机械系统方案的创新设计

第四章机械系统方案的创新设计第一节概述一、机械系统的概念由若干机械装置组成的一个特定系统称为机械系统。

机械系统可能是一台机器，如机床、塑料挤出机、纺织机等，系统中主要包含有能量的转化，运动形式的转换等；也可能是一台设备，如化工容器、反应塔、变压器等，系统中主要包含有能量、物料形态与性质的转变等；还可能是一台仪器，如应变仪、流量计、振动试验台等，主要包含了信息与信号的变换。

不管系统以什么形式体现，它都不是一个空泛的概念，而是一个实体，是以产品形式体现的。第四章机械系统方案的创新设计第一节概述一、机械系统的概念（续）1．机械系统的组成

现代机械种类繁多，结构也越来越复杂，但从实现系统功能的角度出发，一般机械系统由动力部分、传动部分、执行部分和控制部分四部分组成。动力部分控制部分传动部分执行部分第四章机械系统方案的创新设计第一节概述一、机械系统的概念（续）2．机械系统的相关性

每个系统一般都由若干个子系统组成，子系统又由各种元件与操作构成。

系统中的各子系统之间互相影响，互相关联，同时各子系统也影响着系统，而系统又受超系统的制约。

超系统可以理解是系统的环境，系统得以存在的条件。这种各子系统之间，系统与子系统之间，以及系统与超系统之间相互关联的性质称为系统的相关性。

进行创新设计时要考虑这种相关性的问题，合理的利用关系，使得设计方向有利于系统的发展，而不是造成更大的制约。第四章机械系统方案的创新设计第一节概述一、机械系统的概念（续）3．机械系统的进化性在进行产品研发决策时，要分析当前产品的技术水平，预测进化方向，确定产品发展的阶段。第四章机械系统方案的创新设计第一节概述二、机械系统设计的内容（1）产品规划阶段（2）方案设计阶段（3）技术设计阶段（4）施工设计阶段

机械系统的设计不论是在S形曲线的各拐点位置，还是处于开发下一代产品交替的位置，以及开发一种全新的产品，一般都须经历下列四个阶段：第四章机械系统方案的创新设计第一节概述三、方案设计的创新

方案设计的主要工作有功能综合、原理综合和构型综合。功能、原理、构型综合都没有一个统一的规律可遵循，其方案解是发散的。

例如洗衣机的主要功能可以抽象的描述为分离，即污物与衣物的分离。探索实现这一功能解的过程就是明确效应，确定其工作原理。一旦确定了工作原理，就要按照工作原理寻求相应的工艺动作。其中每一步骤都存在多个解，每个解都是创新的产物。第四章机械系统方案的创新设计任务功能综合功能分析功能分解功能分类原理综合创新技法冲突矩阵解法目录资源利用……确定方案方案评价构形综合机构构形结构构形第一节概述三、方案设计的创新（续）

方案设计的过程是发散—收敛的过程，是创新的过程。

其设计过程如框图所示。第四章机械系统方案的创新设计第二节功能综合功能综合是指将口头提出的任务形成技术系统的目的或要求。

其主要工作是功能的分析与功能的分解，并判断与功能相对应的效应，为下一步寻求实现功能的工作原理打下基础。

另外为了更方便地进行功能的分析与分解，还对机械系统中常需要实现的各种功能进行分类。一、功能分析

功能分析就是对系统要达到结果(输出)的描述，并不说明如何达到这个结果。功能分析可以采用黑箱法。第四章机械系统方案的创新设计一、功能分析（续）技术系统机器设备仪器输入接口输出接口能量物料能量信号物料信号黑箱法描述未知系统净衣系统电能接通净衣物脏衣物污物切断照明系统电能接通信号光能第二节功能综合第四章机械系统方案的创新设计二、功能分类

功能分类就是将系统中输入与输出的三要素操作具体化，这将有利于功能的分析，也有利于原理的综合与构型的综合。1．按机械系统的组成进行功能分类为系统提供能量或动力，它接受测控部分发出的指令，执行驱动部分工作。其功能载体为各种类型原动机。如电动机、内燃机等。（1）驱动功能（2）传动功能

