2形態(tài)改變法.ppt

形態(tài)改變法形態(tài)分析法是一種系統(tǒng)化構(gòu)思和程式化解題的發(fā)明創(chuàng)造方法 它是由美國加利福尼亞大學(xué)工學(xué)院教授F 茲維基和美籍瑞士礦物學(xué)家P 里哥尼聯(lián)合提出的 形態(tài)分析法是一種系統(tǒng)搜索方法 用來探求一切可能存在的組合方案 屬于 窮盡法 形態(tài)分析法的核心是將機(jī)械系統(tǒng)分解成若干組成部分 然后用網(wǎng)絡(luò)圖解的方式或形態(tài)學(xué)矩陣的方式進(jìn)行排列組合 以產(chǎn)生解決問題的系統(tǒng)方案或創(chuàng)新設(shè)想 如果機(jī)械系統(tǒng)被分成的部分?jǐn)?shù)量較多 而且每個部分又有很多解法 那么它的組合方案數(shù)量將十分巨大 會產(chǎn)生 方案爆炸 現(xiàn)象 一般應(yīng)用方案評價方法來選定若干方案加以決策 在形態(tài)分析法中 因素和形態(tài)是兩個非常重要的基本概念 因素是構(gòu)成機(jī)械系統(tǒng)中或技術(shù)系統(tǒng)中各種子功能的特性因子 形態(tài)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各功能的技術(shù)手段 例如 對于機(jī)械產(chǎn)品而言 它的各分功能 行為 為基本因素 而實(shí)現(xiàn)該產(chǎn)品各分功能的 2 6形態(tài)改變法技術(shù)手段為基本形態(tài) 對于任一產(chǎn)品的每一基本因素 均可用多種技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn) 它們被視為對應(yīng)的基本狀態(tài) 2 6 1形態(tài)分析法的基本原理形態(tài)分析法是將研究對象視為一個系統(tǒng) 通過系統(tǒng)分析方法將其分解為相對獨(dú)立的子系統(tǒng) 各子系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的功能稱為基本因素 實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)功能的技術(shù)手段稱為基本形態(tài) 通過排列與組合方法可以得到多種可行解 經(jīng)過篩選可從中確定系統(tǒng)的最佳方案 2 6形態(tài)改變法2 6 1形態(tài)分析法的基本原理若系統(tǒng)分解后的基本因素為A B C D 而對應(yīng)的基本形態(tài)分別為A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3 則可寫成表3 2所示矩陣 因此 從每個基本因素中選出一個基本形態(tài)就可以組合成為不同的系統(tǒng)方案 表2 6 1系統(tǒng)的形態(tài)學(xué)矩陣 2 6形態(tài)改變法2 6 1形態(tài)分析法的基本原理形態(tài)分析法具有如下特點(diǎn) 1 所得方案只要能將全部因素及各因素的所有可能形態(tài)都排列出來 則是無所不包的 2 具有程式化性質(zhì) 主要依靠人們認(rèn)真 細(xì)致 嚴(yán)密的工作 而不是依靠人們的直覺 美感或想象 易于操作 3 其創(chuàng)新點(diǎn)在于如何進(jìn)行系統(tǒng)的分解 使之不同于已有的 還在于對基本形態(tài)的創(chuàng)新構(gòu)思 由于形態(tài)分析法采用系統(tǒng)化方式構(gòu)思和程序化方式解題 因而只要運(yùn)用得當(dāng) 就可以產(chǎn)生大量的設(shè)想 能夠使發(fā)明創(chuàng)造過程中的各種構(gòu)思方案比較直觀地顯示出來 例1火箭研制工作中 其各主要組成要素及其可能具有的形態(tài) 可用表3 3表示為形態(tài)學(xué)矩陣 2 6形態(tài)改變法2 6 1形態(tài)分析法的基本原理從火箭研制的形態(tài)學(xué)矩陣可以看出 其可能的方案數(shù)為4x4x3x3x2x2 576種 包括了幾乎所有可能的方案 表2 6 2火箭研制的形態(tài)學(xué)矩陣 2 6形態(tài)改變法2 6 1形態(tài)分析法的基本原理例2挖掘機(jī)的方案設(shè)計(jì) 1 挖掘機(jī)的因素分析 挖掘機(jī)具備的因素有動力 移動動力傳動 移動 挖掘動力傳遞 挖掘五個因素 2 形態(tài)分析見表2 6 3 表2 6 3挖掘機(jī)形態(tài)分析 第2章創(chuàng)新技法 2 6形態(tài)改變法2 6 