机械创新设计绪论说课

机械创新设计机械创新设计张有忱张莉彦编著清华大学出版社课本一、为什么开设机械创新课程

培养创新的意识和提高机械创新设计的能力二、课程精髓：

创新意识，创新技法

三、如何学习这门课程

听课与创新设计实践相结合四、考核方法考试40%+出勤30%+平时作业30%

主要内容第一章：绪论；第二章：机械创新基础第三章：创新思维与技法第四章：机械系统方案设计的创新第五章：机构的创新：机构变异设计与创新、机构组合设计与创新、机构再生与创新第六章：结构创新第七章：反求设计与创新第八章：典型机械创新与进化第一章绪论

第一节创新与创新方法第二节常规设计、现代设计与创新设计第三节机械创新设计的内容第四节创新与社会进步第五节创新教育与人才培养第一节创新与创新方法一、创新的概念1、发现：是指原本早已存在的事物，经过人们不断努力和探索后被人们认知的具体结果。4、创新：是指提出或完成具有独特性、新颖性和实用性的理论或产品的过程。2、发明：是指人们提出或完成原本不存在的、经过人们不断努力和探索后提出的或完成的具体结果。3、创造：也是一种完成新成果的过程，但可能具有一定的参照物，而不强调原本不存在的事物。最早提出来的是美国经济学家J.I.熊彼特在1912年最早提出，他归纳了5个内容：生产一种新产品；采用一种新技术；利用或开拓一种新材料；开辟一个新市场；采用一种新的组织形式或管理方式。创新具有多个侧面，提高工作效率或巩固了企业的竞争地位；改善人们生活质量等。创新不一定是全新的东西，旧的东西以新的形式出现或以新的方式结合出现都是创新。创新5、创新与创造关系：无本质差别，创新是创造的具体实现。但创新更强调创造成果的新颖性、独特性和实用性6、创新分类：7、创新方式：其一是由无到有的创新其二是由有到新的创新知识创新技术创新应用创新人们认识世界、改造世界的基本理论的总结针对具体的事物，提出并完成具有新颖性、独特性和实用性的新产品的过程把已存在的事物应用到某个新领域，并发生很大的社会与经济效益的具体实现过程二、创新设计的概念1、设计的概念：是指根据社会或市场的需要，利用已有的知识和经验，依靠人们思维和劳动，借助各种平台（数学方法、实验设备、计算机等）进行反复判断、决策、量化，最终实现把人、物、信息资源转化为产品的过程。设计的发展：单凭直觉的创造活动，为了满足生存需要；发展到提高生活质量，形成了现代设计方法。2、创新设计：是指在设计领域中，提出的新的设计理念、新的设计理论或设计方法，从而得到具有独特性和新颖性的产品。1、创造性思维与潜创造能力逻辑思维灵感思维知识三、创造性思维与创造能力的培养2、、创创新新的的涌涌动动力力存在在于于人人类类自自身身的的潜潜创创造造能能力力，，只只有有在在一一定定压压力力和和一一定定条条件件下下才才会会释释放放出出能能量量。。四、创创新方法法简介1、群智智集中法法：群智智集中法法又称头头脑风暴暴法2、仿生生创新法法3、功能能设计创创新法4、移置置技术创创新设计计法5、类比比求优创创新设计计法6、反求求创新法法第二节常常规设设计、现现代设计计与创新新设计机械设计方法反向设计正向设计创新设计现代设计常规设计（反求设计）1、常规规机械设设计常规机械械设计方方法是依依据力学学和数学学建立的的理论公公式和经经验公式式为先导导，以实实践经验验为基础础，运用用图表和和手册等等技术资资料，进进行设计计计算、、绘图和和编写设设计说明明书的过过程。该方法强强调以成成熟的技技术为基基础，目目前常规规机械设设计方法法仍然是是机械工工程中的的主要设设计方法法。