传递驱动和执行部分之间的运动和动力。包括运动形式、性质、方向、大小的变换。其功能载体可以是机械式、液压气动式或电磁式等。第二节功能综合第四四章章机机械械系系统统方方案案的的创创新新设设计计二、、功功能能分分类类（（续续））1．按按机机械械系系统统的的组组成成进进行行功功能能分分类类（（续续））（3）执执行行功功能能实现现和和完完成成产产品品的的最最终终功功能能。。简简单单系系统统可可用用简简单单的的构构件件实实现现特特定定的的动动作作；；复复杂杂的的系系统统有有多多个个执执行行功功能能，，各各动动作作需需要要协协调调与与配配合合。。（4）控制制功能能包括检检测、、传感感与控控制。。它把把系统统工作作过程程中各各种参参数和和工作作状况况检测测出来来，变变换成成可测测定和和可控控制的的物理理量，，传送送到信信息处处理部部分，，并发发出对对各部部分的的工作作指令令和控控制信信号。。第二节节功功能综综合二、功功能分分类（（续））2．按三三要素素变换换的物物理作作用进进行分分类为了有有利于于开拓拓与创创新，，常把把机器器、设设备、、仪器器中的的复杂杂过程程，即即功能能归结结为物物理的的基本本作用用类型型。凡是引引起能能量、、物料料或信信号特特性发发生变变化的的活动动都应应称为为转变变或复复原。。它具具有类型的特征征。（１））转变变—复原（２））放大大—缩小一切使使物理理量放放大或或缩小小的活活动都都称为为放大大或缩缩小。。它具具有大小的特征征。第二节节功功能综综合第四章章机机械械系统统方案案的创创新设设计二、功功能分分类（（续））2．按三三要素素变换换的物物理作作用进进行分分类（（续））（３））混合合—分离凡是根根据不不同的的物理理特性性参量量(密度、、原子子量、、波长长、频频率、、几何何形状状等)使两个个或几几个混混合在在一起起的流流分离离开，，或者者使已已经分分开的的流混混合在在一起起的活活动都都应称称为分分离—混合。。或者者使能能量和和物料料、能能量和和信号号、物物料和和信号号混合合和分分离的的过程程也称称为混混合—分离。。它具具有数量的特征征。（４））接合合—分开用来把把体现现能量量的物物理量量(如功率率、力力、位位移等等)合成(相加)，或者者分解解成几几个分分量的的过程程；以以及用用来产产生或或取消消相同同或不不同物物料间间结合合力的的活动动都可可归纳纳为接接合—分开。。它具具有位置的特征征。第二节节功功能综综合第四章章机机械械系统统方案案的创创新设设计二、功功能分分类（（续））2．按三三要素素变换换的物物理作作用进进行分分类（（续））（５））存储储—取出把能量量、物物料、、信号号存放放起来来，或或从存存贮器器中取取出来来的活活动称称为存存储—取出。。它具具有数量、、位置置、时时间的特征征。（６））传导导—中断是指能能量、、物料料、信信号通通过电电流、、光纤纤、管管道、、机构构等进进行传传输或或断开开的活活动。。它具具有位置与与时间间的特征征。第二节节功功能综综合第四章章机机械械系统统方案案的创创新设设计3．机构构能实实现的的基本本功能能二、功功能分分类（（续））①变换运运动的的形式式运动形形式主主要有有转动动、单单双向向移动动、单单双向向摆动动以及及间歇歇运动动等。。②变换运运动的的速度度即减速速、增增速、、变速速或调调速等等。③变换运运动的的方向向主要指指转动动件的的两轴轴线可可平行行、相相交、、空间间交错错；对对于空空间连连杆机机构与与空间间凸轮轮机构构可在在运动动空间间实现现任意意方向向运动动的变变换。。④进行运运动的的合成成与分分解两个自自由度度的机机构以以及各各种差差速机机构。。第二节节功功能综综合第四章章机机械械系统统方案案的创创新设设计3．机构构能实实现的的基本本功能能（续续）二、功功能分分类（（续））⑤对运动动进行行操纵纵与控控制主要指指各种种离合合装置置、操操纵装装置。。⑥实现给给定的的运动动轨迹迹机构中中的浮浮动构构件可可实现现各种种轨迹迹要求求。如如连杆杆机构构中的的连杆杆；行行星齿齿轮机机构中中的行行星齿齿轮以以及挠挠性件件传动动机构构中的的挠性性构件件等。。⑦实现给定的的运动位置置指两个连架架杆的对应应位置，以以及浮动构构件的导引引位置。⑧实现某些特特殊功能有增力、增增程、微动动、急回、、夹紧、定定位和自锁锁等。第二节功功能综合第四章机机械系统统方案的创创新设计三、功能分分解一个系统的的总功能是是该系统中中各子系统统乃至各个个元件共同同完成的。。各子系统统分担各自自的分功能能、子功能能，乃至功功能元。各各分功能的的类型不完完全相同，，它们之间间有联系，，也有区别别。为了更更方便地求求得功能解解，即确定定实现功能能的工作原原理，需要要将系统的的总功能进进行分解。。功能分解图图的结构形形状有树状状结构，称称为功能树树；也有串串联结构、、并联结构构以及环形形结构。如图所示。第二节功功能综合第四章机机械系统统方案的创创新设计F1F12F11F121F122F1F2F11F1F2F11并联结构环状结构F1F2F3树状结构串联结构通过以上分分解，就可可将任务书书给出的总总功能划分分为已知的的分功能或或基本功能能，并把分分功能或基基本功能逻逻辑地联接接起来，从从而产生所所要求的整整个系统的的因果关系系。