第2讲工程机械设计理论与方法

主要现代设计方法优化设计计算机辅助设计

可靠性设计创新设计动态设计智能设计虚拟设计可视化设计网络设计并行设计数字化设计疲劳设计摩擦设计有限元法绿色设计价值工程相似设计……当前第1页\共有119页\编于星期三\7点

机械动态特性是指机械本身的固有频率、阻尼特性和对应于各阶固有频率的振型，以及机械在动载荷作用下的响应。前者是机械设备在工作条件下振动情况分析的基本要素，后者为机械设备动强度分析提供必要的条件。 动态设计的目的是按照机械动态特性的要求对机械设备或构图(图形)进行审核、修改或重新设计。 相关的工作有： （1）理论建模； （2）实验建模； （3）动力学分析； （4）机械结构动力修改与动态优化设计。机械动态设计2当前第2页\共有119页\编于星期三\7点同济大学动态分析模态分析-

计算线性结构的自振频率及振形.模态分析是用来确定结构的振动特性的一种技术：自然频率振型模态分析是所有动力学分析类型的最基础的内容。整机模态分析当前第3页\共有119页\编于星期三\7点同济大学模态分析的作用：使结构设计避免共振或以特定频率进行振动（例如扬声器）；

拆除机器人工作在强振动环境下，其工作装置为液压冲击器，设计时需确保其激振源频率避开整机的一阶固有频率。

当前第4页\共有119页\编于星期三\7点同济大学1阶模态振型为整个工作臂作为一个整体在可旋转机座上做横向摆动

拆除机器人的激振源(液压冲击器)的频率为7.5~12.5Hz，而其1阶模态频率为12.305Hz，正好处于这一区间，这说明在拆除机器人工作在最高工作频率的时候，极易诱发其1阶模态，因此需要对其结构进行相应的改进，以避开其1阶固有频率，提高整机的动力学特性。1阶振型图当前第5页\共有119页\编于星期三\7点

智能工程是一门关于知识的自动化处理和应用技术的计算机应用学科。知识是指全面知识，既包含理论知识和经验知识，又包括数值模型及符号模型描述的知识。“知识的自动化处理和应用”是指用计算机对知识进行获取、表达、集成、管理、协调及使用等。该定义表达了智能工程的目的、内容和工作对象。

智能工程6当前第6页\共有119页\编于星期三\7点7

可靠性指的是产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。 可靠性设计的特点： （1）可靠性设计法认为作用在零部件上的载荷(广义的)和材料性能等都不是定值，而是随机变量，具有明显的离散性质，在数学上必须用分布函数来描述； （2）由于载荷和材料性能等都是随机变量，必须用概率统计的方法求解； （3）可靠性设计法认为所设计的任何产品都存在一定的失效可能性，并且可以定量地回答产品在工作中的可靠程度。 具体工作包括： （1）零部件的可靠性设计； （2）系统的可靠性设计； （3）机械系统的故障树分析； （4）可靠性试验。可靠性设计当前第7页\共有119页\编于星期三\7点

人机工程是从系统论的观点研究“人—机(操作者的工作对象和环境)系统”中人、机之间的交互作用，研究人的生理和心理特征，合理分配人与机器的功能，正确设计人、机界面，使人、机相互协调，发挥最大的潜力。 在封闭的“人—机系统”中，机器的显示器显示生产过程的信息变化；人的感受器(眼、耳等)感知和接受信息，传给分析器(大脑)，对信息进行分析、处理、存储、决策；由执行器(四肢)根据决策信息作出反应，操纵机器的控制器，使机器的工作状态发生变化，实现生产过程的转变，从而在机器的显示器上显示新的信息。

人机工程8当前第8页\共有119页\编于星期三\7点这个开关是开还是关?这个开关是开还是关?当前第9页\共有119页\编于星期三\7点人类习惯性在北美这个开关是关的在欧洲和亚洲这个开关是开的当前第10页\共有119页\编于星期三\7点

人机工程研究封闭的“人—机系统”的每个环节的特性及信息的传递：主要感受器(眼睛)感受信息的范围(视野)、能力(视力)、差别(视差)；分析器(人脑)感知、解释和处理信息的速度、时间、变化规律；执行器(四肢)产生力的过程和范围，作出反应的速度和准确度；机器的控制器和显示器这两个人—机界面如何设计，才能使显示和控制在空间、位置、运动、人的习惯模式上相互协调，适合人的生理与心理特征，提高传递信息的准确度和速度，符合思维逻辑，创造良好的工作条件。在机器的自动化程度日益提高的时代，要研究不断变化的人—机系统，设计出更好的合乎人机工程要求的机器。11当前第11页\共有119页\编于星期三\7点

