第01課第1章創(chuàng)新及機械創(chuàng)新概述

1、機械創(chuàng)新設(shè)計機械創(chuàng)新設(shè)計主主 講講 教教 師師: : 唐唐 焱焱開開 課課 單單 位位：機械制造工程機械制造工程Tel: Tel:1893477968513768333232-mail: 導導 教教 師：師： 黃黃 偉偉26/0126/01總總 學學 時時： 32 32 理論學時理論學時：26 26 實驗學時：實驗學時： 6 6 學學 分分: : 2 21教材：教材：王樹才、吳曉王樹才、吳曉. . 機械創(chuàng)新設(shè)計機械創(chuàng)新設(shè)計 華中科技大學華中科技大學出版社出版社, 2013.02, 2013.02參考：參考：高志、劉瑩高志、劉瑩. . 機械創(chuàng)新

2、設(shè)計機械創(chuàng)新設(shè)計 高等教育高等教育出版社出版社, 2009.07, 2009.0726/0226/022本課程學習內(nèi)容包括兩大部分：本課程學習內(nèi)容包括兩大部分：（1 1）創(chuàng)新）創(chuàng)新設(shè)計設(shè)計理論及創(chuàng)新技法理論及創(chuàng)新技法 發(fā)明創(chuàng)造的目的源于滿足人類社會的需發(fā)明創(chuàng)造的目的源于滿足人類社會的需求，創(chuàng)新成果依賴訓練、勤奮、天賦，有效求，創(chuàng)新成果依賴訓練、勤奮、天賦，有效的實施過程必需遵循自然科學規(guī)律。的實施過程必需遵循自然科學規(guī)律。（2 2）機械創(chuàng)新設(shè)計的技術(shù)基礎(chǔ)及實施方法）機械創(chuàng)新設(shè)計的技術(shù)基礎(chǔ)及實施方法 機械設(shè)計為背景，探索獲取機械創(chuàng)新成果機械設(shè)計為背景，探索獲取機械創(chuàng)新成果具體、高效、可行的路徑。

3、具體、高效、可行的路徑。26/0326/0331.1.學習目標學習目標 機械設(shè)計制造環(huán)境下的創(chuàng)新意識機械設(shè)計制造環(huán)境下的創(chuàng)新意識 前修課程在理論及應用上的拓展前修課程在理論及應用上的拓展把握機械創(chuàng)新設(shè)計的精髓把握機械創(chuàng)新設(shè)計的精髓意識、技法意識、技法 2.2.學習方法學習方法融合現(xiàn)有知識進行新內(nèi)容的學習與思考融合現(xiàn)有知識進行新內(nèi)容的學習與思考機械創(chuàng)新設(shè)計實踐的有機結(jié)合機械創(chuàng)新設(shè)計實踐的有機結(jié)合工程設(shè)計的基礎(chǔ)工程設(shè)計的基礎(chǔ)實踐實踐26/0426/044理論考試：理論考試：70%70%作業(yè)及機械創(chuàng)新設(shè)計相關(guān)實踐活動：作業(yè)及機械創(chuàng)新設(shè)計相關(guān)實踐活動：20%20%機械創(chuàng)新設(shè)計實驗：機械創(chuàng)新設(shè)計實驗：1

4、0%10% 本課程是本課程是機械設(shè)計制造及其自動化機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)專業(yè)理論教學的補充，是專業(yè)知識在深度及其應用方理論教學的補充，是專業(yè)知識在深度及其應用方面的拓展，對提高機械設(shè)計能力具有現(xiàn)實意義。面的拓展，對提高機械設(shè)計能力具有現(xiàn)實意義。26/0526/055第第1 1章章 創(chuàng)新設(shè)計概述創(chuàng)新設(shè)計概述本章學習三項主題內(nèi)容：本章學習三項主題內(nèi)容：1.1 1.1 創(chuàng)新設(shè)計概述創(chuàng)新設(shè)計概述1.2 1.2 機械機械創(chuàng)新設(shè)計概念及人才培養(yǎng)創(chuàng)新設(shè)計概念及人才培養(yǎng)1.3 1.3 機械設(shè)計與機械創(chuàng)新設(shè)計機械設(shè)計與機械創(chuàng)新設(shè)計26/0626/0661.1 1.1 創(chuàng)新概述創(chuàng)新概述1.1.創(chuàng)新與人類社會的