各高等工工科学校校的机械械设计教教科书主主要讲授授这种方方法。轴的结构构设计过过程按功率计计算出轴轴的最小小直径根据轴上上零件的的周向固固定和轴轴向固定定查阅设计计手册结构设计计2、现代代设计方方法现代设计计方法强强调以计计算机为为工具，，以工程程软件为为基础，，运用现现代设计计理念进进行的机机械设计计。可靠性设设计、优优化设计计、有限限元设计计、计算算机辅助助设计、、虚拟设设计等都都是常用用的现代代设计方方法。现代设计计方法在在强调运运用计算算机、工工程设计计与分析析软件和和现代设设计理念念的同时时，其基基本的设设计内容容是建立立在常规规设计的的基础上上。在强调现现代设计计方法的的时候，，不可忽忽视常规设计计方法的重要性性。3、创新新设计方方法机械创新新设计是是指充分分发挥设设计者的的创造力力，利用用人类已已有的相相关科学学技术知知识，进进行创新新构思、、设计出出具有新颖性、、创造性性及实用性机械产品品的一种种实践活活动。结论：无论设计计方法如如何，常常规设计计仍然是是最基本本的设计计方法，，是机械械设计课课程的根根本内容容。有关关常规设设计的基基本理论论、基本本方法与与基本技技能不应应减少。。三、不同同设计方方法的实实例分析析设计实例例一：薯薯条加工工机的设设计设计实例例二：椰椰肉加工工机的设设计设计实例例三：内内平动齿齿轮传动动装置的设计（作业））设计实例例一：薯薯条加工工机的设设计1、常规规设计：：2、现代代设计：：3、创新新设计：：需要设计计清洗、、削皮、、切条三三套设备备，由于于红薯形状和大大小差异异很大，，控制削削皮的厚厚度较难难，导致致浪费严严重，生生产率也也低。1、常常规设设计方法法第一道工工序：清清洗：设设计清洗洗机第二道工工序：削削皮：设设计削皮皮机红薯固定定，刀旋旋转，完完成削皮皮的任务务。第三道工工序：切切片后再再切条。。刀红薯2、现代代设计：：在设计思思想没有有改变时时，通过过计算机机仿真、、优化设计计等，可可减少削削皮的损损失、提提高生产产率，但仍仍然不理理想。3、创新设计：清洗粉碎过滤去皮挤压成型油炸成产品

创新导致致加工设设备的改改变红薯泥薯条椰子椰肉刀具设计实例例二：椰椰肉加工工机的设设计1、常规规设计：：椰子剖开开旋旋转刀刀具具切削结果不理理想2、现代代设计：：在设计思思想没有有改变时时，通过过计算机机仿真、、优化设设计等，，可减少少椰肉的的损失、、提高生生产率，，但结果果仍然不不理想。。3、创新新设计：：注入溶剂剂，椰肉肉溶化成成汁椰子创造性思思维改变变了产品品加工方方法由机械加加工方法法到化学学方法生生产结论：1、常规规设计方方法是一一切方法法的基础础2、现代代设计方方法是在在常规设设计方法法的基础上上，提高高设计效效率、产产品可靠性和和质量的的设计方方法3、创新新设计的的要素是是强调创创造性的的设计思维维，其结结果具有有巨大效效益4、加强强创新教教育是高高等学校校的职责责第三节机机械械创新设设计的概概念及过过程一、机械械创新设设计的概概念：1．机械械创新设设计（MechanicalCreativeDesign,MCD）：充分发挥挥设计者者的创造造力，利利用人类类已有的的相关科科学技术术成果（（理论、、方法、、技术、、原理等等），进进行创新新构思，，设计出出具有新新颖性、、创造性性及实用用性的机机构或机机械产品品（装置置）的一一种实践践活动。。2．机械械创新设设计包含含两部分分：一是是改进完完善现有有机械产产品的性性能；二二是创造造设计出出新机器器（产品品）3．