并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关的各种过程(包括制造、后勤等)的系统方法。要求产品开发人员在设计伊始，就考虑产品整个生命周期中从概念形成到报废处理的所有因素，充分利用企业内的一切资源，最大限度地满足市场和用户的需求。 并行工程的目的在于寻求新产品的易制造性、缩短上市周期和增强市场竞争能力。要求集中涉及产品寿命的所有部门的工程技术人员，组成并行设计组，共同设计制造产品，对产品的各种性能和制造过程进行计算机动态仿真，生成软样品或快速出样，进行分析评议，改进设计，取得最优结果，一次成功。利用计算机的数据处理、信息集成和网络通信的能力，发挥并行设计组的集体力量，将新产品开发研究和生产准备等各种工程活动尽可能并行交叉地进行。这对换代快、批量不大的产品，能显著缩短周期、提高质量。并行工程12当前第12页\共有119页\编于星期三\7点

并行工程的内涵还包含了人的因素和企业文化。如果说，新产品按“设计—试制样机—修改设计—工艺准备—正式投产”的串行工程方法容易造成各自为政、效率低下的结果的话，并行工程则能改变企业组织结构和工作方法，促进人们之间的相互理解，激励积极性，提高协同作战的能力，塑造良好的企业文化氛围，形成一个适合人类发展需要的社会—技术系统。13当前第13页\共有119页\编于星期三\7点协同设计在产品设计过程中，产品性能的分析与优化不仅仅局限于产品的零部件，更重要的是面向产品整体，同时由于产品在工作中具有多种工况，对产品性能分析与优化就存在多个不同领域的分析，包括静/动态分析、热分析和优化等。对产品性能分析与优化这一设计任务来讲，可分解为多个子任务，构成分析的多任务，可采用多任务机制和多任务间的协同策略来提高分析效率，从而缩短产品的设计周期。当前第14页\共有119页\编于星期三\7点螺旋卸船机例子当前第15页\共有119页\编于星期三\7点袋物装船机的方式水泥袋堆场水泥运输船两种转运方式斜面结构垂直段结构两条花纹皮带加紧机构辅助机构斜面滑槽该设备结构复杂水泥袋挤压空气，影响加紧水泥袋速度过快当前第16页\共有119页\编于星期三\7点原理功能：螺旋溜槽把悬臂带式输送机上的水泥袋输送到位于螺旋溜槽卸料一端的加载头上螺旋结构是关键I结构简单II速度稳定III维护方便

螺旋滑槽结构示意图当前第17页\共有119页\编于星期三\7点螺旋滑槽简介中心圆柱直径螺旋滑槽内径螺旋滑槽螺距螺旋滑槽截面水泥袋与滑槽的摩擦系数当前第18页\共有119页\编于星期三\7点摩擦系数测定钢板水泥袋钢板水泥袋测力计不同规格物料袋静摩擦系数50kg水泥袋0.44225kg化工原料袋0.36725kg大米袋0.364动摩擦系数0.352————当前第19页\共有119页\编于星期三\7点螺旋滑槽的仿真与样机试验对比水泥袋螺旋下滑时间是4.7s（不考虑水泥袋经过入料口时间）水泥袋进入滑槽后大致保持速度不变当前第20页\共有119页\编于星期三\7点

模块是具有一定功能和特定结合要素的零件、组件或部件。模块化产品是由一组特定模块在一定范围内组成不同功能或功能相同而性能不同的产品。设计模块和模块化产品，可以满足日益增长的多品种、多规格的要求。模块系统的特点是便于发展变型产品，更新换代，缩短设计和供货周期，提高性能价格比，便于维修，但对于结合部位和形体设计有特殊要求。 设计模块系统产品，先要建立模块系列型谱，按型谱的横系列、纵系列、全系列、跨系列或组合系列进行设计，确定设计参数，按功能分析法建立功能模块，设计基本模块、辅助模块、特殊模块和调整模块及其结合部位要素，进行排列组合与编码，设计基型和扩展型产品。模块系统的计算机辅助设计和管理，更显示了模块化设计的优越性。模块化设计21当前第21页\共有119页\编于星期三\7点

模化设计是在开发新产品时，在相似的模拟工作条件下设计相似的模型进行试验，通过测定模型性能，预测产品原型性能，分析设计的可行性并进行必要的修改，进一步取得最优参数和结构。 产品系列设计就是在基型设计的基础上，通过相似原理求出系列中其它产品的参数和尺寸。 设计步骤：先设计基型产品，确定产品系列是几何相似还是半相似，选择计算级差，求得扩展型产品的参数尺寸，确定系列产品的结构尺寸。几何相似的产品还可按相似关系以生产成本进行估算。22当前第22页\共有119页\编于星期三\7点

人们在长期探索自然规律的过程中，逐渐形成了研究自然界和工程中各种相似现象的“相似方法”、“模化设计方法”和相应的相似理论、模拟理论。相似方法就是把个别现象的研究结果推广到所有相似现象上去的方法。相似理论是现象模拟和研究相似现象的基础。目前在大型复杂设备和结构设计过程中，一般都要在相似理论指导下，通过模化方法和模型试验，使方案取得合理参数，预测设备的性能。当前用计算机辅助进行相似性设计和代替模型试验，已取得明显的效果。 解决相似问题的关键是找出相似系统各尺寸参数的相似比。根据各种物理现象的关系式推导出的由物理量组成的无量纲数群为相似准则。与相似准则各参数对应相似比组成的关系式称为相似指标。在基本相似条件和相似三定律的基础上，用相似准则、方程分析、量纲分析列出相似比方程，然后求得相似比。相似性设计23当前第23页\共有119页\编于星期三\7点

