机械设计学_第三章_机械产品的功能原理设计

1、机械设计学课件第三章机械产品的功能原理设计本章重点：功能的概念、功能原理设计的特点和内容、机械功能基本类型以及对应的求解思路、创新性思维的基本知识。3-1概述一、功能原理设计 1、定义：针对产品的主要功能所进行的原理性设计简称为功能原理设计。即应用某种“物理效应”通过某种“作用原理”来实现“功能目标”的结果。例如：点钞机分离功能原理构思下一页基本要求：通过授课、练习、课堂讨论等环节，体会功能原理求解的构思过程及思维特点。对简单动作功能及工艺功能这两类基本功能作测绘及设计构思练习。 2、重点：创新构思。例如：洗衣机功能原理的改进3、创新与市场竞争潜力。例：两种喷墨打印机4、产品更新换代的三个途径

2、：改革工作原理；改进工艺、材料和结构以提高技术性能；加强辅助功能使其更适应使用者的心理。机械设计学课件第三章机械产品的功能原理设计3-1概述返回机械设计学课件第三章机械产品的功能原理设计3-1概述返回机械设计学课件第三章机械产品的功能原理设计3-1概述二、功能原理设计的工作特点 1、新的物理效应代替旧的物理效应；例如，手表的发展三、功能原理设计的任务和主要工作内容1、任务：寻找一种物理效应和相应的作用原理以实现所追 求的功能目标。2、引入某种新技术（新材料、新工艺）。 关键是新想法（New Idea）。如超导技术磁悬浮列车3、使机器品质发生质的变化；2、主要工作内容：构思能实现功能目标的新的解

3、法原理。 包括明确功能目标、创新构思、模型试验、修改完善构 思、评价选优等工作内容。机械设计学课件l功能原理设计的工作步骤和工作内容市场调查需求发现任务确定信息收集 资料研究多向联想弱点发现问题剖析建立准则评价比较明确功能目标酝酿解法原理改进、完善解法原理选出满意解用户调查功能澄清目标建立权衡利弊去劣存优改错修正完善提高创新构思思维实验模型试验机械设计学课件第三章机械产品的功能原理设计3-1概述四、功能、功能单元和功能结构 1、功能：功能是对于某一产品的特定的工作能力的抽象化的描述，是 指某一机器（或装置）所具有转化能量、运动或其它物理量的特性。 系统工程学用“黑箱”（Black Box）来描

4、述功能：任何一个技术系统都有输入和输出。把技术系统看成一个输入输出信息流S（Signal）、能量流E（Energy）和物料流M（Materiel）的黑箱 能力：功率、转速性能：效率、耐用性、振动用途：驱动电扇、机床功用：作原动机电动机input output 信 号S 能 量E S 信 息 E 能 量 技 术 系 统 进 行 转 换 S E M 物 料M M 物 料 功能： 将电能转变为旋转运动的动能。机械设计学课件黑箱：系统内部结构完全未知的技术系统。白箱：系统内部结构完全已知的技术系统。灰箱：系统内部结构部分未知的技术系统。机械设计学课件第三章机械产品的功能原理设计3-1概述2、功能元素

5、从系统论的观点看，一个系统可以分解为一些子系统，那么一个系统的总功能也应该可以分解为一些分功能。 放出-吸收 传导-绝缘 集合-扩散 引导-阻碍 转换-回复 放大-缩小变向-定向 调整-激动 联结-开断结合-分离 接合-拆开 贮存-取出 把机器中的复杂动作分解为一些基本动作，并把这些基本动作理解为“功能元素”，由这些“功能元素”可以构成任何技术系统的复杂的总功能。典型的基本动作共有12对。四、功能、功能单元和功能结构 机械设计学课件第三章机械产品的功能原理设计3-1概述3、功能单元 把机器中的总功能只分解到“功能单元”，这样的功能单元是既有一定的独特性，又有一定复杂程度的技术单元。功能单元的概

6、念与零件、部件、或机构的概念是有区别的，前者特别适宜于在功能原理设计时进行原理性解法的构思。四、功能、功能单元和功能结构 例： 硬币计数包卷机的7个功能单元，见下页。机械设计学课件形式不同的硬币点钞机形式不同的硬币点钞机 例： 硬币计数包卷机的7个功能单元，见下页。第三章机械产品的功能原理设计3-1概述四、功能、功能单元和功能结构 机械设计学课件硬币计数包装机的外形及硬币总功能的黑箱描述机械设计学课件1硬币堆放，输送功能单元2硬币排列，分选，挑残功能单元3硬币分选，计数功能单元4硬币堆码、整理功能单元5送纸，撕纸功能单元6硬币包卷功能单元7卷边功能单元第三章机械产品的功能原理设计3-1概述四、

