船舶技术与创新方法

1、船舶技术与创新方法船舶技术与创新方法 船舶工程学院：于凯船舶工程学院：于凯 电话电话13796657379晋代发明了水密舱 艺文类聚引义熙起居注载“卢循新造八槽舰九枚，起四层，高十余丈”。这八槽舰被认为是用水密舱壁分隔成八个舱的舰船。说明公元410年中国已经发明了水密舱壁。 水密舱壁增加了船舶横向强度，便于舱室分隔利用，尤其对抗沉性有利。这项重大发明创造为出土的唐代两艘古船证实。 八槽舰 橹推进的中国歪尾船 橹的构造布置 橹是船舶推进工具中一件带的突破性的发明。东汉刘熙著释名释船说：“在旁曰橹。橹，膂也。用膂力然后舟行也。” 橹的特点和优点： 连续性推推进； 高效（一

2、橹顶三桨）； 推进和转向并用。 桨轮 人们至今有时还将船舶称为“轮船”，这是因为在很长历史时期内船舶采用了车轮推进器。中国首先出现明轮推进的船是在公元417年晋将王镇恶攻打后秦，逆水沿渭水而进。其后，南朝科学家祖冲之（429-500年）造“千里船，日行百余里”，也是车轮船。 南宋时，钟相，杨么起义时，官军、义军大造车轮战舰，最大车船有三十个轮子。在“采石矶之战”中，宋军在长江抗击金兵，打了大胜仗，车轮战船发挥了重要作用。西方在1543年在巴塞罗那才制造了第一条明轮推进船试航，比中国晚了至少1100年。 车轮船 舵是船舶上控制航向的设备。俗话说：“大海航行靠舵手”，在船上由专门的舵手操纵，舵手操

3、纵它，可以越浅滩、避暗礁，如履坦途；可以劈波山，穿浪谷，顺利地到达目的港。广州出土的东汉陶船模型（带尾舵） 明代船用水罗盘（指南针）收藏于中国国家博物馆的复制品明代船用水罗盘（指南针）收藏于中国国家博物馆的复制品出土的明代安于水军左卫战船上的架设式火铳出土的明代安于水军左卫战船上的架设式火铳造船科技发明项目中国发明与应用大致年代外国应用大致年代水密舱晋代 34世纪18世纪手摇橹汉代 1世纪1718世纪桨轮唐代 78世纪16世纪船尾舵汉代 12世纪1213世纪船用指南针宋代 1011世纪1213世纪舰载火铳明代 1314世纪15世纪 50年代出现气垫船年代出现气垫船 60年代出现年代出现地面效应

4、船地面效应船气泡船气泡船水翼艇水翼艇 SWATH vessel70年代出现小水线面双体船年代出现小水线面双体船创造技法的分类创造技法的分类逻辑思维逻辑思维非逻辑思维非逻辑思维科学推理型科学推理型演绎法演绎法归纳法归纳法类比法类比法自然现象和自然现象和科学原理探索法科学原理探索法等价变换法等价变换法KJ法法类推法类推法TRIZ法法组合法组合法分解法分解法形态分析法形态分析法信息交合法信息交合法横向思考法横向思考法奥斯本检核表法奥斯本检核表法5W1H法法和田法和田法智力激励法智力激励法（头脑风暴法）（头脑风暴法）联想法联想法逆向构思法逆向构思法形象思维法形象思维法灵感启示法灵感启示法大胆设想法大胆

5、设想法特性列举法特性列举法缺点列举法缺点列举法希望点列举法希望点列举法技法原理技法原理具体技法名称具体技法名称主要思维形式主要思维形式组合型组合型形象思维型形象思维型列举型列举型有序思维型有序思维型联想型联想型解决发明问题的理论Triz 的定义的定义TRIZ翻译成中文为： TRIZ被称作前苏联的“国术”、“神奇的点金术”。 TRIZ理论是目前国际上360余种创新方法中比较系统、应用效果好的方法体系之一。 根里奇根里奇阿奇舒勒阿奇舒勒G. S. Altshuller （19261998年）年） 是前苏联的一位天才发明家和是前苏联的一位天才发明家和创造创新学家，于创造创新学家，于1946年年创立创

6、立的的TRIZ理论。理论。明确指出：明确指出：一旦我们对大量的一旦我们对大量的好的专利进行分析，提出其问好的专利进行分析，提出其问题的解决模式，我们就能够学题的解决模式，我们就能够学习这些模式，从而创造性地解习这些模式，从而创造性地解决问题。决问题。 TRIZ理论的核心思想包括三个方面：第一，无论是一个简单的产品还是复杂的技术系统，其核心技术都是遵循客观规律发展演变的，即具有客观的进化规律和模式。第二，各种技术难题、冲突和矛盾的不断解决是推动这种进化过程的动力。第三，技术系统发展的理想状态是用最少的资源实现最大数目的功能。工具工具对象对象矛盾矛盾资源资源最终理想解最终理想解40个发明原理个发明

