機械創(chuàng)新設(shè)計-4-功能原理創(chuàng)新設(shè)計2-發(fā)明解決理論

1、15:05:32機械創(chuàng)新設(shè)計第四章 功能原理創(chuàng)新設(shè)計15:05:32機械創(chuàng)新設(shè)計4.1 功能原理設(shè)計的意義4.2 工藝功能設(shè)計方法4.3 綜合技術(shù)功能設(shè)計方法4.4 功能組合方法4.5 設(shè)計目錄方法第四章 功能原理創(chuàng)新設(shè)計4.6 發(fā)明問題解決理論(TRIZ）4.7 公理化設(shè)計方法15:05:32機械創(chuàng)新設(shè)計如何產(chǎn)生的？如何產(chǎn)生的？基本原理是什么？基本原理是什么？基本方法如何？基本方法如何？怎樣分類？怎樣分類？技術(shù)沖突的4040條發(fā)明原理4.6 發(fā)明問題解決理論(TRIZ）15:05:32機械創(chuàng)新設(shè)計如何產(chǎn)生的？如何產(chǎn)生的？ 前蘇聯(lián)學(xué)者 阿利特舒列爾（G.S.Altshuler）及其領(lǐng)導(dǎo)的一批研

2、究人員，從1946年開始，花費1500人年，在分析研究世界各國250萬件專利的基礎(chǔ)上，提出了“發(fā)明問題解決理論”。該理論一直對其他國家保密，直到前蘇聯(lián)解體后，隨著一批原蘇聯(lián)科學(xué)家移居國外，將該理論介紹給其他國家，對全世界的創(chuàng)新設(shè)計領(lǐng)域產(chǎn)生重要影響。4.6 發(fā)明問題解決理論(TRIZ）CIA中央情報局 PK克格勃15:05:32機械創(chuàng)新設(shè)計發(fā)明問題解決理論 基本原理是什么？基本原理是什么？ “發(fā)明問題解決理論”認(rèn)為技術(shù)系統(tǒng)是不斷進化的，進化的動力是解決沖突?！鞍l(fā)明問題解決理論”提出消除沖突的發(fā)明原理，建立消除沖突的基于知識的邏輯方法。勸架折中15:05:32機械創(chuàng)新設(shè)計發(fā)明問題解決理論基本方法如

3、何？基本方法如何？ 應(yīng)用“發(fā)明問題解決理論”解決設(shè)計問題時，需要首先將待設(shè)計的問題表達（翻譯）為“發(fā)明問題解決理論”的標(biāo)準(zhǔn)問題標(biāo)準(zhǔn)問題，利用該理論所提供的工具，可求得標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)解解，將標(biāo)準(zhǔn)解表達（翻譯）為問題領(lǐng)域的解答，得到領(lǐng)域解，可以得到關(guān)于消除技術(shù)沖突的有益提示。15:05:32機械創(chuàng)新設(shè)計發(fā)明問題解決理論怎樣分類？怎樣分類？ “發(fā)明問題解決理論”將工程中的沖突分為兩類，一類稱為技術(shù)沖突，另一類稱為物理沖突。 技術(shù)沖突指在一個子系統(tǒng)中引入有用功能的同時會在另一個子系統(tǒng)中引入有害功能。 物理沖突指對同一個子系統(tǒng)提出相反的要求。 15:05:32機械創(chuàng)新設(shè)計發(fā)明問題解決理論 為表示技術(shù)沖突,該理

4、論總結(jié)了常用的3939個工程參數(shù)：通用工程參數(shù)名稱 七類序號名稱序號名稱序號名稱1運動物體的重量運動物體的重量14強度強度27可靠性可靠性2靜止物體的重量靜止物體的重量15運動物體作用時間運動物體作用時間28測試精度測試精度3運動物體的長度運動物體的長度16靜止物體作用時間靜止物體作用時間29制造精度制造精度4靜止物體的長度靜止物體的長度17溫度溫度30物體外部有害因素作用的敏感性物體外部有害因素作用的敏感性5運動物體的面積運動物體的面積18光照度光照度31物體產(chǎn)生的有害因素物體產(chǎn)生的有害因素6靜止物體的面積靜止物體的面積19運動物體的能量運動物體的能量32可制造性可制造性7運動物體的體積運動

