机械创新设计基础知识.pptx

1.复习机械的概念，明确设计范围复习机械的概念，明确设计范围第一节 机械的基础知识机器机器的三特征：的三特征：1）由一系列的运动单元体所组成。）由一系列的运动单元体所组成。2）各运动单元体之间都具有确定的相对运动。）各运动单元体之间都具有确定的相对运动。3）能能转转换换机机械械能能或或完完成成有有用用的的机机械械功功以以代代替替或或减减轻人们的劳动。轻人们的劳动。具有以上具有以上1、2两个特征的实体称为两个特征的实体称为机构机构。机器与机构总称为机器与机构总称为机械机械。第1页/共101页2.机械的组成机械的组成机械机械机器机器机构机构动力机 把其它形式的能量转化为机械能。工作机 完成有用的机械功。通用机构专用机构信息机 通过复杂的信息来控制机械运动。第2页/共101页机器的组成：机器的组成：工作部分完成预定的动作，位于传动路线的终点。工作部分完成预定的动作，位于传动路线的终点。传动部分联接原动机和工作部分的中间部分。传动部分联接原动机和工作部分的中间部分。控制部分保证机器的启动、停止和正常协调动作。控制部分保证机器的启动、停止和正常协调动作。原动部分是工作机动力的来源，最常见的是电动原动部分是工作机动力的来源，最常见的是电动 机和内燃机。机和内燃机。第3页/共101页机器机器生物体生物体原动机原动机 传动传动 执行执行 控制控制 心脏心脏 肌肉肌肉 骨骼骨骼 神经神经 比较：比较：第4页/共101页控制器(控制)电动机(原动)带(传动)减速器(传动)波轮(工作)分析自动洗衣机的组成：分析自动洗衣机的组成：潘存云教授研制第5页/共101页3.传动与执行机构传动与执行机构 机械运动系统机械运动系统3.1 机构的基本型 机构的基本型是指最基本的、最常用的机构型式，是机构设计的基本依据。机械运动系统可以是机构的基本型，也可以是机构基本型的机构组合或组合机构。第6页/共101页（1）全转动副四杆机构的基本型可演化为双曲柄机构、双摇杆机构。曲柄摇杆机构第7页/共101页（2）含有一个移动副四杆机构的基本型 可演化为转动导杆机构、移动导杆机构、曲柄摇块机构、摆动导杆机构。曲柄滑块机构第8页/共101页（3）含有两个移动副四杆机构的基本型 可演化为正切机构、双转块机构、双滑块机构。正弦机构第9页/共101页（4）圆柱齿轮传动机构的基本型 可演化为斜齿圆柱齿轮、人字齿圆柱齿轮、可以采用渐开线齿形、摆线齿形和圆弧齿形。外啮合直齿圆柱齿轮第10页/共101页（5）圆锥齿轮传动机构的基本型 可演化为斜齿圆锥齿轮机构和曲齿圆锥齿轮机构。外啮合直齿圆锥齿轮第11页/共101页（6）蜗杆传动机构的基本型 可演化为渐开线圆柱蜗杆传动机构和延伸渐开线圆柱蜗杆传动机构。阿基米德圆柱蜗杆传动机构第12页/共101页（7）行星齿轮传动机构的基本型 可演化为摆线针轮传动机构、谐波传动机构、活齿传动机构等。渐开线圆柱齿轮行星传动机构第13页/共101页（8）直动从动件平面凸轮机构的基本型 可演化为直动对心滚子从动件平面凸轮机构、直动对心平底从动件平面凸轮机构、直动偏置从动件平面凸轮机构等。直动对心尖顶从动件平面凸轮机构第14页/共101页（9）摆动从动件平面凸轮机构的基本型 可演化为摆动滚子从动件平面凸轮机构、摆动平底从动件平面凸轮机构。摆动尖顶从动件平面凸轮机构第15页/共101页（10）直动从动件圆柱凸轮机构的基本型直动滚子从动件圆柱凸轮机构第16页/共101页（11）摆动从动件圆柱凸轮机构的基本型摆动滚子从动件圆柱凸轮机构第17页/共101页（12）带传动机构的基本型 可演化为V带传动机构、圆带传动机构、活络V带传动机构、同步齿形带传动机构。平带传动机构第18页/共101页（13）链传动机构的基本型 可演化为多排套筒滚子链条传动机构、齿形链条传动机构。套筒滚子链条传动机构第19页/共101页（14）液压、气动传动机构的基本型 可演化为摆动油缸和气动缸。缸体不动的液压油缸和气动缸第20页/共101页（15）螺旋传动机构的基本型 可演化为梯形螺旋传动机构、矩形螺旋传动机构、滚珠丝杠传动机构。