7、原理3.3.局部特性原理局部特性原理4.4.非对称原理非对称原理5.5.组合原理组合原理6.6.多功能原理多功能原理32.32.改变颜色原理改变颜色原理33.33.同质性原理同质性原理 34.34.自弃与再生原理自弃与再生原理35.35.改变状态与参数原理改变状态与参数原理 36.36.相变原理相变原理37.37.热膨胀原理热膨胀原理40个发明原理个发明原理 3.3.局部特性原理局部特性原理 4.4.非对称原非对称原 5.5.组合原理组合原理 6.6.多功能原理多功能原理3.3.局部特性原理局部特性原理 4.4.非对称原非对称原 5.5.组合原理组合原理 6.6.多功能原理多功能原理 不易或不

8、能升降的物品可通过外部环境的改变达到相对升降的不易或不能升降的物品可通过外部环境的改变达到相对升降的目的。目的。 用与原来相反的动作达到相同的目的；把物体（或过程）倒过用与原来相反的动作达到相同的目的；把物体（或过程）倒过来；让物体可动部分不动，不动部分可动。来；让物体可动部分不动，不动部分可动。 由直线、平面向曲线、曲面化方向或功能转变，实现充分利用由直线、平面向曲线、曲面化方向或功能转变，实现充分利用提高效率。提高效率。 将一维线性运动的物体变为二维平面运动，或三维空间运动；单层排列的物体变为多层排列；利用给定表面的反面；将物体倾斜或斜向放置。 由连续作用过渡到周期性作用或脉冲作用。 消除

9、空转和间歇运转；将往复运动改为转动。 将有害的要素相结合来消除有害的作用；利用有害的因素，得到有益的结果；增加有害因素的幅度直至有害性消失。 把一物体与另一容易去除的物体暂时结合在一起；使用中介物实现所需动作。 利用物理场或其他的形式、作用、状态来替代机械系统的作用。29.29.气压或液压结构原理气压或液压结构原理 30.30.柔性壳体或薄膜结构原理柔性壳体或薄膜结构原理 31.31.多孔材料原理多孔材料原理 32. 32.改变颜色原理改变颜色原理 33.33.同质性原理同质性原理 34.34.自弃与再生原理自弃与再生原理 32. 32.改变颜色原理改变颜色原理 33.33.同质性原理同质性原

10、理 34.34.自弃与再生原理自弃与再生原理 35. 35.改变状态与参数原理改变状态与参数原理 36.36.相变原理相变原理 37.37.热膨胀原理热膨胀原理 35. 35.改变状态与参数原理改变状态与参数原理 36.36.相变原理相变原理 37.37.热膨胀原理热膨胀原理 用惰性环境替代通常环境；在物体中添加惰性或中性添加剂；使用真空环境。 利用不同物质的不同构造和特性，根据需要，用几种物质制成一种新的材料（复合材料）而代替单一材料。工具工具对象对象矛盾矛盾资源资源最终理想解最终理想解40个发明原理个发明原理矛盾分为技术矛盾和物理矛盾AB44安全性高安全性高 油耗低油耗低 重重 轻轻 重量

11、重量 技术矛盾：提高汽车的技术矛盾：提高汽车的安全性安全性，导致导致油耗油耗增大。增大。参数参数A参数参数B将参数将参数A、参数、参数B均描述为希望改善的，找出参数均描述为希望改善的，找出参数C，即为物理矛盾。，即为物理矛盾。45u技术矛盾：当利用现有的方法改善技术系统中某个性技术矛盾：当利用现有的方法改善技术系统中某个性能时，导致该技术系统的另一个性能恶化。能时，导致该技术系统的另一个性能恶化。物理矛盾与技术矛盾的关系物理矛盾与技术矛盾的关系（1 1）概念的比较：参数的数量。）概念的比较：参数的数量。（2 2）层次关系：在很多时候，技术矛盾是更显）层次关系：在很多时候，技术矛盾是更显而易见的

