机械创新设计-4-功能原理创新设计2-发明解决理论

第四章功能原理创新设计4.1功能原理设计的意义4.2工艺功能设计方法4.3综合技术功能设计方法4.4功能组合方法4.5设计目录方法第四章功能原理创新设计4.6发明问题解决理论(TRIZ）4.7公理化设计方法如何产生的？基本原理是什么？基本方法如何？怎样分类？技术冲突的40条发明原理4.6发明问题解决理论(TRIZ）如何产生的？前苏联学者阿利特舒列尔（G.S.Altshuler）及其领导的一批研究人员，从1946年开始，花费1500人•年，在分析研究世界各国250万件专利的基础上，提出了“发明问题解决理论”。该理论一直对其他国家保密，直到前苏联解体后，随着一批原苏联科学家移居国外，将该理论介绍给其他国家，对全世界的创新设计领域产生重要影响。4.6发明问题解决理论(TRIZ）CIA中央情报局PK克格勃发明问题解决理论基本原理是什么？“发明问题解决理论”认为技术系统是不断进化的，进化的动力是解决冲突。“发明问题解决理论”提出消除冲突的发明原理，建立消除冲突的基于知识的逻辑方法。——劝架—折中发明问题解决理论基本方法如何？应用“发明问题解决理论”解决设计问题时，需要首先将待设计的问题表达（翻译）为“发明问题解决理论”的标准问题，利用该理论所提供的工具，可求得标准解，将标准解表达（翻译）为问题领域的解答，得到领域解，可以得到关于消除技术冲突的有益提示。发明问题解决理论怎样分类？“发明问题解决理论”将工程中的冲突分为两类，一类称为技术冲突，另一类称为物理冲突。技术冲突指在一个子系统中引入有用功能的同时会在另一个子系统中引入有害功能。物理冲突指对同一个子系统提出相反的要求。发明问题解决理论为表示技术冲突,该理论总结了常用的39个工程参数：通用工程参数名称——七类序号名称序号名称序号名称1运动物体的重量14强度27可靠性2静止物体的重量15运动物体作用时间28测试精度3运动物体的长度16静止物体作用时间29制造精度4静止物体的长度17温度30物体外部有害因素作用的敏感性5运动物体的面积18光照度31物体产生的有害因素6静止物体的面积19运动物体的能量32可制造性7运动物体的体积20静止物体的能量33可操作性8静止物体的体积21功率34可维修性9速度22能量损失35适应性或多用性10力23物质损失36装置的复杂性11应力或压力24信息损失37监控与测试的困难程度12形状25时间损失38自动化程度13结构的稳定性26物质或事物的数量39生产率发明问题解决理论并总结了常用来解决技术冲突的40条发明原理：发明原理序号名称序号名称序号名称序号名称1分割11预补偿21紧急行动31多孔材料2分离12等势性22变有害为有益、32改变颜色3局部质量13反向23反馈33同质性4不对称14曲面化24中介物34抛弃与修复5合并15动态化25自服务35参数变化6多用性16未达到或超过26复制36状态变化7套装17维数变化27低成本、不耐用的物体代替昂贵、耐用的物体37热膨胀8质量补偿18振动28机械系统的替代38加速强氧化9预加反作用19周期性作用29启动与液压结构39惰性环境10预操作20有效作用的连续性30柔性壳体或薄膜40复合材料原理1：分割——断开——独立把一个整体或有联系的事物强行分开将一个物体分割成几个独立的部分电冰箱——冷冻箱+冷藏箱货运汽车——动力（机车）+装载（拖车）将一个物体分割成几个容易组装和拆卸的部分结构设计——构件——多个独立的零件—分别制造提高物体的可分性刀具可拆卸结构——刀头+刀杆原理2：分离——隔开①从混合物中隔离出来②与其他部分或整体、主体分开将一个物体中的有害部分与整体分离家用空调——主机+散热器（噪音大——移往室外）将一个物体中起某种专门作用的部分与整体分离激光复印机——成像功能分离——独立功能成像功能+扫描仪=复印机成像功能+计算机=打印机成像功能+通信功能=传真机打印+复印+扫描+传真——一体机原理3：局部质量——区别对待零件由均匀结构改为非均匀结构——局部发挥最佳效能零件不同部位——热处理方式不同——齿轮齿面的表面处理。