摩擦学是研究相对运动表面的科学及其有关的应用技术。由于摩擦损耗约占世界能源总消耗量的1/2～1/3，在一般机械中磨损失效的零件约占全部报废零件的4/5，为节约能源、提高设备可靠性、发展高速机械和生产过程自动化，摩擦学研究发展得很迅速。 摩擦学设计是机械构件的运动学设计、强度设计之后的重要设计组成部分。以摩擦、磨损及润滑理论为基础，以系统工程的观点，通过一系列分析计算和经验类比，合理设计机械零部件，采用先进材料和工艺，正确选用润滑方式和装置，预测并排除可能发生的故障，减少机械设备的摩擦损耗，达到经济的稳定磨损率，提高设备的工作效率和运行可靠性。

摩擦学设计24当前第24页\共有119页\编于星期三\7点目前摩擦学研究的主要内容有：（1）摩擦与磨损机理：研究相对运动表面之间的物理化学作用和表面性能的变化，控制和预测磨损过程。（2）润滑理论：研究流体动压和静压润滑、弹性流体动压润滑、边界润滑等理论，以指导机械零部件的润滑设计。（3）新型耐摩减摩材料与表面处理工艺：这些表面处理工艺改善了材料表面的摩擦磨损特性、节约贵金属、降低成本。（4）新型润滑材料。（5）测试技术：目前对零件表面几何形状的改变、磨屑尺寸数量及形貌特征，机械振动与噪声等摩擦磨损因素，已可用放射性同位素分析仪、振动与噪声监测仪等进行监测、诊断和早期识别，随时了解设备特别是大型复杂机械设备和自动生产线的工况，及时采取措施，将计划维修制度改为自动预测维修制度。25当前第25页\共有119页\编于星期三\7点26

价值工程是从产品的功能研究开始，对产品进行设计，或重新审查设计图样文件，剔除那些与用户要求的功能无关的材料、结构、零部件，代以更新的构思，设计出功能相同而成本更低的产品。 价值指的是事物的用途或积极作用。用户购买商品，最主要是购买该商品的功能，设计中经常遇到的是使用功能和美学功能。产品成本是产品的各项生产费用的总和。降低成本要了解产品费用的组成，估算产品的制造费用，研究产品产量与成本、销售量与利润之间的关系，进行盈亏分析。价值=功能/成本。对功能定量赋值的方法很多，如对某产品的主要技术性能从理想值到超差值分为11级，对应于10～0分，即为功能值。又如按产品中各零件的不同功能计算功能成本等。 价值工程设计的基本步骤是：了解设计对象，明确要求的功能，分析成本的组成，进行价值初评，制定改进方案，获得价值最高的新产品。价值工程当前第26页\共有119页\编于星期三\7点

三次设计是日本质量管理学家田口玄一在上世纪60年代提出的一种设计方法：把新产品、新工艺设计分为三个阶段，称为三次设计法。 第一次设计称为系统设计。根据市场调查，规划产品功能，确定产品基本结构及组成该产品的各种零部件的参数，提出初始设计方案。系统设计主要依靠专业技术人员的专业知识进行。 第二次设计称为参数设计。在初始设计方案的基础上，对各零、部件参数进行优化组合，完成最优设计方案，使产品的技术特性合理，稳定性好，抗干扰能力强，成本低廉。 第三次设计称为容差设计。在最优设计方案的基础上，进一步分析导致产品技术特性波动的原因，找出关键零部件，确定合适的容差，进而确定定差，并求得质量和成本的最佳平衡。三次设计27当前第27页\共有119页\编于星期三\7点

技术引进是促进民族经济高速增长的战略措施。要取得最佳技术和经济效益，必须对引进技术进行深入研究、消化和创新、开发出先进产品，形成自己的技术体系。 反求工程是针对消化吸收先进技术的系列分析方法和应用技术的组合。反求工程包括设计反求、工艺反求、管理反求等各个方面。以先进产品的实物、软件(图样、程序、技术文件等)或影象(图片、照片等)作为研究对象，应用现代设计的理论方法、生产工程学、材料学和有关专业知识，进行系统地分析研究，探索掌握其关键技术，进而开发出同类产品。反求工程设计28当前第28页\共有119页\编于星期三\7点

