2、车削主轴箱3、钻铣主轴箱4、进给板5、尾座6和床身7等组成。由图可知，它的设计特点是以车床为基础，切割了钻铣床主轴箱综合而成。 大量的创新设计实例表明，综合就是创造。从创造机制来看，综合创造具有以下基本特征： 1）综合能发掘已有事物的潜力，并使已有事物 在综合过程中产生出新的价值； 2）综合不是将研究对象的各个构成要素进行简 单的叠加或组合，而是通过创造性的综合使 综合体的性能发生质的飞跃； 3）综合创造比起创造一种全新的事物来在技术 上更具可行性和可靠性，是一种实用性的创 造思路。 32

5、 分离创造原理分离创造原理v分离创造的基本特征分离创造的基本特征 分离创造原理是把某一创对象进行科学的分解或离散，使主要问题从复杂现象中暴露出来，从而理清创造者的思路，便于人们抓住主要矛盾或寻求某种设计特色。 分离原理在创新设计过程中，提倡将事物打破并分解，而综合原理则提倡组合和聚集，因此，分离原理是与综合原理思路相反的另一个创造原理。分离原理的创造模式如图所示。 运用分离创造原理，人们也获得许多创新设计成果。 例如，某家具公司开发设计的构件，就是分离创造的产物。构件家具摈弃整体家具结构固化的模式，采用了化整体为组件，再由组件构成整体的设计思路。研制成功的新型家具由20多种基本构件组成，通过不

6、同的组合，能拼装出数百种不同的款式，以充分满足消费者求新求特的审美需求。 在机械领域，组合夹具、组合机床、模块化机床等也都可以说是分离创造原理的应用。 大量的创新设计实例，可以发现分离创造的基本 特征是： l）分离能冲破事物原有形态的限制，在创造性分离中能产生新的价值； 2）分离虽然与综合思路相反，但并不是相互排斥的两种思路，在实际创造过程中，两者往往要相辅相成。 33 移植创造原理移植创造原理 v移植创造的基本特征移植创造的基本特征 “它山之石，可以攻玉”。若能吸取、借用某一领域的科学技术成果，引用或渗透到其他领域，用以变革或改进已有事物或开发新产品，就是移植创造。 如 ：将力学移植到生物学

7、中，产生生物力学；将军事技术用于民用工业，产生许多民用新技术。 移植创造的原理模式图 移植创造是一种应用广泛的创新思路，在机械创新设计方面，应用移植创造原理获得成功的例子也比比皆是。 例如，在设计汽车发动机的化油器时，人们移植了香水喷雾器的工作原理；有轨电车的设计，移植了滑冰鞋溜冰的运行原理；火车黑匣子的设计移植了飞机黑匣子的设计原理；组合机床模块化机床的设计移植了积木玩具的结构方式。实例：移植材料创造陶瓷发动机的设计 在发动机设计领域，世界各国都致力于新型节能高效发动机的研究。其中，陶瓷发动机的设计引起人们广泛注意。 在新型发动机设计中，设计者以高温陶瓷制成燃气涡轮的叶片、燃烧室等部件，或以

8、陶瓷部件取代传统发动机中的气缸内衬、活塞帽、预燃室、增压器等。新设计的陶瓷发动机具有耐高温的性能，可以省去传统的水冷系统，减轻了发动机的自重，因而大幅度地节省能耗和增大了功效。此外，陶瓷发动机的耐腐蚀性也使它可以采用各种低品位多杂质的燃料。因此，陶瓷发动机的设计成功，是动力机械和汽车工业的重大突破。实例：玻璃钢抽油杆，碳纤维抽油杆应用于有杆泵采 油系统。柱塞泵，电潜泵，螺杆泵等采油方式 移植创造具有以下基本特征 l）移植是借用已有技术成果进行新目的下的再创 造，它使已有技术在新的应用领域得到延续和 拓展； 2）移植实质上是各种事物的技术和功能相互之间 的转移和扩散。 3）移植领域之间的差别越大

9、，则移植创造的难度 也大，成果的创造性也愈明显。 34 物场分析原理物场分析原理 物场分析的概念物场分析的概念 创造课题的本质问题是消除课题的技术矛盾，而技术矛盾是由物理矛盾决定的。只有消除物理矛盾，才能最终解决创造课题。因此，消除物理矛盾，才是解决创造课题的核心所在。如何分析和消除这类矛盾，可以运用物场分析原理。 所谓物场，是指物质与物质之间相互作用和相互影响的一种联系。 如，电铃的响声给了人一种信号，其中“电铃”、“人”属于“物质”的概念。那么“场”又是指什么呢？只要分析一下电铃的响声为什么会传到人的耳里，就会知道“空气的振动”是其中的原因，如果在真空中，人是听不到电铃的声音的。即是说，在