三角形螺旋传动机构第21页/共101页（16）电磁传动机构的基本型电磁传动机构第22页/共101页（17）间歇运动机构的基本型棘轮机构与槽轮机构第23页/共101页3.2 机构的组合 把把一一些些基基本本机机构构通通过过适适当当的的方方式式连连接接起起来来，从从而而组组成成一一个个机机构构系系统统，称称为为机机构构的的组组合合。其其中中各各基基本本机机构构都都保保持持原原来来的的结结构构和和运运动动特特性性，都都有有自己的独立性。自己的独立性。第24页/共101页3.3 组合机构 组组合合机机构构是是指指若若干干基基本本机机构构通通过过特特殊殊的的组组合合而而形形成成的的一一种种具具有有新新属属性性的的机机构构。其其中中各各基基本本机机构构已已不不能能保保持持各各自自的的独独立立性性，必必须须采采用用新新的的分分析析与设计方法。与设计方法。第25页/共101页4.动力系统（原动机）动力系统（原动机）按能量转换的方式可分为三大类：按能量转换的方式可分为三大类：4.1 电能电能 机械能机械能包包括括：三三相相交交流流异异步步电电动动机机、单单相相交交流流异异步步电电动机、直流电动机、步进电动机等。动机、直流电动机、步进电动机等。第26页/共101页（1）三相交流异步电动机）三相交流异步电动机特特点点：体体积积小小、力力矩矩大大，常常作作为为动动力力设设备备的的原原动机。动机。第27页/共101页（2）单相交流异步电动机）单相交流异步电动机特点：使用方便，在家用电器中得到广泛应用。特点：使用方便，在家用电器中得到广泛应用。单相交流异步减速电动机第28页/共101页（3）直流电动机）直流电动机特特点点：可可以以进进行行调调速速，易易于于实实现现自自动动控控制制，在在机电一体化设备中得到广泛应用。机电一体化设备中得到广泛应用。第29页/共101页（4）步进电动机）步进电动机特特点点：要要求求分分度度或或步步进进运运动动的的场场合合可可采采用用步步进进电电动动机机。采采用用脉脉冲冲信信号号控控制制，将将脉脉冲冲信信号号转转化化为电动机的角位移。为电动机的角位移。步进电动机驱动器第30页/共101页（5）直线电动机）直线电动机特特点点：直直接接提提供供直直线线运运动动，减减少少了了中中间间转转换换运运动动链链，结结构构简简单单，反反应应速速度度快快，灵灵敏敏度度高高，适适合于高速和高精度的应用场合合于高速和高精度的应用场合。螺旋传动直线电机铁芯同步直线电机第31页/共101页4.2 热能热能 机械能机械能包包括括：柴柴油油机机、汽汽油油机机、燃燃汽汽轮轮机机、原原子子能能发发动动机机等等。在在要要求求输输出出功功率率大大，大大范范围围移移动动的的场场合得到广泛应用。合得到广泛应用。柴油机柴油机汽油机汽油机第32页/共101页4.2 热能热能 机械能机械能包包括括：柴柴油油机机、汽汽油油机机、燃燃汽汽轮轮机机、原原子子能能发发动动机机等等。在在要要求求输输出出功功率率大大，大大范范围围移移动动的的场场合得到广泛应用。合得到广泛应用。燃汽轮机转子燃汽轮机转子第33页/共101页4.3 自然力自然力 机械能机械能包包括括：水水轮轮机机、风风力力机机、潮潮汐汐发发动动机机、地地热热发发动机、太阳能发动机等。动机、太阳能发动机等。风力机风力机三峡水轮机转子三峡水轮机转子第34页/共101页5.控制系统控制系统 机械控制机械控制 电气控制电气控制 应用最广泛应用最广泛 液压控制液压控制 气动控制气动控制 综合控制综合控制 现现代代控控制制系系统统设设计计需需要要应应用用微微机机技技术术、接接口口技技术术、模模拟拟电电路路、数数字字电电路路、传传感感器器技技术术、软软件件设设计计、电电力力拖拖动动等等知知识识，且且向向自自动动化化、精精密密化化、高速化、智能化方向发展。高速化、智能化方向发展。第35页/共101页可控制对象：可控制对象：（1）以以位位移移、速速度度、加加速速度度、温温度度、压压力力等等数数量的大小为控制对象量的大小为控制对象 分为分为模拟控制模拟控制和和数字控制数字控制。（2）以以事事物物的的有有、无无、动动、停停、高高、低低等等逻逻辑辑状态为控制对象状态为控制对象 逻辑控制。逻辑控制。