反求工程的次序是首先进行反求分析，针对反求对象的不同形式—实物、软件或影象，采用不同的方法。实物(如机器设备)的反求，可用实测手段获得所需参数和性能、材料、尺寸等。软件(如图样)可直接分析了解产品和各部件的尺寸、结构和材料，但掌握使用性能和工艺，则要通过试制和试验。影象则可用透视法与解析法求出主要尺寸间的大小相对关系，用机器与人或已知参照物对比，求出几个绝对尺寸，推算其它尺寸。材料和工艺等都需通过试制和试验才能解决。在充分分析的基础上，才能进行不同的反求设计。29当前第29页\共有119页\编于星期三\7点头脑风暴法变异创新法组合创新法机遇利用法技术移植法逆向构思法Triz创新方法创新设计方法当前第30页\共有119页\编于星期三\7点智力激励法——头脑风暴法1．智力激励法的四项原则美国创造学家奥斯本提出的智力激励法，是一种典型的群体集智法。它是通过召开智力激励会来实施的。当前第31页\共有119页\编于星期三\7点

l）自由思考原则

这一原则是要求与会者尽可能地解放思想，无拘无束地思考问题，不必顾虑自己的想法是否“离经叛道”或“荒唐可笑”。2）延迟评判原则

这一原则是限制在讨论问题时过早地进行评判。传统会议上，人们习惯于对自以为不正确、不可行的设想迫不及待地提出批评意见或作出结论，这实际上是压制不同的想法，甚至还会扼杀具有创造性的萌芽方案。美国一些心理学家在试验的基础上发现，推迟判断，在集体思考问题时可多产生70％的新设想，在个人思考问题时可多产生90％的新设想。因此，奥斯本智力激励法特别强调，与会者在会上不要使用

诸如

：

“这根本行不通！”“这个想法太荒唐了！”“这个方案真是绝了”之类的“扼杀句”或“捧杀句”。对设想的评判，应等到大家畅谈结束后，再组织有关人士进行分析。在智力激励会上应贯彻四条原则：当前第32页\共有119页\编于星期三\7点3）以量求质原则

奥斯本认为，在设想问题时，越是增加设想的数量，就越有可能获得有价值的创意。通常，最初的设想不大可能最佳。有人曾用试验表明，一批设想的后半部分的价值要比前半部分高78％。因此，奥斯本智力激励法强调与会者要在规定的时间内加快思维的流畅性、灵活性和求异性，尽可能多而广地提出有一定水平的新设想，以大量的设想来保证质量较高的设想的存在。4）综合改善原则

这是鼓励与会者积极参与知识互补、智力互激和信息增殖活动。俗话说：“三个臭皮匠，顶个诸葛亮”。几个人在一起商量或综合大家的想法，总可以强化自己的思维能力和提高思考的水平。

奥斯本智力激励会要求与会者要仔细倾听他人的发言，注意在他人启发下及时修正自己不完善的设想，或将自己的想法与他人的想法加以综合，再提出更完善的创意或方案。在智力激励会上，任何一个人提出的新设想都构成对其他人的信息刺激，具有知识互补和互相诱发激励的作用。当前第33页\共有119页\编于星期三\7点

2．智力激励法运用程序

1）智力激励会的准备

A.选主持人——掌控；B.确定主题；C.参会人选——人数，结构；D.提前通知——有备而来2）热身活动——引子3）明确问题——简要说明，留有空间4）自由畅谈——四项原则（自由思考、延迟评判、以量求质、综合改善）5）加工整理

当前第34页\共有119页\编于星期三\7点雪美好举例当前第35页\共有119页\编于星期三\7点

雪——灾难当前第36页\共有119页\编于星期三\7点雪——清理

电线上的雪？当前第37页\共有119页\编于星期三\7点乘坐直升机去扫电线上的雪用电热来化解冰雪用振荡技术来清雪

按照这种会议规则，大家七嘴八舌地议论开来。当前第38页\共有119页\编于星期三\7点

对于这种“坐飞机扫雪”的设想，大家心里尽管觉得滑稽可笑，但在会上也无人提出批评。相反，有一工程师在百思不得其解时，听到用飞机扫雪的想法后，大脑突然受到冲击，一种简单可行且高效率的清雪方法冒了出来。他想，每当大雪过后，出动直升机沿积雪严重的电线飞行，依靠高速旋转的螺旋桨即可将电线上的积雪迅速扇落。

他马上提出“用直升机扇雪”的新设想，顿时又引起其他与会者的联想，有关用飞机除雪的主意一下子又多了七八条。不到一小时，与会的10名技术人员共提出90多条新设想。当前第39页\共有119页\编于星期三\7点高速交警用歼六发动机除雪——喷气吹雪车当前第40页\共有119页\编于星期三\7点烤箱的故事

美国某公司决定在内部征集新型烤面包机的设计方案

有一位负责清洁的老太太问：有没有能抓老鼠的烤面包机？

它们老是来吃烤面包机掉下的面包屑。当前第41页\共有119页\编于星期三\7点

于是公司在新设计的烤箱最下层装上一个抽屉，用于收集掉下来的面包屑，产品一上市立即得到了广大用户的欢迎。当前第42页\共有119页\编于星期三\7点当前第43页\共有119页\编于星期三\7点创意无处不在可以留言的烤面包机可翻转的烤面包机透明的烤面包机当前第44页\共有119页\编于星期三\7点书面集智法

在推广应用智力激励法的过程中，人们发现经典的智力激励法虽然能造成自由探讨、得到互相激智的气氛，但也有一些局限性。

干扰如有的创造性强的人喜欢沉思，但会议无此条件；会上表现力和控制力强的人会影响他人提出设想；

会议严禁批评，虽然保证了自由思考，但难于及时对众多的设想进行评价和集中。

为了克服这些局限，许多人针对与会者的不同情况，先后对奥斯本技法进行了改进，形成了基本激励原理不变，但操作形式和规则有异的改进型技法。其中最常用的是书面集智法，即以笔代口的默写式智力激励法。实施时人们又常采用“635法”的模式，即每次会议请6人参加，每人在卡片上默写3个设想，每轮历时5分钟。