MCD与常常规机械械设计及及创造发发明的关关系1）MCD与常常规机械械设计①常规机机械设计计：是在在给定机机械结构构或只对对某些结结构作微微小改动动的情况况下进行行的。机械总体体方案设设计———机械的的运动设设计———机械的的动力设设计———机械的的结构设设计②机械创新新设计：相相对常规设设计，它特特别强调人人在设计过过程中（总总体方案，，结构设计计）的主导导性及创造造性作用。。2）MCD与创造发发明①机械的创创造发明大大多属于机机械结构方方案的创新新设计②MCD要要探索机械械产品创新新发明的机机理、模式式及方法，，具体描述述机器产品品的创新设设计过程，，并将它程程式化、定定量化、乃乃至符号化化、算法化化。③现代机械械设计方法法学库：机机械创新设设计（MCD），机机械系统设设计(SD)，计算算机辅助设设计（CAD）、优优化设计(OD)、、可靠性设设计（RD）、摩擦擦学设计（（FD）、、有限元元设计（FED）。。二、机械创创新设计的的过程1．MCD的基本过过程：综合过程、、选择过程程、分析过过程。2．四个阶阶段：（1）确定定机械的基基本原理；；（2）机构构结构类型型综合及优优选；（3）机构构运动尺寸寸综合及其其运动参数数优选；（4）机构构动力学参参数综合及及其动力参参数优选3．机械创创新设计的的特点：1）多种学学科的交叉叉、渗透与与融合。2）在知识识和经验积积累的基础础上进行思思考、推理理、判断，，以及创造造性发散思思维（灵感感、形象的的突发性思思维）相结结合的方法法。3）应尽可可能在较多多方案中进进行方案优优选。4）多次反反复、多级级筛选过程程。机械：机器和机构构的总称机器：人为的通过过运动变换换或传递机机械能、物物体和信息息的物件的的组合体机构：机器中执行行机械运动动的装置三、有关机机构的几个个名词术语语机器实例1、机器机器所共有有的三个基基本特征：：3)机器可可以实现人人所期望的的机械能、、物体和信信息的变换换和传递。。2)机器都都有确定的的运动。1)它们都都是一种人人为的实体体的组合，，而不是自自然之物。。凡同时具备备上列三个个特征的实实体组合便便称为机器器。(2)执行部分执行部分处处于整个机机器传动运运动的终端端，完成预预期的机械械动作。执执行部分可可以是一个个或多个构构件，且其其结构形式式随机器的的用途不同同而呈现不不同形式。。有时机构构也能成为为执行部分分，如许多多机械手的的抓取部分分常为连杆杆机构。最一般意义义上的机器器由下列四四部分组成成：(1)原动部分原动部分是是机器动力力的来源。。常用的原原动机可分分成一次原原动机和二二次原动机机。一次原原动机把自自然界的能能源转变为为机械能。。二次原动动机把二次次能源如电电能、液能能转变为机机械能。有有的简单机机器的原动动部分为人人力。(4)控制和操纵纵部分该部分的作作用是使机机器上的原原动部分、、执行部分分和传动部部分协调工工作。控制制部分是指指通过测量量元件取得得机器运行行的一定信信息，并转转换为控制制信息，交交由控制器器发出信号号到操纵部部分，使被被控制对象象的运动情情况发生变变化。(3)传动部分传动部分介介于原动机机与执行部部分之间，，用以传递递运动及动力。当原动部部分的速度度大小不能能满足执行行部分的需需要时，传传动部分用用以实现运运动的增速速或减速。。机 器动力部分传动部分执行部分控制部分下图为一台台单缸内燃燃机，可以以把燃油燃燃烧时产生生的热能转转化为机械械能。2、机构机构是机器器中用来传传递运动和和力或改变变运动形式式的机械装装置。