第36页/共101页1.刚性机械系统刚性机械系统 运运动动不不具具有有可可控控性性，一一般般泛泛指指机机械械装装置置与与电电气气装装置置独独立立组组合合的的机机械械系系统统，只只有有简简单单的的开开、关、正反转、停止等独立的控制要求。关、正反转、停止等独立的控制要求。传传统统的的机机械械，如如车车床床、铣铣床床、钻钻床床、起起重重机等都属于刚性机械系统。机等都属于刚性机械系统。第二节 机械系统及其发展普通电动机变速机构减速机构执行机构负载第37页/共101页2.改进的刚性机械系统改进的刚性机械系统 以电子控制的调速电机取代了机械变速装置。以电子控制的调速电机取代了机械变速装置。调速电动机减速机构执行机构负载电子调速系统第38页/共101页3.柔性机械系统柔性机械系统 运动具有可控性，借助传感器或控制电路，通过运动具有可控性，借助传感器或控制电路，通过微机按位置、位移、速度、压力、温度等参数实微机按位置、位移、速度、压力、温度等参数实施智能化控制。如数控机床、机器人等。施智能化控制。如数控机床、机器人等。伺服电动机减速机构执行机构负载伺服控制系统第39页/共101页4.直接驱动式柔性机械系统直接驱动式柔性机械系统 省去了传动机构，有更高的运动精度、更快的响省去了传动机构，有更高的运动精度、更快的响应速度，有很好的应用前景。应速度，有很好的应用前景。直接驱动电机负载伺服控制系统第40页/共101页第三节 机械结构设计与创新 结结构构设设计计是是将将机机构构和和构构件件具具体体化化为为某某个个零零件件或或某某个个部部件件的的形形状状、尺尺寸寸、联联接接方方式式、顺顺序序、数数量量等等具具体体结结构构方方案案的的过过程程，用用以以实实现现机机械械对对它它的的工作要求。工作要求。具具体体化化过过程程中中要要考考虑虑材材料料的的力力学学性性能能、零零部部件件的的功功能能、工工作作条条件件、加加工工工工艺艺、装装配配、使使用用、成本、安全、环保等各种因素的影响。成本、安全、环保等各种因素的影响。工工程程知知识识是是从从事事结结构构设设计计工工作作的的前前提提，巧巧妙妙构型与组合是结构创造性设计的构型与组合是结构创造性设计的核心核心。第41页/共101页1.机械结构设计原则机械结构设计原则 选择合适的构件材料；具有良好的加工工艺性；选择适当的截面形状与尺寸；重要零件进行强度、刚度计算与校核；考虑构件之间的可联接性；构件之间不能发生运动干涉；考虑经济性，尽量降低成本；维修、安装方便；符合人机工程学。第42页/共101页2.实现零件功能的结构设计与创新实现零件功能的结构设计与创新（1）功能分解）功能分解 零零件件的的每每个个部部位位各各承承担担着着不不同同的的功功能能，具具有有不不同同的的工工作作原原理理。将将零零件件功功能能分分解解、细细化化，会会有有利利于于提提高高其其工工作作性性能能，有有利利于于开开发发新新功功能能，也使零件整体功能更趋于完善。也使零件整体功能更趋于完善。第43页/共101页 螺钉螺钉是一种最常用的联接零件，其主要功能是是一种最常用的联接零件，其主要功能是联接。联接可靠、防止松动、提高联接寿命、抵抗联接。联接可靠、防止松动、提高联接寿命、抵抗破坏能力是设计的主要目标。破坏能力是设计的主要目标。螺钉功能可以分解为螺钉头、螺钉体、螺钉尾三个螺钉功能可以分解为螺钉头、螺钉体、螺钉尾三个部分。部分。螺钉头螺钉头又可分为扳拧功能与支撑功能；又可分为扳拧功能与支撑功能；螺钉螺钉体体分为定位功能与联接功能；分为定位功能与联接功能；螺钉尾螺钉尾又导向与保护又导向与保护功能。功能。第44页/共101页十字槽圆头木螺钉c型开槽沉头自攻螺钉内六角花形沉头螺钉不同的不同的螺钉头螺钉头类型演化出不同的螺钉类型。类型演化出不同的螺钉类型。内六角圆柱头轴肩螺钉内六角花形盘头螺钉滚花小头螺钉第45页/共101页开槽长圆柱端紧定螺钉开槽沉头不脱出螺钉方头短圆柱锥端紧定螺钉内六角平端紧定螺钉开槽平端紧定螺钉十字槽圆头木螺钉不同的不同的螺钉尾螺钉尾类型演化出不同的螺钉类型。类型演化出不同的螺钉类型。第46页/共101页各部分功能的变化会衍生出种类繁多的螺钉类型。