機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)

1、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)摘要 : 簡(jiǎn)單概述創(chuàng)新設(shè)計(jì)以及創(chuàng)新設(shè)計(jì)構(gòu)思的基本原理、方法和技巧，以機(jī)械系統(tǒng)的概念設(shè) 計(jì)為主線，內(nèi)容包括：創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維與方法，機(jī)械系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)與原理方案創(chuàng)新。 關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì) 創(chuàng)新 機(jī)械 結(jié)構(gòu) 原理 功能Mechanical Creative DesignAbstract: a brief overview innovation design and innovation designing idea of the basic principles, methods and skills to the conceptual design of mechanical system a

2、s the main line, and the content includes: innovation design thinking and method, mechanical system function structure and principle project innovation.Keywords: design innovation mechanical structure principle function一 創(chuàng)新設(shè)計(jì)概述一設(shè)計(jì)與創(chuàng)新 概括地說(shuō)，創(chuàng)新就是創(chuàng)造與創(chuàng)效。它是集科學(xué)性、技術(shù)性、社會(huì)性、經(jīng)濟(jì)性 于一身， 并貫穿于科學(xué)技術(shù)實(shí)踐、 生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)實(shí)踐和社會(huì)活動(dòng)實(shí)踐的一

3、種橫向性實(shí) 踐活動(dòng)。所謂設(shè)計(jì)，就是盡可能少地消耗以材料、能源、勞動(dòng)力、資金等形態(tài)存 在的資源， 而創(chuàng)造出滿足預(yù)先陳述的功能要求的物質(zhì)實(shí)體， 以實(shí)現(xiàn)對(duì)某一設(shè)計(jì)對(duì) 象潛在要求的過(guò)程。創(chuàng)新設(shè)計(jì)不僅是一種創(chuàng)造性的活動(dòng)，還是一個(gè)具有經(jīng)濟(jì)性、時(shí)效性的活動(dòng)。 同時(shí)創(chuàng)新設(shè)計(jì)還要受到意識(shí)、制度、 管理及市場(chǎng)的影響與制約。 因此需要研究創(chuàng) 新設(shè)計(jì)的思想與方法， 使設(shè)計(jì)能繼續(xù)推動(dòng)人類(lèi)社會(huì)向更高目標(biāo)發(fā)展與進(jìn)化。 歸納 起來(lái)創(chuàng)新設(shè)計(jì)具有如下特點(diǎn)： 創(chuàng)新設(shè)計(jì)是涉及到多種學(xué)科，包括設(shè)計(jì)學(xué)、創(chuàng)造學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、社會(huì) 學(xué)、心理學(xué)等的復(fù)合性工作，其結(jié)果的評(píng)價(jià)也是多指標(biāo)、多角度的； 創(chuàng)新設(shè)計(jì)中相當(dāng)一部分工作是非數(shù)據(jù)性、非電腦性的，而是

4、要依靠 對(duì)各學(xué)科知識(shí)的綜合理解與交融，對(duì)已有經(jīng)驗(yàn)的歸納與分析，運(yùn)用創(chuàng)造性 的思維方法與創(chuàng)造學(xué)的基本原理開(kāi)展工作； 創(chuàng)新設(shè)計(jì)不只是因?yàn)閱?wèn)題而設(shè)計(jì)，更重要的是提出問(wèn)題，解決問(wèn)題； 創(chuàng)新設(shè)計(jì)是多種層次的，不在乎規(guī)模大小，也不在乎理論深淺，注 重的是新穎、獨(dú)創(chuàng)、及時(shí)；第 1 頁(yè) 共 10 頁(yè) 創(chuàng)新設(shè)計(jì)的最終目的在于應(yīng)用二設(shè)計(jì)的類(lèi)型機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)視情況不同大體可以分為三種類(lèi)型，見(jiàn)表1-1所列表1-1機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的三種類(lèi)型類(lèi)型含義占設(shè)計(jì)總數(shù)比例開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)在工作原理、功能結(jié)構(gòu)等 完全未知的情況下，運(yùn)用 成熟的科學(xué)理論或經(jīng)過(guò) 試驗(yàn)證明可行的新技術(shù)， 設(shè)計(jì)出過(guò)去沒(méi)有的新型 機(jī)械。這是一種完全的創(chuàng) 新設(shè)計(jì)約25%