第四章机机械系统统方案的创创新设计三、功能分分解（续））包装纸包装机化妆品电能信号袋装化妆品数量信号包装纸走纸截断纸化妆品输送截流装袋输送并记数电能第二节功功能综合第四章机机械系统统方案的创创新设计三、功能分分解（续））齿轮减速器输入传动支撑联接输出齿轮润滑箱体轴轴承端盖密封联轴器联轴器键销钉螺钉减速器功能能结构图第二节功功能综合第四章机机械系统统方案的创创新设计第三节TRIZ理论与创新新设计功能综合后后，对基本本功能求解解过程就是是工作原理理的综合。。发明问题的的解决理论论——TRIZ理论、建立立原理解法法目录、资资源的分析析与利用TRIZ为为俄文字母母对应的拉拉丁字母缩缩写，含义义为发明问问题的解决决理论，也也有人将其其译为技术术冲突的解解决原理。。TRIZ理理论认为发发明问题的的核心是解解决冲突，，在设计过过程中，不不断发现冲冲突，利用用发明原理理解决冲突突，才能获获得理想的的产品。第四章机机械系统统方案的创创新设计第三节TRIZ理论与创新新设计一、TRIZ理论概述阿奇舒勒(G．S．．Altshuller)在在研究和和整理世界界各国高水水平的发明明专利过程程中，发现现任何领域域的产品改改进、技术术变革与创创新和生物物系统一样样，都存在在产生、生生长、成熟熟、衰老、、消亡的过过程，是有有规律可循循的。结论：许多多技术问题题可以利用用解决其它它领域中相相似问题的的原理和方方法轻而易易举地得到到解决。第四章机机械系统统方案的创创新设计第三节TRIZ理论与创新新设计一、TRIZ理论概述（（续）（一）产品品设计所面面临的问题题人们进行机机械产品设设计通常面面临两类需需要解决的的问题：一一类是知道道一般的解解决方法（（常规问题题），一类类是不知道道解决方法法（发明问问题）。G．S．Ahshuller认为，解解决发明问问题过程中中所寻求的的科学原理理和法则是是客观存在在的。TRIZ更更加易于操操作、系统统化、流程程化，不过过多地依赖赖设计者的的灵感、个个人知识以以及经验进进行创新。。第四章机机械系统统方案的创创新设计第三节TRIZ理论与创新新设计一、TRIZ理论概述（（续）（二）发明明的级别与与TRIZ理论的前前提1．发明的的级别发明级别与与知识的关关系级别发明程度解决方法(％)知识来源考虑的问题1方法明显32％个人知识102小的改进45％公司知识1003大的改进18％行业知识10004新概念4％行业以外知识100005新发现1％所有的知识100000第四章机机械系统统方案的创创新设计第三节TRIZ理论与创新新设计一、TRIZ理论概述（（续）（二）发明明的级别与与应用前提提概述（续续）2．TRIZ的理论论前提1)产品或技术术系统的进进化有规律律可循。2)生产实践中中遇到的工工程冲突重重复出现。。3)彻底解决工工程冲突的的发明原理理容易掌握握。4)其他领域的的科学原理理可解决本本领域技术术问题。第四章机机械系统统方案的创创新设计第三节TRIZ理论与创新新设计一、TRIZ理论概述（（续）（三）TRIZ解解决发明问问题的方法法TRIZ的核心是技技术系统进进化原理及及冲突解决决原理，并并建立了基基于知识消消除冲突的的逻辑方法法，用通用用解的方法法解决特殊殊问题或冲冲突。这些些原理和方方法包括技术系统进进化法则、、发明原理理、发明问问题解决算算法等。第四章机机械系统统方案的创创新设计二、技技术系系统及及其进进化法法则第三节节TRIZ理论与与创新新设计计1．技技术系系统技术系系统由由多个个子系系统组组成，，并通通过子子系统统间的的相互互作用用实现现一定定的功功能，，简称称为系系统。。子系系统本本身也也是系系统，，是由由元件件和操操作构构成的的。系系统的的更高高级系系统称称为超超系统统。第四章章机机械械系统统方案案的创创新设设计二、技技术系系统及及其进进化法法则（（续））第三节节TRIZ理论与与创新新设计计2．产品品的进进化分分析婴儿期成长期成熟期衰退期性能时间SSS1n2时间功能潜力用于表表示产产品从从诞生生到退退出市市场这这样一一个生生命周周期的的基本本发展展过程程，称称为产产品进进化曲曲线。。第四章章机机械械系统统方案案的创创新设设计二、技技术系系统及及其进进化法法则（（续））第三节节TRIZ理论与与创新新设计计3．技技术系系统进进化法法则（1））完备备性法法则要实现现某项项功能能，一一个完完整的的技术术系统统必须须包含含以下下四个个部件件：动动力装装置、、传输输装置置、执执行装装置和和控制制装置置。完备性性法则则有助助于确确定实实现所所需技技术功功能的的方法法并节节约资资源，，利用用它可可对效效率低低下的的技术术系统统进行行简化化。第四章章机机械械系统统方案案的创创新设设计二、技技术系系统及及其进进化法法则（（续））第三节节TRIZ理论与与创新新设计计3．技技术系系统进进化法法则（（续））（2））能量量传递递法则则技术系系统要要实现现其功功能，，必须须保证证能量量能够够从能能量源源流向向技术术系统统的所所有元元件。。技术系系统的的进化化应该该沿着着使能能量流流动路路径缩缩短的的方向向发展展，以以减少少能量量损失失。能量传传递法法则有有助于于减少少技术术系统统的能能量损损失，，保证证其在在特定定阶段段提供供最大大效率率。