产品创新设计.

产品创新设计天津商业大学机械学院工业设计系课程说明►专业选修课►研究式学习►适当增补内容►参考书1.高楠工业设计创新的方法与案例化学工业出版社2.赵新军技术创新理论（TRIZ）及应用化学工业出版社3.杨建华产品技术创新中南大学出版社上篇创新设计基础第一章创新概述一、创新的概念与领域创造现在及以往没有的新事物、新思想、新理论、新技术、新制度技术创新产品创新工艺创新工业设计创新技术创新工艺创新设计创新第一章二、创新的历史蒸汽机铁路机车火轮船加工机床……内燃机车轮船螺旋桨飞机汽车……内燃机电器机车电动机床电动机械……电磁转换发电机电动机变压器电报电话……第一章三、创新的意义►满足人们的物质、文化生活需要►提高生活水平，改善生活方式►发展经济，富民强国技术创新非技术创新工业设计的核心第二章设计创新的引发一、需求引导生活需求：生活体验，用户调查，用户引导生产需求：改善方式，降低成本，提高质量，提高效率二、商业（竞争）引导市场——用户群——市场份额定位理论挤入市场，巩固市场，扩大市场，开发市场市场调查：对手调查、商业调查、用户调查第二章三、科学技术引导科学新认知：如健康、低碳、臭氧层问题科技新发现：如生态圈、基因、超导、纳米等技术创新：如转基因、LED、纳米技术、蓝牙、无线供电、PCL、触摸屏、互联网等四、思想、观念引导人机工程学人性化设计UCD设计无障碍设计通用设计绿色设计生态设计可持续发展设计第三章创新设计方案的获得一、常用技法试误法，组合尝试法，智暴法，5W2H提问法，信息交合法，形式分析法，奥斯本检核表法二、系统的设计理论方法价值工程，感性设计，优化设计，可靠性设计情感设计，语意设计公理设计，TRIZ理论第三章三、一般设计程序注意点前提：明确问题。描述、概括，类别、方向一）背景研究：技术、经济、人文二）行业研究：如手机、奢侈品三）设计调查：四）领域外寻找向自然学习作业：一、以无线供电技术为基础设计产品要求：1．深入研究相关技术2．设计基本方案个人提出，不得雷同3．纸本形式提交二、找到一个科技创新信息，规划创新产品三、通过资料收集，做一篇关于奢侈品或手机的设计研究报告。下篇TRIZ理论及其应用第一章概述一、Triz的产生事例：坚果去皮与辣椒去籽共同点——概括——抽象Triz（Altshuler）的重要发现►发明的原理或方法数量并不多►发明的原理或方法适用于不同领域►类似问题及其解决方法在不同领域交替出现►技术进化模式在不同领域交替出现►创新设计所依据的科学原理往往属于其他领域二、TRIZ的来源及内容概念与观点：资源分析与描述发明级别划分金属进化模式理想化与理想设计工具及模型39个工程参数40条发明原理分离原理物——场分析模型解决程序——ARIZTRIZ世界专利及技术信息解决问题的过程分析自然科学知识分析、总结、抽象三、Triz的一般方法需解决的特殊问题解决问题的具体方法类似的标准问题概括抽象39个工程参数标准问题的解决方法40条发明原理应用技术知识？四、Triz的发展及应用►处于“婴儿期”，有待发展、完善、成熟►擅长工程领域问题，需扩大受益面►解决如何做，不知做什么►进一步软件化►美、俄工程领域（如汽车）广泛应用►新加坡防止“非典”►摩尔多瓦总统竞选►美、俄中、小学生教育第二章情景分析与描述情境：指问题所处的技术、生产、研究、使用、影响及资源等背景状态或境况。创新与发明从分析和描述情境开始……一、资源分析与描述直接资源：当前状态可用资源，物质、能量、信息、空间和时间等。导出资源：通过变换、处理得道的可用资源，如废弃物、变换的信息等差动资源：物质与场的不同特性、特征。资源利用举例1.餐馆清洗盘子，使用肥皂水等清洗剂。餐具上的残余脂肪+碳酸氢钠=脂肪酸盐（肥皂）2.射击用飞碟，用后需清理。用冰作飞碟；用肥料作飞碟。3.测量异形陶瓷容器（茶壶）壁厚。容器内盛装导电介质，测得电阻反映壁厚。4.零件整理装置（灌装机封口瓶盖）。异形传输轨道，利用零件特征剔出不同向零件。