12、矛盾，而物理矛盾是隐藏的更深的、更而易见的矛盾，而物理矛盾是隐藏的更深的、更尖锐的矛盾，是本质矛盾或内在矛盾。尖锐的矛盾，是本质矛盾或内在矛盾。（3 3）技术矛盾可以转化为物理矛盾。）技术矛盾可以转化为物理矛盾。46常见的物理矛盾常见的物理矛盾类别类别常见的物理矛盾常见的物理矛盾 几何类几何类 长与短长与短 大与小大与小 圆与非圆圆与非圆对称与非对称对称与非对称 锋利与钝锋利与钝平行与交叉平行与交叉 窄与宽窄与宽 厚与薄厚与薄 水平与垂直水平与垂直材料及材料及能量类能量类 多与少多与少时间长与短时间长与短密度大与小密度大与小黏度高与低黏度高与低导热率高与低导热率高与低功率大与小功率大与小温度高

13、与低温度高与低摩擦系数大与小摩擦系数大与小 功能类功能类喷射与堵塞喷射与堵塞 运动与静止运动与静止 推与拉推与拉 强与弱强与弱 冷与热冷与热 软与硬软与硬 快与慢快与慢 成本高与低成本高与低47（1）空间分离）空间分离n对同一个参数的不同要求，在不同的空间实现。即对同一个参数的不同要求，在不同的空间实现。即矛盾双方在某一空间只出现一方时，空间分离是可矛盾双方在某一空间只出现一方时，空间分离是可能的。能的。解决物理矛盾解决物理矛盾（2）时间分离）时间分离在不同的时间实现对同一个参数的不同要求。在不同的时间实现对同一个参数的不同要求。解决物理矛盾解决物理矛盾对同一个参数的不同要求，在不同的条件下实

14、现。对同一个参数的不同要求，在不同的条件下实现。 （3 3）条件分离）条件分离 解决物理矛盾解决物理矛盾（4 4）整体与部分分离）整体与部分分离 在不同的系统级别实现对同一个参数的不同要求。在不同的系统级别实现对同一个参数的不同要求。v三个术语：超系统、系统、子系统超系统、系统、子系统解决物理矛盾解决物理矛盾系统作用对象系统作用对象执行机构执行机构技术系统技术系统系统组件系统组件系统组件系统组件超系统超系统技术系统技术系统系统作用对象系统作用对象执行机构执行机构超系统超系统 技术系统的组成技术系统的组成冲突区域冲突区域工具工具对象对象矛盾矛盾资源资源最终理想解最终理想解40个发明原理个发明原理

15、 “利用现有资利用现有资源以解决问题和源以解决问题和使系统演进使系统演进”是是TRIZ理论的基本理论的基本原则。原则。物质资源物质资源能量资源能量资源信息资源信息资源空间资源空间资源时间资源时间资源资源结构资源结构系统内及超系统的任何材料或物质系统内及超系统的任何材料或物质原材料、产品、组件、废料等原材料、产品、组件、废料等免费或廉价物质，如水、空气、砂子免费或廉价物质，如水、空气、砂子系统作用对象的资源系统作用对象的资源系统作用对象通常认为是不可以改变的系统作用对象通常认为是不可以改变的，但有时可以考虑：但有时可以考虑：改变自身改变自身允许在系统作用对象的物质大量存在的地方做允许在系统作用对

16、象的物质大量存在的地方做部分改变部分改变允许向超系统转化允许向超系统转化考虑微观级的结构考虑微观级的结构允许与允许与“空空”结合结合允许暂时的改变允许暂时的改变系统中或超系统中任何可用的能量场系统中或超系统中任何可用的能量场机械能机械能(场场)热能热能(场场)化学能化学能(场场)声能声能(场场) 电能电能(场场)磁能磁能(场场)场：系统中的能量，使物质完成某个过程的能力场：系统中的能量，使物质完成某个过程的能力。符号符号名称名称举例举例G重力场重力场重力重力Me机械场机械场压力，惯性，离心力压力，惯性，离心力P气动场气动场空气静力学，空气动力学空气静力学，空气动力学H液压场液压场流体静力学，流

17、体力学流体静力学，流体力学A声学场声学场声波，超声波声波，超声波Th热学场热学场热传导，热交换，绝热，热膨胀，双金属片记忆合金热传导，热交换，绝热，热膨胀，双金属片记忆合金Ch化学场化学场燃烧，氧化反应，还原反应，溶解，键合，置换，电解燃烧，氧化反应，还原反应，溶解，键合，置换，电解E电场电场静电，感应电，电容电静电，感应电，电容电M磁场磁场静磁，铁磁静磁，铁磁O光学场光学场光（红外线，可见光，紫外线），反射，折射，偏振光（红外线，可见光，紫外线），反射，折射，偏振R放射场放射场X-射线，不可见电磁波射线，不可见电磁波B生物场生物场发酵，腐烂，降解发酵，腐烂，降解N粒子场粒子场-,-,-粒子束