7、功能、功能单元和功能结构 机械设计学课件第三章机械产品的功能原理设计3-1概述4、功能结构和功能分析 一个系统的总功能可以逐步分解为很多分功能。 功能分析过程是设计人员初步酝酿功能原理设计总体方案的过程，这个过程往往不是一次完成，而是随设计工作的逐步深入而不断修改、不断完善的。机械设计学课件第三章机械产品的功能原理设计3-1概述4、功能结构和功能分析硬币计数包卷机的功能结构图机械设计学课件第三章机械产品的功能原理设计3-1概述4、功能结构和功能分析机械设计学课件第三章机械产品的功能原理设计3-1概述五、功能原理的基本类型与解法特点 1、基本类型：（1）动作功能：以实现动作为目的的功能。 （2）

8、工艺功能：以完成对对象物的加工为目的的功能。（3）综合技术功能：综合应用机、光、电、磁、热、化等各种“广义物理效应”更好地去实现各种动作功能和工艺功能的功能。 （4）关键技术（Know how）功能：以关键技术实现动作功能或工艺功能而使产品在某方面占有特殊优势的功能。 动作功能和工艺功能。a、简单动作功能：仅完成简单的一次性动作的功能。b、复杂动作功能：能实现连续的传动的动作功能。 机械设计学课件第三章机械产品的功能原理设计3-1概述五、功能原理的基本类型与解法特点 广义物理效应纯机械）综合技术功能关键技术功能工艺功能复杂动作功能简单动作功能动作功能功能类型)( ( 各种功能类型的关系 机械设

9、计学课件第三章机械产品的功能原理设计3-1概述五、功能原理的基本类型与解法特点 2、功能原理解法的特点（1）有法而无定法。分析和综合是两种不同的科学方法， 分析可以按某些既定的方法按步进行，而综合则是 “有法而无定法”，即不可能只要按某种“方法”去做就一 定能得到某种好的解法。（2）解的非唯一性。功能原理解是多解的问题，即解不是唯 一的，也不是绝对无解，而且也很难得到绝对理想的解。机械设计学课件第三章机械产品的功能原理设计3-2两种动作功能及其对应的求解思路一、简单动作功能 1、简单动作功能的特点：简单动作功能是由两个或两个以上的具有特殊几何形状的构件组成，利用它们形体上的特征，可以实现互相运

10、动或锁合的动作。常用23个构件组成。机械设计学课件人类近代十大发明之一:拉链-典型简单动作第三章机械产品的功能原理设计3-2两种动作功能及其对应的求解思路一、简单动作功能机械设计学课件电视机盒盖、圆珠笔、魔方第三章机械产品的功能原理设计3-2两种动作功能及其对应的求解思路一、简单动作功能机械设计学课件简单动作求解思路:几何形体组合法第三章机械产品的功能原理设计3-2两种动作功能及其对应的求解思路一、简单动作功能机械设计学课件第三章机械产品的功能原理设计3-2两种动作功能及其对应的求解思路2、几何形体组合法简单动作功能的求解思路之一 在构思简单动作功能时，针对功能目标，对几个构件上的几何形体进行

11、构思。由于在构件上设置几何形体的可能性非常多，为实现这类功能创造了宽广的途径，总有几种形体可以实现所要求的功能目标。 简单动作功能并没有过时，而仍以其简单可靠的特点，在各个领域可靠地为人类服务。一、简单动作功能机械设计学课件第三章机械产品的功能原理设计3-2两种动作功能及其对应的求解思路二、复杂动作功能 1、复杂动作功能的特点：以采用常用基本机构为主，演变和组合成各种形式的机构，从而实现各种复杂的运动规律或运动轨迹。 2、基本机构组合法复杂动作功能的法之一机械设计学课件第三章机械产品的功能原理设计3-2两种动作功能及其对应的求解思路二、复杂动作功能六种基本机构:1 连杆机构 2 齿轮机构3 挠

12、性机构4 凸轮机构5 螺旋机构 6 间歇机构 复杂动作功能设计求解思路:基本机构组合法硬币机卷边功能的执行结构机械设计学课件实例机构创新实验 多机构组合螺旋加工机床 第三章机械产品的功能原理设计3-2两种动作功能及其对应的求解思路二、复杂动作功能机械设计学课件第三章机械产品的功能原理设计3-2两种动作功能及其对应的求解思路 无论简单还是复杂动作功能，都是纯机械的功能，它们的基本特点是“以形体来实现功能”。这个特征使机械实现动作功能的方式变化无穷。机械动作原理实现得好与不好，全在于形体设计的变化。 进行形体设计的思维方法主要要用形象思维、视觉思维和动作思维的思维方式，也就是说不能全靠抽象思维来进

13、行形体的构思。机械设计学课件第三章机械产品的功能原理设计3-3工艺功能及其对应的求解思路 一、工艺功能的特点 工艺类机器的执行机构的动作和工作头的形状往往以被加工工作物质的工艺过程密切相关，工作头对物体的作用形式（作用场）有纯机械的作用，也有不是纯机械的作用。因此，工作头的形状、运动方式和作用场构成完成工艺功能的三要素。 工艺功能比起动作功能来，更容易进行改进和革新，因为工作头的变革可能性是很大的。工艺功能的解法往往在工艺上发生了巧妙的革新，而在技术上不一定有很困难的问题。 这一类功能的特点是要设计工艺，由于完成原理的工艺是可以变化的。因此这类功能原理可以有更多的灵活性。往往通过改善工艺而设计