各部分功能的变化会衍生出种类繁多的螺钉类型。长吊环螺钉带环长吊环螺钉焊接英制眼型螺栓活节螺栓自攻螺钉眼式螺栓叉板螺栓U型螺栓第47页/共101页空心螺钉各部分功能的变化会衍生出种类繁多的螺钉类型。各部分功能的变化会衍生出种类繁多的螺钉类型。第48页/共101页（2）功能组合）功能组合 是指一个零件可以实现多种功能，这样可是指一个零件可以实现多种功能，这样可以使整个机械系统更趋于简单化，简化制造过以使整个机械系统更趋于简单化，简化制造过程，减少材料消耗，提高工作效率，是结构创程，减少材料消耗，提高工作效率，是结构创新设计的一个重要途径。新设计的一个重要途径。第49页/共101页 3.结构元素的变异与演化结构元素的变异与演化 结结构构元元素素主主要要是是指指结结构构的的形形状状、数数量量、位位置置、联联接接等等要要素素。经经过过变变异异的的结结构构元元素素可可适适应应不不同同的的工工作作要要求求，或或比比原原有有结结构构具具有有更更良良好好而而完善的功能。完善的功能。第50页/共101页摩擦棘轮内棘轮双动棘轮外棘轮双向棘轮2双向棘轮1第51页/共101页 4.适应材料性能的结构设计与创新适应材料性能的结构设计与创新 结结构构形形状状要要有有利利于于材材料料性性能能的的发发挥挥。材材料料的的性性能能主主要要包包括括：密密度度、硬硬度度、强强度度、刚刚度度、耐耐磨磨性性、磨磨合合性性、耐耐腐腐蚀蚀性性、传传导导性性（导导电电、导热、导磁）等。导热、导磁）等。零件结构形状设计应做到：零件结构形状设计应做到：扬长避短、刚柔并济、性能互补、合理搭配。扬长避短、刚柔并济、性能互补、合理搭配。第52页/共101页扬长避短扬长避短 铸铁的抗压强度比抗拉强度高得多，因此铸铸铁的抗压强度比抗拉强度高得多，因此铸铁机座的肋板就要设计成承受抗压状态，以充分铁机座的肋板就要设计成承受抗压状态，以充分发挥其优势。上图结构设计（发挥其优势。上图结构设计（b）优于（）优于（a）。）。（a）（b）第53页/共101页（a）14个刚性零件和6个转动副（b）单片的柔性元件刮雨器 充分发挥塑性材料的优势第54页/共101页一种新的设计方法一种新的设计方法 免装配设计免装配设计 Design for No-Assembly(DNA)一体化订书机 充分发挥塑性材料的优势第55页/共101页5.方便制造与操作的结构设计与创新方便制造与操作的结构设计与创新 在在满满足足使使用用功功能能的的前前提提下下，设设计计者者应应力力求求使使所所设设计计的的产产品品结结构构工工艺艺简简单单、消消耗耗少少、成成本本低、使用方便，操作容易、寿命长。低、使用方便，操作容易、寿命长。最简单、精练的设计就是最好的设计！第56页/共101页（a）（b）（a）（b）方案（b）加工方便，工艺性较好方案（b）增加圆柱面，利于卡盘装卡。第57页/共101页创创新新设设计计方方法法有有很很多多种种，下下面面简简单单介介绍绍智智力力激激励励法法、提提问问追追溯溯法法、联联想想类类推推法法、返返向探求法、系统分析法、组合创新法六种。向探求法、系统分析法、组合创新法六种。第四节 创新设计方法第58页/共101页1智力激励法智力激励法人的创造性思维特别是直觉思维在受激发情况下能得到较好地发挥。一批人集合在一起，针对某个问题进行讨论时，由于各人知识、经验不同，观察问题的角度和分析问题的方法各异，提出的各种主意能互相启发，填补知识空隙，启发诱导出更多创造性思想，通过激励、智慧交流和集智达到创新的目的。智力互激，思维共振，自由的思想产生创新的火花。智力激励法是美国学者奥斯本创造的。它以“群言堂”为特征，是一种集思广益，相互启发的方法.（头脑风暴会）第59页/共101页这种方法的讨论原则：这种方法的讨论原则：进行随心所欲、设想新颖，但有的放矢、不空谈的自由发言。不批评别人的设想。不提倡少数服从多数。不过早下结论。总结各种设想，下次再议。第60页/共101页2提问追溯法提问追溯法提问追溯法是有针对性地、系统地提出问题，在回答问题过程中，便可能产生各种解决问题的设想，使设计所需要的信息更充分，解法更完善。