第10课 改进操作和控制的发明原理

第10课改进操作和控制的发明原理提高系统协调性的发明原理【案例导入】测量倾斜的虎丘塔目录10.1等势原理（12）10.2反向作用原理（13）10.3未达到或过度作用原理（16）10.4反馈原理（23）10.5中介物原理（24）10.6自服务原理（25）10.7复制原理（26）10.8廉价替代品原理（27）1.等势原理（12）等势原理（12）等势原理涉及三个既可以单独使用，也可以合并使用的概念：（1）在一个系统或过程的所有点或方面建立均匀位势，以便获得某种系统增益；（2）在系统内建立某种关联，以维持位势相等；（3）建立连续的、完全互相联系的关联和联系。指导原则：以某种方式改变作业条件（工作状态），而不必升高或降低对象。等势原理（12）典型案例：电梯可以将乘客运送到高层建筑上，从而避免了人自己爬楼梯。运用技巧：利用等势原理解决工程难题的实例如位于水运航线上水坝建设的船闸，船

在通过水坝的时候，需要在船闸中

调整其位势，以便顺利地从一个水

平高度调整到另一个水平高度。等势原理（12）等势原理（12）等势原理（12）2.反向作用原理（13）反向作用原理（13）反向作用原理是指：通过在空间上将对象翻转（上下、左右、前后、内外），在时间上将顺序颠倒，在逻辑关系上将原因与结果反过来，从而利用不同（或相反）方法实现相同的目的。指导原则：（1）用与原来相反的作用实现相同的目的。（2）让物体或环境中可动的部分不动，不动部分可动。（3）将对象（物体、系统或过程）“颠倒”（上下、内外、前后、顺序等）过来。反向作用原理（13）典型案例：（1）用平车运送货物时，既可以推，也可以拉，来实现相同的结果。（2）利用黑笔和白板的组合代替传统的黑板和白粉笔的组合。（3）除了通过上路驾驶来测试汽车的空气动力特性之外，也可使其进入一个风洞来模拟。这种方法可以用于任何需要气动或水动测试的系统。（4）在向房顶上运送建筑材料时，人既可以站在房顶上用绳子往上拽，也可以通过在房顶上部安装一个滑轮，用绳子往下拉。无论采用哪种方式，都可以将建筑材料运送到房顶上。（5）跑步机将人移动而地面不动改变为人不动而“地面”移动。反向作用原理（13）反向作用原理（13）运用技巧：运用反向作用发明原理，可以考虑使物体、系统或过程倒置。例如，在一些空间不足的地方，将外六角螺丝换成内六角螺丝。反向作用原理（13）又如，电磁起重机用于起吊重物，极大地节省了人力和实践。但是，使用电磁铁既不安全，又浪费电能。电磁铁的原理是通电吸附，断电释放，这也是它需要常备应急电源的缘故。所以工程师开发了电控永磁起重机。虽然都是利用磁力，但是只有释放重物时才使用电能，这既节省了

