现代设计方法大作业.doc

简介TRIZ法是由前苏联人Genrich Altschuller创建的。从小就有发明思想，14岁时申请过专利。第二次大战期间在专利机构工作，从1946年起因一项成功的专利被安排在海军专利局工作。他分析数以万计的专利，1956年开始提出专利按技术水平可分为5级，1969年提出专利中解决的问题只涉及到39个通用工程参数之间的矛盾，可应用40条发明创新原理中的若干项来解决，等等。TRIZ法迅速在全球传播，在欧洲建有TRIZ协会，即Europaeische TRIZ Association,简称ETRIZ。德国的斯图加特工业大学，卡塞尔工业大学和伊尔玛瑙工业大学都已开设TRIZ法的课程。自动化公司Rockwell在一位TRIZ法咨询师的帮助下成功地把一个刹车系统的零件由12件减为4件，同时造价下降50%。Ford公司从1995年起举办TRIZ法培训，已培养掌握TRIZ法的工程师800人。Ford发动机公司为一种传动轴承探索问题的解决办法，在有载负时，该轴承经常会偏离正常工作位置。应用TRIZ法后产生了28个新的设计方案，其中一种设计很有意思的显示，这种轴承具有很小的热膨胀系数，在较高载荷而产生高温时其优点很明显，载荷越大，轴承的位置越稳定，从而解决了这个难题。1 系统初步分析1.系统选择及问题阐述随着科技的迅猛发展，体积巨大的货物进行远距离的运输成了大问题，如果无法解决这个问题，会阻碍经济的发展，影响科技的进步。如今在运输货物时，如果运输数量很大或体积巨大的东西而且运输距离很远，目前只能利用大型的货轮进行输送，但是轮船的运输速度很慢，需要很长时间才能到达，如果是急需品就会耽误很多重要的事；并且当货物运输到港口以后，还要转到汽车上，这个过程又会浪费大量的时间。2.系统组成及原理分析执行机构：动力系统（发动机、螺旋桨、传动装置、推进器等）作用对象：船体、水有益功能：对货物或人进行运输其他功能：进行水上工作 3.绘制相应功能图 船体1）通过分析得出系统的黑箱图，确定出系统的主要有益功能以及其他功能；运输货物货物动力装置水上作业控制装置水2)通过分析过程，得出系统的结构模型图，组件模型图以及功能模型图； 系统 轮船 船体 组件 动力装置 控制装置 其他装置 水 超系统 空气结构模型图 水 轮船超系统技术系统空气子系统辅助系统 船体控制系统动力系统报警系统照明系统通讯系统推进器传动装置主机船舵启动器集控台龙骨船舱子子系统组件模型图贮藏其他装置货物辅助运输控制控制装置船体支撑驱动控制支撑 水动力装置问题功能功能模型图3）通过分析子系统以及超系统得出所选系统的九屏幕图空气、太阳、陆地、海水等燃料、水、空气、太阳等 超音速轮船 轮船 独木舟船体、助推器、船舱、控制系统等船体、动力装置、控制装置等 舟体、船桨人、水、空气等4. 设计准则及可持续发展水上运输，从古至今都是不可缺少的运输方式，在一定程度上解决了陆路运输困难的问题。如今随着水上运输的不断发展，其行驶速度称为了人们至今无法彻底解决的一大难题，影响其行驶速度的最主要因素就是水流的阻力，所以如今我们要想办法减小水流的阻力，并把水作为动力来源，节约化石能源的使用，减少污染物的排放，实现可持续发展战略。二、应用系统进化法则对系统进化进行分析1.系统整体缺陷分析 降低轮船航行速度的根本原因在于水的阻力，但如今还没有更好的方法来减小水流的阻力，唯一的方法就是减小与水的接触面积，也就是如今已有的水翼技术和超空泡技术，但是其只适合短途少量的运输货物，所以该问题还在探索中，但无疑这个项目具有很大的实际意义。2.确定生命周期阶段增加轮船运输货物时的航行速度的生命曲线图3.选择改进技术系统及其优化反向1）分析技术系统的所有部件；船体、动力系统、控制系统、辅助系统2）分析完成主要功能的部件；船体、动力系统3）分析完成辅助功能的部件；船体（防腐、保温等）、控制系统（控制温度）4）分析造成系统不足的相关部件；船体（体积及重量太大）、动力装置（动力性能不足）5）分析主要完成功能的部件；船体、动力系统、控制系统6）采用矛盾的形式描述问题（物理矛盾）； （ 轮船体积）应该（减小），以满足（增加行驶速度）要求； （轮船体积）应该（增加），以满足（ 大量运输货物）要求；4.对所需改进的技术系统进行具体性分析STC算子1、想象研究对象的尺寸无穷大（S）的解决思路；轮船的尺寸无限增大，只能使其的行驶速度更加缓慢，无法达到加快速度目的2、想象研究对象的尺寸无穷小（S0）的解决思路；当使用尺寸很小的轮船时，由于货物的量很大，一次无法全部运输，不能解决问题3、想象工作过程的时间或对象运动的速度无穷大（T）的解决思路；在轮船上增加喷水推动装置，以便加快船的行进速度；4、想象工作过程的时间或对象运动的速度无穷小（T0）的解决思路；轮船的运动速度很小则无法解决本研究中的问题5、想象支出的成本（允许的支出）无穷大（C）的解决思路；设计制造出超音速的轮船进行货物运输，或者使用潜艇进行运输6、想象支出的成本（允许的支出）无穷小（C0）的解决思路。在不增加成本的情况下，可一选择顺风的天气或顺着水流的方向行进其它参数的极限解决思路：提出技术方案F1：在轮船两侧增加喷水式助推器提出技术方案F2：使用联合动力装置最终理想解1、设计的最终目标？