《机械创新设计实践》课件 第四章 创新思维与技法

第四章创新思维与技法目录4.1创造能力

4.1.1创造能力的构成

4.1.2创意的表达4.1.3灵感与坚持

4.2创新思维

4.2.1创新思维的作用

4.2.2创新思维的类型

目录4.3创新构思方法

4.3.1头脑风暴法

4.3.2综摄法

4.3.3设问探求法

4.3.4联想创新法4.4创新设计构思举例4.4.1综摄法应用举例4.4.2联想创新法应用举例4.4.3仿生设计举例4.1创造能力•4.1.1创造能力的构成创造是反映事物本质属性和内在、

外在有机联系,具有新颖的广义模式的一种可以物化的创新活动。

它使人类突破各种自然极限,不仅能揭示事物的本质,而且能转化出新的、

有社会价值的成果或产物,以不断满足人类的精神和物质需求。机械创新设计与一般机械设计的区别实质在于创新,在这个过程中创造能力起到十分重要的作用。

创造能力受到个人因素和外部环境因素的共同作用,个人的创造能力既包含智力因素也包含非智力因素。

个人创造能力的构成见表4-1。•4.1.2创意的表达机械设计的过程中,少不了机械的语言,从“机械原理”课程中所学习的各种机构的平面机构简图,(线、角)位移、(线、角)速度、(线、角)加速度分析图,到“机械设计”课程中所学习的受力分析图、弯矩扭矩图,再到零件图和装配图,无一不是机械的语言。在语言思维的过程中,应尽可能严谨准确地表达自己的设计创意,并采用标准的机械语言来说明设计方案和设计过程,如机构简图的标准画法,图样的准确绘制等。4.1创造能力•4.1.3灵感与坚持爱迪生说过:“天才是1%的灵感加上99%的汗水,但那1%的灵感是最重要的,甚至比那99%的汗水都要重要”。

创造力是可以通过实践来提高的,机械创新需要建立在机械设计理论和技术之上,掌握现有机械设计方法和扎实的工程实践技术,然后才能进行创新设计。只有灵感不见得能将其付诸实际,要实现目标,一方面要抱有持续热情,另一方面要能够坚持。4.1创造能力•4.2.1创新思维的作用

创新、创新思维以及创新活动的辩证关系如图4-2所示,创新的成功取决于创新思维;创新思维引导创新活动;创新活动为创新提供了必要的基础和支持。创新思维是一种非常灵活和开放的思考方式,它突破了传统思维模式,鼓励尝试新的方法和思考方式。

4.2创新思维创新思维强调以下几个关键要素。1.原创性及独创性2.想象力及未来导向3.风险承受4.跨学科5.敏感性•4.2.2创新思维的类型1.设计思维(1)定义问题(2)创造性思考(3)方案展示(4)测试和迭代2.开放式思维(1)外部合作与资源共享(2)开放式创新的优势和挑战3.逆向思维4.2创新思维•4.3.1头脑风暴法头脑风暴法又称为脑力激荡法、

自由思考法、

智力激荡法等,在头脑风暴法中分别有直接头脑风暴法和反向头脑风暴法两种。

头脑风暴法有非结构化和结构化两种,两者的优缺点见表4-3。4.3创新构思方法•4.3.1头脑风暴法1.头脑风暴法的流程1)确定要讨论的问题,由主持人确定此次会议的目的和目标,介绍将讨论的问题,解释清楚针对问题的所有疑问,并将问题和题目写在黑板上。2)组织人员并宣布主题,确定使用结构化的会议形式还是非结构化的会议形式,并向团队成员介绍会议的基本规则。3)头脑风暴。4)整理问题并且找出重点的问题。5)会后评价。2.头脑风暴法的变种方法(1)循环头脑风暴法(2)疯狂头脑风暴法(3)双重逆转法(4)星爆法4.3创新构思方法•4.3.2

综摄法综摄法最初是指将不同领域、

性格、

研究方向的专家集中到一起,彼此根据自身的认知情况自由运用类比的方法进行创造性的工作,互相借鉴对方的思维,并站在不同的立场上解决问题。综摄法的使用流程见表4-4。4.3创新构思方法

4.3创新构思方法

•4.3.2

综摄法综摄法中的类比法包括以下几种：1.拟人类比2.直接类比3.象征类比4.同类类比例如,在航空工程中,研究人员常常借鉴鸟类的飞行原理和结构,以改进飞机的设计和性能。

