機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)04課件

第四節(jié)復(fù)原創(chuàng)造原理一、復(fù)原創(chuàng)造原理的概念復(fù)原創(chuàng)造原理是指創(chuàng)造者通過(guò)回到“創(chuàng)造原點(diǎn)〞再進(jìn)行創(chuàng)新思考以獲得創(chuàng)意的一種創(chuàng)造模式，所謂創(chuàng)造原點(diǎn)就是驅(qū)使人們進(jìn)行創(chuàng)造活動(dòng)的最根本的期望?！板^〞：功能是能夠?qū)⒋胺€(wěn)定在海面。螺旋錨、火箭錨、吸盤錨。冷凍錨本質(zhì)：使創(chuàng)造思路回到事物的根本功能上去，從根本功能這一創(chuàng)造原點(diǎn)出發(fā)進(jìn)行思考，才不會(huì)受已有事物具體形態(tài)結(jié)構(gòu)的束縛，更能使創(chuàng)造者解放思想，應(yīng)用發(fā)散思維去獲得標(biāo)新立異的解決問(wèn)題的方案。11/20/20231古代碇石與錨根本功能——穩(wěn)定古代錨——重量重點(diǎn)，結(jié)構(gòu)千篇一律現(xiàn)代錨——螺旋錨、火箭錨、吸盤錨、冷凍錨11/20/20232二、復(fù)原創(chuàng)造的根本路徑復(fù)原換元復(fù)原換元是指先復(fù)原，后換元。先復(fù)原，就是不拘泥現(xiàn)有事物技術(shù)原理和結(jié)構(gòu)形態(tài)的約束，而是透過(guò)外表看本質(zhì)，追溯到創(chuàng)造的初衷深入源頭進(jìn)行思考。后換元是指從創(chuàng)造的源頭出發(fā)，尋找可以置換現(xiàn)有技術(shù)或結(jié)構(gòu)的單元，在換元思考中獲得解決問(wèn)題的新方案。食品保鮮裝置的新設(shè)計(jì)：冷凍微波滅菌保鮮第四節(jié)復(fù)原創(chuàng)造原理靜電保鮮11/20/20233復(fù)原創(chuàng)元回到創(chuàng)造原點(diǎn)，以前所未有的新事物來(lái)取代舊事物的一種突變，這種創(chuàng)造有可能引起某一技術(shù)領(lǐng)域的重大變革，獲得的往往是新型產(chǎn)品。例：新型板式電風(fēng)扇電火花加工第四節(jié)復(fù)原創(chuàng)造原理11/20/20234第四節(jié)復(fù)原創(chuàng)造原理11/20/20235第四節(jié)復(fù)原創(chuàng)造原理11/20/20236在物-場(chǎng)模型的定義中，物質(zhì)是指某種物體或過(guò)程，可以是整個(gè)系統(tǒng)，也可以是系統(tǒng)內(nèi)的子系統(tǒng)或單個(gè)的物體，甚至可以是環(huán)境，取決于實(shí)際情況。場(chǎng)是指完成某種功能所需的手法或手段，通常是一些能量形式，如：磁場(chǎng)、重力場(chǎng)、電能、熱能、化學(xué)能、機(jī)械能、聲能、光能等等。

第五節(jié)物場(chǎng)分析原理

構(gòu)成物場(chǎng)的三個(gè)要素：兩個(gè)物質(zhì)和一個(gè)場(chǎng)。11/20/20239第五節(jié)物場(chǎng)分析原理任何物場(chǎng)都可以分為以下三種類型：完全物場(chǎng)體系不完全物場(chǎng)體系非物場(chǎng)體系11/20/202310第五節(jié)物場(chǎng)分析原理二、物場(chǎng)分析的創(chuàng)造路徑物場(chǎng)分析的根本內(nèi)容就是在判別物場(chǎng)類型的前提下進(jìn)行創(chuàng)造性思考，或?qū)Ψ俏飯?chǎng)體系或不完全物場(chǎng)體系進(jìn)行補(bǔ)建，或?qū)ν耆飯?chǎng)體系的要素進(jìn)行變換以開展物場(chǎng)。運(yùn)用物場(chǎng)分析進(jìn)行創(chuàng)造，具體實(shí)施要點(diǎn)：〔1〕課題分析〔2〕分析物場(chǎng)類型〔3〕進(jìn)行物場(chǎng)改造思考〔4〕形成新的技術(shù)體系形態(tài)11/20/202311第五節(jié)物場(chǎng)分析原理實(shí)例1