18、，中子，电子，同位素粒子束，中子，电子，同位素太阳能利用太阳能利用风能利用：风力发电风能利用：风力发电地热资源地热资源天沐温泉 场资源清单场资源清单标准场清单标准场清单 经常使用的经常使用的较少使用的较少使用的通常廉价的通常廉价的重力重力+弹力弹力+离心力离心力磨擦效果磨擦效果+物体惰性物体惰性气体或液体体积的反应力气体或液体体积的反应力一束气流或液体流的压力一束气流或液体流的压力+阿基米德力（在气体或液体中）阿基米德力（在气体或液体中）+渗透作用、扩散作用渗透作用、扩散作用振动、声音、超声波振动、声音、超声波温度的（加热和冷却）温度的（加热和冷却）静电的静电的磁的（以及超高频的、无线电波、光

19、）磁的（以及超高频的、无线电波、光）+电流电流电流（涡流）电流（涡流）放电放电辐射辐射气味的气味的高斯的难题高斯的难题 系统及周围可用的闲置空间系统及周围可用的闲置空间内、外内、外上、下上、下正、反正、反组件之间组件之间未用的空间未用的空间空间资源就是有任何几何尺寸或体积、长度、高空间资源就是有任何几何尺寸或体积、长度、高度、宽度、直径、半径、面积、深度、形状、大小度、宽度、直径、半径、面积、深度、形状、大小等参数值的改变。等参数值的改变。 我们的目标是定义我们的系统中所有关于空间我们的目标是定义我们的系统中所有关于空间的参数，并尝试利用现有的空间参数的改变解决我的参数，并尝试利用现有的空间参

20、数的改变解决我们的问题和发展我们的系统。们的问题和发展我们的系统。物质资源物质资源能量资源能量资源参数资源参数资源空间资源空间资源时间资源时间资源空间资源空间资源时间资源时间资源空间资源空间资源功能资源功能资源结构资源结构资源信息资源信息资源 利用系统的已有组件，产生新的功能利用系统的已有组件，产生新的功能分析功能资源，就是最大限度地挖掘技术系分析功能资源，就是最大限度地挖掘技术系统功能的可能用途，进而使其资源最大限度统功能的可能用途，进而使其资源最大限度地得到利用。地得到利用。案例：百发百中案例：百发百中问题：问题：演戏中罗宾汉要向远处森林中的侦探射演戏中罗宾汉要向远处森林中的侦探射箭，为了

21、真实，需要全景摄影；如何不射偏？箭，为了真实，需要全景摄影；如何不射偏？解决问题所需的资源在系统中以易于使解决问题所需的资源在系统中以易于使用的方式存在用的方式存在 ，我们把这种资源称作，我们把这种资源称作现成资源现成资源。 已有的资源需要做某些准备，经积累、已有的资源需要做某些准备，经积累、变形等才能使用，我们把这种资源称作变形等才能使用，我们把这种资源称作派生资源派生资源。标准物质标准物质常用廉价物质常用廉价物质其他物质其他物质有相变的物质有相变的物质易蒸发的物质易蒸发的物质易溶解的物质易溶解的物质易燃的物质易燃的物质易熔的物质易熔的物质放热和吸热的物质放热和吸热的物质有形状记忆功能的物质

22、（金属、有形状记忆功能的物质（金属、塑料）塑料）有居里效应的物质和逆转磁铁有居里效应的物质和逆转磁铁凝结时体积增加的物质凝结时体积增加的物质聚合物质聚合物质易损物质易损物质空隙空隙泡沫泡沫空气空气水水颗粒体颗粒体废料废料铁磁材料（整体、粉铁磁材料（整体、粉末、液体）末、液体）毛细、多孔物质毛细、多孔物质黏性物质黏性物质发光体发光体有味道或气味的物质有味道或气味的物质标准物质清单标准物质清单派生物质资源的发现派生物质资源的发现 考虑使用的资源顺序依次为：考虑使用的资源顺序依次为：冲突区域的资源冲突区域的资源系统内的资源系统内的资源环境的资源环境的资源超系统的资源超系统的资源资源利用的一般原则资源利用的一般原则系统作用对象系统作用对象执行机构执行机构技术系统技术系统系统组件系统组件系统组件系统组件超系统超系统冲突区域冲突区域寻找车位寻找车位资源资源最终理想解最终理想解矛盾矛盾技术创新技术创新的核心的核心工具工具对象对象矛盾矛盾资源资源最终理想解最终理想解40个发明原理个发明原理现状现状障碍障碍目标目标(IFR)现状现状障碍障碍目标目标(IFR) 一般思考模式一般思考模式 使用使用IFR思考模式思考模式1 1 消除消除了原系统的了原系统的不足不足；2 2 保持保持原系统的原系