第四章章机机械械系统统方案案的创创新设设计二、技技术系系统及及其进进化法法则（（续））第三节节TRIZ理论与与创新新设计计3．技技术系系统进进化法法则（（续））（3））动态态进化化法则则动态进进化法法则包包括三三个子子法则则：①提高高系统统柔性性法则则②提高高可移移动性性法则则③提高高可控控性法法则第四章章机机械械系统统方案案的创创新设设计二、技技术系系统及及其进进化法法则（（续））第三节节TRIZ理论与与创新新设计计3．技技术系系统进进化法法则（（续））（4））提高高理想想度法法则最理想想的技技术系系统应应该是是作为为物理理实体体时并并不存存在也也不消消耗任任何的的资源源，却却能够够实现现所有有必要要的功功能。。技术系系统是是沿着着提高高其理理想度度，向向最理理想系系统的的方向向进化化。提提高理理想度度法则则代表表着所所有技技术系系统进进化法法则的的最终终方向向。第四章章机机械械系统统方案案的创创新设设计二、技技术系系统及及其进进化法法则（（续））第三节节TRIZ理论与与创新新设计计3．技技术系系统进进化法法则（（续））（5））子系系统不不均衡衡进化化法则则任何技技术系系统所所包含含的各各个子子系统统都不不会同同步、、均衡衡地进进化，，每个个子系系统都都是沿沿着自自己的的技术术进化化路径径向前前发展展的。。这种种不均均衡的的进化化经常常会导导致子子系统统之间间的冲冲突出出现。。整个技技术系系统的的进化化速度度取决决于系系统中中发展展最慢慢的子子系统统的进进化速速度。。找到到关键键的子子系统统，可可以帮帮助人人们及及时发发现并并改进进最不不理想想的子子系统统。第四章章机机械械系统统方案案的创创新设设计二、技技术系系统及及其进进化法法则（（续））第三节节TRIZ理论与与创新新设计计3．技技术系系统进进化法法则（（续））（6））向超超系统统进化化法则则技术系系统的的进化化是沿沿着从从单系系统———双双系统统———多系系统的的方向向发展展。技术系系统进进化到到极限限时，，它实实现某某项功功能的的子系系统会会从系系统中中剥离离，转转移至至超系系统，，作为为超系系统的的一部部分。。在该该子系系统的的功能能得到到增强强改进进的同同时，，也简简化了了原有有的技技术系系统。。第四章章机机械械系统统方案案的创创新设设计二、技技术系系统及及其进进化法法则（（续））第三节节TRIZ理论与与创新新设计计3．技技术系系统进进化法法则（（续））（7））向微微观级级进化化法则则技术系系统的的进化化沿着着减小小其元元件尺尺寸的的方向向发展展，即即元件件从最最初的的尺寸寸向原原子、、基本本粒子子的尺尺寸进进化，，同时时能够够更好好地实实现相相同的的功能能。第四章章机机械械系统统方案案的创创新设设计二、技技术系系统及及其进进化法法则（（续））第三节节TRIZ理论与与创新新设计计3．技技术系系统进进化法法则（（续））（8））协调调性法法则技术系系统的的进化化是沿沿着各各个子子系统统相互互之间间更协协调的的方向向发展展，即即系统统的各各个部部件在在保持持协调调的前前提下下，充充分发发挥各各自的的功能能。这也是是整个个技术术系统统能发发挥其其功能能的必必要条条件，，子系系统间间协调调性可可以表表现在在结构构上的的协调调、各各性能能参数数的协协调和和工作作节奏奏的协协调。。第四章章机机械械系统统方案案的创创新设设计三、TRIZ理论及及其应应用第三节节TRIZ理论与与创新新设计计当产品品一个个技术术特征征参数数的改改进对对另一一技术术特征征参数数产生生负面面影响响时，，就产产生了了冲突突。TRIZ理理论认认为，，发明明问题题的核核心是是解决决冲突突，未未克服服冲突突的设设计不不是创创新设设计。。解决冲冲突所所应遵遵循的的规则则是：：改进进系统统中的的一个个零部部件或或性能能的同同时，，不能能对系系统或或相邻邻系统统中的的其他他零部部件或或性能能造成成负面面影响响。第四章章机机械械系统统方案案的创创新设设计三、TRIZ理论及及其应应用（（续））第三节节TRIZ理论与与创新新设计计冲突解解决流流程冲突可可分为为物理理冲突突和技技术冲冲突。。物理冲冲突是指当当对同同一子子系统统具有有相反反的要要求时时就出出现了了物理理冲突突，系系统中中的某某一部部分同同时表表现出出两种种相反反的状状态。。技术冲冲突是指系系统中中一个个部分分性能能的增增强导导致了了有用用及有有害两两种结结果，，也可可指有有益作作用的的引入入或有有害效效应的的消除除导致致其他他的一一个或或几个个子系系统性性能的的劣化化。第四章章机机械械系统统方案案的创创新设设计三、TRIZ理论及及其应应用（（续））第三节节TRIZ理论与与创新新设计计（一））发明明原理理G．S．Altshuller在在对全全世界界专利利进行行分析析研究究的基基础上上，发发现在在以往往不同同领域域的发发明中中所用用到的的规则则并不不多，，不同同时代代的发发明，，不同同领域域的发发明，，这些些规则则被反反复采采用。。G．S．Altshuller提提出了了40条冲冲突解解决原原理即即发明原原理，是在在产生生新的的工作作原理理的过过程中中所应应遵循循的规规律。。