冷凍機(jī)密封檢測(cè)方案設(shè)計(jì)：11/20/202312第五節(jié)物場(chǎng)分析原理實(shí)例2燃?xì)廨啓C(jī)過(guò)濾器改進(jìn)設(shè)計(jì)為了從燃?xì)庵邢谴判詨m粒，可使用過(guò)濾網(wǎng)，它由許多層金屬網(wǎng)構(gòu)成。這種過(guò)濾器雖可滿意地?fù)踝m粒，但濾網(wǎng)清洗非常困難。清洗時(shí)，必須經(jīng)常將濾網(wǎng)拆散，長(zhǎng)時(shí)間向相反方向鼓風(fēng)，才能使網(wǎng)上塵粒脫去。試用物場(chǎng)分析提出改進(jìn)設(shè)計(jì)方案。解1〕物場(chǎng)分析根據(jù)課題給出的條件，可描述出一個(gè)完全的物場(chǎng)體系：這個(gè)物場(chǎng)雖屬完全物場(chǎng)體系，但其成效并不令人滿意，打算對(duì)此進(jìn)行改造。11/20/202313第五節(jié)物場(chǎng)分析原理舊物場(chǎng)體系的改造采用置換場(chǎng)和物質(zhì)的方法來(lái)改造，具體想法為：用電磁場(chǎng)來(lái)取代機(jī)械場(chǎng)〔空氣流〕；用鐵磁性顆粒代替金屬網(wǎng)。這樣，得到新的物場(chǎng)體系：新物場(chǎng)體系對(duì)應(yīng)的技術(shù)體系的工作原理是這樣的：利用鐵磁性顆粒作為過(guò)濾物質(zhì)，它在磁極中間并形成多孔隙結(jié)構(gòu)。關(guān)斷或接通磁場(chǎng)就可以有效地控制過(guò)濾器的孔隙。當(dāng)需“捕捉〞塵粒時(shí)，過(guò)濾器孔可縮小，而在清洗時(shí)，孔可以放大。改變磁場(chǎng)強(qiáng)度，便可控制鐵磁顆粒的密度。11/20/202314第五節(jié)物場(chǎng)分析法物場(chǎng)模型的轉(zhuǎn)換方法改變場(chǎng)中的物質(zhì)1〕改變物質(zhì)的結(jié)構(gòu)〔整體變組件，實(shí)體變孔狀結(jié)構(gòu)〕

2〕改變物質(zhì)的動(dòng)態(tài)性能〔由剛性變?yōu)槿嵝浴?/p>

3〕改變物質(zhì)屬性〔引入新的物質(zhì)，引入改進(jìn)的物質(zhì)，引入孔隙，用新物質(zhì)替代〕

4〕改變物質(zhì)的物理狀態(tài)〔固態(tài)變液態(tài)、氣態(tài)〕

5〕用多個(gè)物質(zhì)組合在一起來(lái)完成作用。

6〕用其他物質(zhì)代替原物質(zhì)。

11/20/202315第五節(jié)物場(chǎng)分析法改變作用場(chǎng)1〕按照希望的方向改善作用的強(qiáng)度〔提高，降低，消去，產(chǎn)生〕

2〕改善作用的方向〔散射，聚焦，拉，推〕

3〕改善作用的持續(xù)時(shí)間〔加速，減速，阻礙，促進(jìn)，間歇，周期〕

4〕引入場(chǎng)來(lái)改善作用

5〕在兩種物質(zhì)之間參加新物質(zhì)，來(lái)改善作用

6〕在作用的區(qū)域引入新物質(zhì)來(lái)改善作用

11/20/202316第五節(jié)物場(chǎng)分析法實(shí)例3錐孔過(guò)定位問(wèn)題的解決加工中心刀具的刀體局部的加工精度要求很嚴(yán)格，為保證加工中心的加工精度和剛性，必須使刀體和主軸錐孔的接觸面積在70%以上，亦即使刀體的錐體A與主軸錐孔以及刀體法蘭端面B與主軸端面同時(shí)接觸，但實(shí)際上很難實(shí)現(xiàn)兩者同時(shí)接觸。如圖〔a〕所示，或者是刀體法蘭端面與主軸端面接觸造成刀具徑向位置無(wú)法確定；或者是刀體的錐體局部與主軸錐孔接觸而刀體法蘭端面與主軸端面不能接觸，造成軸向剛性缺乏。傳統(tǒng)的解決方法是使用高精度加工設(shè)備加工主軸錐孔和刀體錐體，這樣就會(huì)大大增加本錢。應(yīng)用物場(chǎng)分析法問(wèn)題的解決如下：11/20/202317第五節(jié)物場(chǎng)分析法⑴指定物體S1因?yàn)橹鬏S錐孔的錐度已成為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，所以刀體的錐體成為需要解決的問(wèn)題。所以指定刀體為S1。⑵確定場(chǎng)F在原系統(tǒng)中，刀體安裝的要求是刀體錐體與主軸錐孔以及刀體法蘭端面與主軸端面同時(shí)接觸，這個(gè)要求是由機(jī)械場(chǎng)〔通過(guò)過(guò)盈配合，擠壓〕來(lái)滿足的。但是這個(gè)機(jī)械場(chǎng)并不能完全滿足要求。11/20/202318第五節(jié)物場(chǎng)分析法⑶物質(zhì)場(chǎng)的初期模型