提问追溯法有奥斯本提问法、阿诺尔特提问法、希望点列举法、缺点列举法。第61页/共101页希望点列举法 是根据发明者提出来的种种需求和希望，经过归纳和概括，寻找发明课题和设计构思的方法。做法是围绕一个发明课题列出各种需要与希望，然后收集起来进行综合分析，制订出可行性的发明方案。第62页/共101页敢于质疑，敢于提出与众不同的创意，是科技创新型人才最可贵的品质。顾名思义，缺点列举法就是通过发现现有事物的缺陷，把各种缺点一一列举出来，然后做出改进的一种创新技法。缺点列举法是发现问题，而创造发明就是要解决现存的问题，因此，每发现一个缺点，提出一个问题，就找到了一个创造发明的课题。第63页/共101页3联想类推法联想类推法通过由此及彼的联想和异中求同，同中求异的类比，寻求各种创新解法。利用联想进行发明创新是一种常用而且十分有效的办法。类比联想由一事物或现象联想到与其有类似特点的其他事物或现象，从而找出创新解法。想象力比知识更重要，知识是有限的，而想象力是知识进化的源泉。通过相似、相近、对比几种联想的交叉使用第64页/共101页4反向探求法反向探求法将人们通常思考问题的思路反转过来，从背逆常规的途径探寻新的解法，因此反向探求法亦称逆向思维法。例如声音即是振动那么振动为什么不能复现原声呢？通过这样的反问，发明了留声机。类似的还有电动机和发电机，金属材料的热处理和冷处理等。司马光砸缸是对逆向思维的经典解释。第65页/共101页5系统分析法系统分析法对于技术系统，根据其组成中影响其性能的全部参量，系统地依次分析搜索，以探索更多和更好的解决问题的途径。笨但却有效的方法，需要进行艰苦细致的工作。第66页/共101页6组合创新法组合创新法组合创新法是将现有技术和产品通过功能、原理、结构等方面的组合变化形成新的技术思想的和新产品。组合法应用的技术单元一般是已经成熟和比较成熟的技术，不需要从头开始，因而可以最大限度地节约人力、物力和财力。组合创新的类型很多，常用的有性能组合、原理组合、功能组合、结构重组、模块组合等。第67页/共101页功能组合：如集复印、打印、扫描、网络功能于一体的数字办公系统；带橡皮的铅笔，带U盘的手表等。技术组合：CT扫描仪将X射线技术与计算机图像识别技术结合，本质并无原理性的突破，然而却成为20世纪医学界最重大的发明成果之一。材料组合：合金、合成纤维、导电塑料等。第68页/共101页发明问题解决理论TRIZ 简介TRIZ为俄文TeoriyaResheniyaIzobretatelskikhZadatch的缩写，英文译为TheoryofInventiveProblemSolving(TIPS)，是一种应用于产品设计或解决难题的策略和方法。该理论是前苏联工程技术专家及其领导的一批研究人员，自1946年开始，在分析研究世界各国250万件成功专利发明的基础上归纳所提出的发明问题解决理论。第69页/共101页第70页/共101页当系统中同一元素遭遇到两个相反要求的冲突时，称为物理矛盾。当系统中某一特性的改善会导致另一特性的恶化时，称这种冲突为技术矛盾。第71页/共101页物理矛盾解决方案例：飞机起落架第72页/共101页技术矛盾解决方案第73页/共101页TRIZ认为发明的核心问题是解决冲突。设计人员在设计过程中不断地发现冲突，并利用相应的发明原理解决这些冲突，使产品向理想化的方向进化。一、技术冲突理论 设计中，设计人员往往为改善或提高某些子系统的性能，而导致系统中的其他子系统或系统性能变坏与降低，这就是技术冲突。例如，为了使轴上的零件的固定，采用螺母固定，需在轴上加工螺纹，达到了固定的目的，但是也削弱轴的强度。TRIZ理论的研究人员通过对250万项的技术专利进行研究后，提出了用39个抽象的工程参数来描述技术冲突问题。