5、發(fā)展創(chuàng)新與人類社會的發(fā)展（1 1）創(chuàng)新的定義）創(chuàng)新的定義 提出提出( (完成完成) )具有獨特性、新穎性和實用性具有獨特性、新穎性和實用性的理論的理論( (產(chǎn)品產(chǎn)品) )的過程。的過程。創(chuàng)新的兩個前提：創(chuàng)新的兩個前提： 發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn) 經(jīng)過努力探索，世間已有事物被經(jīng)過努力探索，世間已有事物被人為認知的具體結(jié)果。人為認知的具體結(jié)果。 創(chuàng)造創(chuàng)造 經(jīng)努力探索后，原本不存在的事經(jīng)努力探索后，原本不存在的事物被人為提出（完成）的具體結(jié)果。物被人為提出（完成）的具體結(jié)果。26/0726/077 創(chuàng)新是創(chuàng)造的具體實現(xiàn)，兩者之間具有創(chuàng)新是創(chuàng)造的具體實現(xiàn)，兩者之間具有共同的屬性，無本質(zhì)差別。共同的屬性，無本質(zhì)差別。1

6、 1）創(chuàng)新的三大特征）創(chuàng)新的三大特征 新穎、獨特、實用新穎、獨特、實用2 2）創(chuàng)新的具體表現(xiàn)）創(chuàng)新的具體表現(xiàn) 內(nèi)容上：知識創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新、應用創(chuàng)新內(nèi)容上：知識創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新、應用創(chuàng)新 形式上：從無到有、從有到新形式上：從無到有、從有到新（2 2）創(chuàng)新與創(chuàng)造關(guān)系）創(chuàng)新與創(chuàng)造關(guān)系26/0826/088 創(chuàng)新活動及其取得的思維成果，有效推進創(chuàng)新活動及其取得的思維成果，有效推進了社會上層建筑與經(jīng)濟基礎(chǔ)的發(fā)展。了社會上層建筑與經(jīng)濟基礎(chǔ)的發(fā)展。 政治制度的變革政治制度的變革 生產(chǎn)力的發(fā)展生產(chǎn)力的發(fā)展 創(chuàng)新是人類社會文明的基礎(chǔ)，機械創(chuàng)新則創(chuàng)新是人類社會文明的基礎(chǔ)，機械創(chuàng)新則是創(chuàng)新中最具經(jīng)濟、實用價值的部分。

7、是創(chuàng)新中最具經(jīng)濟、實用價值的部分。（3 3）創(chuàng)新是社會發(fā)展的主要動力）創(chuàng)新是社會發(fā)展的主要動力26/0926/09促進人促進人類社會文明類社會文明9 創(chuàng)新人才的培養(yǎng)途徑，也是學習者自我成創(chuàng)新人才的培養(yǎng)途徑，也是學習者自我成才的必經(jīng)之路。才的必經(jīng)之路。1.1.現(xiàn)代高等教育改革的焦點現(xiàn)代高等教育改革的焦點指導性指導性教學過程老師向?qū)熜偷霓D(zhuǎn)變教學過程老師向?qū)熜偷霓D(zhuǎn)變綜合性綜合性突出各類知識的兼容及應用突出各類知識的兼容及應用社會性社會性涉及、借助全社會資源涉及、借助全社會資源終身性終身性信息時代學習行為的持續(xù)性信息時代學習行為的持續(xù)性創(chuàng)造性創(chuàng)造性社會各行業(yè)競爭的需求社會各行業(yè)競爭的需求1.2 1