5、適應(yīng)性設(shè)計(jì)在工作原理、功能結(jié)構(gòu)基 本保持不變的前提下，對(duì) 產(chǎn)品作局部的變更或新 設(shè)計(jì)少數(shù)部件，以改變產(chǎn) 品的某些性能或克服原 來(lái)的某些明顯缺陷。這是 具有部分創(chuàng)新的設(shè)計(jì)約55%變型設(shè)計(jì)在工作原理、功能結(jié)構(gòu)都 保持不變的前提下，僅對(duì) 產(chǎn)品作尺寸大小或布置 方式的改變，以適應(yīng)于量 的變化要求。此類(lèi)設(shè)計(jì) 中，不但功能和解的原理 不變，而且也不出現(xiàn)諸如 材料、應(yīng)力、工藝等方 面的新問(wèn)題約20%三設(shè)計(jì)的一般進(jìn)程首先通過(guò)市場(chǎng)調(diào)查掌握產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)情況和用戶要求，然后提出設(shè)計(jì)任務(wù)。一般 來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)任務(wù)常常只是提出總體規(guī)格或目的說(shuō)明，必須通過(guò)收集資料，查閱有關(guān)書(shū)籍雜志、專利文獻(xiàn)、圖紙檔案等，并結(jié)合相近實(shí)物、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)

6、，將設(shè)計(jì)任務(wù) 明確表示為一組相互獨(dú)立且沒(méi)有冗余的功能要求。在此期間如果發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)中 含有不合理的甚至違反客觀自然法則的部分， 則應(yīng)反饋修改。然后根據(jù)功能要求 進(jìn)行開(kāi)發(fā)原理解及總體布局造型，此即通常所謂的總體方案設(shè)計(jì)。方案設(shè)計(jì)要盡 量運(yùn)用各種創(chuàng)造性方法、系統(tǒng)工程方法、人機(jī)學(xué)原理、簡(jiǎn)易的可行性計(jì)算以及個(gè) 人設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)等，從白紙狀態(tài)構(gòu)思并限定設(shè)計(jì)對(duì)象的總體方案之待選范圍。因此應(yīng)進(jìn)行優(yōu)選設(shè)計(jì)方案，運(yùn)用價(jià)值分析方法、優(yōu)選方法等從中擇取最有希望的一種。四創(chuàng)新的基本法則與方法所有創(chuàng)新方法都是根據(jù)基本法則加以實(shí)現(xiàn)的， 表1-2所列為這些基本法則 的說(shuō)明及舉例。表1-2創(chuàng)新基本法則的說(shuō)明及舉例法則說(shuō)明舉例綜合法

7、則在分析各構(gòu)成要素的基 礎(chǔ)上加以綜合，使綜合后 的整體作用導(dǎo)致創(chuàng)造性 的新成果。匕可以是新技 術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)的綜合、自 然科學(xué)與技術(shù)科學(xué)的綜 合、多學(xué)科成果的綜合等 等“阿波羅”登陸計(jì)劃籌劃 了 10年，發(fā)動(dòng)了全美1 / 3的科學(xué)家參加，2萬(wàn) 多個(gè)工廠承做了 700多萬(wàn) 個(gè)零件，耗資達(dá)240億美 元，算是當(dāng)代最大型的各 種創(chuàng)造發(fā)明、科學(xué)技術(shù)的 綜合運(yùn)用及創(chuàng)新復(fù)原法則亦稱抽象法則。它通過(guò)研 究已有事物的創(chuàng)造起點(diǎn)， 把主要的功能抽象出來(lái)， 即“回到根本，抓住關(guān) 鍵”；然后集中研究實(shí)現(xiàn) 該功能的方法和手段，以最早的洗衣機(jī)裝有一對(duì) 用于洗凈后擠干水的滾 子，為防止失誤而壓傷手 指，甚至發(fā)明了多種自動(dòng) 釋