实践践证明明这些些原理理对于于指导导设计计人员员的发发明创创造具具有重重要的的作用用。第四章机机械械系统方方案的创创新设计计三、TRIZ理论及其其应用（（续）第三节TRIZ理论与创创新设计计（二）分分离原理理在总结解解决物理理冲突的的各种方方法的基基础上，，TRIZ提出出了分离离原理解解决方法法：1．空间间分离(从空间间上分离离相反的的特性)2．时间间分离(从时间间上分离离相反的的特性)4．基于于条件的的分离(在同一一种物质质中相反反的特性性共存)3．整体体与部分分的分离离(从整整体与部部分上分分离相反反的特性性)解决物理理冲突的的分离原原理与解解决技术术冲突的的发明原原理之间间存在关系系，对于一一条分离离原理，，可以有有多条发发明原理理与之对对应。第四章机机械械系统方方案的创创新设计计三、TRIZ理论及其其应用（（续）第三节TRIZ理论与创创新设计计（三）解解决物理理冲突物理冲突突是TRIZ要要研究解解决的关关键问题题之一。。常见的物物理冲突突出现物理理冲突的的子系统统成为关关键子系系统。第四章机机械械系统方方案的创创新设计计三、TRIZ理论及其其应用（（续）第三节TRIZ理论与创创新设计计（三）解解决物理理冲突（（续）G．S．Altshuller提出了解解决物理理冲突主主要采用用的分离原理理。发明问题题解决算算法——ARIZ是TRIZ理论中的的一个主主要分析析问题、、解决问问题的方方法，其其目标是是为了解解决问题题的物理理冲突。。用ARIZ算法法解决创创新问题题的流程程物理冲突突的一般般描述方方法例：解决大工工件的摩摩擦焊接接问题第四章机机械械系统方方案的创创新设计计三、TRIZ理论及其其应用（（续）第三节TRIZ理论与创创新设计计（四）解解决技术术冲突技术冲突突常表现现为一个个系统中中两个子子系统之之间的冲冲突。不同领域域中，人人们所面面临的创创新问题题不同，，其中包包含的冲冲突也千千差万别别。若想想解决这这些冲突突，首先先要对它它们进行行统一的的描述。。技术冲突突出现的的几种情情况第四章机机械械系统方方案的创创新设计计三、TRIZ理论及其其应用（（续）第三节TRIZ理论与创创新设计计（四）解解决技术术冲突（（续）在TRIZ理论论中，不不同领域域中相互互冲突的的特性经经过高度度概括，，被抽象象为39个技术特性性参数，它们可可对不同同问题中中所包含含的各种种冲突进进行统一一、明确确的描述述。表中的参参数可以以分为三三类：通通用物理理与几何何参数(1—12、17、18、21)；通用负向技术参数数(15、16、19、20、22～26、30、31)；通用正向技术参数数(13、14、27—29、32～39)。负向的含含义是指指这些参参数若变变大，系系统性能能变差；；正向的的含义是是指这些些参数若若变大，，系统的的性能变变好。第四章机机械械系统方方案的创创新设计计三、TRIZ理论及其其应用（（续）第三节TRIZ理论与创创新设计计（四）解解决技术术冲突（（续）39项通通用技术术特性参参数描述述了问题题的技术术特性，，40条条发明原原理表明明了问题题的解决决方法。。TRIZ理论提提出了冲突解决决矩阵的概念。。冲突解决决矩阵的的行表示示冲突中中恶化的的参数，，列则表表示改善善的参数数，单元元格中列列出了推推荐的解解决该问问题的发发明原理理（用发发明原理理的序号号表示））。第四章机机械械系统方方案的创创新设计计三、TRIZ理论及其其应用（（续）第三节TRIZ理论与创创新设计计（四）解解决技术术冲突（（续）使用该冲冲突矩阵阵解决设设计中的的特定问题题时，首先先应该确确定实际际设计中中存在的的冲突，，并分析析冲突中中哪些问问题是有有利因素素，哪些些是有害害的。再再将这些些冲突抽抽象化为为39个工程技技术参数数中的相相关特定定术语——通用问题题，然后利利用冲突突矩阵找找到冲突突的原理理解——通用解决决方法。最后分分析原理理解，将将其表达达为解决决特定问问题的特定解决决方法（领域解））。可将上述述设计过过程简化化为程序框图图。第四章机机械械系统方方案的创创新设计计第三节TRIZ理论与创创新设计计通常所选选定的发发明原理理多于一一个，这这说明前前人已用用这几个个原理解解决了一一些特定定的技术术冲突。。这些原原理仅仅仅表明解解的可能能方向，，即应用用这些原原理可以以过滤掉掉很多不不太可能能的解的的方向。。尽可能能将选定定的每条条原理都都用到设设计过程程中去，，对于推推荐的任任何原理理都应该该仔细思思考。三、TRIZ理论及其其应用（（续）（四）解解决技术术冲突（（续）假如所有有可能的的解都不不满足要要求，则则可以对对冲突重重新定义义并求解解。第四章机机械械系统方方案的创创新设计计例1振动筛例2汽车安全全气囊第三节TRIZ理论与创创新设计计三、TRIZ理论及其其应用（（续）TRIZ理论应用用举例例3新型扳手手第四章机机械械系统方方案的创创新设计计第三节TRIZ理论与创创新设计计三、TRIZ理论及其其应用（（续）TRIZ理论对对解决发发明问题题的创新新思路有有明确的的方向指指导性。。但是，，仅有解解决问题题的思路路和方向向还是不不够的，，从问题题解决思思路到解解决问题题的具体体方案之之间，还还有一个个复杂的的创新过过程，即即如何得得到一个个可行的的、可操操作的解解决方案案。