8、.2 創(chuàng)新及創(chuàng)新人才培養(yǎng)創(chuàng)新及創(chuàng)新人才培養(yǎng)26/1026/1010 創(chuàng)新型專業(yè)人才的素質(zhì)包括知識結(jié)構(gòu)、社創(chuàng)新型專業(yè)人才的素質(zhì)包括知識結(jié)構(gòu)、社會活動、智商情商等方面，其中大多數(shù)來源于會活動、智商情商等方面，其中大多數(shù)來源于后天的訓練和積累。后天的訓練和積累。 具備必須的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識具備必須的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識 不斷進取與追求的精神不斷進取與追求的精神 合理的創(chuàng)新思維方式合理的創(chuàng)新思維方式（突破傳統(tǒng)定式）（突破傳統(tǒng)定式） 善于捕捉瞬間的靈感善于捕捉瞬間的靈感（創(chuàng)新的必備條件）（創(chuàng)新的必備條件） 掌握一定的創(chuàng)新技法掌握一定的創(chuàng)新技法2.2.創(chuàng)新人才的基本素質(zhì)創(chuàng)新人才的基本素質(zhì)26/1126/1

9、111（1 1）設(shè)計與創(chuàng)新設(shè)計）設(shè)計與創(chuàng)新設(shè)計 1 1）設(shè)計）設(shè)計 根據(jù)市場的實際需要，將各類社會資源轉(zhuǎn)根據(jù)市場的實際需要，將各類社會資源轉(zhuǎn)化為實用產(chǎn)品的過程?；癁閷嵱卯a(chǎn)品的過程。 利用已有的知識和經(jīng)驗利用已有的知識和經(jīng)驗 依靠思維和勞動依靠思維和勞動 借助各種平臺進行判斷、決策、量化借助各種平臺進行判斷、決策、量化 實現(xiàn)人、物、信息等的實用性物化實現(xiàn)人、物、信息等的實用性物化3.3.創(chuàng)新設(shè)計創(chuàng)新設(shè)計26/1226/1212 創(chuàng)新設(shè)計是設(shè)計的更高境界，對人類文明創(chuàng)新設(shè)計是設(shè)計的更高境界，對人類文明進步具有直接的驅(qū)動作用。進步具有直接的驅(qū)動作用。 人對火的理解與應用人對火的理解與應用 車輪的發(fā)明

10、車輪的發(fā)明 水力、風力等自然力的應用水力、風力等自然力的應用 西方社會的前二次工業(yè)革命西方社會的前二次工業(yè)革命 在設(shè)計領(lǐng)域中提出新的在設(shè)計領(lǐng)域中提出新的理念、理論、方法理念、理論、方法，依此得到具有依此得到具有獨特、新穎、實用獨特、新穎、實用 的產(chǎn)品。的產(chǎn)品。 2 2）創(chuàng)新設(shè)計）創(chuàng)新設(shè)計26/1326/13131 1）創(chuàng)造性思維）創(chuàng)造性思維恩格斯恩格斯思維是物質(zhì)運動形式。思維是物質(zhì)運動形式。 創(chuàng)造性思維活動是創(chuàng)新設(shè)計的主體，是創(chuàng)造性思維活動是創(chuàng)新設(shè)計的主體，是充分發(fā)揮創(chuàng)造能力的前提。充分發(fā)揮創(chuàng)造能力的前提。2 2）創(chuàng)造能力）創(chuàng)造能力 人的心理、知識、技能等要素在創(chuàng)造活動人的心理、知識、技能等要

11、素在創(chuàng)造活動中呈現(xiàn)出的綜合能力。中呈現(xiàn)出的綜合能力。 思維與能力構(gòu)成了創(chuàng)新設(shè)計的必須條件。思維與能力構(gòu)成了創(chuàng)新設(shè)計的必須條件。（2 2）創(chuàng)造性思維與創(chuàng)造能力）創(chuàng)造性思維與創(chuàng)造能力26/1426/1414思維的三層含義：思維的三層含義： 人腦對客觀現(xiàn)實的概括和間接的反映人腦對客觀現(xiàn)實的概括和間接的反映 對已接收對已接收( (存儲存儲) )的來自客觀世界信息的加工的來自客觀世界信息的加工 上述過程產(chǎn)生新的信息上述過程產(chǎn)生新的信息思維產(chǎn)生新的信息：思維產(chǎn)生新的信息： 客觀實體表象、本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律客觀實體表象、本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律 人腦中的新的客觀實體人腦中的新的客觀實體思維的特性：思維的特性： 間