增加轮船运输货物的速度2、最终理想解？轮船自己提升速度3、达到理想解的障碍是什么？轮船的体积和重量太大导致速度变慢4、出现这种障碍的原因是什么？被运输的货物量太大5、不出现这种障碍的条件是什么？使用更加便捷且运输量大的运输工具6、创造这些条件所用的资源是什么需要大量的资金和资源，以及先进科学技术提出技术方案：使用核动力装置3、 应用解决原理改善系统矛盾1.技术系统的详细分析运输速度慢运输时间长经济损失水流阻力大由于需要运输体积巨大的货物，所以必须使用体积大的轮船，导致船的重量变大，水流的阻力也增大，所以我们应该在不减小体积的基础上，减轻轮船的重量，从而减小阻力。2.技术系统的改善及问题的提出为了减少经济损失，从根本上来说应该减小水流的阻力，即减小与水的接触面积或摩擦力，二且不能降低运输能力，所以只能改变船体的材料。3.技术矛盾分析1)原问题技术矛盾的表述：那么C+：轮船的运输量增大，可以大量运输货物如果A-：增大了轮船的体积那么B+：轮船的航行速度会提高如果A+： 减小轮船的体积TC-2TC-1但是B-：轮船的航行速度无法得到提升但是C-：轮船无法大量运输货物如果A-：增大了轮船的体积那么B+：轮船的航行速度会提高如果A+： 减小轮船的体积那么C+：轮船的运输量增大，可以大量运输货物TC-2TC-1但是B-：轮船的航行速度无法得到提升但是C-：轮船无法大量运输货物如果A-：增大了轮船的体积那么B+：轮船的航行速度会提高如果A+： 减小轮船的体积那么C+：轮船的运输量增大，可以大量运输货物TC-2TC-1但是B-：轮船的航行速度无法得到提升但是C-：轮船无法大量运输货物如果A-：增大了轮船的体积那么B+：轮船的航行速度会提高如果A+： 减小轮船的体积那么C+：轮船的运输量增大，可以大量运输货物TC-2TC-1但是B-：轮船的航行速度无法得到提升但是C-：轮船无法大量运输货物确定要解决的技术矛盾为TC-1，它发生在（轮船的体积大小）与（ 货物运输量 ）之间，发生在（ 提高轮船航行速度 ）的时候。2）参数的选择 改善的参数： 8 静物体积 恶化的参数：2 静物重量3)改进方案的提出 对应查看阿奇舒勒矛盾矩阵表得到参考创新原理为：35、40、31、9、14、13、3提出技术方案F1：造船时使用密度较小的材料，以便减轻船体本身的重量，从而增加船的行驶速度提出技术方案F2：减小船体的表面粗糙度4)其他改进方案的提出提出技术方案F1：使用超空泡技术，减小阻力4.物理矛盾分析1)物理矛盾的确定（ 轮船体积）应该（减小），以满足（增加行驶速度）要求； （轮船体积）应该（增加），以满足（ 大量运输货物）要求； （货物数量）应该（减小），以满足（增大轮船行驶速度）要求； （货物数量）应该（减小），以满足（轮船大量运输货物）要求；2)运用分离原理，提出解决方案 空间分离：提出技术方案F1：在设计时，尽量减小船头处的宽度，使船的流体形状更加明显，以便于减小水流对船身的阻力，间接的加快了船的行驶速度。时间分离: 提出技术方案F2：在轮船上安装两个助推器，在轮船载货行驶时，两个助推器与发动机同时启动，增加轮船的动力性能；当轮船空载返航时，只启动发动机，就可以满足船快速行驶。 条件分离: 提出技术方案F3：在船体上增加可拆卸的帆，或在船的底部增加挡板。在顺风时张开风帆，利用风力增加轮船的动力；如果在顺流的水面上，张开船体底部的挡板，使水流对船的冲击力量加大，从而推动轮船快速行驶。5. 物-场模型分析运用模型1：机械场机械场S2S1F2S2F1S1支撑S3海水船身水翼分散 海水 船身机械场机械场S2S1F2S2F1支撑S1S3发动机船身 发动机 船身喷水式助推器机械场机械场S2S1F2S2机械场F1S1支撑S3发动机船身 发动机 船身加速燃气轮机提出技术方案F1：在船体下安装水翼提出技术方案F2：增加喷水式主推器提出技术方案F3：加入加速燃气轮机，形成联合动力装置模型2：机械场机械场F2F1S2S1S2S1支撑行驶速度低密度材料船体行驶速度 船体提出技术方案F4：船体使用低密度的材料4、 技术方案的整理与评价1.基于理想度法则提出的方案：（1）在船体的尾部安装喷水式助推器；（2）使用联合动力装置来驱动船体；2.基于技术矛盾，采用矛盾矩阵法提出的方案：（3）使用低密度的材料来建造船体；（4）降低船体的表面粗糙度，以降低水流的摩擦力；（5）减小船体的宽度，降低水体的阻力；3.基于物理矛盾，采用分离原理得出的方案：（6）安装风帆，在顺风行驶时，利用风能提高速度；（7）在船体下方安装水翼，减小船与水的接触面积，从而减小阻力；（8)将船设计为多体式，减小水波的阻力与摩擦阻力；4.基于物场模型提出的方案（9）将船的油动力改为核动力，增加动力性能；（10）使用超空泡技术，减小阻力；技术方案统计表方案总数可行性方案实施方案专利预案发明专利预案1095无无2.后续问题研究为了减小水流的阻力，应该减小水与船的接触面积，需要在船体材料方面进行研究，使船体的重量更小；研究出减小水流摩擦力的方法，将水流的有害作用变