二、情境分析与描述情境分析具有复杂性、多重性，情境描述具有多变性。可获得多种解决问题的方向、思路和方法。例：夏季防蚊虫叮咬。通过分析、描述相关情境，可以采用：治理环境，铲除滋生地；纱窗遮挡，保护室内环境；喷洒杀虫剂、用工具杀蚊虫；使用蚊帐封闭小环境；身体涂抹驱蚊香水。最小化问题：改变原系统并加以最大限制。最大化问题：采用新系统，取消限制。三、理想化及其描述一）理想化的概念思维的方法，真实存在的一种极限状态抽象。理想方法：不消耗能量和时间，通过自身调节获得所需效应。理想物质：没有物质，功能得以实现。理想过程：无过程，只有结果。理想资源：无不良影响和作用，完全有效、可用。理想化=有用功能之和/有害功能之和二）理想化的方法1.极限效应例：平板玻璃生产中，压制后玻璃板冷却、输送过程在重力作用下松弛变形缩小托辊缩至分子液体托辊（浮法生产）2.去除辅助例：油墨、油漆使用时，液体溶剂起辅助作用。去除溶剂颜料加热溶化、固定3.替换、替代例：滑动轴承——滚动轴承——塑料轴承雨雪天气飞机降落——地面模拟二）理想化的方法4.分离、组合例：船自身影响声纳信号声纳与船体分离提高混凝土制件生产效率运输搅拌一体化（搅拌车）5.转换例：大型转子运输过程震动造成轴承局部凹痕。震动轴转动（钟摆棘轮机构驱动）三）理想化的步骤1.描述待解决的问题（待改进的性能）如：暖气、自来水管连接件密封2.描述理想的性能无连接件、密封件，自密封。3.分析、提出实现理想性能的方法软管连接、内压自密封4.找到解决问题的障碍软管强度，内压变形结构作业：一、利用情境分析法设计一蚊叮咬防护产品或家庭用卫生清洁产品要求：1．分析、描述情景提出问题2．设计方案具有创新性，不得雷同3．提交原理或结构设计草图二、利用理想化方法提出一款创新产品设计方案（容器盖、鼠标、洗衣机）要求：1．设计方案具有创新性，不得雷同2．提交原理或结构设计草图第三章冲突解决原理设计或改进时，处理或引起互相矛盾的两个或多个方面，TRIZ成为冲突。创新即解决冲突的过程。技术冲突物理冲突数学冲突组织冲突文化冲突个性冲突自然冲突社会冲突工程冲突宇宙定律冲突自然定律冲突冲突第三章冲突解决原理一、物理冲突及解决原理为实现某一功能，一子系统或元件应具有一特性，同时出现相反特性。一）表述方式有害功能降低的同时有用功能降低；有用功能加强的同时有害功能加强。Teminko（1988）表述实现关键功能，应具有一有用功能，但同时出现有害功能；关键子系统特性值大，UF和HF都大；有子系统，则同时出现UF和HF。第三章冲突解决原理二）解决原理20世纪70年代，Altshuller总结出11种；80年代，Glazunov提出30种，90年代Savransky提出14种。1.冲突特性空间分离屏幕、键按键尺寸，翻盖、滑盖手机2.冲突特性时间分离飞机机翼形状可变3.不同系统或元件与一超系统相连接保证轴承孔一致，一次加工4.系统改为反系统或与反系统结合螺母防松加弹簧垫圈、开口销，卡车板弹簧第三章冲突解决原理二）解决原理5.子系统具有相反特性铅合金中锑的作用6.微观操作为核心指纹识别7.一部分物质状态交替变化纠偏装置工作原理8.工作条件变化导致状态变化记忆合金密封第三章冲突解决原理二）解决原理9.利用状态变化伴随的现象制冷压缩机介质工作原理10.两相物质代替单相物质抛光液组成11.物化作用使物质状态改变轴、孔热装配，PS版回收再生第三章冲突解决原理二、技术冲突及解决原理一个作用同时导致有用及有害结果；有用作用的引入或有害作用的消除导致系统或子系统变坏。一）表述方式1.一个子系统引入有用功能后，导致另一个子系统产生或加强了一种有害功能。2.一有害功能导致另一个子系统有用功能的变化。3.有用功能的加强或有害功能减少使另一个子系统或系统变得更加复杂。第三章冲突解决原理二）通用工程参数将构成冲突的双方内部性能表示为TRIZ概括的39个工程参数中的某两个，即变成一般化冲突。1.运动物体的质量2.静止物体的质量3.运动物体的长度4.