如何根据据所得到到的通用用解决方方案，经经过创新新设计来来得到特特定问题题的实际际解决方方案，需需要设计计者具有有大量的的知识和和经验。。具体来来说，这这些知识识和经验验包括科科学原理理、技术术知识、、社会知知识、实实践经验验、成功功案例，，甚至失失败案例例等。知识是创创新的源源泉第四章机机械械系统方方案的创创新设计计第四节原原理综合合一、建立立原理解解法目录录原理解法法目录实实际上是是一种信信息库。。凡是导导致功能能三要素素实现转转变的操操作或原原理都被被有规律律的分类类、排列列、储存存起来，，以便设设计时调调用。一一个基本本功能或或许有，，也或许许没有直直接的原原理解，，但肯定定会有许许多间接接的原理理可利用用。原理解的的目录编编写必须须密切结结合设计计过程与与功能要要求编写写，应该该是功能能明确、、内容清清晰、信信息面广广、查取取方便。。原理解解目录的的编写需需要具有有一定的的理论知知识与实实践经验验，需要要进行广广泛的调调查、研研究与搜搜集。第四章机机械械系统方方案的创创新设计计第四章机机械械系统方方案的创创新设计计第四节原原理综合合一、建立立原理解解法目录录（续））下面根据据部分输输入输出出因果关关系进行行原理解解目录的的编写：：1．物料分离离—混合功能的的原理解使两种或几几种具有不不同物理特特征的物料料实现分离离是设计系系统经常遇遇到的一项项任务，它它可能是固固体与固体体的分离，，也可能是是固体与液液体的分离离或气体与与液体的分分离。按分离的特特征又可能能是不同几几何尺寸大大小的分离离、不同密密度、轻重重的分离或或不同导电电性、导磁磁性等性能能的分离。。为了解决““物料分离离”，应尽尽量将适合合于分离的的全部原理理汇集起来来，并按一一定的规律律进行编排排。附表是部分固体体与固体分分离的原理理解目录。。第四章机机械系统统方案的创创新设计第四节原原理综综合一、建立原原理解法目目录（续））1．物料分离离—混合功能的的原理解（（续）物料的混合合就是指将将不同的物物料结合在在一起。各各类搅拌器器、混合机机是完成混混合的技术术系统。混合就是通通过分子微微粒的运动动加快，来来缩短混合合过程所需需要的时间间，并使各各类物料混混合的均匀匀。附表列出了物料料混合的部部分原理解解目录。第四章机机械系统统方案的创创新设计第四节原原理综综合一、建立原原理解法目目录（续））2．物理量放放大—缩小功能的的原理解物理量的放放大与缩小小主要有尺尺寸参数（（例如长度度、面积、、体积等））的放大与与缩小；运运动参数（（如距离、、速度、加加速度等））的放大与与缩小；能能量参数（（如力、力力矩、功率率、电压等等）的放大大与缩小。。其中既包包含有能量量流，也有有信号流，，还有物料料流。附表列出了部分分物理量的的放大—缩小原理解解目录。第四章机机械系统统方案的创创新设计第四节原原理综综合一、建立原原理解法目目录（续））利用类似的的方法还可可以对变换换—复原、储存存—取出、接合合—分开、传导导—中断等功能能进行原理理解目录的的编排。也也可以按照照机械系统统的组成成成分，即动动力、传动动、执行、、控制四个个部分的具具体功能进进行原理解解目录的编编排。可以看出原原理解目录录的编写需需要大量的的技术信息息与设计经经验，这也也可以采纳纳TRIZ理论的研究究方法，通通过对世界界已有的大大量技术专专利的分析析、研究与与归纳总结结得出；或或者将各学学科领域的的已有技术术成果或产产品进行归归类与编排排。总之原理解解目录不同同于一般的的手册与资资料，它应应该比手册册与资料更更方便于搜搜索与提取取。第四章机机械系统统方案的创创新设计第四节原原理综综合二、资源的的分析与利利用为求得原理理解，不能能忽视资源源的利用。。因为所要要设计的系系统是属于于超系统范范畴，而超超系统又是是自然的一一部分，因因此合理地地利用某些些资源会对对原理解产产生意想不不到的效果果。1．资源的主主要类型（1）自然资源源：（2）时间资源源：（3）空间资源源：（4）信息资源源：（5）系统资源源：指自然界中中存在的场场、物质、、能量等任任何资源。。指系统启动动之前，工工作之后，，两个循环环之间的时时间。指系统本身身，超系统统的空间位位置、次序序等。指系统及超超系统中任任何存在的的或能产生生的信号、、反映等。。指系统内部部的可利用用资源。第四章机机械系统统方案的创创新设计第四节原原理综综合二、资源的的分析与利利用（续））2．资源的分分析与利用用（1）自然资源源的利用（2）时间资源源的利用自然资源的的利用应做做到合理、、有效。在工作效率率最高、最最有价值的的阶段最大大限度地利利用时间，，使过程连连续，消除除停顿。（3）空间资源源的利用（4）信息资源源的利用系统本身所所产生的信信号是多种种多样的。。第四章机机械系统统方案的创创新设计第四节原原理综综合二、资源的的分析与利利用（续））2．资源的分分析与利用用（续）（5）系统资源源的利用系统中的能能量、材料料、产品、、副产品、、制品等都都是系统可可充分利用用的丰富资资源。系统中的资资源可以交交互利用，，各子系统统分享资源源。动态调调节资源的的使用，可可避免资源源的损失与与浪费。