8、放機(jī)構(gòu)，以便手指被卡 住時(shí)自動(dòng)松開(kāi)。當(dāng)重新回取得創(chuàng)造性的最正確效果到這個(gè)問(wèn)題的本源，即抓 住抽象化后的“去水”功 能來(lái)構(gòu)思時(shí)，一個(gè)簡(jiǎn)單、 有效而且安全的“離心脫 水”方案便產(chǎn)生了對(duì)應(yīng)法則相似原理、仿形移植、模 擬比較、類(lèi)比聯(lián)想等，都 屬于對(duì)應(yīng)法則。在創(chuàng)新設(shè) 計(jì)中，對(duì)應(yīng)法則用得很多木梳是人手梳頭的仿形； 夜視鏡是貓頭鷹眼的仿 生；用兩棲動(dòng)物類(lèi)比，設(shè) 計(jì)出了水陸兩用坦克移植法則把一個(gè)研究對(duì)象的概念 原理、方法等，運(yùn)用于另 外研究對(duì)象并取得成果 的法則。它有利于促進(jìn)事 物間的交叉、滲透及綜 合，是一種快速有效的創(chuàng) 新法則日本開(kāi)始生產(chǎn)聚丙烯薄 膜袋時(shí)銷(xiāo)路不暢，推銷(xiāo)員 吉川退助在酒店稍事休 息，女店主送

9、上毛巾給他 擦汗，因是用過(guò)的毛巾， 氣味令他嫌惡。吉川想 至嘰假設(shè)將每塊洗凈的毛 巾用聚丙烯薄膜袋裝好， 一則毛巾不會(huì)干掉，二來(lái) 用過(guò)與否一目了然離散法則沖破原先事物面貌的限制，將研究對(duì)象予以分 裂，創(chuàng)造出新概念、新產(chǎn) 品活字印刷術(shù)是原理整體 刻板印刷的別離；音響是 揚(yáng)聲器與收錄機(jī)整體的 別離；隱形眼鏡是鏡片與 鏡架離散后的新產(chǎn)品組合法則亦稱排列法則。是將兩種或兩種以上的技術(shù)思想 或物質(zhì)產(chǎn)品的一部分或 全部進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合，以 形成新技術(shù)、新產(chǎn)品的創(chuàng)美國(guó)飛機(jī)設(shè)計(jì)師卡里 格卡圖根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué) 原理，對(duì)螺旋槳飛機(jī)進(jìn)行 重組改造，將原來(lái)放在機(jī) 頭的螺旋槳改放在機(jī)尾，新法則。其常用方法有： 主體添加法、

10、異類(lèi)組合 法、同物組合法、重組法 等原來(lái)裝在機(jī)尾的穩(wěn)定翼 改裝在機(jī)頭。重組后的飛 機(jī)具有尖端懸浮系統(tǒng)和 更加合理的流線型機(jī)身， 不僅增加了飛行速度，而 且提高了安全性換元法則換兀法則即替換、代替的 法則。它是用一事物代替 另一事物，從而到達(dá)創(chuàng)新 的目的亞貝爾用電流的變化代 替模擬聲波的變化，實(shí) 現(xiàn)了用電傳送語(yǔ)言的設(shè) 想，從而發(fā)明了C達(dá)維道夫用樹(shù)脂代替 水泥，發(fā)明了耐酸、耐堿 的聚合物混凝土強(qiáng)化法則亦稱聚焦原理。它通過(guò)強(qiáng)化或聚焦以提高質(zhì)量、改善性能、增加壽命等列寧圖書(shū)館20km長(zhǎng)書(shū)架 上的圖書(shū)經(jīng)由微縮技術(shù) 縮納在10個(gè)卡片盒內(nèi) 增強(qiáng)塑料、鋼化玻璃、濃 縮洗衣服以及金屬外表 噴漆等，均屬?gòu)?qiáng)化法則的