当前第45页\共有119页\编于星期三\7点函询集智法函询集智的特点

函询集智法又称德尔菲法，其基本原理是借助信息反馈，反复征求专家书面意见来获得新的创意。其基本作法是：就某一课题选择若干名专家作为函询调查对象，以调查表形式将问题及要求寄给专家，限期索取书面回答。收到全部复函后，将所得设想或建议加以概括，整理成一份综合表。然后，将此表连同设想函询表再次寄给各位专家，使其在别人设想的激励启发下提出新的设想或对已有设想予以补充或修改。视情况需要，经过数轮函询，就可得到许多有价值的新设想。当前第46页\共有119页\编于星期三\7点

函询集智法有两个特点，也是其优点。它不是把专家召集起来开会讨论，而是用书信方式征询和回答，使整个提设想过程具有相对的匿名性。专家相互之间不见面，有利于克服一些心理障碍，便于充分发表新颖意见或独特看法。轮间反馈则保证了专家之间的信息交流和思维激励。此法一般需要较长的时间，专家的设想多是建立在稳重思考的基础之上的，因此提出的设想可信度或可行性较好。但由于没有奥斯本智力激励法所提供的那种自由奔放和激励创造的气氛，在提出新颖性高的设想方面可能要逊色一些。当前第47页\共有119页\编于星期三\7点变异创新法在原来的事物上做质的改变，但是又不完全摒弃原来的事物。小的改变——满足需要——技术限制小，成本低廉，更加实用。

电熨斗加蒸汽喷雾，电风扇改遥控、钢笔尖小沟和孔等。大的改变——飞跃金·坎普·吉列——剃须刀

磨刀问题——换刀片——电动剃须刀（旋转）当前第48页\共有119页\编于星期三\7点组合创新法

在发明创新活动中，按照所采用的技术来源可分为两类：一类是在发明中采用全新的技术原理，称为突破型发明；另一类是采用已有的技术并进行重新组合，从而形成新的发明。从人类的技术历史中可以看出，进入19世纪50年代以来突破型的发明在总发明数量中所占的比重在下降，而组合型发明的比重在增加。在组合中求发展，在组合中实现创新，这已经成为现代技术创新活动的一种趋势。当前第49页\共有119页\编于星期三\7点

组合创新方法是指按照一定的技术原理，通过将两个或多个功能元素合并，从而形成一种具有新功能的新产品、新工艺、新材料的创新方法。人类数千年的发展历程中积累了大量的各种技术，这些技术在其所应用的领域中逐渐发展成熟，有些已经达到相当完善的程度，这是人类的一笔巨大的财富。为实现某些新的功能，将这些成熟的技术进行重新组合，形成新的功能元素，这样的创新活动如能满足某种社会需求，则将是一种成功率极高的创新方法。由于形成组合的技术要素比较成熟，使得应用组合法从事创新活动的一开始就站在了一个比较高的起点上，不需要花费较多的时间、人力和物力去开发专门的新技术，不要求发明者对所应用的每一种技术要素都具有高深的专门知识，所以应用组合法从事创新活动的难度相对较低。这种方法的应用有利于群众性的创造发明活动的广泛开展。虽然组合创新法所使用的技术元素是已有的，当时它所实现的功能是新的，如果组合适当，同样可以做出重大的发明。当前第50页\共有119页\编于星期三\7点计算机最初是为了满足美国陆军军方计算炮弹弹道的需要而研制的。1945年底，世界上第一台电子计算机“埃尼阿克”研制成功，它重达三十多吨，共使用了一万八千多个电子管，计算速度为每秒五千次，将它用于弹道计算，运算速度是人的几千倍。但是人们还设想不出计算机的其他用途，当时一位计算机专家曾预言如果有四台计算机将能够满足全世界对计算机的需要。在其后的计算机发展过程中，人们不断地将计算机技术与其他不同科学及技术门类相结合，不但有利地促进了这些学科的发展和进步，而且也促进了计算机技术本身的不断进步。现在计算机技术已经与人类工作、生活的各个方面发生着越来越多的联系，人类也越来越离不开计算机了。组合创新方法有多种形式，从组合的内容区分有功能组合、原理组合、结构组合、材料组合等，从组合的方法区分有同类组合、异类组合等，从组合的手段区分有技术组合、信息组合等，现将部分常用组合方法简介如下。当前第51页\共有119页\编于星期三\7点功能组合有些商品的功能已被用户普遍接受，通过组合可以为其增加一些新的附加功能，适应更多用户的需求。人们使用铅笔时难免写错字，一旦写了错字就需要使用橡皮进行修改。为了适应人们的这种需要，有人设计出了带有橡皮的铅笔，它的主要功能仍是书写，由于添加了橡皮使它除书写之外还具有了一种附加功能。自行车的主要功能是代步，通过在自行车上添加货架、车筐、里程表、车灯、后视镜等附件使它同时具有了载货、测速、照明、辅助观察等功能。现在的汽车设计中人们不断地为其添加雨刷器、遮阳板、转向灯、打火机、车载电话、收音机、空调机等附加装置，使汽车的功能更加完善。家用空调器的主要功能是制冷，现在空调器生产厂在原有空调器制冷功能的基础上增加了暖风、换气、空气净化等功能，实现一机多用。当前第52页\共有119页\编于星期三\7点同类组合