1形態(tài)分析法的基本原理 3 可以看到 根據(jù)排列組合知識 以上技術(shù)措施可組合出6x5x4x4x3 1440種方案 以上通過對各個功能因素的可實(shí)現(xiàn)技術(shù)措施進(jìn)行評價 發(fā)現(xiàn) 電動機(jī) 液力耦合器 履帶 液壓缸傳動 抓斗 和 氣馬達(dá) 液力耦合器 輪胎 液壓缸傳動 抓斗 兩方案最為可行 目前 以上兩種方案是挖掘機(jī)最常采用的方案 例3在研究新型單缸洗衣機(jī)的設(shè)計(jì)方案時可以作出如下分析 洗衣機(jī)必須具有盛裝衣物 分離污物 控制洗滌三個功能因素 三個功能因素中 分離污物 是最關(guān)鍵的功能因素 在考慮如何將污物從衣服上 分離 時 應(yīng)從各個技術(shù)領(lǐng)域去深入思考 采用可能應(yīng)用的一切技術(shù)措施 包括現(xiàn)有的和先進(jìn)的 甚至?xí)簳r沒有但有可能通過努力而實(shí)現(xiàn)的 根據(jù)上述分析可得表3 5所示洗衣機(jī)方案設(shè)計(jì)形態(tài)學(xué)矩陣 第2章創(chuàng)新技法 2 6形態(tài)改變法2 6 1形態(tài)分析法的基本原理根據(jù)上表進(jìn)行組合 可得4x4x3 48種方案 其中 A1 B1 C1是最原始的洗衣機(jī) A1 B1 C1是目前市場銷售的普通型單缸洗衣機(jī) A2 B2 C1是一種簡單的熱脹增壓式洗衣機(jī) 其工作原理是用熱水加洗滌劑 用手搖的方式使洗滌桶旋轉(zhuǎn)增壓 達(dá)到分離衣物上污物的目的 A1 B2 C2是一種新型的 用電磁震蕩除去衣物上污物的洗衣機(jī) A1 B1 C2是一種應(yīng)用超聲波除去衣物上的污物的洗衣機(jī) 表2 6 4洗衣機(jī)方案設(shè)計(jì)的形態(tài)學(xué)矩陣 第2章創(chuàng)新技法 2 6形態(tài)改變法2 6 1形態(tài)分析法的基本原理圖2 7 1為超聲波洗衣機(jī)的工作原理圖 洗衣機(jī)先在桶內(nèi)放入物 加入水和洗滌劑 啟動氣泵1后 使其產(chǎn)生具有一定壓力的氣體由管2經(jīng)風(fēng)壓調(diào)節(jié)管4和輸氣管3送至洗滌桶下部 再經(jīng)噴嘴5在水中產(chǎn)生細(xì)小氣泡 氣泡上升至水面上破裂將產(chǎn)生50 3000Hz的超聲波 其中2000Hz以上的超聲波可使衣物纖維產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動 在超聲波的振動和污物與脂類的乳化作用下 油脂及污物從衣物上被分離出來 氣泡上升及水流對衣物摩擦 進(jìn)一步強(qiáng)化了洗滌劑的去污效果 這種洗衣機(jī)由于沒有旋轉(zhuǎn)部件 工作時噪聲很小 節(jié)電節(jié)水 衣物磨損小 洗凈度高 是一種市場潛力很大的新型洗衣機(jī) 形態(tài)改變法形態(tài)改變法的基本原理圖2 6 1超聲波洗衣機(jī)原理 第2章創(chuàng)新技法 2 6形態(tài)改變法2 6 1形態(tài)改變法的基本原理例3在設(shè)計(jì)一種新型包裝時 如果只考慮包裝材料和形狀這兩個因素 那么由于每個因素至少有4個要素 即4 種不同的材料 如紙 木 鐵 塑料 和形狀 如圓形 方形 柱形 三角形 可供選擇 采用排列組合 至少可得出16種方案 4 4 16 如果再加上一個色彩因素 暫時仍先考慮4種彩色要素 如黃 紅 藍(lán) 白 那么就可以得出64 4 4 4 64 種不同的組合方案 第2章創(chuàng)新技法 2 6形態(tài)改變法2 6 2形態(tài)改變法的基本步驟形態(tài)分析法的基本要求 一是尋求所有可能的解決方案 二是盡可能具有創(chuàng)新性 形態(tài)分析法的基本步驟如下 1 明確研究對象 對于研究對象的性能要求 使用可靠性 成本 壽命 外觀 尺寸 產(chǎn)量等必須逐步加以明確 這是尋找方案的出發(fā)點(diǎn) 2 組成因素分析 確定研究對象的各種主要因素 如各個部件 成分 過程 狀態(tài)等 要求列出研究對象的全部組成因素和劃分 且各因素和劃分在邏輯上應(yīng)該是彼此獨(dú)立的 組成因素的分析過程也包括著創(chuàng)新思維的過程 不同的人對組成因素及劃分的理解可以是不同的 第2章創(chuàng)新技法 2 6形態(tài)改變法2 6 2形態(tài)改變法的基本步驟 3 形態(tài)分析 依據(jù)研究對象和各因素提出的功能及性能要求 詳細(xì)地列出能滿足要求的各種方法和手段 統(tǒng)稱為形態(tài) 并繪制出相應(yīng)的形態(tài)學(xué)矩陣 確定可能