面硬心软原理4：不对称——增加范围机械零件多为对称——设计更简单但是可以采用不对称结构——选择范围扩大轮毂设计的非对称结构——定位原理5：合并——组合将空间上相同或者相近的物体合并在一起收音机+录音机=收录机多功能手机=电话功能+短信+收音机+——将时间上相关的物体合并铅笔+橡皮——便于携带制冷+加热——夏天制冷——冬天加热原理6：多用性——提高性价比多种功能集于一身多用工具——多功能手机——电话功能+短信+收音机+mp4+照相+GPS导航+蓝牙+上网——————一机多用原理7：套装——减小占用空间将某个物体放入另一个物体的空降内地铁车门——嵌入式建筑、装修布线——墙内地暖——地板下将第一个物体嵌入第二个物体内，将第二个物体嵌入第三个物体内——多层伸缩式天线——伸缩式钓鱼竿——多层油缸——原理8：质量补偿—减小质量负载使一个向上的力与向下的重力相平衡氢气球悬挂广告牌——嵌入式电梯、立体车库——滑轮—起重负载配重精密滑动导轨——机械卸载导轨——滚子分担导轨负载—导轨导向原理8：质量补偿—减小质量负载通过物体与环境的作用为物体提供向上的作用力，以平衡重力作用———船——水的浮力——飞机机翼——空气——升力原理9：预加反作用—抵消有害作用梁——预加反载荷———机床导轨——做成中部凸起——延缓寿命火车铁轨——中凸——加长寿命原理10：预操作—预防措施—杜绝意外事件螺栓——预紧+放松措施轴承——预紧零件装配前的防腐处理———原理11：预补偿—事先防范—提高可靠性过载保护系统——熔断器安全离合器原理12：等势性—减少能量消耗车辆在平路上行走——零件在流水线中移位时尽量在一个平面上鹤式起重机——吊装物体时做水平直线移动原理13：反向—逆向思维采用与通常动作方向相反的动作，达到相同的目的————配对齿轮的材料不同——一软一硬模具硬材料—凸模——软材料—凹模结果——软材料塑性对磨损补偿，延长模具寿命使原来静止的物体运动，原来运动的静止，保持两个物体间原有的相对运动关系车床——刀具固定——工件运动改变——工件固定——刀具运动——镗床或铣床原理14：曲面化—圆弧与旋转用曲线代替直线，用曲面代替平面，用球代替立方体————倒角、圆角——减少应力集中——拱形梁——提高强度——等强度梁——特殊母线形状使圆轴各截面弯矩相等用回转运动取代直线运动机械设计——旋转运动更简单旋转运动产生的离心力——特殊作用——洗衣机甩干离心铸造——减少铸件外表面缺陷原理15：动态化—灵活性使物体各个部分之间、动作之间自动调节，实现最佳工作状态————形状记忆弹簧——随温度变化——伸缩开闭温室天窗——柴油机调速器————像超越离合器将物体分解为既互相连接，又可以相对运动的多个部分凸缘联轴器——刚性连接，要求精度高万向节联轴器——适应两轴角度误差十字滑块联轴器——适应两轴径向误差用垫片调节轴向间隙原理16：未达到或超过—放宽—问题简化齿轮设计齿宽——一宽一窄——解决齿宽装配、加工及累计误差造成的错位公差——不是理想的—＜100%原理17：维数变化—多维—增加将一维线性运动改为二维平面运动或三维空间运动——计算机储存方式——纸带（一维）——磁盘/光盘（二维）——将来三维存储技术—飞跃将单层排列的物体变为多层排列光盘库——多层叠放光盘——方便抓取立体车库——增加存储量利用给定表面的反面磁盘由单面——双面原理18：振动—使物体处于振动状态——增加振动频率——共振电磁振动或压电振动替代机械振动——刀具振动——切削工艺——电动剃须刀、电动雕刻刀、振动式电动剪刀振动上料机——均匀定向上料（移动物体）筛子筛物料——电子表——石英振荡器——更准确原理19：周期性作用—周而复始用周期性动作代替连续动作；已有的改变动作频率过盈装配——压入法——周期性敲击法内燃机——活塞等周期性