将同一种功能或结构在一种产品上重复组合，满足人们更高的要求，这也是一种常用的创新方法。双色或多色圆珠笔上可以安装多个不同颜色的笔芯，使得有特殊需要的人减少了必须携带多支笔的的麻烦。

当前第53页\共有119页\编于星期三\7点机械传动中使用的万向联轴器可以在两个不平行的轴之间传递运动和动力，但是万向联轴器的瞬时传动比不恒定，会产生附加动载荷，将两个同样的单万向联轴器按一定方式联接，组成双万向联轴器（图所示），既可实现在两个不平行轴之间的传动，又可实现瞬时传动比恒定。当前第54页\共有119页\编于星期三\7点技术组合

技术组合法是将现有的不同技术、工艺、设备等加以组合，形成解决新问题的新技术手段的发明方法。随着人类实践活动的发展，在生产、生活领域里的需求也越来越复杂，很多需求都远不是通过一种现有的技术手段所能够满足的，通常需要使用多种不同的技术手段的组合来实现一种新的复杂技术功能。技术组合法可分为聚焦组合法和辐射组合法。1．聚焦组合聚焦组合法是指以待解决的特定问题为中心，广泛地寻求与解决问题有关的各种已知的技术手段，最终形成一种或多种解决这一问题的综合方案，应用这种方法的过程中特别重要的问题是寻求技术手段的广泛性，要尽量将所有可能与所求解问题有关的技术手段包括在考察的范围内。只有通过广泛的考察，不漏掉每一种可能的选择，才可能组合出最佳的技术功能。当前第55页\共有119页\编于星期三\7点例：太阳能发电站前些年西班牙要修建新的太阳能发电站，需要解决的最重要的技术问题是如何提高太阳能的利用效率。针对这一要求，他们广泛寻求与之有关的所有技术手段，经过对温室技术、风力发电技术、排烟技术、建筑技术等的认真分析，最后形成一种富于创造性的新的综合技术——太阳能气流发电技术。

当前第56页\共有119页\编于星期三\7点这种太阳能气流发电厂如图所示，它的结构非常简单。发电厂的下部是一个宽大的太阳能温室，温室中间耸立着一个高大的风筒，风筒下安装风力发电机，这里应用的各个单项技术本身都是很成熟的技术，经过组合就形成了世界上最先进的太阳能技术。当前第57页\共有119页\编于星期三\7点技术移植法是指把一个技术领域的原理、方法或成果引入到不同技术领域或相同技术领域的其他研究对象上，用以创造新的技术产物或改进原有技术产物的发明创造技法。技术移植法的应用条件运用技术移植法首先要解决移植什么，为什么要移植。这就是移植法的应用条件问题。理论和实践经验表明，要有效应用移植法，必须注意以下3个必要条件：

(1)用传统方法难以找到理想的设计方案或解题设想，或者利用本专业领域的技术知识根本就无法找到出路。

(2)其他技术领域存在解决相似或相近问题的方式方法。

(3)对移植结果能否保证系统整体的新颖性、先进性和实用性有个基本的估计或肯定性判断。以上3条是实施技术移植法的基本条件。在创造活动中，只有同时具备这3个条件，才有采取移植法的必要性和可能性。

技术移植法当前第58页\共有119页\编于星期三\7点

逆向构思法（

反向探求法、顺序位置颠倒法

、

巧用缺点法）

在问题求解的过程中，由于某种原因使人们习惯向某一个方向努力，但实际上问题的解却可能位于相反的方向上，意识到这种可能性，在求解问题时及时变换求解方向，有时可以使很困难的问题得到解决。

1．反向探求法圆珠笔发明以后曾风行一时，但不久就暴露出笔油泄漏的毛病，虽几经改进，但这个问题始终没有得到解决。漏油的原因很简单，就是由于使用中笔芯中的笔珠磨损造成间隙过大引起泄漏，人们试验用各种不同材料组合以提高耐磨性，甚至使用宝石等贵重材料制作笔珠，但是容纳笔珠的笔珠槽的磨损仍会引起泄漏。日本人中田藤三郎运用反向探求法成功地解决了这个问题。他发现圆珠笔不是一开始使用就有漏油的现象，而是通常在书写两万多字以后才由于磨损引起泄漏的，中田藤三郎没有像其他人那样设法提高笔珠的使用寿命，而是向相反的方向寻求问题的解，他创造性地提出，如果控制圆珠笔芯中油墨的量，使得所装油墨只能书写大约一万五千字左右，当漏油的问题还没有出现时笔芯就已被丢弃了。经过试验，效果良好，这个困扰人们多年的问题就这样巧妙地解决了。