5、物體的體積20靜止物體的能量靜止物體的能量33可操作性可操作性8靜止物體的體積靜止物體的體積21功率功率34可維修性可維修性9速度速度22能量損失能量損失35適應(yīng)性或多用性適應(yīng)性或多用性10力力23物質(zhì)損失物質(zhì)損失36裝置的復(fù)雜性裝置的復(fù)雜性11應(yīng)力或壓力應(yīng)力或壓力24信息損失信息損失37監(jiān)控與測試的困難程度監(jiān)控與測試的困難程度12形狀形狀25時間損失時間損失38自動化程度自動化程度13結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性26物質(zhì)或事物的數(shù)量物質(zhì)或事物的數(shù)量39生產(chǎn)率生產(chǎn)率15:05:32機械創(chuàng)新設(shè)計發(fā)明問題解決理論 并總結(jié)了常用來解決技術(shù)沖突的4040條發(fā)明原理：發(fā)明原理序號名稱序號名稱序號名稱序號名稱

6、1分割11預(yù)補償21緊急行動31多孔材料2分離12等勢性22變有害為有益、32改變顏色3局部質(zhì)量13反向23反饋33同質(zhì)性4不對稱14曲面化24中介物34拋棄與修復(fù)5合并15動態(tài)化25自服務(wù)35參數(shù)變化6多用性16未達到或超過26復(fù)制36狀態(tài)變化7套裝17維數(shù)變化27低成本、不耐用的物體代替昂貴、耐用的物體37熱膨脹8質(zhì)量補償18振動28機械系統(tǒng)的替代38加速強氧化9預(yù)加反作用19周期性作用29啟動與液壓結(jié)構(gòu)39惰性環(huán)境10預(yù)操作20有效作用的連續(xù)性30柔性殼體或薄膜40復(fù)合材料15:05:32機械創(chuàng)新設(shè)計原理1：分割斷開獨立把一個整體或有聯(lián)系的事物強行分開 將一個物體分割成幾個獨立的部分 電

7、冰箱冷凍箱+冷藏箱 貨運汽車動力（機車）+裝載（拖車）將一個物體分割成幾個容易組裝和拆卸的部分 結(jié)構(gòu)設(shè)計構(gòu)件多個獨立的零件分別制造提高物體的可分性 刀具可拆卸結(jié)構(gòu)刀頭+刀桿15:05:32機械創(chuàng)新設(shè)計原理2：分離隔開 從混合物中隔離出來 與其他部分或整體、主體分開將一個物體中的有害部分與整體分離 家用空調(diào)主機+散熱器（噪音大移往室外）將一個物體中起某種專門作用的部分與整體分離 激光復(fù)印機成像功能分離獨立功能 成像功能+掃描儀=復(fù)印機 成像功能+計算機=打印機 成像功能+通信功能=傳真機打印+復(fù)印+掃描+傳真一體機15:05:32機械創(chuàng)新設(shè)計原理3：局部質(zhì)量區(qū)別對待零件由均勻結(jié)構(gòu)改為非均勻結(jié)構(gòu)

8、局部發(fā)揮最佳效能零件不同部位熱處理方式不同 齒輪齒面的表面處理。面硬心軟 15:05:32機械創(chuàng)新設(shè)計原理4：不對稱增加范圍機械零件多為對稱設(shè)計更簡單但是可以采用不對稱結(jié)構(gòu)選擇范圍擴大輪轂設(shè)計的非對稱結(jié)構(gòu)定位 15:05:33機械創(chuàng)新設(shè)計原理5：合并組合將空間上相同或者相近的物體合并在一起 收音機+錄音機=收錄機 多功能手機=電話功能+短信+收音機+將時間上相關(guān)的物體合并 鉛筆+橡皮便于攜帶 制冷+加熱夏天制冷冬天加熱15:05:33機械創(chuàng)新設(shè)計原理6：多用性提高性價比多種功能集于一身 多用工具 多功能手機 電話功能+短信+收音機+mp4+照相+GPS導(dǎo)航+藍牙+上網(wǎng) 一機多用15:05:33