1、技术冲突第74页/共101页 通用工程参数名称表通用工程参数名称表序序号号通用工程参数通用工程参数序号序号通用工程参数通用工程参数序号序号通用工程参数通用工程参数1运动物体的质量14强度27可靠性2静止物体的质量15运动物体作用的时间28测试精度3运动物体的长度16静止物体作用的时间29制造精度4静止物体的长度17温度30外部有害因素作用的敏感性5运动物体的面积18光照度31物体产生的有害因素6静止物体的面积19运动物体的能量32可制造性7运动物体的体积20静止物体的能量33可操作性8静止物体的体积21功率34可维护性9速度22能量损失35适用性及多用性10力23物质损失36装置的复杂性11应力与压力24信息损失37监控与测试的困难程度12形状25时间损失38自动化程度13结构的稳定性26物质或事物的数量39生产率第75页/共101页该表中的参数可以分为三类：通用物理与几何参数（No.112，No.17，N0.18，No.21）；通用负向技术参数（No.15，No.16，No.19，No.20，No.2226，No.30，No.31）；通用正向技术参数（No.13，No.14，No.2729，No.3239）。负向的含义是指这些参数若变大，系统性能变差；正向的含义是指这些参数若变大，系统的性能变好。第76页/共101页TRIZ理论的研究人员在对全世界专利分析的基础上，提出了40条发明原理，用于指导解决冲突和产品创新。发明原理发明原理序号序号名名 称称序号序号名名 称称序号序号名名 称称序号序号名名 称称1分割11预补偿21紧急行动31多孔材料2分离12等势性22变有害为有利32改变颜色3局部质量13反向23反馈33同质性4不对称14曲面化24中介物34抛弃与修复5合并15动态化25自服务35参数变化6多用性16未达到或超过的作用26复制36状态变化7套装17维数的变化27廉价替代品37热膨胀8质量补偿18振动28机械系统的替代38加速强氧化9预加反作用19周期性作用29气动与液压结构39惰性环境10预操作20有效作用的连续性30柔性壳体薄膜40复合材料2、发明原理 第77页/共101页发明原理详解及举例 分割a.把一个物体分成几个独立的部分b.把物体变成可组合的c.增加物体的自由度实例:组合式家俱,模块化计算机组件,可折叠木尺花园里浇水的软管可以接起来以增加长度。抽取a.从一个物体上抽取（去除或分割）有问题的部分b.仅仅抽取有用的部分实例:为了在机场驱鸟，使用录音机来放鸟的叫声（声音从鸟身上分离出来）。第78页/共101页改变局部品质a.从同一类物体/外部环境/作用的结构变换到不同类结构的物体/外部环境/作用b.让物体不同的部分承担不同的功能c.把物体的每个部分都置于利于其发挥作的最适合的条件下实例:为了在采煤中防止煤尘飞扬，就要在掘进机和储运机上喷水雾，水滴越小抑尘效果越好，但水滴小会影响机械工作，于是就在小水雾层外面裹上大水滴的水雾层。带橡皮的铅笔.第79页/共101页不对称a.用不对称形代替对称形b.如果一个物体已经对称了就增加其对称自由度实例:加强轮胎一侧的强度以承受路边的冲击通过一个对称形的漏斗卸载湿黄沙时，会在漏斗上部形成拱形，造成沙流不规则流动。用一个不对称形的漏斗就可以消除这种拱形。混合a.混合在空间上类同的物体或有相近趋势的物体b.混合在时间上类同或有相近、相反趋势的作法实例：在冻土上进行掘进作业，就要在掘进机上加上一蒸汽喷管以融化冻结的地面第80页/共101页多样性使物体具有多重功能，以消除对其他物体的需求实例:可变成床的沙发工具车上的后排座可以坐、靠背放倒后可躺、折叠起来可以装货嵌套a.让物体一个个依次包容起来b.把一个物体放在另一个物体的空腔中实例:望远天线椅子可以一个个又叠起来以利存放活动铅笔里存放笔芯第81页/共101页平衡力a.把一个带有上升力的物体和一个重物组合在一起以抵消重物的重量b.通过环境提供的空气动力或水动力来平衡物体的重量实例:水翼艇赛车上增加后翼以增大车辆的贴地力先施加反作用力a.先施加反作用力b.物体在承受张力或要承受张力的情况下，就先施加一个压力实例:预应力混凝土楼板或柱子预应力轴是由几个预先扭了特定角度的管子组成第82页/共101页预先施加作用力a.预先就加上所有或部分所需的作用力b.把物体预先放置在一个合适的位置以让其能及时地发挥作用实例:把刀放在刀鞘中以保护刀锋橡皮泥很难快速均匀地成形，那就把它放到成形模中以利快速成形并节省材料预先加上补偿为补偿物体的低可靠性，则预先加上一些反作用措施实例:商品上加上磁性条来防盗第83页/共101页等位改变物体的工况以使之不上升或下降实例:汽车发动机换机油时，工人只要把车开到维护槽上进行维修即可，不必使用任何起重设备倒置a.