机械设计基础 课件 14机械创新设计

《机械设计基础》

课程内容第一章机械设计概论第二章平面机构运动简图第三章平面连杆机构第四章凸轮机构第五章其他常用机构第六章齿轮机构第七章蜗杆传动第八章轮系第九章带传动与链传动第十章联接第十一章轴第十二章轴承第十三章联轴器离合器制动器第十四章机械创新设计第十四章机械创新设计第一节创新设计第二节机械创新设计概述第三节创新设计的基本原理第四节基于TRIZ理论的创新设计14-1创新设计14-2机械创新设计概述14-3创新设计的基本原理创新促进了人类文明进步、技术进步和社会的发展。商代，桔槔用来汲水灌溉，北宋苏颂、韩公廉等人发明的水运仪象台，是以水力驱动，集天文观测、天文演示和报时系统为一体的大型自动化天文仪器。14-4基于TRIZ的创新设计一、创新设计促进文明进步与社会发展二、创新是技术进步的主要途径技术创新主要包括产品创新、过程创新（工艺创新）和技术扩散三个方面主要途径有：技术引进和自主技术开发。培养科技新人需要新理论、新技术、新方法的武装。14-1创新设计14-2机械创新设计概述14-3创新设计的基本原理14-4基于TRIZ的创新设计三、创新就在我们身边无数的发现、发明和创新对人类社会产生了非常深远的影响，极大地推动了生产力的发展。创新和发明不是仅限于学者专家，实际上创造与发明并不神秘，人人都能进行创造与发明。很多创新发明往往是通过一次偶然事件触发灵感从而开启智慧之窗而获得的，创新还需要勇气、毅力和持续不断的努力，才能获得成功。14-1创新设计14-2机械创新设计概述14-3创新设计的基本原理14-4基于TRIZ的创新设计四、如何才能创新培养创新意识创新活动首先来自于强烈的创新意识，对日常生活的关注和思索，常常可以触发创新灵感。掌握创新方法设计过程是一个创造过程，设计人员创造能力的高低及发挥，将直接影响产品创新程度和设计质量。14-1创新设计14-2机械创新设计概述14-3创新设计的基本原理14-4基于TRIZ的创新设计加强创新实践人的创造能力可以通过学习和训练得到激发和提高，通过训练自己集中注意力、发挥想象力等，能够提高创新思维能力。培养协作精神现代科学学科门类繁多、学科知识更新快，大多数有影响的科技创新成果，往往出自多方面人才的团结协作而取得的。14-3创新设计的基本原理设计是人类改造自然的一种基本活动，设计的本质就是创新。设计的目的是将预定的目标，通过一定的信息而形成设计方案，进而通过制造、实施使设计成为产品。创新设计要求在设计中更加充分地发挥设计者的创造力，利用最新科技成果，设计出更具竞争力的新颖产品。适应性设计是指原理方案基本保持不变，对产品作局部变更或设计一个新部件，使产品能更好地满足使用要求。14-4基于TRIZ的创新设计14-2机械创新设计概述14-1创新设计一、设计的概念二、机械创新设计的概念机械创新设计是指利用人类已有的相关科学理论、方法和原理，进行新的构思。机械创新设计包含两个部分：（1）改进、完善生产或生活中现有机械产品的技术性能、可靠性、经济性、适用性；（2）创造设计出新机器、新产品，以满足新的生产或生活的需要。机械创新设计与常规机械设计、创造发明的关系：常规机械设计过程可分为机械总体方案设计、机械的运动设计、机械的动力设计和机械的结构设计四个阶段。

14-1创新设计14-2机械创新设计概述14-3创新设计的基本原理14-4基于TRIZ的创新设计机械的运动设计主要包括机构主要尺寸的确定，机械运动参数的分析，传动比的确定与分配等。机械的结构设计主要包括绘制零件工作图、部件装配图和机械的总装图。机械创新设计承担着为发明创造新机械和改进现有机械性能提供正确有效理论和方法的重要任务。14-1创新设计14-2机械创新设计概述14-3创新设计的基本原理14-4基于TRIZ的创新设计2.机械创新设计的过程（1）确定机械的基本工作原理（2）机构结构类型综合及优选。（3）机构运动尺度综合及其运动参数优选（4）机构动力学参数综合及其动力学参数优选。完成上述机械工作原理、结构学、运动学、动力学分析与综合，便形成了机械设计的优选方案。3.机械创新设计的特点（1）机械创新设计必须具有独创性和新颖性。（2）创新设计必须具有实用性。（3）多方案选优14-1创新设计14-2机械创新设计概述14-3创新设计的基本原理14-4基于TRIZ的创新设计14-2机械创新设计概述第三节创新设计的基本原理综合创新是运用综合法则的创新功能去寻求新的创造。如图的小型多功能机床具有车、钻、铣三种功能，其设计特点是：以车床为基础、综合钻、铣床主轴箱而成。1-电动机2-带传动3-车削主轴箱4-钻铣主轴箱5-进给板6-尾座7-床身14-4基于TRIZ的创新设计14-3创新设计的基本原理14-1创新设计分离是与综合相对应的、思路相反的一种创新原理，它是把某个创造对象进行分解或离散，使主要问题从复杂现象中暴露出来，从而理清创造者的思路，便于人们抓住主要矛盾寻求解决的思维方法，如图。