9、機械創(chuàng)新設(shè)計原理7：套裝減小占用空間將某個物體放入另一個物體的空降內(nèi) 地鐵車門嵌入式 建筑、裝修布線墻內(nèi) 地暖地板下 將第一個物體嵌入第二個物體內(nèi)，將第二個物體嵌入第三個物體內(nèi) 多層伸縮式天線 伸縮式釣魚竿 多層油缸 15:05:33機械創(chuàng)新設(shè)計原理8：質(zhì)量補償減小質(zhì)量負(fù)載使一個向上的力與向下的重力相平衡 氫氣球懸掛廣告牌嵌入式 電梯、立體車庫滑輪起重負(fù)載配重 精密滑動導(dǎo)軌機械卸載導(dǎo)軌 滾子分擔(dān)導(dǎo)軌負(fù)載導(dǎo)軌導(dǎo)向 15:05:33機械創(chuàng)新設(shè)計原理8：質(zhì)量補償減小質(zhì)量負(fù)載通過物體與環(huán)境的作用為物體提供向上的作用力，以平衡重力作用 船水的浮力 飛機機翼空氣升力 15:05:33機械創(chuàng)新設(shè)計原理9：預(yù)

10、加反作用抵消有害作用梁預(yù)加反載荷 機床導(dǎo)軌做成中部凸起 延緩壽命 火車鐵軌中凸加長壽命 15:05:33機械創(chuàng)新設(shè)計原理10：預(yù)操作預(yù)防措施杜絕意外事件螺栓預(yù)緊+放松措施軸承預(yù)緊零件裝配前的防腐處理 15:05:33機械創(chuàng)新設(shè)計原理11：預(yù)補償事先防范提高可靠性過載保護系統(tǒng)熔斷器安全離合器 15:05:33機械創(chuàng)新設(shè)計原理12：等勢性減少能量消耗車輛在平路上行走零件在流水線中移位時盡量在一個平面上鶴式起重機吊裝物體時做水平直線移動 15:05:33機械創(chuàng)新設(shè)計原理13：反向逆向思維采用與通常動作方向相反的動作，達到相同的目的 配對齒輪的材料不同一軟一硬一軟一硬 模具硬硬材料凸模軟軟材料凹模 結(jié)

11、果軟材料塑性塑性對磨損補償，延長模具壽命使原來靜止的物體運動，原來運動的靜止，保持兩個物體間原有的相對運動關(guān)系 車床刀具固定工件運動 改變工件固定刀具運動鏜床或銑床鏜床或銑床 15:05:33機械創(chuàng)新設(shè)計原理14：曲面化圓弧與旋轉(zhuǎn)用曲線代替直線，用曲面代替平面，用球代替立方體 倒角、圓角減少應(yīng)力集中 拱形梁提高強度 等強度梁特殊母線形狀使圓軸各截面彎矩相等用回轉(zhuǎn)運動取代直線運動 機械設(shè)計旋轉(zhuǎn)運動旋轉(zhuǎn)運動 更簡單 旋轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生的離心力離心力特殊作用特殊作用 洗衣機甩干甩干 離心鑄造離心鑄造減少鑄件外表面缺陷 15:05:33機械創(chuàng)新設(shè)計原理15：動態(tài)化靈活性使物體各個部分之間、動作之間自動調(diào)節(jié)，

12、實現(xiàn)最佳工作狀態(tài) 形狀記憶彈簧隨溫度變化伸縮開閉溫室天窗 柴油機調(diào)速器 像超越離合器將物體分解為既互相連接，又可以相對運動的多個部分 凸緣聯(lián)軸器剛性連接，要求精度高 萬向節(jié)聯(lián)軸器適應(yīng)兩軸角度誤差 十字滑塊聯(lián)軸器適應(yīng)兩軸徑向誤差用墊片調(diào)節(jié)軸向間隙15:05:34機械創(chuàng)新設(shè)計原理16：未達到或超過放寬問題簡化齒輪設(shè)計齒寬一寬一窄解決齒寬裝配、加工及累計誤差造成的錯位公差不是理想的100% 15:05:34機械創(chuàng)新設(shè)計原理17：維數(shù)變化多維增加將一維線性運動改為二維平面運動或三維空間運動 計算機儲存方式紙帶（一維）磁盤/光盤（二維） 將來三維存儲技術(shù)飛躍將單層排列的物體變?yōu)槎鄬优帕?光盤庫多層疊放光