电能，又保证了安全。反向作用原理（13）课堂讨论：请说一说其中蕴含的道理。①乘客随滚动电梯上下楼；②为了将两个套紧的物体分离，可以将内层物体冷冻，或者将外层物体升温；③用逆排序法制定工作计划。3.未达到或过度作用原理（16）未达到或过度作用原理（16）未达到或过度作用原理是指：如果很难百分之百达到所要求的效果，则可以采用“略少一点”或“略多一点”的做法，这样可以大大降低解决问题的难度。既可以先采用局部的（不足的）作用来“略微不足地”初步完成某项任务，然后再进行最后的调整；也可以先采用过度的（过量的、过大的）作用来“略微过量地（超额地）”初步完成某项任务，然后再进行最后的调整。指导原则：当所期望的效果难以完全实现时，“稍微大于”或“稍微小于”会使问题大大简化。未达到或过度作用原理（16）典型案例：在喷漆的时候，很难精确地给对象喷上一定厚度的油漆，因此，可以先给对象喷过量的油漆，然后再设法去除多余的部分。例如在给缸筒上油漆的时候，可以先将缸筒浸泡到盛油漆的容器中，让缸筒上附着过量的油漆，然后将缸筒取出，并快速旋转缸筒，利用离心力甩掉多余的油漆。运用技巧：打土坯的时候，先向模具中放入过量的泥土与稻草的混合物，踩实以后，用木板沿模具的上端刮一下，将多余的混合物去除。未达到或过度作用原理（16）课堂讨论：请说一说其中蕴含的道理。在机械加工领域，对一个零件毛坯进行加工的时候，首先进行的是粗加工，目的是快速去除绝大部分多余的材料，然后再进行精加工，慢慢地去除剩余的少量材料，使零件的加工精度达到所要求的公差范围。4.反馈原理反馈原理（23）反馈原理是指：将系统的输出作为输入返回到系统中，以便增强对输出的控制。指导原则：（1）向系统中引入反馈以改善性能。（2）如果已引入反馈就改变它。反馈原理（23）典型案例：（1）声控喷泉。（2）自动导航系统。（3）利用恒温开关控制温度。（4）加工中心的自动检测装置。反馈原理（23）运用技巧：聪明绳索。任何一个消防队员或者攀岩者都可以告诉你，一条简单的绳子可以救你的命，条件是它不要磨损或突然断裂。如今科学家研制出了“聪明绳索”，这种智能绳索里面有电子传导金属纤维，可以判断它所承受的重量，如果重量太大，它无法承受，绳索就会向使用者发出警告。智能绳索还可以用于停泊船只、保护贵重物品或者用于营救行动。聪明的绳索就是在普通绳索上增加了反馈，从而提高安全性。反馈原理（23）课堂讨论：请说一说其中蕴含的道理。①运动敏感光线控制系统（厕所光线敏感冲水系统）。②当温度由高变低时，改变恒温开关中负反馈装置的灵敏度，因为温度降低的时候运用能量的效率会降低。5.中介物原理（24）中介物原理（24）中介物原理是指：将某对象临时或永久地放置在两个或多个现有对象中间作为一个“调停装置”。调停或协商就是指两个不相容的（互相矛盾的、性质相反的）参与者、功能、事件或条件（情形、环境、情境）之间的某种临时性的链接。通常利用某种易于去除的中间载体、中间阻断物或中间过程来实现这种链接。指导原则：（1）利用中介物来转移或传递某种作用。（2）将一个对象与另一个容易去除的对象暂时结合在一起。中介物原理（24）典型案例：（1）用于演奏弦乐器的拨子（用来弹拨乐器的小而薄的金属、骨制或类似材料的片子）。（2）电源开关（在手与电线之间传递作用）。（3）计算机网络、通信网络、供电网络、货币。（4）饭店上菜的托盘。（5）化学反应中的催化剂。中介物原理（24）运用技巧：胶管上的孔。现在需要在一根长胶管上钻出很多径向小直径的标准孔。因为胶管很软，钻孔操作起来显得非常不容易。有人建议用烧红的铁棍来烫出小孔。经过尝试，发现烫出的小孔很毛糙，而且很容易破损，不能满足质量要求。“有没有什么好的办法？”经理问。大家面面相觑。这似乎是一个不容易解决的问题。基于中介物发明原理，可以很好地的解决这个问题。先给胶管里面充满水，然后进行冷冻，待水冻成冰态时，再进行钻孔加工。加工完成后，冰会融化成水很容易排出管道。中介物原理（24）课堂讨论：请说一说其中蕴含的道理。①将两相电转换为三相电的转换插头。②签字仪式上的公证员（双方均可信任的独立的第三方）。③借助钳子、镊子等工具，人手可以完成许多原本难以完成的任务。④药片上的糖衣（或胶囊）。6.自服务原理（25）自服务原理（25）自服务原理是指：在执行主要功能的同时执行相关功能。指导原则：（1）使对象能执行辅助性的或维护性的工作，以便进行自我服务。（2）利用废物（能量、物质）。自服务原理（25）典型案例：（1）自清洁玻璃。（2）无人值守的自动售货机。（3）在收割的过程中，将作物的秸秆粉碎后直接填埋作为下一季庄稼的肥料。（4）利用钢铁厂炼钢的余热发电，将发的电再

用于钢铁厂的生产上。（5）用生活垃圾做肥料。自服务原理（25）自服务原理（25）运用技巧：钢珠输送管道的难题。在一个输送钢珠的管道中，拐弯部位在工作一两个小时后就会坏掉。主要原因是钢珠在高速气体的驱动下，对弯曲部位的管壁进行着连续撞击，很快就会撞出一个洞来。管道损坏后必须停止输送来进行维修，这就影响了生产效率。“看来还需要一条管道，”工程师说，“当需要维修时，启动另一条管道来输送钢珠。”“两条管道会增加成本，”经理说，“而且更替管道时仍然会影响生产效率。”这似乎是一个难以解决的难题。自服务原理（25）运用自服务发明原理，可以保证管道顺利工作而不必或者大大减少修补。在拐弯部位的管道外放置磁铁，当钢珠到达磁场范围内时，会被磁铁吸附到管道内壁上，从而形成保护层。钢珠的冲击将作用在由钢珠形成的保护层上，并不断补充那些被冲掉的钢珠。这样，输送管道就被完全保护起来。自服务原理（25）课堂讨论：请说一说其中蕴含的道理。环保型无针订书机的工作原理如下：订书机会将纸张的部分区域切开，并把被切开的那部分纸“扣”在一个被切开的缝隙中，这样纸张就粘连在一起了。目前它还只能装订少量的纸张。7.复制原理（26）复制原理（26）复制原理是指：通过使用较便宜的复制品或模型来代替成本过高而不能使用的对象。指导原则：（1）用经过简化、廉价的复制品代替复杂、昂贵、易损的或不易获得的对象。（2）用光学复制品（图像）代替实际的对象或过程，同时还可以利用比例的变化（按一定比例放大或缩小复制品）。（3）如果已使用了可见光的复制品，则可以考虑用红外线或紫外线等非可见光的复制品。复制原理（26）典型案例：（1）服装店里的塑料模特（代替真人模特）。（2）利用网络上的虚拟博物馆代替真正的博物馆。（3）手机卖场中摆放的模型手机（其外观与真正的产品完全相同）。（4）软件中的打印预览功能。（5）通过测量卫星照片代替实际地理测量。运用技巧：利用三维CAD软件建立产品中各个零件模型，然后用三维实体模型对装配状况进行模拟。复制原理（26）课堂讨论：请说一说其中蕴含的道理。①先建立经济问题的数学模型，再利用数学模型来模拟经济的运行状况。②利用成本较低的纸币来代替黄金、白银、铜等贵金属作为货币（价值符号），利用成本更低的电子货币代替纸币。③无损检测中利用X光为被检测对象“照相”，通过X光片可以观察到对象内部的缺陷。8.廉价替代品原理（27）廉价替代品原理（27）廉价替代品原理是指：用廉价的、易处理的或一次性的等效物来代替昂贵的、长使用寿命的对象，