14、出更新颖、更有效的原理解法。机械设计学课件第三章机械产品的功能原理设计3-3工艺功能及其对应的求解思路 一、工艺功能的特点犁的工作曲面1犁尖2犁镜3曲面机械设计学课件第三章机械产品的功能原理设计3-3工艺功能及其对应的求解思路 一、工艺功能的特点绞肉机水刀切割工艺注意:工艺功能是广义上的,不一定是纯机械的,如水刀、激光刀机械设计学课件工艺功能相对于动作功能，更容易改进第三章机械产品的功能原理设计3-3工艺功能及其对应的求解思路 一、工艺功能的特点机械设计学课件第三章机械产品的功能原理设计3-3工艺功能及其对应的求解思路 二、SField（Substance-Field）法(物场分析法) 这种方

15、法是前苏联的科学家提出的，最适合求解工艺功能。 这个方法的基础是对“最小技术系统”的理解和分析。 在任何一个最小技术系统中，至少有一个主体（S1），一个客体（S2）和一个场（F）。这三者缺一即不可能发生技术作用。S1（主体）即对客体发生作用的物体，也就是所说的工作头；S2（客体）即被加工的物体，也就是工艺动作的对象。F（场）即指S1向S2作用时发生的一切作用场。 S1主 体 S2客 体 F 场 S Field 法 机械设计学课件第三章机械产品的功能原理设计3-3工艺功能及其对应的求解思路 二、SField（Substance-Field）法(物场分析法) 讨论:如何用SField模式来求解工艺

16、功能的功能原理问题。 1、F、S1搜索如需要完成修剪草地的任务，如何构思剪草机的工作原理呢？ 在这个问题里，S2草，寻求合适的F和S1。可能被利用的F： （1）拉力可以拉断草，但无法控制被拉断的草的高度，无法使草地整齐；（2）割断力像农夫割麦一样，需要握住草的上部才能割断；（3）剪断力利用剪刀刃合拢，可以剪断。机械设计学课件第三章机械产品的功能原理设计3-3工艺功能及其对应的求解思路 二、SField（Substance-Field）法(物场分析法) 讨论:如何用SField模式来求解工艺功能的功能原理问题。 2、完善 原设计中有时会出现缺少F或S1的情况，并因此而造成功能不良的后果。应该通过

17、补全F或S1的措施来使SField模式完善化。机械设计学课件完善机械设计学课件第三章机械产品的功能原理设计3-3工艺功能及其对应的求解思路 二、SField（Substance-Field）法(物场分析法) 讨论:如何用SField模式来求解工艺功能的功能原理问题。 3、增加 一个最小技术系统至少应具有S1、S2和F，但有时还应辅以S1和F，才能更好地完成希望实现的功能。 S1刀具 S2钢工件 F切削力 F 分子吸附膜 S1 切削液 金属切削过程的S F法分析 机械设计学课件第三章机械产品的功能原理设计3-3工艺功能及其对应的求解思路 二、SField（Substance-Field）法(物场

18、分析法) 讨论:如何用SField模式来求解工艺功能的功能原理问题。 4、变换 对已有的工艺功能解法中的S1和F进行分析后，常常可发现它们并不是不可替换的，有时通过变换会产生意想不到的效果。 机械设计学课件第三章机械产品的功能原理设计3-3工艺功能及其对应的求解思路 二、SField（Substance-Field）法(物场分析法) 割草机机械设计学课件第三章机械产品的功能原理设计3-3工艺功能及其对应的求解思路 二、SField（Substance-Field）法(物场分析法) 割草机机械设计学课件机械设计学课件变换机械设计学课件第三章机械产品的功能原理设计3-4关键技术功能及其对应的求解思

19、路 一、关键技术功能的特点 由于特殊的工作条件（约束）或使用要求，出现了用常规技术或已有技术难以达到的技术难点，或是别人目前尚难以实现的技术高度，解决此关键技术往往是出奇制胜。二、产品中的关键技术 （3个方面） 1、材料：例如高强度、高耐磨性、特殊的润滑油、特殊轻质材料（例如复合材料）、特殊的物理性能要求等； 2、制造工艺：高精度、小的表面粗糙度、高的热处理要求 （2mm缝隙） 3、设计：通过设计实现特殊的功能原理，尤其是实现以前从未有人实现过的或是比别人已经实现的功能更好的功能水平。（打印机）机械设计学课件第三章机械产品的功能原理设计3-4关键技术功能及其对应的求解思路 三、技术矛盾分析法求