13、盤方便抓取 立體車庫增加存儲量利用給定表面的反面 磁盤由單面雙面15:05:34機械創(chuàng)新設(shè)計原理18：振動使物體處于振動狀態(tài)增加振動頻率共振電磁振動或壓電振動替代機械振動 刀具振動切削工藝 電動剃須刀、電動雕刻刀、振動式電動剪刀振動上料機均勻定向上料（移動物體） 篩子篩物料 電子表石英振蕩器更準(zhǔn)確15:05:34機械創(chuàng)新設(shè)計原理19：周期性作用周而復(fù)始用周期性動作代替連續(xù)動作；已有的改變動作頻率 過盈裝配壓入法周期性敲擊法 內(nèi)燃機活塞等周期性工作 自動裝配線上傳送帶（鏈） 周期性裝配操作15:05:34機械創(chuàng)新設(shè)計原理20：有效作用連續(xù)性提高效率系統(tǒng)連續(xù)性工作所有部件滿負(fù)荷 消除動作過程中的間

14、隙連續(xù)旋轉(zhuǎn)代替往復(fù)直線運動 計算機打印機打印頭連續(xù)往復(fù)打印 內(nèi)燃機爆發(fā)行程做功飛輪儲能輸出保證內(nèi)燃機持續(xù)運動 卡爾遜復(fù)印機平板上布靜電+曝光+顯影+定影 現(xiàn)代復(fù)印機多個工作頭圍繞硒鼓復(fù)印可以循環(huán)進行 搓絲滾絲15:05:34機械創(chuàng)新設(shè)計原理21：緊急行動減少有害作用時間以最快速度完成有害操作 激光焊接法加溫時間短，影響范圍小 減少焊接變形 熱處理高頻或中頻電流加熱零件表面15:05:34機械創(chuàng)新設(shè)計原理22：變有害為有益機器報廢零件方便拆卸垃圾分離設(shè)備回收有用物質(zhì)高壓容器灌口密封結(jié)構(gòu)外側(cè)消弱內(nèi)側(cè)加強15:05:34機械創(chuàng)新設(shè)計原理23：反饋糾正 補償反饋系統(tǒng)有效糾正偏差保證系統(tǒng)工作正常自行車前

15、輪轉(zhuǎn)向把延長線在輪子與地面接觸點前面 向心力形成回位力矩15:05:34機械創(chuàng)新設(shè)計原理24：中介物傳遞 減緩帶（鏈條）機械傳動的中介物長距離傳動復(fù)印機布墨粉玻璃球靜電吸墨粉 硒鼓強靜電再吸布墨粉到硒鼓上形成墨粉圖像機器安裝底座上的減震墊減少振動對環(huán)境的影響大型風(fēng)機減震問題15:05:34機械創(chuàng)新設(shè)計原理25：自服務(wù)自我保護意識自潤滑軸承自身材料孔隙含潤滑劑隨溫度應(yīng)力變化滲出潤滑省略了特別的潤滑措施.SF-1 通用型鋼基無給油自潤滑軸承通用型鋼基無給油自潤滑軸承1 無油潤滑或少油潤滑，可在使用時不保養(yǎng)或少保養(yǎng)；無油潤滑或少油潤滑，可在使用時不保養(yǎng)或少保養(yǎng)；2 耐耐磨性能好，摩擦系數(shù)小，使用壽命