换笔芯耐磨材料当前第59页\共有119页\编于星期三\7点顺序、位置颠倒法

人们在长期从事某些活动的过程中，对解决某类问题的过程及过程中各种因素的顺序及事物中各要素之间的相对位置关系形成固定的认识，将某些已被人们普遍接受的事物顺序或事物中各要素之间的相对位置关系颠倒，有时可以收到意想不到的效果。在适当的条件下，这种新方法可能解决常规方法不能解决的问题。当前第60页\共有119页\编于星期三\7点

人们在使用基数词或是序数词时，总是习惯于按照从小到大的顺序使用。1927年德国某电影公司在拍摄科幻影片《月球少女》，为了获得戏剧性的效果，导演提出了一个极具创造性的方法，他将火箭发射时的计时程序从人们所习惯的从小到大的顺计时程序改变为从大到小直到零的倒计时

程序，这种倒计时方法使用简单、方便，使人们对最后的发射时间有明确的目标感，容易使人的注意力集中。这种方法现在不但被真实的火箭发射过程所使用，而且也成为很多其他重要活动的计时方法。在电动机中有定子和转子，在通常的设计中，都是将转子安排在中心，便于动力输出，将定子安排在电动机的外部，这样可以很容易地安排电动机的支承。但是在吊扇的设计中，根据安装和使用性能的要求，却需要将电动机定子固定于中心，而将转子安装在电机外部，直接带动扇叶转动。当前第61页\共有119页\编于星期三\7点巧用缺点法我们在认识事物时，将事物中通常带来好结果的属性称为优点，将通常带来坏结果的属性称为缺点。我们通常较多地注意事物的优点，但是当应用条件发生变化时，可能我们需要的正是事物中原来被我们认为是缺点的某些属性。正确地认识事物的属性与应用条件的关系，善于利用通常被认为是缺点的属性，有时可以使我们做出创造性的成果。当前第62页\共有119页\编于星期三\7点

例如金属易受腐蚀是它的缺点，但是有人根据金属的腐蚀原理发明了蚀刻和电化学加工方法；在机械设计中，为了减小摩擦表面间的摩擦力，通常希望将有相互摩擦的表面加工得尽量光滑，但是减小零件表面的粗糙度值会增大加工费用。有人实验在摩擦表面上加工出一些孔，经过实验证明在特定的条件下这样的表面的摩擦力反倒比光滑表面的摩擦力更小，有人将这一设计思路应用于飞机设计，降低了机身附近空气的湍流，减小了空气阻力，节油效果非常明显。金属材料的氢脆性是影响材料性能的缺陷，在使用中会造成很大的危害，在冶炼中应尽力避免氢脆性。但是在某些情况下，金属材料的氢脆性也可以成为可以被利用的特性。例如在制造铜粉的工艺中就可以利用钢的氢脆性，将废铜丝和铜屑放在氢气环境中，加热到500－600T并保温数小时，再放到球磨机中经过一段时间的研磨，就可制成质量很高的铜粉。当前第63页\共有119页\编于星期三\7点创新的困惑与挑战？创新，难啊！创新现状：决心多，成果少概念多，方法少侧重文化和机制多，面向科技少创新以企业为主体，重点为技术创新技术创新，应该遵循创新的客观规律，研究创新的方法实现技术创新的关键在于创新的方法！寻找有效的创新方法！ 有意识地突破思维惯性，创新思维！营造创新的氛围，构建创新型企业！企业的知识管理！当前第64页\共有119页\编于星期三\7点创新是反复进行的思维发散与收敛过程定义问题头脑风暴问题情境真正的问题创新方案方案产生方案评价可行的方案经典创新方法TRIZ创新方法更有效的创新过程！当前第65页\共有119页\编于星期三\7点什么是TRIZ(萃智)？发明问题解决理论

TRIZ理论是由苏联人GenrichAltshuller（根里奇•阿奇舒勒）在1946年创立。他审阅世界各种专利二百五十万件，而发现这些发明之后的规律。一种系统改良的方法；一种自觉性演化的技术系统解决工程问题的方法；一种消除工程冲突而不抵消妥协的工具；分享无数发明家的知识与经验来增加工程人员知识创造力和解决问题技巧的方法。当前第66页\共有119页\编于星期三\7点

TRIZ在前苏联的军事、工业、航空航天等领域均发挥了巨大作用，被西方特工称之为“神奇点金术”。苏联解体后，大批TRIZ研究者移居美国等西方国家，从而促进了TRIZ在全世界的传播，使其得到了广泛应用。起源于前苏联，被广泛使用TRIZ的形成与发展现代企业的制胜法宝前苏联军事工业当前第67页\共有119页\编于星期三\7点TRIZ的作用发明问题解决理论四种常见的困惑如何正确预测产品未来？如何找到正确的问题？如何正确的解决问题？如何克服