20、解关键技术功能的思路之一 所谓“关键技术”是指在实现功能原理的解法时存在的技术难点，人们曾用一般技术方法作过尝试，但都未得到满意的解决。这样的技术难点就是“关键技术”。首先解决这种关键技术的当然可以申请“专利”，也可作为一种“Know How”而独享技术的效益。 无论何种关键技术，往往都是在某种特殊条件的约束下难以实现的技术难点，其中的约束条件和期望达到的较高要求就形成一对技术矛盾。认真分析这一技术上的矛盾之所在，就是解决关键技术的思路。 数控机床发展初期、滚珠丝杆副和静压导轨成为关键技术 机械设计学课件第三章机械产品的功能原理设计3-4关键技术功能及其对应的求解思路 如：肌电控制人工假手为例

21、i2=10, 30s, 50N 20cm n=5000r/min, M=0.3Ncm. i1=900, 0.5rad/s, 5N 机械设计学课件 由于空间的限制，只能用直径仅由于空间的限制，只能用直径仅20mm20mm左右的微型直流电左右的微型直流电动机（额定输出动机（额定输出n=5000r/minn=5000r/min，M=0.3N.cmM=0.3N.cm）。）。经过减速比经过减速比i1=900i1=900的降速后，驱动一套连杆机构，使手指得到约的降速后，驱动一套连杆机构，使手指得到约0.50.5rad/srad/s的抓握运动速度。但是在这样的运动速度下，指端的抓握运动速度。但是在这样的运动

22、速度下，指端的捏紧力只有的捏紧力只有5 5N N左右。若使捏紧力达到左右。若使捏紧力达到5050N N，一般的方法是降一般的方法是降速比增大速比增大1010倍，手指的运动速度降低倍，手指的运动速度降低1010倍。存在运动与力的倍。存在运动与力的矛盾。矛盾。1)1)主要矛盾是电动机体积和输出力矩之间的矛盾。研制一种主要矛盾是电动机体积和输出力矩之间的矛盾。研制一种大力矩的微型电动机就是一种求解的途径。大力矩的微型电动机就是一种求解的途径。2 2）从动力学的角度来看，若有足够大的存储能量的飞轮，也从动力学的角度来看，若有足够大的存储能量的飞轮，也可达到增大指端捏紧力的目的。可达到增大指端捏紧力的目

23、的。机械设计学课件机械设计学课件机械设计学课件机械设计学课件机械设计学课件机械设计学课件机械设计学课件机械设计学课件机械设计学课件 肌电控制人工假手为例，为解决电动机体积和输出力矩之间的矛盾，考虑设计大力矩的微型电动机；或从动力学角度，给系统足够大的储能飞轮。机械设计学课件第三章机械产品的功能原理设计3-5综合技术功能及其对应的求解思路一、综合技术功能的特点 在某些特定的条件下，采用广义物理效应，实现比纯机械方法更好的动作功能或工艺功能。二、物理效应引入法综合技术功能的求解思路之一 这里指的是一种广义的物理效应，机构学本身包含了运动学、力学方面的各种物理效应，但除此之外，还有更多的物理效应（如

24、热膨胀冷缩，电磁效应、光电效应、流体效应）可以在求解时引入。 机械设计学课件高水平的平面电动式绘图仪，利用步进电机、气浮导轨等原理温控开关体液泵石英电子表P51物理效应查阅表机械设计学课件机械设计学课件机械设计学课件第八节第八节 功能原理设计的工作要点功能原理设计的工作要点 功能原理设计是在创意确定之后，进一步去实现功能原理设计是在创意确定之后，进一步去实现创意阶段所提出的功能目标。因此它的工作重点是创意阶段所提出的功能目标。因此它的工作重点是构思和创造，以及随后的原理验证和表达。构思和创造，以及随后的原理验证和表达。 功能原理设计是一个创新过程，但这种创新决不功能原理设计是一个创新过程，但这

25、种创新决不能像求解数学难题那样只是冥思苦想，而应该做一能像求解数学难题那样只是冥思苦想，而应该做一些切切实实的实际工作，考虑一些必须注意的问题。些切切实实的实际工作，考虑一些必须注意的问题。主要可以归结为以下一些工作要点。主要可以归结为以下一些工作要点。机械设计学课件1明确所要设计的任务的功能目标，提出具体问题明确所要设计的任务的功能目标，提出具体问题 例如：有关部门需要设计肌电假手，要求不很具体，例如：有关部门需要设计肌电假手，要求不很具体，只提出要有能模仿真手抓握物体的假手。经分析如能只提出要有能模仿真手抓握物体的假手。经分析如能像真手一样能拿起一个质量约为像真手一样能拿起一个质量约为30