对于一些特定问题的处理方法，可以用反向操作法b.让物体的移动部分或外部环境停下来，而让不动的部分动起来c.让物体上下颠倒实例:研磨物体时需要震动物体第84页/共101页圆球化a.用曲线或曲面替换直线或平面，用球体替代立方体。b.使用圆柱体、球体或螺旋体c.用旋转运动来代替直线运动；利用离心力。实例:计算机鼠标用一个球体来传输X和Y两个轴方向的运动。机械振动a.让物体振动起来b.已有振动存在就加大振动频率，甚至至超声区c.利用共振d.用压电振动代替机械振动e.超声振动要结合电磁场区域实例:要切除体内的结石而又不伤及皮肤，就可以用超声刀来代替手术刀通过振动铸模来提高填充效果和零件质量冲击钻振动压路机等第85页/共101页周期性作用a.变持续性作用为周期性（脉冲）作用b.如果作用已经是周期性的，就改变其频率c.在脉冲中套脉冲以达到其他效果实例:用冲击钣手支拧松一个锈蚀的螺母时，就要用脉冲力而不是持续力报警灯使用脉冲方式比其他方式效果更好自我服务a.使物体具有自我服务的功能并带上附助物和维修的作用b.利用废弃物和剩余能量实例:为防止镀层磨损后要磨料来研磨，就在其表面放上研磨材料对于电焊枪，焊条的进给是通过一个特殊的装置来控置的，为了简化系统，焊条通过一个螺线管由焊接电流来控制。第86页/共101页替换机械系统a.用声学、光学、嗅觉系统替换机械系统b.用电、磁或电磁场来共同作用于物体c.替换作用场1.带有移动作用场的固定作用场2.带有随时间变化的固定作用场3.带有结构化作用场的随机作用场d.利用铁磁粒子相关连的作用场实例:为增加金属和塑料的粘结力，就引入电磁场作用于金属气动或液压结构用气体或液体替换物体的固体部分。实例：为增加工业烟囱的效率，在其口部加上一个螺旋形的管路，当风流过管路时形成一堵风墙，以减少阻力。在运输易碎产品进，就要使用充气泡材料第87页/共101页使用多孔材料a.使物体多孔或在其表面、内部等区域加上多孔材料b.如果物体已经是多孔的，就预先用其他材料把孔填上实例:为避免冷却机械时输送冷凝剂，那么机械中的一些零件就采用多孔材料，里面充满了冷凝剂，机械启动时冷凝剂蒸发，以达到短时有效的冷却效果。热膨胀a.利用散热或导热的材料b.利用不同传导率的材料实例:为方便花房的天窗的开关，窗板就要使双相金属板来防止变形第88页/共101页3、冲突消解 TRIZ理论中，39项工技术参数描述了系统中问题的空间，40条发明原理则填充了问题的空间。TRIZ理论研究人员通过长时间的分析与研究，提出了冲突矩阵的概念。矩阵的行表示冲突中的恶化参数，列则表示改善参数，单元格中列出了该问题的原理解（用原理解的序列号表示）。使用该冲突矩阵解决设计中的实际问题时，首先应该确定问题中的冲突，并分析冲突中哪能些问题是有利因素，哪些问题是不利因素。再将有利的因素与不利的因素转化为39个工程技术参数中的某一个参数，然后利用矩阵找出原理解。对原理解进行分析，获得解决实际问题的方法。第89页/共101页技术冲突解决原理的步骤1 定义待设计系统的名称；2 确定待设计系统的主要功能；3 列出待设计系统的关键子系统、各种辅助功能；4 对待设计系统的操作进行描述；5 确定待设计系统应改善的特性、应该消除的特性；6 将涉及到的参数要按标准的39个工程参数重新描述；7 对技术冲突进行描述：如果某一工程参数要得到改善，将导致那些参数恶化；8 对技术冲突进行另一种描述：假如降低参数恶化的程度，要改善参数将被虚弱，或另一恶化参数被加强；9 在冲突矩阵中由冲突双方确定相应的矩阵元素；10 由上述元素确定可用发明原理；11 将所确定的原理应用于设计者的问题；12 找到、评价并完善概念设计及后续的设计。第90页/共101页例如振动筛的TRIZ理论问题解可以这样进行分析。首先经过实践证明筛网的损坏是设备报废的原因之一，尤其对筛分垃圾的振动筛更是如此。经分析认为筛网面积大，筛分效率高，是有利的一个方面；但由此筛网接触物料的面积也增大，则物料对筛网的伤害也就增大。