2）组成机机构的各构构件间有确确定的相对对运动。1)机构都都是人为的的构件的组组合体，且且构件总数数在3件及及以上（机机架也算一一件）。具有机器的的前两个特特征：常用的机构连杆机构凸轮机构齿轮机构间歇运动机机构带传动和链链传动机构构螺旋机构组合机构按照组成机机构元素的的相互运动动平面的平平行与否，，机构可分分为：空间机构SpatialMechanisms平面机构PlanarMechanisms机 构Mechanisms1、机构的的创新设计计（1）设计计出新机构构；四、机械创创新设计的的内容瓦特发明的的蒸气机现现安放于西西班牙马德德里（2）原有有机构演化化、变异，，导致结构构变化平底推杆盘盘形凸轮机机构凹圆弧底推推杆盘形凸凸轮机构传动寿命和和效率提高高2、机构应应用创新设设计BACa)曲柄滑滑块机构b）偏心盘盘机构c）剪床机机构3、机构组组合设计，，导致新机机构系统的的出现机构组合创创新EDCBAF五、《机械械创新设计计》的特点点及功用1．特点：：（1）内容容的现代化化；（2））具有适应应性；（3）具有有灵活性；；（4）重重视理论与与工程实践践密切结合合。2．功用：：（1）启迪迪新机构的的创造与发发明；（2）改善机机构结构设设计；（3）提高机机构的传动动性能；（（4）统一一机构分析析与综合方方法。第四节创创新与社社会进步一、创新是是人类文明明进步的原原动力1、创新对对人类科学学世界观的的形成和发发展产生重重大影响，，并使科学学成为一种种在历史上上起推动作作用的革命命力量和社社会变革的的杠杆。创新是人类类文明进步步的原动力力，是科技技发展、经经济增长和和社会进步步的源泉。。翻开人类发发展的历史史长卷，可可以说，人人类文明史史就是一部部人类生生生不息的创创新发展史史。创新是是人类不断断进步的原原动力。2、创新是技技术和经经济发展展的源泉泉，也是是培养和和造就科科技人才才的重要要途径没有创新新就没有有新兴技技术，也也就没有有经济建建设所必必须依靠靠和重视视的高科科技人才才。21世纪纪将是知知识经济济占主导导地位的的时代。。知识经经济是以以现代技技术为核核心、以以高科技技产业为为主要支支柱，以以智力资资源为主主要依托托的新型型经济。。在知识识经济时时代创新新更是一一个国家家国民经经济可持持续发展展的基石石。对于于一个国国家而言言，拥有有持续创创新能力力和大量量的高素素质人力力资源，，就具备备了发展展知识经经济的巨巨大潜力力。缺乏乏科学储储备和创创新能力力的国家家，将失失去知识识经济带带来的机机遇。3、创新新能力的的大小已已成为决决定一个个国家综综合国力力强弱的的重要因因素当今世界界，创新新能力的的大小已已成为决决定一个个国家综综合国力力强弱的的重要因因素。在在国际竟竟争中，，国家与与国家的的竞争越越来越明明显地表表现为科科技和人人才的竞竞争，特特别是科科技创新新能力和和创新人人才的竟竟争。为迎接知知识经济济的挑战战，成为为祖国建建设的有有用人才才，我们们应该加加强自己己的创新新意识和和创新能能力的培培养，拓拓宽专业业口径，，积极主主动地获获取知识识。二、创新新是技术术进步的的主要途途径技术进步步一般是是通过技技术创新新来实现现，表现现为新技技术，新新产品。。实现技术术进步的的两条途途径：技技术引进进；自主主技术开开发。1．技术术引进：：（1）技技术引进进的三个个环节：：技术引引进，技技术积蓄蓄、技术术普及（2）技技术引进进的原则则：重视视技术引引进，更更重视技技术的发发展和推推广。2．