思维惯性？当前第68页\共有119页\编于星期三\7点TRIZ理论中发明问题解决路径

技术系统进化法则 理想化需求功能/资源分析及矛盾定义物场模型分离原理

发明问题解决程序 （ARIZ）选择和描述问题

矛盾矩阵

76个发明问题标准解法40个发明原理 效应知识库39个工程通用参数

发明问题最终解决 方案当前第69页\共有119页\编于星期三\7点TRIZ之可用是因为经显示工程人员所面对的90%的问题已于其他地方被解决过；若我们能利用此资讯，则研发将更加有效；主要焦点是浮现、了解、强化与删除冲突；Altshuller（根里奇·阿奇舒勒）已证明发明可系统化地导出，而不必源自尝试错误。TRIZ的核心思想专利专利250万份当前第70页\共有119页\编于星期三\7点TRIZ的主要内容

40条创新原理技术进化系统法则技术矛盾与物理矛盾矛盾矩阵物质—场分析理想性观念和标准解法

……40条创新原理当前第71页\共有119页\编于星期三\7点1分割11事先防范21减少有害作用时间31多孔材料2抽取12等势22变害为利32改变颜色、拟态3局部质量13反向作用23反馈33同质性4增加不对称性14曲率增加24借助中介物34抛弃或再生5组合、合并15动态特性25自服务35物理或化学参数变化6多用性16未达到或过度的作用26复制36相变7嵌套17一维变多维27廉价替代品37热膨胀8重量补偿18机械振动28机械系统替代38加速氧化9预先反作用19周期性动作29气压或液压结构39惰性环境10预先作用20有效作用的连续性30柔性壳体或薄膜40复合材料当前第72页\共有119页\编于星期三\7点01.分割原则当前第73页\共有119页\编于星期三\7点02.拆出原则当前第74页\共有119页\编于星期三\7点03.局部性质原则当前第75页\共有119页\编于星期三\7点04.不对称原则煤气罐的传统结构设计中，气罐的底面一般是完整的圆形。现在，要改变这种习惯性的对称结构，采用非对称的结构。新的设计是：煤气罐的底面做成部分斜面。这样，当有液体燃气充当气罐底部重物时，气罐保持直立，一旦液态燃气消耗完毕时，底部失去压重物，煤气罐会在重力作用下歪向一边。相当于提醒用户：“煤气将尽，请速更换。”当前第76页\共有119页\编于星期三\7点05.联合原则当前第77页\共有119页\编于星期三\7点06.多功能原则当前第78页\共有119页\编于星期三\7点07.嵌套原则当前第79页\共有119页\编于星期三\7点08.反重量原则当前第80页\共有119页\编于星期三\7点09.预先反作用原则当前第81页\共有119页\编于星期三\7点10.预先作用原则卷状食品保鲜袋，事先在2个保鲜袋间切口，但保留部分相连，使用时可以轻易拉断相连部分当前第82页\共有119页\编于星期三\7点11.事先防范原则俄沙皇害怕敌人投毒害他，就每天服用少量的毒药培养抗毒性。后来他想服毒自杀，居然没有成功

当前第83页\共有119页\编于星期三\7点12.等势原则当前第84页\共有119页\编于星期三\7点13.相反原则当前第85页\共有119页\编于星期三\7点14.球形原则当前第86页\共有119页\编于星期三\7点15.动态原则当前第87页\共有119页\编于星期三\7点16.局部作用或过量作用当前第88页\共有119页\编于星期三\7点故事1——火星车

一个科幻故事里描述了一次火星探险。宇宙飞船降落在一个石头山谷，宇航员乘坐一辆火星车开始火星之旅。这个特型火星车有巨大的轮胎，当行驶到陡坡时，很容易在石头的颠簸下翻车。怎么办？这个问题刊登在一本杂志上，收到了大量的读者来信，提供解决办法：在火星车的下面悬挂重物，降低整车的重心，增加稳定性；将轮胎的气放出一半，轮胎下陷，增加稳定性；在火星车的两边分别多安装一只轮胎；让宇航员探出身体来保持车子的平衡；……

上面的各种建议，确实能改善火星车的稳定性，但明显都带来另一些问题，比如：降低了火星车的运动性能，降低了车速，让火星车变得更复杂，增加宇航员的危险性等。由于以上正反两方面问题的存在，有一位读者干脆建议：“什么办法都没有了，让宇航员走路吧！”这个问题似乎是一个难以解决的问题。

当前第89页\共有119页\编于星期三\7点

……突然，TRIZ先生出现了。“将重物放得非常低以接近火星的地面，以降低车子的重心而且在火星车里面。”他说。随后，一个基于嵌套原理的解决方案展示了出来：在火星车的轮胎里放置球形重物，这些重物可以滚动，总处在轮胎的最下面，以最低的重心来保持火星车的稳定。

当前第90页\共有119页\编于星期三\7点故事2——巧克力的窍门

这一天是一个漂亮女孩的生日，有一个客人带来了一大盒巧克力糖，这是一种酒瓶形的果汁巧克力糖，巧克力的中心是液态的果汁，大家都非常喜欢。一边吃着巧克力，有位客人好奇地问道：“我很纳闷这种果汁巧克力的果汁是怎么装进去的？”“先做好巧克力，然后往里面灌上果汁，再封口。