在机械行业，组合夹具、组合机床、模块化机床也是分离创新原理的运用。机械设计过程中，往往把设计对象分解为许多分系统和分功能，对每一分系统和分功能进行分析，再找出实现每一分功能的原理解，然后把这些原理解综合得出很多设计方案。已知事务A分离新事务B输入输出14-1创新设计14-2机械创新设计概述14-3创新设计的基本原理14-4基于TRIZ的创新设计二、分离创新原理四、逆向创新原理（一）定义逆向创新原理是从反面、从构成要素中对立的另一面思考，将通常思考问题的思路反转过来，寻找解决问题的新方法。（二）逆向创新法的主要途径功能性逆向创新、结构性逆向创新和因果关系逆向创新。1.功能性逆向：将某些已被人们普遍接受的功能关系颠倒2.结构性逆向创新：运用逆向思维，打破传统的结构设计3.因果关系逆向创新：自然现象可以是另一种自然现象的原因，而在另一自然过程中，这种因果关系可能会颠倒。14-1创新设计14-2机械创新设计概述14-3创新设计的基本原理14-4基于TRIZ的创新设计还原法则是指暂时放下所研究的问题，反过来追本溯源，回到事物的起点，分析问题的本质，从本质出发另辟蹊径进行创新思考的一种模式。无扇叶电风扇的设计是基于电风扇的创造原点是使空气快速流动，设计出用压电陶瓷夹持一金属板，通电后金属板振荡，导致空气加速流动的新型电扇。14-1创新设计14-2机械创新设计概述14-3创新设计的基本原理14-4基于TRIZ的创新设计五、还原创新原理所谓物-场，是指物质与物质之间相互作用和相互影响的一种联系，或指完成某种功能所需的方法和手段。事实上，只有同某种“场”发生联系后才会产生对另一个物体的作用或承受相应的反作用，而场本身就是某种形式的能量，因此，可以给系统提供能量，促使系统发生反应，从而可实现某种效应。

物S1场F物S214-1创新设计14-2机械创新设计概述14-3创新设计的基本原理14-4基于TRIZ的创新设计六、物-场分析原理14-2机械创新设计概述14-3创新设计的基本原理第四节基于TRIZ理论的创新设计一、TRIZ发明问题解决理论“TRIZ”的含义是“发明问题解决理论”，英文译为TheoryofInventiveProblemSolving，英文缩写为“TIPS”。TRIZ是基于知识的、面向人的解决发明问题的系统化方法学，其核心是技术系统进化原理，该理论的主要来源及构成如图。14-4基于TRIZ的创新设计14-1创新设计1.TRIZ的体系结构可以把TRIZ体系归结为九大理论和工具：①八大进化法则预测技术系统，产生并加强创造性问题的解决工具；②最终理想解（idealfinalesult，IFR）③40个发明原理④39个工程参数和矛盾矩阵14-1创新设计14-2机械创新设计概述14-3创新设计的基本原理14-4基于TRIZ的创新设计二、TRIZ的体系结构与主要内容1.TRIZ的体系结构可以把TRIZ体系归结为九大理论和工具：⑤物理矛盾的分离原理⑥物-场分析法⑦发明问题的标准解法⑧ARIZ：针对非标准问题而提出的一套解决算法，即发明问题解决算法；⑨科学效应和现象知识库TRIZ解决实际问题的方法14-1创新设计14-2机械创新设计概述14-3创新设计的基本原理14-4基于TRIZ的创新设计TRIZ体系结构组成部分：一是问题分析的基础理论，主要包括技术系统进化论等；二是问题分析工具，包括冲突分析、物-场分析、功能分析、ARIZ等；三是基于知识的工具，包括40个发明原理、39个工程参数和矛盾矩阵、11个分离离原理、76个标准解法、科学效应和现象知识库等。14-1创新设计14-2机械创新设计概述14-3创新设计的基本原理14-4基于TRIZ的创新设计（1）技术系统进化论与TRIZ创新思维方法技术系统的主要观点是： 技术是一个由不不同组分构成、有特定功能的系统； 技术系统有客观的进化模式； 技术系统的进化化具有过程性、方向性、均衡性、动态性、集成性、协调性、柔性（粒子性）和自控性的特点； 空间维度上有“超系统、系统、子系统”； 时空维度的结合就有了“九屏幕法”；

14-1创新设计14-2机械创新设计概述14-3创新设计的基本原理14-4基于TRIZ的创新设计2.TRIZ分析理论与工具（2）冲突分析与功能分析冲突或者矛盾是TRIZ的基础概念之一。技术冲突和物理冲突是产生和定义问题的关键，没有技术冲突和物理冲突，本质上就不是一个TRIZ问题。（3）40个发明原理和11个分离原理TRIZ将需要解决的问题用39个工程参数来描述。用2个或多个相互冲突的参数描述系统的技术冲突。（4）物-场分析法与76个标准解法物-场分析法是针对具体问题、通过建立模型来进行分析的工具。14-1创新设计14-2机械创新设计概述14-3创新设计的基本原理14-4基于TRIZ的创新设计TRIZ动态而开放地调动数学、物理、化学、几何、生物等各学科的知识，来帮助发明问题的解决。TRIZ对人类知识库的应用有两条途径：一是通过专业创新软件适时与世界专利进展同步；二是从以往专利中归纳出“科学效应和现象清单”，按照需要实现的30种功能，列举岀100种经常用到的科学效应和现象知识库。14-1创新设计14-2机械创新设计概述14-3创新设计的基本原理14-4基于TRIZ的创新设计三、TRIZ理论的应用经