26、0g300g的物体，应实现的物体，应实现的具体功能目标如下：的具体功能目标如下：手指应能实现手指应能实现0.5rad0.5rads s的抓握运动速度，以模仿人的抓握运动速度，以模仿人手的真实运动。手的真实运动。手指触物后，应能产生手指触物后，应能产生50N50N左右的捏紧力，以满足实左右的捏紧力，以满足实际工作的需要。际工作的需要。所用微型电动机需在假手掌心中放置，故其外径应所用微型电动机需在假手掌心中放置，故其外径应不大于不大于20mm20mm。传动机械的效率应足够高，以保证充电电池至少能传动机械的效率应足够高，以保证充电电池至少能工作工作1 1天天。机械设计学课件2调查、分析已有的解法原理

27、，供设计时参考调查、分析已有的解法原理，供设计时参考 调查和分析已有的解法原理对于启发思路是十分调查和分析已有的解法原理对于启发思路是十分重要和有益的。已有技术一方面反映了别人的构思和重要和有益的。已有技术一方面反映了别人的构思和实践的结晶；另一方面也提供了分析、比较的对象，实践的结晶；另一方面也提供了分析、比较的对象，使设计者能在已有技术的基础上，提出更新、更巧妙使设计者能在已有技术的基础上，提出更新、更巧妙的构思来。的构思来。机械设计学课件3进行创新构思、寻求更合理的解法原理进行创新构思、寻求更合理的解法原理 设计者应该有一个信念：现有的产品决不是设计者应该有一个信念：现有的产品决不是顶峰

28、，肯定还会有更好的设计出现。要争取由自顶峰，肯定还会有更好的设计出现。要争取由自己推出新一代的创新产品。己推出新一代的创新产品。 设计者应重视基本科学知识的积累，避免陷设计者应重视基本科学知识的积累，避免陷入一些违反基本科学原理的入一些违反基本科学原理的“错觉错觉”。例如，有。例如，有人设计了一种机械式的人设计了一种机械式的“功率增大器功率增大器”，认为能，认为能把小功率输入变为大功率输出，他采用了一种特把小功率输入变为大功率输出，他采用了一种特殊的行星齿轮传动方式来实现他的理想。当然，殊的行星齿轮传动方式来实现他的理想。当然，他所作的原理设计中存在着基本力学知识上的错他所作的原理设计中存在着

29、基本力学知识上的错误。误。机械设计学课件4初步预想实用化的可能性初步预想实用化的可能性大量例子说明一个好的原理构思最后不能成为产品。在专利文大量例子说明一个好的原理构思最后不能成为产品。在专利文献中有大量的专利都没有能够成为有用的技术。其中部分的原献中有大量的专利都没有能够成为有用的技术。其中部分的原因就是因为结构、材料和工艺问题无法得到合理的解决。这充因就是因为结构、材料和工艺问题无法得到合理的解决。这充分说明创新构思时要粗略考虑一些主要的结构工艺问题。分说明创新构思时要粗略考虑一些主要的结构工艺问题。5认真进行原理性试验认真进行原理性试验 这是功能原理设计阶段的最后一步，也是最重要的一步。

30、在进这是功能原理设计阶段的最后一步，也是最重要的一步。在进行创新构思时，尽管反复检验过他的发明原理但是实际做一行创新构思时，尽管反复检验过他的发明原理但是实际做一下试验，往往会出现意想不到的问题。下试验，往往会出现意想不到的问题。 例如在假手的原理试验时，发生手指捏紧后的反弹松脱现象，例如在假手的原理试验时，发生手指捏紧后的反弹松脱现象，令人百思不得其解，不知是何原因。后来才弄清楚，这是在切令人百思不得其解，不知是何原因。后来才弄清楚，这是在切换时有一瞬间出现了两个离合器同时处于脱开的状态使得手换时有一瞬间出现了两个离合器同时处于脱开的状态使得手指失控，造成反弹松脱。找到了原因，才采取了相应的

31、措施，指失控，造成反弹松脱。找到了原因，才采取了相应的措施，解决了上述反弹问题。解决了上述反弹问题。机械设计学课件6评价、对比、决策评价、对比、决策 必须要根据实验的结果进行评价和对比，从技术和经济两方必须要根据实验的结果进行评价和对比，从技术和经济两方面的对比结果来做出决策。面的对比结果来做出决策。 设计工作过程中，有两项重大决策问题：设计工作过程中，有两项重大决策问题： 一是在创意阶段，这是决定产品方向的决策。要能判断一是在创意阶段，这是决定产品方向的决策。要能判断5年或年或10年以后市场所需要的产品年以后市场所需要的产品 二是在构思阶段，这是决定产品的技术方向的决策。二是在构思阶段，这是

32、决定产品的技术方向的决策。个产品个产品可能有两个以上的技术方向，在未来的发展中有可能出现完全不可能有两个以上的技术方向，在未来的发展中有可能出现完全不同的命运。同的命运。 例如，不久以前，人们提出了一种创意，就是壁挂式电视，例如，不久以前，人们提出了一种创意，就是壁挂式电视，没有人怀疑这种创意的合理性，于是各大公司都花大量的人力、没有人怀疑这种创意的合理性，于是各大公司都花大量的人力、物力投入研究、试制。但是随后出现的功能原理设计中，就出现物力投入研究、试制。但是随后出现的功能原理设计中，就出现了技术方向的问题，是用液晶技术，还是用固体发光技术，了技术方向的问题，是用液晶技术，还是用固体发光技