通過(guò)上述分析，原有系統(tǒng)的物場(chǎng)模型見圖2，由場(chǎng)F指向物體S1的實(shí)現(xiàn)箭頭為有用的相互作用。⑷引入新的物質(zhì)問(wèn)題的產(chǎn)生是由于機(jī)械場(chǎng)不能穩(wěn)定有效地保證主軸和刀體的位置關(guān)系。因此，為了解決該問(wèn)題，有必要引入新的物質(zhì)來(lái)改進(jìn)物場(chǎng)模型。11/20/202319第五節(jié)物場(chǎng)分析法⑸生成所希望的物場(chǎng)模型所希望的物質(zhì)場(chǎng)模型見圖3。改變刀體圓錐面，使其與主軸錐孔不是以整個(gè)圓錐面接觸，而是以多數(shù)點(diǎn)的形式接觸。用精密加工出來(lái)的具有適當(dāng)剛性的小球構(gòu)成刀體的圓錐面，從而實(shí)現(xiàn)刀體的圓錐面和法蘭端面與主軸的錐孔面和端面同時(shí)實(shí)現(xiàn)接觸。用物場(chǎng)分析法解決該問(wèn)題的過(guò)程如圖4所示。(此例是美國(guó)的一項(xiàng)創(chuàng)造專利)11/20/202320在發(fā)電廠的流化床燃燒爐系統(tǒng)中，煤被送入爐中后經(jīng)過(guò)初始燃燒后變?yōu)橐簯B(tài)，并流入高溫旋流器，之后，這種不完全燃燒的煤再循環(huán)燃燒。但是，這種流態(tài)煤會(huì)腐蝕管道外表，需要經(jīng)常檢修而造成停工。對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行物－場(chǎng)分析可知：管道為物質(zhì)S1，流態(tài)煤為S2，F(xiàn)為化學(xué)能〔腐蝕〕，化學(xué)能〔F〕通過(guò)不完全燃燒的流態(tài)煤〔S2〕作用于管道〔S1〕并改變S1〔使其腐蝕而不能長(zhǎng)期正常使用〕，屬于根本物-場(chǎng)模型中的有害的完整系統(tǒng)。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，只需設(shè)法消除其中的負(fù)面效應(yīng)———腐蝕，就可得到解決。應(yīng)用“引入第三種物質(zhì)或改進(jìn)物質(zhì)〞，我們通過(guò)在管道外表添加一層防腐蝕涂層來(lái)防止管道腐蝕。這樣流化床燃燒爐管道腐蝕的問(wèn)題就得到了解決。

實(shí)例4流化床燃燒爐的改造11/20/20232111/20/20232211/20/202323思考題一輛出租車在公路上拋錨了。司機(jī)非常抱歉的向乘客解釋：抱歉，車子沒有油了。今天我忘了看油表了。〞“沒關(guān)系，這種事情經(jīng)常發(fā)生，乘客撫慰司機(jī)，〞有時(shí)我也會(huì)犯同樣的錯(cuò)誤，如果當(dāng)油箱空了，它可以與我們心靈感應(yīng)就好了。“，或許，油箱不用與司機(jī)產(chǎn)生心靈感應(yīng)，它也可以通知司機(jī)郵箱中的油的情況。試通過(guò)物-場(chǎng)模型分析解決這個(gè)問(wèn)題。11/20/202324第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理一、TRIZ創(chuàng)造原理概述二、TRIZ創(chuàng)造原理的應(yīng)用11/20/202325第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理一、TRIZ創(chuàng)造原理概述TRIZ：“創(chuàng)造問(wèn)題解決理論〞，蘇聯(lián)學(xué)者G.S.Altshuller1946年開始，分析研究各國(guó)250件創(chuàng)造創(chuàng)造專利的根底上提出的。是解決創(chuàng)造創(chuàng)造問(wèn)題的原理和知識(shí)體系。應(yīng)用此創(chuàng)造原理可以為機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供思路或解決問(wèn)題的途徑。11/20/202326第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理TRIZ理論前提和根本認(rèn)識(shí)：產(chǎn)品或技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化是有規(guī)律可循的；生產(chǎn)實(shí)踐中遇到的工程沖突常常重復(fù)出現(xiàn)；解決工程沖突的創(chuàng)造創(chuàng)造原理是可以掌握的；其他領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)原理可解決本領(lǐng)域的技術(shù)問(wèn)題。11/20/202327第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理TRIZ理論體系11/20/202328第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理11/20/202329第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理11/20/202330第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理TRIZ創(chuàng)造原理的核心內(nèi)容是技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化原理和技術(shù)沖突解決原理技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化原理認(rèn)為，技術(shù)系統(tǒng)一直處于進(jìn)化之中，解決沖突是其進(jìn)化的推動(dòng)力。進(jìn)化速度隨技術(shù)系統(tǒng)一般沖突的解決而降低，使其產(chǎn)生突變的唯一方法是解決阻礙其進(jìn)化的深層次沖突。11/20/202331第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理11/20/202332第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理11/20/20233311/20/202334第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理11/20/202335第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理11/20/202336第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理11/20/20233711/20/20233811/20/202339第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理技術(shù)沖突是創(chuàng)造創(chuàng)造過(guò)程中經(jīng)常遇到的問(wèn)題，也是最難解決的問(wèn)題。創(chuàng)造創(chuàng)造就是在解決技術(shù)沖突中產(chǎn)生的。設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員往往為改善或提高某些子系統(tǒng)的性能，而導(dǎo)致系統(tǒng)中其他子系統(tǒng)或系統(tǒng)性能變壞與降低，這就是設(shè)計(jì)中的沖突。例如，設(shè)計(jì)軸時(shí)為了使安裝在軸端的零件定位可靠，常采用圓螺母定位，這就需要在軸上加工螺紋，反而削弱了軸的強(qiáng)度。機(jī)械系統(tǒng)的產(chǎn)品是多種多樣的，因此產(chǎn)品中的沖突也是各種各樣的，TRIZ理論研究人員通過(guò)對(duì)世界上250萬(wàn)項(xiàng)專利的詳細(xì)研究提出了39個(gè)通用工程參數(shù)來(lái)描述技術(shù)沖突問(wèn)題。這些工程參數(shù)見下表11/20/202340第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理通用工程參數(shù)名稱表