12、接性間接性 概括性概括性 層次性層次性 自覺性自覺性 創(chuàng)造性創(chuàng)造性創(chuàng)新潛力創(chuàng)新潛力 取決于個人基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識、實踐取決于個人基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識、實踐經(jīng)驗，是構(gòu)成創(chuàng)造力的基本要素。經(jīng)驗，是構(gòu)成創(chuàng)造力的基本要素。創(chuàng)新涌動力創(chuàng)新涌動力 人類自身的潛在創(chuàng)造能力只有在涌動力人類自身的潛在創(chuàng)造能力只有在涌動力的驅(qū)使下釋放。（壓力、條件、環(huán)境）的驅(qū)使下釋放。（壓力、條件、環(huán)境）創(chuàng)新靈感創(chuàng)新靈感 思維過程人的潛意識在腦海中的瞬間閃現(xiàn)。思維過程人的潛意識在腦海中的瞬間閃現(xiàn)。（3 3）創(chuàng)新能力的形成條件）創(chuàng)新能力的形成條件26/1526/15創(chuàng)新創(chuàng)新過程三階段：過程三階段：知識（潛創(chuàng)造力）知識（潛創(chuàng)造力）創(chuàng)新

13、涌動力創(chuàng)新涌動力 創(chuàng)新成果創(chuàng)新成果靈感思維靈感思維154.4.創(chuàng)新設(shè)計方法創(chuàng)新設(shè)計方法26/1626/16正確的設(shè)計方正確的設(shè)計方法能提高創(chuàng)新法能提高創(chuàng)新的效率的效率16 創(chuàng)新的本質(zhì)是開放和不拘于常規(guī)、常理，創(chuàng)新的本質(zhì)是開放和不拘于常規(guī)、常理，但歸納人類在創(chuàng)新過程總結(jié)的有效方法，有助但歸納人類在創(chuàng)新過程總結(jié)的有效方法，有助于創(chuàng)新活動的進程。于創(chuàng)新活動的進程。 群智集中法群智集中法 系統(tǒng)分析法系統(tǒng)分析法 仿生創(chuàng)新法仿生創(chuàng)新法 功能設(shè)計創(chuàng)新法功能設(shè)計創(chuàng)新法 移置技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計法移置技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計法 類比求優(yōu)創(chuàng)新設(shè)計法類比求優(yōu)創(chuàng)新設(shè)計法 反求創(chuàng)新法反求創(chuàng)新法常用方法常用方法1.3 1.3 機械創(chuàng)新設(shè)計機

14、械創(chuàng)新設(shè)計機械設(shè)計機械設(shè)計26/1726/17機械設(shè)計方法機械設(shè)計方法反向設(shè)計反向設(shè)計正向設(shè)計正向設(shè)計創(chuàng)新設(shè)計創(chuàng)新設(shè)計現(xiàn)代設(shè)計現(xiàn)代設(shè)計常規(guī)設(shè)計常規(guī)設(shè)計（反求設(shè)計或逆向工程）（反求設(shè)計或逆向工程）創(chuàng)造性創(chuàng)造性仿制仿制171.1.常規(guī)機械設(shè)計常規(guī)機械設(shè)計機電產(chǎn)品設(shè)計的規(guī)律：機電產(chǎn)品設(shè)計的規(guī)律：功能功能結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)控制控制 傳統(tǒng)的設(shè)計程序，采用經(jīng)典設(shè)計理論、基傳統(tǒng)的設(shè)計程序，采用經(jīng)典設(shè)計理論、基本技能、運算與表達等。本技能、運算與表達等。 力學、數(shù)學知識為基礎(chǔ)建立的規(guī)律力學、數(shù)學知識為基礎(chǔ)建立的規(guī)律 （理論公式、經(jīng)驗公式）（理論公式、經(jīng)驗公式） 技術(shù)資料（圖表、手冊）技術(shù)資料（圖表、手冊） 實踐經(jīng)驗實踐

