B007-产品设计中的效应ppt课件

1、每天进步一点点每天进步一点点目的：初步了解效应在产品概念设计中的目的：初步了解效应在产品概念设计中的 应用应用预计用时：预计用时：120120分钟分钟第七讲第七讲每天进步一点点每天进步一点点工程实例工程实例概述概述效应效应1 12 23 32.1 2.1 什么是效应什么是效应? ?2.2 2.2 效应的分类效应的分类每天进步一点点每天进步一点点物理物理化学化学几何几何生物生物创新中如何应用呢创新中如何应用呢每天进步一点点每天进步一点点功能功能产品产品市场市场产品开发过程产品开发过程用户需求用户需求需求进化定律需求进化定律每天进步一点点每天进步一点点瓦解瓦解污垢污垢分别分别污垢污垢去除去除污垢污

2、垢脱脱水水烘烘干干熨熨烫烫水水 洗涤剂洗涤剂水水水水脏水脏水热空气热空气湿空气湿空气脏衣服干净衣服机器人机器人洗衣机：功能结构洗衣机：功能结构每天进步一点点每天进步一点点产品产品功能功能载体载体核心和本质核心和本质1919世纪世纪4040年代，美国通用电气公司的工程师年代，美国通用电气公司的工程师迈尔斯首先提出功能迈尔斯首先提出功能(Function)(Function)的概念。的概念。产品是功能的载体；产品是功能的载体；功能是产品的核心和本质。功能是产品的核心和本质。每天进步一点点每天进步一点点产品设计产品设计产品定义产品定义概念设计概念设计技术设计技术设计详细设计详细设计求解实现功能的过程

3、求解实现功能的过程与创新紧密相关的一个设与创新紧密相关的一个设计阶段计阶段每天进步一点点每天进步一点点三个思路障碍三个思路障碍工程师在工程师在创新过程创新过程中存在中存在心理惯性心理惯性有限的知识领域有限的知识领域尝试错误法尝试错误法这些缺点限制工程师思考创这些缺点限制工程师思考创新能力，因而降低产生高品新能力，因而降低产生高品质解决方法的可能性。质解决方法的可能性。 问题问题 方向方向4 4 方向方向3 3 方向方向2 2 方向方向1 1解解每天进步一点点每天进步一点点如何突破思如何突破思路障碍呢？路障碍呢？我们需要新的我们需要新的方法方法 ？每天进步一点点每天进步一点点功能可以分解；功能可

4、以分解；瓦解瓦解污垢污垢分别分别污垢污垢去除去除污垢污垢脱脱水水烘烘干干熨熨烫烫水水 洗涤剂洗涤剂水水水水脏水脏水热空气热空气湿空气湿空气脏衣服干净衣服机器人机器人2.1 2.1 什么是效应什么是效应? ?每天进步一点点每天进步一点点瓦瓦解解污污垢垢分分离离污污垢垢去去除除污污垢垢脱脱水水烘烘干干熨熨烫烫洗衣服洗衣服功功 能能去去污污分解到何种程度为止呢分解到何种程度为止呢? ?设计的设计的“最小组成部分最小组成部分”效效应应功能模型功能模型2.1 2.1 什么是效应什么是效应? ?每天进步一点点每天进步一点点效应模型效应模型 输入输入输出输出效应效应2.1 2.1 什么是效应什么是效应? ?

5、是指应用本领域特别是其它领域的有关定律解是指应用本领域特别是其它领域的有关定律解决设计中的问题，即按照定律规定的原理将输决设计中的问题，即按照定律规定的原理将输入量转化为输出量以实现相应的功能。入量转化为输出量以实现相应的功能。每天进步一点点每天进步一点点摩擦定律摩擦定律f=Nf=N摩摩擦擦效效应应2.2 2.2 效应的分类效应的分类物理效应物理效应化学效应化学效应几何效应几何效应生物效应生物效应杠杆定律杠杆定律FaLa=FbLbFaLa=FbLb杠杆效应杠杆效应效应按按照照包包含含信信息息的的不不同同效应可以通过将输入量和输效应可以通过将输入量和输出量联系起来的定律来描述。出量联系起来的定律

