机械创新设计04课件

第四节复原创造原理一、复原创造原理的概念复原创造原理是指创造者通过回到“创造原点〞再进行创新思考以获得创意的一种创造模式，所谓创造原点就是驱使人们进行创造活动的最根本的期望。“锚〞：功能是能够将船舶稳定在海面。螺旋锚、火箭锚、吸盘锚。冷冻锚本质：使创造思路回到事物的根本功能上去，从根本功能这一创造原点出发进行思考，才不会受已有事物具体形态结构的束缚，更能使创造者解放思想，应用发散思维去获得标新立异的解决问题的方案。11/20/20231古代碇石与锚根本功能——稳定古代锚——重量重点，结构千篇一律现代锚——螺旋锚、火箭锚、吸盘锚、冷冻锚11/20/20232二、复原创造的根本路径复原换元复原换元是指先复原，后换元。先复原，就是不拘泥现有事物技术原理和结构形态的约束，而是透过外表看本质，追溯到创造的初衷深入源头进行思考。后换元是指从创造的源头出发，寻找可以置换现有技术或结构的单元，在换元思考中获得解决问题的新方案。食品保鲜装置的新设计：冷冻微波灭菌保鲜第四节复原创造原理静电保鲜11/20/20233复原创元回到创造原点，以前所未有的新事物来取代旧事物的一种突变，这种创造有可能引起某一技术领域的重大变革，获得的往往是新型产品。例：新型板式电风扇电火花加工第四节复原创造原理11/20/20234第四节复原创造原理11/20/20235第四节复原创造原理11/20/20236在物-场模型的定义中，物质是指某种物体或过程，可以是整个系统，也可以是系统内的子系统或单个的物体，甚至可以是环境，取决于实际情况。场是指完成某种功能所需的手法或手段，通常是一些能量形式，如：磁场、重力场、电能、热能、化学能、机械能、声能、光能等等。

第五节物场分析原理

构成物场的三个要素：两个物质和一个场。11/20/20239第五节物场分析原理任何物场都可以分为以下三种类型：完全物场体系不完全物场体系非物场体系11/20/202310第五节物场分析原理二、物场分析的创造路径物场分析的根本内容就是在判别物场类型的前提下进行创造性思考，或对非物场体系或不完全物场体系进行补建，或对完全物场体系的要素进行变换以开展物场。运用物场分析进行创造，具体实施要点：〔1〕课题分析〔2〕分析物场类型〔3〕进行物场改造思考〔4〕形成新的技术体系形态11/20/202311第五节物场分析原理实例1

冷冻机密封检测方案设计：11/20/202312第五节物场分析原理实例2燃气轮机过滤器改进设计为了从燃气中消除非磁性尘粒，可使用过滤网，它由许多层金属网构成。这种过滤器虽可满意地挡住尘粒，但滤网清洗非常困难。清洗时，必须经常将滤网拆散，长时间向相反方向鼓风，才能使网上尘粒脱去。试用物场分析提出改进设计方案。解1〕物场分析根据课题给出的条件，可描述出一个完全的物场体系：这个物场虽属完全物场体系，但其成效并不令人满意，打算对此进行改造。11/20/202313第五节物场分析原理旧物场体系的改造采用置换场和物质的方法来改造，具体想法为：用电磁场来取代机械场〔空气流〕；用铁磁性颗粒代替金属网。这样，得到新的物场体系：新物场体系对应的技术体系的工作原理是这样的：利用铁磁性颗粒作为过滤物质，它在磁极中间并形成多孔隙结构。关断或接通磁场就可以有效地控制过滤器的孔隙。当需“捕捉〞尘粒时，过滤器孔可缩小，而在清洗时，孔可以放大。改变磁场强度，便可控制铁磁颗粒的密度。11/20/202314第五节物场分析法物场模型的转换方法改变场中的物质1〕改变物质的结构〔整体变组件，实体变孔状结构〕