33、术，机械设计学课件哪一种有最好的效果哪一种有最好的效果屏幕的光亮度、色彩的鲜艳程度以及寿屏幕的光亮度、色彩的鲜艳程度以及寿命、省电等等其它性能指标命、省电等等其它性能指标)。后来又出现了发光塑料，也许。后来又出现了发光塑料，也许发光塑料可以比液晶和固体发光都好。或者还有一些别的什么发光塑料可以比液晶和固体发光都好。或者还有一些别的什么可能性，可能性，旦作出决策，开发出产品就将承受市场的风险。旦作出决策，开发出产品就将承受市场的风险。 又例如，目前市场上的喷墨打印技术，也存在两个技术方向又例如，目前市场上的喷墨打印技术，也存在两个技术方向的选择，现在两个方向的选择，现在两个方向(汽化喷墨和压电喷

34、墨汽化喷墨和压电喷墨)正在激烈竞争，正在激烈竞争，最后的胜利将由市场作出判决，只有市场才是决定胜负的唯一最后的胜利将由市场作出判决，只有市场才是决定胜负的唯一标准。标准。 因此，在选择技术方向的决策中，实际上不存在方法，只有因此，在选择技术方向的决策中，实际上不存在方法，只有像象棋大师那样，用深刻的洞察力、精密地分析比较、超人的像象棋大师那样，用深刻的洞察力、精密地分析比较、超人的预测能力，最后通过直觉判断，作出天才的决策。不过任何天预测能力，最后通过直觉判断，作出天才的决策。不过任何天才的决策成功率也不可能是才的决策成功率也不可能是100。 总之，决定产品方向和技术方向的决策是一个非常重要。

35、总之，决定产品方向和技术方向的决策是一个非常重要。又是非常困难的问题，千万不要轻信那些草率的决策，它将带又是非常困难的问题，千万不要轻信那些草率的决策，它将带来灾难性的后果。来灾难性的后果。机械设计学课件第九节第九节 功能原理设计的创造性问题功能原理设计的创造性问题 “创新是一个民族进步的灵魂创新是一个民族进步的灵魂”，在激烈的世界性经济，在激烈的世界性经济竞争中，产品在市场上的竞争力，很大程度取决于企业的创竞争中，产品在市场上的竞争力，很大程度取决于企业的创新能力。新能力。 设计本身就是创造，创意阶段需要创新，而构思阶段即设计本身就是创造，创意阶段需要创新，而构思阶段即功能原理设计阶段更需要

36、创新。功能原理设计阶段更需要创新。 一个设计人员是否有较高的创造性素质，在很大程度上一个设计人员是否有较高的创造性素质，在很大程度上决定了他工作中的创造性效果。研究证明：有很高智商的人决定了他工作中的创造性效果。研究证明：有很高智商的人不一定有很高的创造性，而只有一般智商的人却常常表现出不一定有很高的创造性，而只有一般智商的人却常常表现出很高的创造才能。一个设计人员的创造性素质首先在于他有很高的创造才能。一个设计人员的创造性素质首先在于他有没有强烈的创造意识没有强烈的创造意识(欲望欲望)。但创造意识只是一种主观愿望。但创造意识只是一种主观愿望。他还必须要有创造性的知识基础、思维方法和对创造性机

37、理他还必须要有创造性的知识基础、思维方法和对创造性机理的认识和理解。最后，也就是最重要的，他还必须要有从事的认识和理解。最后，也就是最重要的，他还必须要有从事创造实践的积极性。坚持实践。才有可能获得成功。创造实践的积极性。坚持实践。才有可能获得成功。机械设计学课件一、创造性机理一、创造性机理图图332表示了人的创造性本能和影响成功的因素。图表示了人的创造性本能和影响成功的因素。图333表表明了创造性形成的机理：心理素质是核心；知识、经验、能力明了创造性形成的机理：心理素质是核心；知识、经验、能力是基础；灵活的思维不断探索方向；实践是成功之路；如果在是基础；灵活的思维不断探索方向；实践是成功之路

38、；如果在前进的道路上遇到了成功的机会，就有可能抓住机会取得成功。前进的道路上遇到了成功的机会，就有可能抓住机会取得成功。机械设计学课件二、创造性知识基础二、创造性知识基础 一个好的设计师应该具有很广的知识面和较坚一个好的设计师应该具有很广的知识面和较坚实的知识基础。为了扩大人们在求解过程中搜索的实的知识基础。为了扩大人们在求解过程中搜索的眼界，人们编制了一些知识库供参考。其中最典型眼界，人们编制了一些知识库供参考。其中最典型的是德国学者洛特的是德国学者洛特(Roth)编制的编制的“设计目录设计目录”。其。其中列举了各种已知的物理效应、技术结构中列举了各种已知的物理效应、技术结构。有。有些德国学