6、来描述。每天进步一点点每天进步一点点 答案是麦比乌斯带答案是麦比乌斯带怎样才能加倍皮怎样才能加倍皮带的工作时间而带的工作时间而不用增加皮带的不用增加皮带的长度呢？长度呢？ 传统的皮带是环状，皮带的外表面有研磨性物质，皮带安传统的皮带是环状，皮带的外表面有研磨性物质，皮带安装在机器上。当需要打亮物体时，只要对着移动的皮带压装在机器上。当需要打亮物体时，只要对着移动的皮带压住物体。但是使用过一阵子，皮带上的研磨物会被磨尽，住物体。但是使用过一阵子，皮带上的研磨物会被磨尽，皮带必须更新，这会失去很多的生产时间。皮带必须更新，这会失去很多的生产时间。每天进步一点点每天进步一点点 基于上述认识，将所有的

7、物理、化学和几基于上述认识，将所有的物理、化学和几何效应搜集起来，然后以创新性方式整理何效应搜集起来，然后以创新性方式整理物理学、化学和几何学，按功能对效应进物理学、化学和几何学，按功能对效应进行分类；行分类； 建立和使用已发明为目的效应知识库，将建立和使用已发明为目的效应知识库，将效应作为一种创新工具，以便在寻找实现效应作为一种创新工具，以便在寻找实现某种功能的效应时能够迅速地找到它们。某种功能的效应时能够迅速地找到它们。每天进步一点点每天进步一点点 效应是输入、输出之间的关系，如图效应是输入、输出之间的关系，如图a a所示。所示。 一般而言，每一个效应有一输入和输出，因此效应模型有一般而言

8、，每一个效应有一输入和输出，因此效应模型有两个接线两极），如图两个接线两极），如图b b所示。所示。 大多数效应都可以通过一个辅助量来控制，可控制的效应大多数效应都可以通过一个辅助量来控制，可控制的效应有三个接线三极），如图有三个接线三极），如图c c所示。控制流可以控制或调所示。控制流可以控制或调整效应的输出。整效应的输出。 每天进步一点点每天进步一点点 例如：杠杆效应可以改变力的大小和方向。例如：杠杆效应可以改变力的大小和方向。 如下图：长度如下图：长度l l是杠杆效应的控制流，假设力是杠杆效应的控制流，假设力F1F1不变，改变动力臂和阻力臂的长度可以改变力不变，改变动力臂和阻力臂的长度可

9、以改变力F2F2的大的大小。小。每天进步一点点每天进步一点点 具有多个输入流、输出流或控制流的多极效应模型如图所具有多个输入流、输出流或控制流的多极效应模型如图所示。图中列出了示。图中列出了8 8种效应模型，每一种效应模型的输入流、种效应模型，每一种效应模型的输入流、输出流或控制流均不多余输出流或控制流均不多余2 2个，其他情况可同理类推。个，其他情况可同理类推。 每天进步一点点每天进步一点点将效应链基本组成方式称为效应模式。将效应链基本组成方式称为效应模式。效应模式有以下几种形式：效应模式有以下几种形式：单一效应模式 串联效应模式 并联效应模式 环形效应模式 控制效应模式 每天进步一点点每天

10、进步一点点 单一效应模式：由一个效应直接实现，即单一效应模式：由一个效应直接实现，即内部行为只包含一个子行为，如下图。内部行为只包含一个子行为，如下图。例如，杠杆效应可以改变力例如，杠杆效应可以改变力 (F (F） 的大小或方向。的大小或方向。每天进步一点点每天进步一点点 串联效应模式：由按顺序相继发生的多个效应共同实现，串联效应模式：由按顺序相继发生的多个效应共同实现，如下图。如下图。例如，热传导效应可以改变物体的温度，即实现行为：例如，热传导效应可以改变物体的温度，即实现行为：T1T1增加增加T2T2；当温度；当温度T2T2超过形状记忆材料的相变超过形状记忆材料的相变点温度点温度T0T0时