静止物体的长度5.运动物体的面积6.静止物体的面积7.运动物体的体积8.静止物体的体积9.速度第三章冲突解决原理10.力系统间的相互作用，改变物质状态的作用11.应力或压力12.形状13.结构的稳定性14.强度15.运动物体作用时间16.静止物体作用时间17.温度18.光照度19.运动物体的能量20.静止物体的能量第三章冲突解决原理21.功率22.能量损失23.物质损失24.信息损失25.时间损失26.物质或事物的数量27.可靠性28.测试精度29.制造精度30.受外部有害作用的敏感度第三章冲突解决原理31.产生的有害因素32.可制造性33.可操作性完成操作的代价34.可维修性35.适应性及多用性36.装置的复杂性37.监控与测试的困难程度38.自动化程度39.生产率第三章冲突解决原理三）冲突解决原理TRIZ在专利分析基础上概括出40条发明创造原理。1.分割化整为零积木化，百叶窗2.分离拆分模块空调室外机，3.局部质量不均匀结构，局部强化硬质合金刀头4.不对称形状、结构偏置，电机底座5.合并空间、时间上连接或重叠，平板玻璃运输6.多用性多用途、多功能组合，多功能手机7.嵌套拉杆天线，含油轴承8.质量补偿借用另一物体的UF，船载货物9.预加反作用预紧轴承第三章冲突解决原理10.预操作11.预补偿12.等势性13.反向14.曲面化15.动态化16.未达到或超过的作用17.维数变化18.振动19.周期性作用20.有效作用的连续性第三章冲突解决原理21.紧急行为22.变有害为有益23.反馈24.中介物25.自服务26.复制27.替代28.机械系统的替代29.气动与液压结构30.柔性壳体或薄膜第三章冲突解决原理31.多孔材料32.改变颜色33.同质性34.抛弃与修复35.参数变化36.状态变化37.热膨胀38.加热强氧化39.惰性环境40.复合材料第三章冲突解决原理四）冲突矩阵冲突与发明创造原理对应关系的总结。改善特性恶化特性①运动物体质量②静止物体质量③运动物体尺寸……（39）生产率①运动物体质量15，8，29，3435，3，24，37②静止物体质量1，28，25，35③运动物体尺寸8，15，29，3414，4，28，29……（39）生产率35，26，24，3728，27，15，318，4，28，38寻找解决问题方案的步骤1）定义系统名称、功能等2）确定待改善的特性、应消除的特性3）描述为一般工程参数形式4）描述冲突：①改善UF参数，恶化HF参数②降低HF参数，削弱UF参数或加强另一HF参数5）查矩阵表确定可用原理6）结合技术领域应用解决原理7）完善、评价设计若没有答案或问题不能解决，重新描述。第三章冲突解决原理作业：利用冲突解决原理改进设计一种产品或系统要求：1．分析、描述及原理应用等过程齐全2．设计方案具有创新性3．与前面作业内容不重复，不得雷同4．提交原理或结构设计草图第四章物——场模型分析法一、基本概念物质（S）：材料、工具、零件、人或环境。场（F）：完成某种功能的方法或手段。如，Me-机械能，Th-热能，Ch-化学能，E-电能，M-磁场，G-重力场产品是功能的载体，技术系统存在的目的是实现功能。理想功能就是场F通过物质S2作用于物质S1并改变S1。Altshuller认为，所有的功能都可以概括为两个物质和一个场的三元模式（物—场三角形）。自1944年产生物—场分析法至今，已发展有76种标准解。物—场分析就是将特殊技术问题标准化，通过模型分析发现存在的问题，通过标准解寻找解决问题的答案。第四章物——场模型分析法二、构建物——场模型S2S1FS2S1F第四章物——场模型分析法二、构建物——场模型第四章物——场模型分析法二、构建物——场模型第四章物——场模型分析法三、问题模型不完整模型第四章物——场模型分析法三、问题模型无效完整模型第四章物——场模型分析法三、问题模型无效完整模型第四章物——场模型分析法三、问题模型有害完整模型第四章物——场模型分析法三、问题模型有害完整模型实例第四章