11、 應(yīng)用逆反法則打破習(xí)慣思維定勢(shì)，對(duì)已 有的理論、技術(shù)、設(shè)計(jì)等 持疑心態(tài)度，或者說(shuō)對(duì)熟 悉的事物持邙百生態(tài)度”， 甚至“反其道而行之”， 常?？梢砸鰳O秒的發(fā) 明或創(chuàng)新江崎于奈和宮原百合子 向鍺中添加雜質(zhì)，制成了 優(yōu)異的電晶體蘇格蘭一 家圖書(shū)館在搬遷新館之 前，發(fā)出了與平日相反的 取消借書(shū)限量的通告，結(jié) 果短期內(nèi)大量圖書(shū)外借 而還書(shū)時(shí)還到新館，順利 完成了圖書(shū)搬運(yùn)任務(wù)且節(jié)約了費(fèi)用群體法則擺脫狹隘專業(yè)范圍，發(fā)揮“群體大腦”作用的協(xié)同 創(chuàng)新法則控制論的創(chuàng)立者維納，常 用“午餐會(huì)”的形式，從 各人海闊天空的交談和 設(shè)想中捕捉思想上的新 閃光點(diǎn)，以激發(fā)自己的創(chuàng) 造能動(dòng)性二機(jī)械系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)與原理方案創(chuàng)新

12、一機(jī)械系統(tǒng)的概念與特征一切機(jī)械設(shè)計(jì)對(duì)象即機(jī)械產(chǎn)品，都可理解為一個(gè)由假設(shè)干概功能元件有序結(jié) 合而成、通過(guò)輸入和輸出與外部環(huán)境相聯(lián)系并具有特定邊界的人工系統(tǒng)，稱為機(jī)械系統(tǒng)。在大多數(shù)機(jī)械系統(tǒng)中，能量流、物料流、信息流同時(shí)存在，只是主次不同而 已。通常所謂的動(dòng)力機(jī)械如內(nèi)燃機(jī)、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、壓氣機(jī)等，以能量轉(zhuǎn)換為 主；工作機(jī)械如機(jī)床、包裝機(jī)、收割機(jī)、攪拌機(jī)以及汽車(chē)、起重機(jī)、傳送帶等， 以物料轉(zhuǎn)換為主；信息機(jī)械如打印機(jī)、繪圖機(jī)、錄像機(jī)等，以信息轉(zhuǎn)換為主。從 系統(tǒng)工程學(xué)的觀點(diǎn)看，所謂系統(tǒng)就是指由假設(shè)干個(gè)相互關(guān)聯(lián)、 相互制約的元素構(gòu) 成的，可執(zhí)行某種特定功能、到達(dá)某種特定目的的集合體。這種集合體的特征是 具

13、有目的性、相關(guān)性、層次性、整體性以及環(huán)境適應(yīng)性。（二）機(jī)械系統(tǒng)的功能機(jī)械系統(tǒng)的功能可從不同的角度加以分類(lèi)，詳見(jiàn)表 2所列。表2 機(jī)械系統(tǒng)的功能分類(lèi)及說(shuō)明分類(lèi)名稱含義及說(shuō)明按系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)總功能整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)所能完成 的功能稱為總功能。如車(chē) 床的總功能是“對(duì)旋轉(zhuǎn)工 件進(jìn)行切削加工”；電腦 打印機(jī)的總功能是“把電腦中的各種信息打印在紙上以供閱覽”等等分功能組成機(jī)器的各個(gè)子系統(tǒng) 所執(zhí)行的功能稱為分功 能。在較復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng) 中，存在著不同層次且具 有從屬關(guān)系的子系統(tǒng)，因 此又分為“一階分功能”“二階分功能” “n階分功能末端功能等 等”按功能的重要性基本功能為到達(dá)設(shè)計(jì)對(duì)象的目的 即實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)對(duì)象的總功