11/20/202341第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理40個(gè)創(chuàng)造原理11/20/202342第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理原理1：分割1.將一個(gè)物體分割為幾個(gè)獨(dú)立的局部家用電冰箱冷藏箱和冷凍箱的位置貨車分為動(dòng)力局部〔機(jī)車〕和裝載局部〔拖車〕2.將幾個(gè)物體分割為幾個(gè)容易組裝和拆卸的局部機(jī)械設(shè)計(jì)中獨(dú)立運(yùn)動(dòng)單元即構(gòu)件的制造。3.提高物體的可分性切削加工的刀具將刀桿和刀頭設(shè)計(jì)為可拆卸結(jié)構(gòu)11/20/202343第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理原理2：別離1.將一個(gè)物體中的有害局部與整體別離家用空調(diào)器的散熱器工作噪聲大2.將一個(gè)物體中起某種專門作用的局部與整體別離將激光復(fù)印機(jī)中的成像功能從整體中別離出來(lái)，與掃描功能組合構(gòu)成復(fù)印機(jī)，與計(jì)算機(jī)組合構(gòu)成打印機(jī)，和通信功能組合構(gòu)成機(jī)。11/20/202344第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理原理3：局部質(zhì)量將零件由均勻結(jié)構(gòu)改為非均勻結(jié)構(gòu)，按照零件不同位置的不同功能設(shè)計(jì)局部結(jié)構(gòu)，使零件的每個(gè)局部零件都能夠發(fā)揮出最正確效能。對(duì)零件的不同部位采用不同的熱處理方式。11/20/202345第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理原理4：不對(duì)稱機(jī)械零件多為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，對(duì)稱原那么使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單。機(jī)械零件可以采用非對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，非對(duì)稱原那么使機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以有更多的選擇。機(jī)械傳動(dòng)中使用的輪轂。11/20/202346第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理原理5：合并1.將空間上相同或相近的物體合并在一起收音機(jī)和錄音機(jī)，電子表和電子計(jì)算器2.將時(shí)間上相關(guān)的物體合并鉛筆和橡皮，制冷和加熱功能集中在空調(diào)11/20/202347第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理原理5：合并1.將空間上相同或相近的物體合并在一起收音機(jī)和錄音機(jī)，電子表和電子計(jì)算器2.將時(shí)間上相關(guān)的物體合并鉛筆和橡皮，制冷和加熱功能集中在空調(diào)11/20/202348第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理原理6：多用性多用工具集中在一起，設(shè)計(jì)原理7：套裝1.將某個(gè)物體放入另一個(gè)物體的空腔內(nèi)地鐵車廂的車門開啟時(shí)，門體滑入車廂壁中，不占用多余空間；電線嵌入墻體內(nèi)；將加熱或制冷部件嵌入住房的地板或天花板中；汽車平安帶在閑置狀態(tài)下將帶卷入卷收器中。2.將第一個(gè)物體嵌入第二個(gè)物體內(nèi)，將第二個(gè)物體嵌入到第三個(gè)物體內(nèi)：