自主主技术开开发形成自主主技术开开发能力力的关键键：①建立适适合于技技术市场场竞争的的科技体体制；②培养出出能够不不断提供供创造性性成果的的人才群群体。三、机械械创新对对人类的的发展杨叔子院院士：机机械很重重要，创创新很重重要，设设计很重重要。举例：钻钻木取火火；纺织织机；地地震仪；；水车；；指南车车；指南南针；蒸蒸汽机；；机电一体体化是提提高机械械创新水水平的重重要途径径机械、电电子、计计算机和和自动控控制等技技术有机机结合成成一门复复合技术术。第五节创创新新教育与与人才培培养一、改革革与发展展创新教教育是主主旋律现状：1、学学生在校校期间学学的知识识很多，，但可应应用于创创造性劳劳动的知知识太少少。2、、25~45岁是是创创造造力力最最佳佳阶阶段段，，我我国国大大多多数数发发明明家家在在45岁岁以以上上。。3、、我我国国每每年年培培养养有有百百万万大大学学生生，，而而年年轻轻人人中中的的发发明明家家很很少少，，美美国国麻麻省省理理工工大大学学仅仅1996年年一一年年就就有有400多多项项发发明明。。原因因：：1、、人人才才培培养养模模式式：：以以传传授授知知识识为为主主2、、科科技技体体制制，，激激励励评评价价机机制制3、、经经济济基基础础（（经经费费））关键键是是人人才才的的培培养养（（具具有有创创新新能能力力的的人人才才））————改改革革与与发发展展创创新新教教育育是是主主旋旋律律。。这这也也是是开开设设《《机机械械创创新新设设计计》》课课程程的的重重要要目目的的之之一一。。二、、创创新新能能力力是是人人才才培培养养的的核核心心1．．创创新新人人才才的的关关键键特特征征创新新人人才才：：具具有有主主动动进进取取精精神神和和创创造造精精神神的的人人才才。。关键键特特征征：：1）智商高高，但并非非一定是天天才。智商商高是创新新的先决条条件。但智智商过高可可能有害于于创新，因因为常规教教育成绩超超群，会妨妨碍他寻求求更多新知知识。2）善出难难题，创新新人才善于于给自己出出难题，而而不追求权权威地位和和自我形象象。在科学学知识急剧剧增长的时时代创新人人才的专长长有赖于不不断的学习习来维持，，驻足于以以往的成就就，是发扬扬创新精神神的主要障障碍；3）标新立立异，不循循陈规；创创新人才不不能靠传统统做法建功功立业，创创新事业往往往“前无无古人”，，创新人才才不愿意在在陈规许可可范围内工工作，不喜喜欢做重复复性的劳动动。4）甘认不不知，善求求答案。承承认自己““不知道””是创新的的起点。创创新须借助助“不知道道”带来的的压力；6）积极解解忧，不信信天命。挫挫折、失败败经常伴随随在创新的的全过程中中，创新需需相信自己己的好奇心心，不随波波逐流或听听天由命；；7）才思敏敏锐，激情情迸发。创创新人才思思维敏锐，，激情迸发发才能进入入佳境。5）以干为为乐，清心心寡欲。创新人才能能从自己的的工作中取取得欢乐，，会积极自自娱于自己己的探索追求和和成就，避避免在其它它方面多费费精力；总结：陶行行知：发明明千千万，，起点是一一问。2．非智力力因素在创创新能力培培养中的作作用智力因素：：注意力、、观察力、、想象力、、思维能力力、记忆力力非智力因素素：智力因因素以外的的心理因素素，主要指指：兴趣、、情感、意意志、性格格1）兴趣、、情感；兴趣是人们们积极探索索某种事物物或某种活活动的意识识倾向，………兴趣可可以使人的的感官、大大脑处于最最活跃的状状态，使人人能够最佳佳地接受教教育信息，，有效地诱诱发学习动动机、激发发求知欲，，兴趣是推推动人们去去寻求知识识的一种力力量。兴趣是观察察的先导，，观察力是是一种很重重要的智力力因素。