可以充分利利用系统中中材料的特特性以及产产品或制品品的形状，，有效发挥挥各种资源源，简化工工艺过程，，使系统变变得简单，，各方面的的浪费与损损失也会相相应减少。。加工螺纹的的搓丝机、搬运钢板的的机械装置置第四章机机械系统统方案的创创新设计TRIZ解解决发明问问题的方法法第四章机机械系统统方案的创创新设计解决冲突流流程图第四章机机械系统统方案的创创新设计序号名称序号名称序号名称序号名称1分割11预先防范21缩短有害作用31多孔材料2提炼12等势22变害为利32改变颜色3改变局部13逆向作用23反馈33同质性4不对称14曲面化24中介物34抛弃与修复5组合15动态化25自服务35改变参数6多用性16近似化26复制36相变7嵌套17多维化27廉价替代品37热膨胀8重量补偿18机械振动28替代机械系统38加速氧化9预先反作用19周期性作用29用气体与液体39惰性环境10预先作用20利用有效作用30柔性壳体或薄膜40复合材料发明原理序号15“动态化”序号17“多维化”序号28“替代机械系系统”第四章机机械系统统方案的创创新设计自适应建筑筑物的设想想第四章机机械系统统方案的创创新设计上部开门的的轿车第四章机机械系统统方案的创创新设计利用磁效应应搬运钢板板第四章机机械系统统方案的创创新设计分离原理与与发明原理理的对应关关系分离原理发明原理空间分离1，2，3，4，7，13，17，24，26，30时间分离9，10，11，15，16，18，19，20，21，29，34，37整体与部分的分离12，28，31，32，35，36，38，39，40基于条件的分离1，5，6，7，8，13，14，22，23，25，27，33，35第四章机机械系统统方案的创创新设计几何类材料及能量类功能类长与短多与少喷射与卡住对称与不对称密度大与小推与拉平行与交叉热导率高与低冷与热厚与薄温度高与低快与慢圆与非圆时间长与短运动与静止锋利与钝粘度高与低强与弱窄与宽功率大与小软与硬水平与垂直摩擦系数大与小成本高与低常见的物理理冲突第四章机机械系统统方案的创创新设计用ARIZ算法解决决创新问题题的流程第四章机机械系统统方案的创创新设计大工件的摩摩擦焊接问问题将一块金属属固定并将将另一块相相对旋转。。当两块金金属接触时时，接触部部分就会产产生很高的的热量，金金属开始熔熔化，再加加以一定的的压力两块块金属就能能够焊在一一起。某工厂需要要用每节10m长的的铸铁管建建成一条通通道，想把把这些铸铁铁管通过摩摩擦焊接的的方法连接接。但要使使这么大的的铁管旋转转起来需要要建造非常常大的机器器，并需要要很大的工工作场地。。第四章机机械系统统方案的创创新设计解决该问题题的过程：：(1)最小小问题(2)系统统冲突(3)问题题模型(4)对立立领域和资资源分析(5)理想想解(6)物理理冲突(7)物理理冲突的去去除及问题题的解决对对策第四章机机械系统统方案的创创新设计技术特性参参数序号名称序号名称序号名称1运动物体的质量14强度27可靠性2静止物体的质量15运动物体作用时间28测试精度3运动物体的长度16静止物体作用时间29制造精度4静止物体的长度17温度30物体外部有害因素作用的敏感性5运动物体的面积18光照度31物体产生的有害因素6静止物体的面积19运动物体的能量32可制造性7运动物体的体积20静止物体的能量33可操作性8静止物体的体积21功率34可维护性9速度22能量损失35适应性及多用性10力23物质损失36装置的复杂性11应力或压力24信息损失37监控与测试的困难程度12形状25时间损失38自动化程度13结构的稳定性26物质或事物的数量39生产率第四章机机械系统统方案的创创新设计冲突解决矩矩阵局部放大第四章机机械系统统方案的创创新设计改善的技术特性参数恶化的技术特性参数1230……915…3912519…31…3922353139353243735221391281535……………………………………………………………………………………………………………81535382243521…9534313171928635183517141922212739222132422133281246272235132435262437……………………………………………………………2917383435123431293034228133821391622102634313522183935103819第四章机机械系统统方案设计计的创新分析待改进的产品发现冲突冲突抽象发明原理抽象解领域解TRIZ设计模型第四章机机械系统统方案的创创新设计振动筛在选选矿、化工工原料分选选、粮食分分选以及垃垃圾的分选选中都是主主要的设备备。其中筛筛网的损坏坏是设备报报废的原因因之一。尤尤其对筛分分垃圾的振振动筛更是是如此。分分析其原因因，分别确确定对设备备有利和有有害的环节节，并寻求求解决问题题的方法。。经分析，认认为筛网面面积大、筛筛分效率高高，是有利利的一个方方面；但由由此筛网接接触物料的的面积也就就增大，则则物料对筛筛网的伤害害也就增大大。将分析的结结果用抽象象的技术参参数术语描描述，改善的参数数是第5条参数，即即“运动物物体的面积积”；恶化的参数数则是第30条“物体外外部有害因因素作用的的敏感性””。根据冲突解决矩矩阵可确定原理解为22，1，33，28。