2〕改变物质的动态性能〔由刚性变为柔性〕

3〕改变物质属性〔引入新的物质，引入改进的物质，引入孔隙，用新物质替代〕

4〕改变物质的物理状态〔固态变液态、气态〕

5〕用多个物质组合在一起来完成作用。

6〕用其他物质代替原物质。

11/20/202315第五节物场分析法改变作用场1〕按照希望的方向改善作用的强度〔提高，降低，消去，产生〕

2〕改善作用的方向〔散射，聚焦，拉，推〕

3〕改善作用的持续时间〔加速，减速，阻碍，促进，间歇，周期〕

4〕引入场来改善作用

5〕在两种物质之间参加新物质，来改善作用

6〕在作用的区域引入新物质来改善作用

11/20/202316第五节物场分析法实例3锥孔过定位问题的解决加工中心刀具的刀体局部的加工精度要求很严格，为保证加工中心的加工精度和刚性，必须使刀体和主轴锥孔的接触面积在70%以上，亦即使刀体的锥体A与主轴锥孔以及刀体法兰端面B与主轴端面同时接触，但实际上很难实现两者同时接触。如图〔a〕所示，或者是刀体法兰端面与主轴端面接触造成刀具径向位置无法确定；或者是刀体的锥体局部与主轴锥孔接触而刀体法兰端面与主轴端面不能接触，造成轴向刚性缺乏。传统的解决方法是使用高精度加工设备加工主轴锥孔和刀体锥体，这样就会大大增加本钱。应用物场分析法问题的解决如下：11/20/202317第五节物场分析法⑴指定物体S1因为主轴锥孔的锥度已成为国家标准，所以刀体的锥体成为需要解决的问题。所以指定刀体为S1。⑵确定场F在原系统中，刀体安装的要求是刀体锥体与主轴锥孔以及刀体法兰端面与主轴端面同时接触，这个要求是由机械场〔通过过盈配合，挤压〕来满足的。但是这个机械场并不能完全满足要求。11/20/202318第五节物场分析法⑶物质场的初期模型

通过上述分析，原有系统的物场模型见图2，由场F指向物体S1的实现箭头为有用的相互作用。⑷引入新的物质问题的产生是由于机械场不能稳定有效地保证主轴和刀体的位置关系。因此，为了解决该问题，有必要引入新的物质来改进物场模型。11/20/202319第五节物场分析法⑸生成所希望的物场模型所希望的物质场模型见图3。改变刀体圆锥面，使其与主轴锥孔不是以整个圆锥面接触，而是以多数点的形式接触。用精密加工出来的具有适当刚性的小球构成刀体的圆锥面，从而实现刀体的圆锥面和法兰端面与主轴的锥孔面和端面同时实现接触。用物场分析法解决该问题的过程如图4所示。(此例是美国的一项创造专利)11/20/202320在发电厂的流化床燃烧炉系统中，煤被送入炉中后经过初始燃烧后变为液态，并流入高温旋流器，之后，这种不完全燃烧的煤再循环燃烧。但是，这种流态煤会腐蚀管道外表，需要经常检修而造成停工。对该问题进行物－场分析可知：管道为物质S1，流态煤为S2，F为化学能〔腐蚀〕，化学能〔F〕通过不完全燃烧的流态煤〔S2〕作用于管道〔S1〕并改变S1〔使其腐蚀而不能长期正常使用〕，属于根本物-场模型中的有害的完整系统。对于这个问题，只需设法消除其中的负面效应———腐蚀，就可得到解决。应用“引入第三种物质或改进物质〞，我们通过在管道外表添加一层防腐蚀涂层来防止管道腐蚀。这样流化床燃烧炉管道腐蚀的问题就得到了解决。