兴兴趣有助于于提高观察察效果，浓浓厚的观察察兴趣是人人们发现新新因素的先先决条件。。兴趣是引起起和保持注注意力的重重要源泉，，注意力是是智力因素素中的一种种。兴趣使使受教育者者把注意力力集中到某某一学习和和工作上去去，凝神谛谛听，敏锐锐地捕捉教教学信息，，全神贯注注地刻苦钻钻研科学知知识，一丝丝不苟地从从事创造性性劳动，兴兴趣使人们们更加热爱爱自己的事事业，并为为它而献身身。思维力也是是一种智力力因素。兴兴趣能够激激发积极思思维，使受受教育者积积极开动脑脑筋，寻找找最完善的的方法去分分析问题和和解决问题题。兴趣可使人人想象力更更丰富。兴兴趣推动人人们广泛接接触新事物物，引导他他们参加各各种实践，，开阔眼界界，丰富心心理生活，，为观察打打下坚实的的基础，使使想象更加加充实，使使受教育者者在已有知知识能力的的基础上，，向新的知知识领域和和更高的认认识阶段发发展，兴趣不仅关关系到受教教育者学习习质量和工工作质量的提高高，而且关关系到他们们潜在素质质和能力的的发展。情感是人的的需要是否否得到满足足时所产生生的一种对对事物的态态度和内心心的体验。。参加实践践和创新活活动，众多多的新经验验、新创造造，能够激激发人们不不断地产生生积极的情情感。积极极的情感对对人的实践践活动又是是一种巨大大的动力，，它推动人人们去克服服艰难险阻阻，实现所所追求的目目标。情感是想象象的翅膀。。丰富的情情感可使想想象更加活活跃，促使使认识向纵纵深发展，，对思维对对象的积极极态度和对对发现新知知识的渴望望，是思维维过程发生生与深入的的重要条件件。求知欲欲强烈、热热情高涨时时，人的思思维活动就就更加活跃跃，效率更更高。形成成创造性思思维，它可可以突破现现有的概念念、定律的的束缚，提提出创新的的见解。情感影响记记忆，记忆忆也是一种种智力因素素。强烈的的情感变化化必然引起起记忆的再再现。积极极的记忆态态度，调动动智力活动动的积极性性，能使注注意力集中中，记忆的的效果就好好。2）意志性性格坚强的意志志力量不仅仅能使人对对事物具有有执着的迷迷恋的趋向向，而且能能使人积极极持久地从从事某一种种活动。性性格是人在在对人、对对事的态度度和行为方方式所表现现出来的心心理特点。。性格和意志志特点，如如勤劳与懒懒惰，踏实实与漂浮，，谦逊与自自负，坚强强与软弱等等等，都是是可以通过过教育使其其转化的。。总之，成功功来源于勤勤奋、来源源于对事业业的坚守。。1、培养创创新意识创造活动首首先来自于于强烈的创创造欲望。。知识和经经验是创造造必不可少少的条件，，但有知识识并不等于于有创造。。古往今来来，有知识识的人很多多，但有创创造的人只只有其中一一部分。究究其原因，，创新的意意识，创造造的冲动起起了决定性性的作用。。人们发现现，古往今今来，多数数科学家的的骄人成果果都形成于于30岁之之前，这显显然与年轻轻人较少保保守思想，，更富创造造和创新的的冲动有关关。当然，，事实上也也有许多科科学家和学学者大器晚晚成，但这这些人无一一不是长久久甚至终身身保持着强强烈的创新新意识和创创新欲望的的。三、创新能能力的培养养创新的核心心是创造性性思维。创创造性思维维是一种复复杂的、高高级的心智智活动，但但决不是神神秘莫测、、高不可攀攀，仅属少少数天才人人物的“专专利”。我我国著名教教育家陶行行知先生曾曾说：“人人人是创造之之人，天天天是创造之之时，处处处是创造之之地。”创创新的能力力是人类普普遍具有的的素质，除除少数有智智力障碍的的人以外绝绝大多数人人都具有创创新的禀赋赋，创新的的能力是人人类与生俱俱来的