工作自动装配线上——传送带（链）——周期性装配操作原理20：有效作用连续性—提高效率系统连续性工作——所有部件满负荷———消除动作过程中的间隙——连续旋转代替往复直线运动计算机打印机——打印头连续往复打印内燃机——爆发行程——做功——飞轮储能—输出——保证内燃机持续运动卡尔逊复印机——平板上—布静电+曝光+显影+定影现代复印机——多个工作头围绕硒鼓——复印可以循环进行搓丝——滚丝原理21：紧急行动—减少有害作用时间以最快速度完成有害操作——激光焊接法——加温时间短，影响范围小——减少焊接变形热处理——高频或中频电流——加热零件表面原理22：变有害为有益机器报废——零件方便拆卸——垃圾分离设备——回收有用物质高压容器灌口密封结构——外侧消弱——内侧加强原理23：反馈——纠正补偿反馈系统——有效纠正偏差——保证系统工作正常自行车前轮转向——把延长线在轮子与地面接触点前面——向心力形成回位力矩原理24：中介物——传递减缓带（链条）——机械传动的中介物——长距离传动复印机布墨粉——玻璃球静电吸墨粉——硒鼓强静电再吸布墨粉到硒鼓上——形成墨粉图像机器安装底座上的减震垫——减少振动对环境的影响大型风机——减震问题原理25：自服务——自我保护意识自润滑轴承——自身材料孔隙含润滑剂——随温度应力变化渗出润滑——省略了特别的润滑措施.SF-1通用型钢基无给油自润滑轴承1无油润滑或少油润滑，可在使用时不保养或少保养；2耐磨性能好，摩擦系数小，使用寿命长；3有适量的弹塑性，能将应力分布在较宽的接触面上,提高轴承的承载能力；4静动摩擦系数相近，从而保证机械的工作精度；5能使机械减少振动，降低噪音，防止污染，改善劳动条件；6在运转过程中能形成转移膜,起到保护对磨轴的作用；7对于磨轴的硬度要求低，从而降低了相关零件的加工难度；8薄壁结构，质量轻，可减小机械体积；9钢背面可电镀多种金属,，可在腐蚀介质中使用；目前已广泛应用于各种机械的滑动部位。铸铁——润滑性原理26：复制——替代物用简单、廉价的复制品代替复杂昂贵的物体虚拟设计——动态虚拟仿真——虚拟装配——干涉检查——虚拟应力分析模拟训练——虚拟现实仿生法（仿生学）——人工心脏——机器人——机器动物原理27：低成本、不耐用的物体代替昂贵、耐用的物体——低替代物用再生材料——木材、农作物茎秆代替木材——做家具、建材——用铁芯包铜代替铜导线——用塑料模具代替金属模具——钢塑材料代替铝合金等稀有金属材料——用模型试验代替实物试验原理28：机械系统的替代——低替代物用具有视觉、听觉、味觉或嗅觉系统——代替机械系统——用光、声传感器代替机械（位置）传感器——用电动机调速代替机械变速——用声、光信号传递机器运行原理29：气动与液压结构——将物体的固态部分用气体或液体替代，利用气压、液压缓冲作用——表面的润滑——高压气体或液体——隔开表面——流体静压润滑原理30：柔性壳体或薄膜——用柔软壳体或薄膜替代传统结构——建筑物或广场顶部——柔软壳体（织物）或薄膜材料——施工方便——结构轻巧安全——机器内部——柔软材料——隔开成多箱——各自润滑方案原理31：使用多孔材料——失重铸造或烧结——大量孔隙材料——含油轴承、流体过滤器、轻质结构零件——材料上打孔——减重——带孔结构原理32：改变颜色——传达信息重要信息——醒目色危险信息——红色——方便观察——透明结构原理33：同质性——相同材料——接触不发生化学或电化学反应——零件热膨胀系数相同——温度变化不易错位——生产备料方便——报废时方便处理原理34：抛弃与修复——减载抛弃失去功能的部件，补充或修复损耗部分——火箭发射中，抛弃废料箱减轻负载原理35：参数变化——参数控制季节（温度）——决定润滑油类型电饭煲温控器——锅底温度——传感器——改变铁磁粉性质——开关电路机床设计中，根据被加工件—确定机床功率、速度压电材料的逆电效应——改变材料尺寸、形状、位置和方向——系统的微位移控制原理36：状态变