10、“电”与“人”之间存在着一个“声场”。事实上，世界上的物体本身是不能实现某种作用的，只有同某种“场”发生联系后才会产生对另一物体的作用或承受相应的反作用。就科学领域来说，温度场、机械场、声场、引力场、磁场、电场等等，是物场的具体存在形式。 实例 燃气轮机过滤器改进设计 为了从燃气中消除非磁性尘粒，可使用过滤网，它由许多层金属网构成。这种过滤器虽可满意地挡住尘粒，但滤网清洗非常困难。清洗时，必须经常将滤网拆散，长时间向相反方向鼓风，才能使网上尘粒脱去。试用物场分析提出改进设计方案。 1）物场分析 根据课题给出的条件，可描述出一个完全的物场体系：这个物场虽属完全物场体系，但其功效并不令人满意，打算

11、对此进行改造。 2）旧物场体系的改造 采用置换场和物质的办法来改造，具体想法为：用电磁场来取代机械场（空气流）；用铁磁性颗粒代替金属网。这样，得到新的物场体系：新物场体系对应的技术体系的工作原理是这样的：利用铁磁性颗粒作为过滤物质，它在磁极中间并形成多孔隙结构。关断或接通磁场就可以有效地控制过滤器的孔隙。当需“捕捉”尘粒时，过滤器孔可缩小，而在清洗时，孔可以放大。改变磁场强度，便可控制铁磁颗粒的密度。 35 还原创造原理还原创造原理 还原创造的概念还原创造的概念 还原，一般理解为恢复原状。还原创造原理，是指创造者回到“创造原点”进行创新思考的一种创造模式。 所谓创造原点，简单地说，就是驱使人们

12、创造的最基本的出发点或归宿。 例如，人们创造了“锚”，目的是用来停泊船只。锚的前身是砖，早期，是用绳索缚着石墩构成的，停船时把石墩放到水底，利用石头的重量来固定船只。把绳索连同石墩提起来，就可以开船。遇到风浪大大或水流太急的时候，石墩的重量不够，常常不能系住船只，人们就在石墩上绑上木爪，木爪可以扎入泥沙之中，这样就加强了石墩的稳定性，固定船舶的力量相应增加了好几倍。以后，人们又发明出铁制的重达千钧的一端有两个或两个以上带倒钩的爪，即铁锚。 锚重泊稳，这是极其浅显的道理。因而千百年来船舶的停泊装置都是紧密围绕着如何增加锚的重量，如何改变锚的形状，如何控制锚的抛落和起收进行“顺理成章”的设计和制造

13、。这固然能够解决问题，但由此造就的锚在设计原理上却是“千佛一面”，锚的结构也大同小异。 当人们回到创造原点去创新设计后，锚的设计便开始有了新的突破。设计者从“能够将船舶稳定在海面的方法”的创造原点出发，提出了各种新奇的设想，如能自动高速旋入海底的螺旋锚，能瞬间射入海底，具有强大吸附力的吸盘锚；还有用局部冷却的方法稳定船舶的冷冻锚。 冷冻锚是一块带冷却装置的铁板，由船上电缆供电，把铁板放到海底，通电1min，铁板就冻结在海底上。完全可以把巨轮拽住。起锚作业也很简单，向放热元件供电，只消一两分钟铁板就解冻。 通过上例，可以发现还原创造的本质是使思路回到事物的基本功能上去，因为从创造原点出发，才不会受已有事物具体形态结构的束缚，能够从最基本的原理方面去思考标新立异的方案。36 价值优化原理价值优化原理 产品价值的概念产品价值的概念 提高产品价值是创新设计的重要目标。这里所说的价值有其特定的含义，它是指产品的功能与成本的相对关系。设F为产品具有的功能，C为取得该功能所耗费的成本，则产品的价值V为： VF/C 随着生产的发展，人们越来越深刻地意识到顾客需要的不是产品的本身而是产品的功能。在产品竞争的角逐中，必须设法通过设计制造以最低的费用提供用户所需要的功能。在保证同样功能的条件下，还要比较功能的优劣性能，只有