39、者还提出一种系统化些德国学者还提出一种系统化(systematic)思想，他思想，他们力图把各种技术问题的解法分类排序系统地编排们力图把各种技术问题的解法分类排序系统地编排成表格，以供设计人员查阅。这些都属于知识系统成表格，以供设计人员查阅。这些都属于知识系统化的工作。化的工作。 对于设计人员来说最宝贵的还是在不断参加设对于设计人员来说最宝贵的还是在不断参加设计和制造实践中积累起来的知识和经验。特别是那计和制造实践中积累起来的知识和经验。特别是那些失败的经验。些失败的经验。机械设计学课件 三、情绪智商三、情绪智商(Emotional Intelligence Quotient) 这是美国哈佛大

40、学心理系教授丹尼尔这是美国哈佛大学心理系教授丹尼尔戈尔曼于戈尔曼于1995年提出的概念。他认为一个人的成功，一般智年提出的概念。他认为一个人的成功，一般智商只占商只占20的作用，而情绪智商则占的作用，而情绪智商则占80的作用，的作用，这可以很好解释那些智商高而没有成就，而智商一这可以很好解释那些智商高而没有成就，而智商一般却可能有很高成就的现象。般却可能有很高成就的现象。 所谓情绪智商：是指一种做人的涵养，一种性格所谓情绪智商：是指一种做人的涵养，一种性格的素质，一种精神力量，具体表现在处理事物时能的素质，一种精神力量，具体表现在处理事物时能自动自发，能控制情绪，有远大目光有自我认识，自动自发

41、，能控制情绪，有远大目光有自我认识，待人接物有较好的人际技巧等等。待人接物有较好的人际技巧等等。机械设计学课件四、创造性思维规律四、创造性思维规律 创造性的障碍首先是心理上的，其次是思维习惯创造性的障碍首先是心理上的，其次是思维习惯上的。人们往往害怕进入上的。人们往往害怕进入个陌生的领域。担心在那个陌生的领域。担心在那些看起来是可笑的想法上进行研究；常常会产生一种些看起来是可笑的想法上进行研究；常常会产生一种习惯心理：习惯心理：“会不会失败会不会失败?”；承受不起哪怕是很小的；承受不起哪怕是很小的一次失败，总希望一次就能成功。这些部属于一种有一次失败，总希望一次就能成功。这些部属于一种有害的害

42、的“心理惯性心理惯性”。克服这种心理惯性是发挥创造性。克服这种心理惯性是发挥创造性的首要问题。的首要问题。 思维习惯上的墨守成规也是创造性发挥的重大障碍。思维习惯上的墨守成规也是创造性发挥的重大障碍。为此有必要介绍什么是创造性思维以及其方式和规律为此有必要介绍什么是创造性思维以及其方式和规律是什么是什么?1直觉和灵感直觉和灵感机械设计学课件直觉直觉(Intuition)是创造性思维的一种重要形式，几乎没有任何是创造性思维的一种重要形式，几乎没有任何一种创造性活动能离开直觉思维活动。直觉和灵感并不是唯心一种创造性活动能离开直觉思维活动。直觉和灵感并不是唯心的东西，它的基础是平时积累的的东西，它的

43、基础是平时积累的“思维元素思维元素和和“经验经验”。直觉和灵感不过是它们的升华。由于直觉往往出现在无意识的直觉和灵感不过是它们的升华。由于直觉往往出现在无意识的思维过程中思维过程中(如散步时、睡梦中如散步时、睡梦中)，而不是在集中注意力思，而不是在集中注意力思维的时候因此常常给人们一种维的时候因此常常给人们一种“神秘感神秘感”。 爱因斯坦说：爱因斯坦说：“我相信直觉和灵我相信直觉和灵感感”。他还画了一个模式图来描绘。他还画了一个模式图来描绘直觉产生的机理。他认为直觉起直觉产生的机理。他认为直觉起源于创造性的想象，通过反复的源于创造性的想象，通过反复的想象和构思并激发起潜意识，然想象和构思并激发

44、起潜意识，然后就可能在某种环境条件下升华后就可能在某种环境条件下升华为直觉或灵感为直觉或灵感(见图见图334)。直觉 灵感 升 华 想象 形象思维 思维元素 e 实践经验 机械设计学课件爱因斯坦生平简介：爱因斯坦生平简介： 现代物理学的开创者和奠基人。现代物理学的开创者和奠基人。 1879年年3月月14日生于德国的乌尔姆，日生于德国的乌尔姆， 1955年年4月月18日卒于美国的普林斯顿。日卒于美国的普林斯顿。 1900年毕业于瑞士苏黎世联邦工业大学，毕业后即失业。年毕业于瑞士苏黎世联邦工业大学，毕业后即失业。在朋友的帮助下，才在瑞士联邦专利局找到工作。在朋友的帮助下，才在瑞士联邦专利局找到工作