通过类比鸟类的翅膀结构、

翅膀振动频率等特征,工程师可以设计出更高效、

更稳定的飞机翼形,提高飞行效率和减少阻力。4.3创新构思方法

•4.3.3设问探求法1.核检表法核检表法也被称为“奥斯本核检表法”,旨在创造的时候,不将注意力局限在问题的某一方面,而是突破思维框架进行大胆的想象,借助已有的思维技巧进行移花接木、

类比、

组合、

分割、

大小转换、

改型换代、

颠倒顺序等,最终得到不同类型的答案。2.5W2H分析法5W2H分析法又称为七问分析法,具有简单、

方便,易理解、

实用的优点,富有启发意义,广泛用于企业管理和技术活动,对于决策和执行活动非常有帮助,也有助于弥补考虑问题的疏漏。

4.3创新构思方法

•4.3.3设问探求法5W2H法是一种问题分析和信息收集的方法,通常用于确定问题的关键要素和详细信息。

每个问题都以英文单词表示,包括以下七个方面的问题。4.3创新构思方法

•4.3.4联想创新法1.组合法该法是将两个元素组合在一起,可以是技术、

工艺、

产品、

技巧方法等。

组合出的结果如果能充分发挥二者的效应则称之为正效应,反之称为负效应。

这两种元素组合时可以是其中一个附加在另外一个后面进行“串联”,也可以进行“并联”,抑或是用一个元素对另外第一个元素进行重组。

如电话手表、

电子黑板等。创新设计在于其突破性思考和巧妙的设计结合,而机械创新设计则进一步强调了机械系统的设计和功能的创新。

下面结合机械创新设计的例子,说明如何将两个不同的元素进行组合,以产生正效应。4.3创新构思方法

•4.3.4联想创新法假设要设计一种新型的自行车,不仅需要考虑自行车的结构稳定性、

舒适性和效率,还可以考虑将智能传感器和机械系统结合在一起。

传感器可以监测自行车的速度、

踏频、

骑行距离和消耗热量值等信息,并通过蓝牙将这些数据传输到用户的智能手机上。这样,用户就可以实时了解自己的骑行状态,并根据数据进行调整,提高骑行的效率和舒适度。在这个创新的例子中,将传统的自行车链条和现代的智能传感器进行了组合。

这种组合方式充分利用了两个元素的优点,产生了正效应。4.3创新构思方法

•4.3.4联想创新法2.焦点法研究者借鉴多个联想物的优点及特点对被研究的对象进行改进,从而发生“核聚变反应”。

在使用这种方法时,被研究对象与联想对象的关系越疏远,结合出创新产品的可能性越高。

3.辐射法研究者在进行发明创造的时候,根据一个已有的物体进行联想,这时采用的是发散的思维,其适用的情况属于新产品、

技术的应用开发。辐射法的典型案例是,将纸和各种日用品联想起来从而产生多种一次性日用品。4.信息交互法根据市场上的供求情况,将许多产品信息结合起来形成信息矩阵。信息矩阵的构建,可以帮助设计者更好地理解市场供求关系,从而为产品定价提供有力支持。

4.4创新设计构思举例

•

4.4.1综摄法应用举例图4-3所示为家居服务机器人创意诞生过程。

初期学生通过联想构思了铁蛋的雏形,在此基础之上考虑具体功能时,增加了可自由行走的底盘、

能够抓取物品的机械手臂、

保管重要物品的可伸缩收纳箱,最后确定了该机器人主体设计方案。

后又增加了摄像头远程监控、红外感应式照明等功能,并完成了样机制作。

利用无线网络远程监控家中情况,内置的全自动储物盒不仅可以存储易忘物品,而且可以在设定的时间自动打开,提醒老人按时服药等重要事件。4.4创新设计构思举例

•

4.4.2联想创新法应用举例运用联想创新法中的焦点法,逐步推导可行方案。以小型草方格-黑枸杞种植车为例,在该设计中要实现的功能是草方格自动化种植,首先要了解草方格沙障的防风固沙方法,即采用麦草、

稻草、

芦苇等干草材料在沙漠中扎成方格形状。

常用的草方格为1m×1m方格,10~20cm高的草方格具有较好的防沙效果,种植草方格需要人力用铁铲将干草压入沙土中。为了代替人力种植,将“铁铲+行走小车”进行组合,设计了一台沙漠生态治理的小型种植车,如图4-4