11、，形状记忆材料会恢复原状而产生形变时，形状记忆材料会恢复原状而产生形变TFTF），形状记忆效应可以实现行为：），形状记忆效应可以实现行为：T2T2产生产生TFTF（T2 T0T2 T0）；热传导效应）；热传导效应(E1)(E1)和形状记忆效应和形状记忆效应(E2)(E2)可以可以联结起来构成串联效应模式实现行为，如下图。联结起来构成串联效应模式实现行为，如下图。每天进步一点点每天进步一点点 并联效应模式：由同时发生的多个效应共同实现，如下并联效应模式：由同时发生的多个效应共同实现，如下图。图。 例如，电磁感应效应例如，电磁感应效应(E1)(E1)和流体效应和流体效应(E2)(E2)与波义尔效应

12、与波义尔效应(E3)(E3)构成并联效应模式，将电磁感应效应输出的动能和流构成并联效应模式，将电磁感应效应输出的动能和流体效应输出的水结合产生液流实现行为，如下图。体效应输出的水结合产生液流实现行为，如下图。 每天进步一点点每天进步一点点 环形效应模式：由多个效应共同实现，后一效应的输出流环形效应模式：由多个效应共同实现，后一效应的输出流的一部分或全部通过一定的方式送回到前一效应的输入端，的一部分或全部通过一定的方式送回到前一效应的输入端，如下图。如下图。例如，热传导效应例如，热传导效应(E1)(E1)与热力学第一效应与热力学第一效应(E2)(E2)构成环形效构成环形效应模式，将热力学第一效应

13、输出的水反馈到热传导效应的应模式，将热力学第一效应输出的水反馈到热传导效应的输入端实现行为输入端实现行为 ，如下图。，如下图。每天进步一点点每天进步一点点 控制效应模式：由多个效应共同实现，其中一个或多个控制效应模式：由多个效应共同实现，其中一个或多个效应的输出流由其他效应的输出流控制，如下图。效应的输出流由其他效应的输出流控制，如下图。 例如，弹性例如，弹性- -塑性形变效应塑性形变效应(E1)(E1)与形状记忆合金效应与形状记忆合金效应(E2)(E2)构成控制效应模式，将弹性构成控制效应模式，将弹性- -塑性形变效应的输出流联结塑性形变效应的输出流联结到形状记忆合金效应的控制端实现行为，如

14、下图。到形状记忆合金效应的控制端实现行为，如下图。每天进步一点点每天进步一点点效应连接规则：效应连接规则：在上述效应模式中，邻接效应的输入流与输出流在上述效应模式中，邻接效应的输入流与输出流必须相容，以保证效应连接的可行性。必须相容，以保证效应连接的可行性。另外，虽然在理论上组成效应链的效应数流可以另外，虽然在理论上组成效应链的效应数流可以任意确定，但为使设计的系统简化，组成效应任意确定，但为使设计的系统简化，组成效应链的效应数量应该尽可能的少。链的效应数量应该尽可能的少。每天进步一点点每天进步一点点问题分析问题分析功能分析功能分析查找恰当的效应查找恰当的效应利用关联和利用关联和控制效应改进功

15、能控制效应改进功能方案验证方案验证问题原理解问题原理解确定需求功能确定需求功能问题描述问题描述关联效应关联效应控制效应控制效应改变控制参数改变控制参数输入输入/ /出关联效应出关联效应每天进步一点点每天进步一点点1 1问题分析问题分析 功能分析功能分析传统的肾结石提取器无法破坏较大的结石，要实传统的肾结石提取器无法破坏较大的结石，要实现对较大结石的破碎，必须在较小的空间内产生现对较大结石的破碎，必须在较小的空间内产生一个相对较大的力一个相对较大的力肾结石提取器工程实例肾结石提取器工程实例每天进步一点点每天进步一点点2 2确定需求的功能确定需求的功能产生力：胡克效应、电场效应、磁场效应等产生力：胡克效应、电场效应、磁场效应等产生形变：形状记忆效应、热膨胀效应等产生形变：形状记忆效应、热膨胀效应等需求功能：产生力需求功能：产生力3 3查找效应查找效应每天进步一点点每天进步一点点温度温度形状记忆效应形状记忆效应形变形变力力胡克效应胡克效应4利用效应利用效应通过流体加热形状记忆合金使其产生形变，利通过流体加热形状记忆合金使其产生形变，利用形状记忆合金的形变产生力用形状记忆合金的形变产生力每天进步一点点