例1第四章机机械系统统方案的创创新设计其中第1条发明原理理是“分割”，根据这这条原理，，设计时可可考虑将筛筛网制成小小块状，再再联接成一一体，局部部损坏，局局部更换。。第33条是“同质性”，即采用用相似或相相同的物质质制造与某某物体相互互作用的物物体。分析析这条原理理，认为用用于筛分垃垃圾的振动动筛筛网易易损的主要要原因是物物料的粘湿湿性与腐蚀蚀性所致。。参考发明明原理，采采用同质性性材料制作作筛网，例例如耐腐蚀蚀的聚氨酯酯。经过这这样的改进进，取得了了很好的应应用效果。。第四章机机械系统统方案的创创新设计汽车安全气气囊是在汽汽车发生正正面碰撞时时保护驾驶驶员和乘客客的有效装装置。调查表明，，约有5%的情况安全全气囊不能能有效起作作用，受害害者一般身身材矮小。。气囊装在气气囊筒内，，驾驶员位位置的气囊囊筒装在方方向盘前端端。传感器器收到的汽汽车减速信信号传给激激发器，使使气囊迅速速膨胀，完完全膨胀后后压力降低低，依靠气气体的缓冲冲作用保护护司机和乘乘客。身材矮小的的司机通常常身体更接接近方向盘盘，碰撞发发生时容易易与正在膨膨胀中的安安全气囊相相撞，因而而受伤害。。为保障安全全而设计的的安全气囊囊保护了大大多数乘客客，但伤害害了另一部部分乘客，，系统存在在技术冲突突。希望改进设设计，同时时对身材高高和身材矮矮的乘客都都能实施保保护。例2第四章机机械系统统方案的创创新设计美国政府有有关部门曾曾建议采用用降低安全全气囊膨胀胀速度的方方法解决问问题，这虽虽然能够减减小乘客与与气囊碰撞撞所造成的的伤害，但但是增大了了乘客与方方向盘、仪仪表盘、挡挡风玻璃等等发生碰撞撞所造成的的伤害。技术冲突的的一方是气气囊的膨胀胀速度，另另一方是可可能对乘客客造成的伤伤害。将技术冲突突表达为TRIZ理论的标准准问题，冲突参数为：改善的技术术特性参数数31：物体产生生的有害因因素恶化的技术术特性参数数15：运运动动物物体体作作用用的的时时间间从冲突突解解决决矩矩阵阵中查查出出发发明明原原理理：：16：近近似似化化21：缩缩短短有有害害作作用用22：变变害害为为益益39：惰惰性性环环境境第四四章章机机械械系系统统方方案案的的创创新新设设计计对发发明明原原理理的的解解释释序号发明原理消除技术冲突的方法16近似化减小气囊体积，增大膨胀速度,21缩短有害作用加快膨胀速度，使得当膨胀完成后才发生碰撞，22变害为利增大膨胀速度，当膨胀完成后司机和乘客才可能与气囊碰撞,39惰性环境软化气囊表面，减小刚性，减少伤害。第四四章章机机械械系系统统方方案案的的创创新新设设计计例3在实实际际应应用用中中，，标标准准的的六六角角形形螺螺母母常常常常会会因因为为拧拧紧紧时时用用力力过过大大或或者者使使用用时时间间过过长长、、螺螺母母外外缘缘的的六六角角形形在在扳扳手手作作用用下下被被破破坏坏。。螺螺母母被被破破坏坏后后，，使使用用普普通通的的传传统统型型扳扳手手往往往往无无法法作作用用于于螺螺母母。。在在这这种种情情况况下下，，我我们们需需要要一一种种新新型型的的扳扳手手来来解解决决这这一一问问题题。。传统统型型扳扳手手之之所所以以会会损损坏坏螺螺母母，，其其主主要要原原因因是是扳扳手手作作用用在在螺螺母母上上的的力力主主要要集集中中于于六六角角形形螺螺母母的的某某两两个个角角上上。。第四四章章机机械械系系统统方方案案的的创创新新设设计计2)在扳扳手手上上增增加加一一个个““小小附附件件””，，使使得得扳扳手手的的表表面面可可以以自自由由移移动动以以和和不不同同的的螺螺母母是是面面接接触触。。根据据传传统统型型扳扳手手，，我我们们可可以以尝尝试试：：1)改变变扳扳手手形形状状，，使使扳扳手手的的各各个个表表面面与与螺螺母母的的外外表表面面完完全全吻吻和和，，从从而而使使得得用用扳扳手手拧拧螺螺母母时时扳扳手手的的表表面面与与螺螺母母表表面面是是完完全全面面接接触触，，以以避避免免螺螺母母的的角角与与扳扳手手平平面面的的线线接接触触。。3)使用用比比螺螺母母材材料料硬硬度度小小的的材材料料制制造造扳扳手手，，这这样样可可以以在在操操作作过过程程中中损损坏坏扳扳手手而而不不是是螺螺母母。。显然然，，改改变变扳扳手手的的形形状状是是最最实实际际的的一一个个解解决决方方案案。。第四四章章机机械械系系统统方方案案的的创创新新设设计计首先先，，将将所所希希望望的的““降降低低螺螺母母的的损损坏坏程程度度””转转换换为为TRIZ冲突突解解决决矩矩阵阵中中的的某某一一个个或或几几个个参参数数。。很很明明显显，，““物体体产产生生的的有有害害因因素素”就就是是在在这这一一问问题题中中需要要改改善善的的技技术术特特性性参参数数（第第31号））。。在本本冲冲突突中中，，改改变变扳扳手手的的形形状状不不可可避避免免会会增增加加扳扳手手制制造造的的复复杂杂程程度度，，降降低低制制造造的的精精度度。。因因此此，，““制造造精精度度”即即为为恶化化的的技技术术特特性性参参数数（第第29号））。。根据据冲冲突突解解决决矩矩阵阵可可以以查查找找到到解解决决该该冲冲突突的的四四个个发发明明原原理理，，即即4、、17、、34和和26。。技术术冲冲突突的的表表达达第四四章章机机械械系系统统方方案案的的创创新新设设计