14、能所必不可少的功能，稱 為基本功能。它是設(shè)計(jì)對(duì) 象賴以存在的條件，也是 對(duì)其進(jìn)行分析、研究、設(shè) 計(jì)的基礎(chǔ)。如車(chē)床的基本 功能有：主軸旋轉(zhuǎn)功能； 縱向、橫向自動(dòng)走刀功 能;變速功能；車(chē)螺紋功 能;裝夾工件功能；裝夾 刀具功能等輔助功能與基本功能并存，對(duì)實(shí)現(xiàn) 總功能起支持、保證和完 善作用的次要功能，稱為 輔助功能。沒(méi)有輔助功 能,產(chǎn)品并不失去其基本 使用價(jià)值，所以設(shè)計(jì)者可視具體情況對(duì)輔助功能 進(jìn)行添加或刪除。如車(chē)床 的輔助功能有：手動(dòng)調(diào)整 功能；過(guò)載調(diào)整功能；安 全防護(hù)功能按功能的內(nèi)在聯(lián)系目的功能任一功能的存在都有其 特點(diǎn)目的，不管基本功能 還是輔助功能皆可視為 目的功能，目的功能也稱 上位功能

15、。一目的功能往 往又是實(shí)現(xiàn)另一目的的 手段，相對(duì)另一目的來(lái) 說(shuō)，它又是一種功能手段功能對(duì)實(shí)現(xiàn)目的功能起手段 作用的功能稱為手段功 能。目的功能與手段功能 是一種相對(duì)的概念。按功能的性質(zhì)使用功能使用功能是指設(shè)計(jì)對(duì)象 的實(shí)際用途或價(jià)值，一般 包括使用價(jià)值、可靠性、 安全性、維修性等，它是 通過(guò)基本功能和輔助功 能來(lái)實(shí)現(xiàn)的。不管何種產(chǎn) 品，都應(yīng)把使用功能放在 第一位表現(xiàn)功能表現(xiàn)功能是指對(duì)設(shè)計(jì)對(duì) 象起美化、裝飾作用的功 能,它是通過(guò)外觀造型以 及物質(zhì)功能本身的審美、象征、教育等效果來(lái)實(shí)現(xiàn) 的。各種機(jī)械產(chǎn)品，尤其 像汽車(chē)、手表、豕用電器 等產(chǎn)品，除了滿足使用功 能外，還要咼度重視其表 現(xiàn)功能按用戶的需求

16、必要功能必要功能是指用戶需要 并接受的功能，包括基本 功能和輔助功能。如手表 的“顯示時(shí)間”基本功能 和“防水”、“防磁”、“防震”等輔助功能，都 是用戶需要并接受的功 能冗余功能冗余功能是指用戶不需 要、不接受或無(wú)法享用的 功能。如不適當(dāng)?shù)丶哟蟀?全系數(shù)；超過(guò)實(shí)際要求的 過(guò)高公差值、粗糙度參考文獻(xiàn)對(duì)機(jī)械工程概論課的感受感想：短短一學(xué)期的學(xué)習(xí)，讓我們初步認(rèn)識(shí)了我們 所選專業(yè)一機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化，盡管每節(jié)課老師灌輸給我們很多聞所未聞 的專業(yè)知識(shí)，但我們還是對(duì)機(jī)械這一領(lǐng)域一知半解， 光靠看書(shū)本上密密麻麻的專 業(yè)名詞的解釋以及簡(jiǎn)易裝置圖形的演繹，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能讓我們真正領(lǐng)悟其中滲透的原 理。希望接下去的學(xué)習(xí)中，我們能