45、。1905年获年获苏黎世大学博士学位。苏黎世大学博士学位。1909年任苏黎世大学理论物理学副教年任苏黎世大学理论物理学副教授，授，1911年任布拉格大学教授，两年后任德国威廉皇家物理年任布拉格大学教授，两年后任德国威廉皇家物理研究所所长、柏林大学教授，当选为普鲁士科学院院士。研究所所长、柏林大学教授，当选为普鲁士科学院院士。1932年受希特勒迫害离开德国年受希特勒迫害离开德国,1933年年10月定居美国。爱因斯月定居美国。爱因斯坦在物理学的许多领域都有贡献，比如研究毛细现象、阐明坦在物理学的许多领域都有贡献，比如研究毛细现象、阐明布朗运动、建立狭义相对论并推广为广义相对论、提出光的布朗运动、建

46、立狭义相对论并推广为广义相对论、提出光的量子概念，并以量子理论完满地解释光电效应、辐射过程、量子概念，并以量子理论完满地解释光电效应、辐射过程、固体比热，发展了量子统计。并于固体比热，发展了量子统计。并于1921年获诺贝尔物理学奖。年获诺贝尔物理学奖。机械设计学课件2潜意识潜意识 有些思维学家有些思维学家(如弗洛伊德如弗洛伊德 . .西格蒙德西格蒙德 Freude.Sigmund 18561939Sigmund 18561939，奥地利医生、心理学，奥地利医生、心理学家，他是精神分析学派的创始人。家，他是精神分析学派的创始人。） （论无意识论无意识1915)认为在人脑的思维活动中，存在着无意识

47、的思认为在人脑的思维活动中，存在着无意识的思维。所谓维。所谓“无意识无意识”和和“下意识下意识”的行为就和这种的行为就和这种思维活动有关。这些思维学家强调思维活动有关。这些思维学家强调“下意识下意识”的重的重要性并称之为要性并称之为“潜意识潜意识”。他们把它看得比有意识。他们把它看得比有意识的思考更重要。在他们看来，创造性思维活动过程的思考更重要。在他们看来，创造性思维活动过程可以分为四个意识阶段，即有意识活动可以分为四个意识阶段，即有意识活动(准备准备)阶段阶段无意识活动无意识活动(潜伏、酝酿潜伏、酝酿)阶段阶段过渡过渡(产生灵感产生灵感)阶段阶段有意识活动有意识活动(发展、完善发展、完善)

48、阶段。其中第二、阶段。其中第二、三阶段就是潜意识活动的过程。三阶段就是潜意识活动的过程。机械设计学课件3形象思维和思维实验形象思维和思维实验 形象思维是指头脑里产生实物形象的思维方式，形象思维是指头脑里产生实物形象的思维方式，这种形象是介于实物和抽象概念之间的一种图形，这种形象是介于实物和抽象概念之间的一种图形，爱因斯坦认为直觉思维必须借助于这种智力图像。爱因斯坦认为直觉思维必须借助于这种智力图像。只有这种形象思维才能使人对空间状况和变化过程只有这种形象思维才能使人对空间状况和变化过程进行思维。进行思维。 思维实验则是指在头脑里对所构思的过程进行模思维实验则是指在头脑里对所构思的过程进行模拟性

49、的实验。爱因斯坦在发现相对论的过程中就做拟性的实验。爱因斯坦在发现相对论的过程中就做过这样的思维实验。上面提到的过这样的思维实验。上面提到的“智力图像智力图像”正是正是人们进行思维实验时的好工具。人们进行思维实验时的好工具。机械设计学课件 4.视觉思维和感觉思维视觉思维和感觉思维 这是一种强化认识强化联想和诱发灵感的重这是一种强化认识强化联想和诱发灵感的重要手段，都属于动作思维的范畴。要手段，都属于动作思维的范畴。 视觉的重要性在于它能从形象上修正人们的主视觉的重要性在于它能从形象上修正人们的主观臆测，从形象上启发人的想象力，从而进一步观臆测，从形象上启发人的想象力，从而进一步引发人的灵感。建筑学强调视觉思维，机械设计引发人的灵感。建筑学强调视觉思维，机械设计强调强调sketch和模型试验，因为它可以从形象思维的和模型试验，因为它可以从形象思维的基础上，通过视觉和感觉得到更真切的思维判断。基础上，通过视觉和感觉得到更真切的思维判断。机械设计学课件 5 想象力想象力 发明创造需要有丰富的想象力。虽然，并不是所发明创造需要有丰富的想象力。虽然，并不是所有想象得到的东西都能做得到，但是象不到的东西有想象得到的东西都能做得到，但是象不到的东西肯定是不会做到的。肯定是不会做到的。 人的实践可以启发想象力，在实践中经常会出人的实践可以启发想象力，在实践中经常会出现很多原