实例4流化床燃烧炉的改造11/20/20232111/20/20232211/20/202323思考题一辆出租车在公路上抛锚了。司机非常抱歉的向乘客解释：抱歉，车子没有油了。今天我忘了看油表了。〞“没关系，这种事情经常发生，乘客抚慰司机，〞有时我也会犯同样的错误，如果当油箱空了，它可以与我们心灵感应就好了。“，或许，油箱不用与司机产生心灵感应，它也可以通知司机邮箱中的油的情况。试通过物-场模型分析解决这个问题。11/20/202324第六节TRIZ创造原理一、TRIZ创造原理概述二、TRIZ创造原理的应用11/20/202325第六节TRIZ创造原理一、TRIZ创造原理概述TRIZ：“创造问题解决理论〞，苏联学者G.S.Altshuller1946年开始，分析研究各国250件创造创造专利的根底上提出的。是解决创造创造问题的原理和知识体系。应用此创造原理可以为机械创新设计提供思路或解决问题的途径。11/20/202326第六节TRIZ创造原理TRIZ理论前提和根本认识：产品或技术系统的进化是有规律可循的；生产实践中遇到的工程冲突常常重复出现；解决工程冲突的创造创造原理是可以掌握的；其他领域的科学技术原理可解决本领域的技术问题。11/20/202327第六节TRIZ创造原理TRIZ理论体系11/20/202328第六节TRIZ创造原理11/20/202329第六节TRIZ创造原理11/20/202330第六节TRIZ创造原理TRIZ创造原理的核心内容是技术系统进化原理和技术冲突解决原理技术系统进化原理认为，技术系统一直处于进化之中，解决冲突是其进化的推动力。进化速度随技术系统一般冲突的解决而降低，使其产生突变的唯一方法是解决阻碍其进化的深层次冲突。11/20/202331第六节TRIZ创造原理11/20/202332第六节TRIZ创造原理11/20/20233311/20/202334第六节TRIZ创造原理11/20/202335第六节TRIZ创造原理11/20/202336第六节TRIZ创造原理11/20/20233711/20/20233811/20/202339第六节TRIZ创造原理技术冲突是创造创造过程中经常遇到的问题，也是最难解决的问题。创造创造就是在解决技术冲突中产生的。设计时，设计人员往往为改善或提高某些子系统的性能，而导致系统中其他子系统或系统性能变坏与降低，这就是设计中的冲突。例如，设计轴时为了使安装在轴端的零件定位可靠，常采用圆螺母定位，这就需要在轴上加工螺纹，反而削弱了轴的强度。机械系统的产品是多种多样的，因此产品中的冲突也是各种各样的，TRIZ理论研究人员通过对世界上250万项专利的详细研究提出了39个通用工程参数来描述技术冲突问题。这些工程参数见下表11/20/202340第六节TRIZ创造原理通用工程参数名称表

11/20/202341第六节TRIZ创造原理40个创造原理11/20/202342第六节TRIZ创造原理原理1：分割1.将一个物体分割为几个独立的局部家用电冰箱冷藏箱和冷冻箱的位置货车分为动力局部〔机车〕和装载局部〔拖车〕2.将几个物体分割为几个容易组装和拆卸的局部机械设计中独立运动单元即构件的制造。3.提高物体的可分性切削加工的刀具将刀杆和刀头设计为可拆卸结构11/20/202343第六节TRIZ创造原理原理2：别离1.将一个物体中的有害局部与整体别离家用空调器的散热器工作噪声大2.将一个物体中起某种专门作用的局部与整体别离将激光复印机中的成像功能从整体中别离出来，与扫描功能组合构成复印机，与计算机组合构成打印机，和通信功能组合构成机。11/20/202344第六节TRIZ创造原理原理3：局部质量将零件由均匀结构改为非均匀结构，按照零件不同位置的不同功能设计局部结构，使零件的每个局部零件都能够发挥出最正确效能。对零件的不同部位采用不同的热处理方式。11/20/202345第六节TRIZ创造原理原理4：不对称机械零件多为对称结构，对称原那么使结构设计更简单。机械零件可以采用非对称的结构，非对称原那么使机械结构设计可以有更多的选择。机械传动中使用的轮毂。11/20/202346第六节TRIZ创造原理原理5：合并1.将空间上相同或相近的物体合并在一起收音机和录音机，电子表和电子计算器2.将时间上相关的物体合并铅笔和橡皮，制冷和加热功能集中在空调11/20/202347第六节TRIZ创造原理原理5：合并1.将空间上相同或相近的物体合并在一起收音机和录音机，电子表和电子计算器2.将时间上相关的物体合并铅笔和橡皮，制冷和加热功能集中在空调11/20/202348第六节TRIZ创造原理原理6：多用性多用工具集中在一起，设计原理7：套装1.将某个物体放入另一个物体的空腔内地铁车厢的车门开启时，门体滑入车厢壁中，不占用多余空间；电线嵌入墙体内；将加热或制冷部件嵌入住房的地板或天花板中；汽车平安带在闲置状态下将带卷入卷收器中。2.将第一个物体嵌入第二个物体内，将第二个物体嵌入到第三个物体内：