15、經(jīng)驗 設(shè)計、計算、繪圖、編寫文本設(shè)計、計算、繪圖、編寫文本26/1826/18 機械工程中的主要設(shè)計方法。機械工程中的主要設(shè)計方法。 強調(diào)以成熟的技術(shù)為基礎(chǔ)，各高強調(diào)以成熟的技術(shù)為基礎(chǔ)，各高等工科學校的機械設(shè)計等工科學校的機械設(shè)計教學體系主要教學體系主要講講授這種方法。授這種方法。182.2.現(xiàn)代設(shè)計方法現(xiàn)代設(shè)計方法 以現(xiàn)代計算機及配套軟件為工具，運用各以現(xiàn)代計算機及配套軟件為工具，運用各類工程應用軟件（類工程應用軟件（CADCAD、CAECAE、CAMCAM等）結(jié)合現(xiàn)等）結(jié)合現(xiàn)代設(shè)計理念進行的機械設(shè)計。代設(shè)計理念進行的機械設(shè)計。 現(xiàn)代設(shè)計方法從不同角度深化和完善了機現(xiàn)代設(shè)計方法從不同角度深化

16、和完善了機械設(shè)計方法，提高了設(shè)計效率，在保證產(chǎn)品設(shè)械設(shè)計方法，提高了設(shè)計效率，在保證產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量的同時能有效降低產(chǎn)品成本。計質(zhì)量的同時能有效降低產(chǎn)品成本?，F(xiàn)代設(shè)計實例：現(xiàn)代設(shè)計實例： 計算機集成制造系統(tǒng)：計算機集成制造系統(tǒng)：CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM 各類實體建模系統(tǒng)、仿真系統(tǒng)各類實體建模系統(tǒng)、仿真系統(tǒng)26/1926/19 常用現(xiàn)代設(shè)計方法：常用現(xiàn)代設(shè)計方法： 可靠性設(shè)計可靠性設(shè)計 優(yōu)化設(shè)計優(yōu)化設(shè)計 有限元設(shè)計有限元設(shè)計 計算機輔助設(shè)計計算機輔助設(shè)計 虛擬設(shè)計虛擬設(shè)計193.3.機械創(chuàng)新設(shè)計方法機械創(chuàng)新設(shè)計方法機械創(chuàng)新設(shè)計機械創(chuàng)新設(shè)計：相關(guān)領(lǐng)域?qū)嵱弥R與人機設(shè)計相關(guān)領(lǐng)域?qū)嵱弥?/p>

17、識與人機設(shè)計系統(tǒng)的有機結(jié)合（含常規(guī)、現(xiàn)代等）系統(tǒng)的有機結(jié)合（含常規(guī)、現(xiàn)代等） 充分發(fā)揮設(shè)計者的創(chuàng)造力充分發(fā)揮設(shè)計者的創(chuàng)造力 利用人類現(xiàn)有相關(guān)科學技術(shù)知識利用人類現(xiàn)有相關(guān)科學技術(shù)知識 實現(xiàn)創(chuàng)新構(gòu)思實現(xiàn)創(chuàng)新構(gòu)思 獲得新穎性、創(chuàng)造性、實用性成果獲得新穎性、創(chuàng)造性、實用性成果創(chuàng)新設(shè)計方法的特征：創(chuàng)新設(shè)計方法的特征： 規(guī)劃（方案）、實施（方法）、成果三個規(guī)劃（方案）、實施（方法）、成果三個層次皆突出體現(xiàn)新穎、獨特、實用的屬性。層次皆突出體現(xiàn)新穎、獨特、實用的屬性。26/2026/2020相關(guān)結(jié)論：相關(guān)結(jié)論： 機械常規(guī)設(shè)計方法及理論始終是最基本機械常規(guī)設(shè)計方法及理論始終是最基本的機械設(shè)計方法，在強調(diào)現(xiàn)代設(shè)