将分析的结果用抽象的技术参数术语来描述，有利的因素是第5条，即“运动物体的面积”；有害的因素则是第30条“物体外部因素作用的敏感性”。根据冲突解决原理矩阵，可确定原理解的序列号为22，1，33，28。其中序列号为1的发明原理是“分割”，根据这条原理，设计时可考虑将筛网制成小块状，再联接成一体，局部损坏，局部更换。序列号为33的发明原理是“同质性”，即采用相同或相似的物质制造与某物体相互作用的物体。分析这条原理，认为用于筛分垃圾的振动筛网易损的主要原因是物料的沾湿性与腐蚀性所致。参考发明原理，采用同质性材料制作筛网，如选用耐腐蚀的聚氨酯。实践证明，经过这样的设计创新，取得了很好的应用效果。第91页/共101页二、技术进化理论从历史观点看，事物不断地向前发展，而技术创新正是推动事物向前发展的直接动力。技术处于进化之中，预测未来技术进化的过程，快速开发新一代产品，迎接未来变化的挑战，对任何制造企业竞争力的提高都起着重要作用。通过对大量专利的分析,Altshuller发现产品通过不同的技术进化路线向理想解进化，如下图所示：第92页/共101页发明问题解决理论的一个分支专门研究技术预测，并称为技术进化理论。该理论通过对世界专利库的分析，发现并确认了技术在结构上进化的趋势，即技术进化模式，每种进化模式都由多条进化路线组成，每条进化路线是从结构进化的特点描述产品核心技术所处的状态序列，其实质是产品如何从一种核心技术移动到另一新的核心技术，在新技术里可能是性能极限提高，也可能是成本降低，或者是功能增加。即产品沿进化路线进化的过程是新旧核心技术更替的过程。基于当前的产品核心技术所处的状态，按照进化路线，通过设计，可使其移动到新的状态；有助于完成产品的创新设计和改进设计。并且，在一个工程领域中总结出的进化模式或定律及进化路线可在另一工程领域实现，即技术进化模式与进化路线具有可传递性。第93页/共101页TRIZ中的技术进化理论是由Altshuller等在前苏联通过多年的研究所提出的，该理论目前有几种表现形式。技术进化理论（ET，Evolution of Technique）技术进化引导理论（GTE，Guided Technology Evolution）直接进化理论（DE，Directed Evolution）技术进化定律（The laws of system evolution）它们都是Altshuller的进化理论的发展，但每个版本都有各自的特色。第94页/共101页三、效应和效应知识库效应是输入、输出之间的关系，是指应用本领域特别是其它领域的有关定律解决设计中的问题，如采用物理、数学、化学、生物、电子等领域中的原理解决工程设计中的创新问题。系统用以实现一定的功能，效应是实现系统功能的原理。工程问题的解都是以物理和化学现象为基础的，而所有各种解在进一步实现的过程中，总是要以某种形式利用物理和化学事件的。物理和化学事件依靠物理和化学效应的存在，并通过确定的几何和物质特征标志而发生于作用关系之中，这一作用关系促使需求功能得以实现。到目前为止，人类已总结出大量的物理、化学和几何效应，每一个效应都可能是一大批问题的解决方案。第95页/共101页通过对世界各国250万件专利的研究，Altshuler指出在工业和自然科学中的问题和解决方案是重复的、技术进化模式是重复的,只有百分之一的解决方案是真正的发明，而其余部分只是以一种新的方式来应用以前存在的知识或概念。因此，对于一个新的技术问题，从已经存在的原理和方法中可以找到该问题的解决方案。效应模型可以用图表示如下：第96页/共101页四、TRIZ理论中的发明等级区分第97页/共101页五、其他TRIZ工具发明问题解决运算法1.问题公式化2.把问题转换为模型3.分析模型4.解决客观矛盾5.计算出理想的解决方法第98页/共101页物场分析物场分析是一种快速分析一个物体作用于另一个物体的工具，物体统称为物质，作用则称为场，通过审视正向或反向作用场是否是不需要的或不充分的作用，有助于识别作用力的有效性。材料、工具、零件、人、环境等机械、热、化学、电、磁等第99页/共101页第100页/共101页感谢您的观看。第101页/共101页