18、計、創(chuàng)新設(shè)的機械設(shè)計方法，在強調(diào)現(xiàn)代設(shè)計、創(chuàng)新設(shè)計的同時，不可忽視其基礎(chǔ)性、重要性。計的同時，不可忽視其基礎(chǔ)性、重要性。機械設(shè)計課程體系教學的目標：機械設(shè)計課程體系教學的目標： 通過規(guī)劃和系統(tǒng)的學習常規(guī)設(shè)計基本理論、通過規(guī)劃和系統(tǒng)的學習常規(guī)設(shè)計基本理論、基本方法，訓練提高基本技能。基本方法，訓練提高基本技能。靈活運用機械創(chuàng)新設(shè)計方法：靈活運用機械創(chuàng)新設(shè)計方法： 對常規(guī)設(shè)計方法、現(xiàn)代設(shè)計方法的深入理對常規(guī)設(shè)計方法、現(xiàn)代設(shè)計方法的深入理解和綜合運用。解和綜合運用。26/2126/2121機械設(shè)計實例：機械設(shè)計實例： 食用薯條加工機械設(shè)計。食用薯條加工機械設(shè)計。工藝過程分析：工藝過程分析：第第1 1

19、道工序：道工序：清洗清洗第第2 2道工序：道工序：削皮削皮第第3 3道工序：道工序：切條切條第第4 4道工序：道工序：油炸油炸26/2226/2222餐桌成品餐桌成品設(shè)計方案設(shè)計方案1 1常規(guī)設(shè)計方法常規(guī)設(shè)計方法實現(xiàn)第實現(xiàn)第1 1道工序：道工序：清洗（設(shè)計清洗機）清洗（設(shè)計清洗機）實現(xiàn)第實現(xiàn)第2 2道工序：道工序：削皮（設(shè)計削皮機，基本功能削皮（設(shè)計削皮機，基本功能土豆固定、刀具旋轉(zhuǎn)，完成去皮）土豆固定、刀具旋轉(zhuǎn)，完成去皮）實現(xiàn)第實現(xiàn)第3 3道工序：道工序：切片、切條（切片機）切片、切條（切片機）實現(xiàn)第實現(xiàn)第4 4道工序：道工序：油炸設(shè)備油炸設(shè)備設(shè)備設(shè)計要求：設(shè)備設(shè)計要求： 適應繁華商業(yè)區(qū)室內(nèi)

20、；適應繁華商業(yè)區(qū)室內(nèi)； 無需操作技能，自動化程度高；無需操作技能，自動化程度高； 高效率、食品安全、環(huán)境保護。高效率、食品安全、環(huán)境保護。26/2326/2323 生產(chǎn)線由清洗、削皮、切條、油炸生產(chǎn)線由清洗、削皮、切條、油炸4 4套設(shè)備套設(shè)備組成，由于食用土豆形狀和大小差異很大，削皮組成，由于食用土豆形狀和大小差異很大，削皮厚度控制困難，浪費嚴重，生產(chǎn)率低；常規(guī)機械厚度控制困難，浪費嚴重，生產(chǎn)率低；常規(guī)機械切條效率低、成品形狀不美觀。切條效率低、成品形狀不美觀。設(shè)計方案設(shè)計方案22現(xiàn)代設(shè)計方法現(xiàn)代設(shè)計方法 利用常規(guī)設(shè)計的基本設(shè)計思想，通過計利用常規(guī)設(shè)計的基本設(shè)計思想，通過計算機仿真、優(yōu)化設(shè)計等手段，可在一定程度算機仿真、優(yōu)化設(shè)計等手段，可在一定程度上提高設(shè)計周期；減小設(shè)備占用空間、減少上提高設(shè)計周期