16、長；磨性能好，摩擦系數(shù)小，使用壽命長；3 有適量的彈塑性，能將應(yīng)力分布在較寬的接觸面上有適量的彈塑性，能將應(yīng)力分布在較寬的接觸面上,提提高軸承的承載能力；高軸承的承載能力；4 靜動摩擦系數(shù)相近，從而保證機械的工作精度；靜動摩擦系數(shù)相近，從而保證機械的工作精度；5 能使機械減少振動，能使機械減少振動，降低噪音，防止污染，改善勞動條件；降低噪音，防止污染，改善勞動條件；6 在運轉(zhuǎn)過程中能形成轉(zhuǎn)移膜在運轉(zhuǎn)過程中能形成轉(zhuǎn)移膜,起到保護對磨軸的作用；起到保護對磨軸的作用；7 對于磨軸的硬度要求低，從而降低了相關(guān)零件的加工難度；對于磨軸的硬度要求低，從而降低了相關(guān)零件的加工難度；8 薄壁結(jié)構(gòu)，質(zhì)量輕，可減

17、小機薄壁結(jié)構(gòu)，質(zhì)量輕，可減小機械體積；械體積；9 鋼背面可電鍍多種金屬鋼背面可電鍍多種金屬,，可在腐蝕介質(zhì)中使用；目前已廣泛應(yīng)用于各種機械的滑動，可在腐蝕介質(zhì)中使用；目前已廣泛應(yīng)用于各種機械的滑動部位。部位。鑄鐵潤滑性15:05:34機械創(chuàng)新設(shè)計原理26：復(fù)制替代物用簡單、廉價的復(fù)制品代替復(fù)雜昂貴的物體虛擬設(shè)計動態(tài)虛擬仿真虛擬裝配干涉檢查虛擬應(yīng)力分析模擬訓(xùn)練虛擬現(xiàn)實 仿生法（仿生學(xué)）人工心臟 機器人 機器動物15:05:34機械創(chuàng)新設(shè)計原理27：低成本、不耐用的物體代替昂貴、耐用的物體低替代物用再生材料木材、農(nóng)作物莖稈代替木材做家具、建材 用鐵芯包銅代替銅導(dǎo)線 用塑料模具代替金屬模具 鋼塑材料

18、代替鋁合金等稀有金屬材料 用模型試驗代替實物試驗15:05:34機械創(chuàng)新設(shè)計原理28：機械系統(tǒng)的替代低替代物用具有視覺、聽覺、味覺或嗅覺系統(tǒng)代替機械系統(tǒng) 用光、聲傳感器代替機械（位置）傳感器 用電動機調(diào)速代替機械變速 用聲、光信號傳遞機器運行15:05:34機械創(chuàng)新設(shè)計原理29：氣動與液壓結(jié)構(gòu)將物體的固態(tài)部分用氣體或液體替代，利用氣壓、液壓緩沖作用 表面的潤滑高壓氣體或液體隔開表面流體靜壓潤滑15:05:34機械創(chuàng)新設(shè)計原理30：柔性殼體或薄膜用柔軟殼體或薄膜替代傳統(tǒng)結(jié)構(gòu) 建筑物或廣場頂部柔軟殼體（織物）或薄膜材料施工方便結(jié)構(gòu)輕巧安全 機器內(nèi)部柔軟材料隔開成多箱 各自潤滑方案15:05:34機

19、械創(chuàng)新設(shè)計原理31：使用多孔材料失重鑄造或燒結(jié)大量孔隙材料含油軸承、流體過濾器、輕質(zhì)結(jié)構(gòu)零件 材料上打孔減重 帶孔結(jié)構(gòu)15:05:34機械創(chuàng)新設(shè)計原理32：改變顏色傳達信息重要信息醒目色危險信息紅色 方便觀察透明結(jié)構(gòu)15:05:34機械創(chuàng)新設(shè)計原理33：同質(zhì)性相同材料接觸不發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng) 零件熱膨脹系數(shù)相同溫度變化不易錯位 生產(chǎn)備料方便報廢時方便處理15:05:34機械創(chuàng)新設(shè)計原理34：拋棄與修復(fù)減載拋棄失去功能的部件，補充或修復(fù)損耗部分 火箭發(fā)射中，拋棄廢料箱減輕負(fù)載15:05:34機械創(chuàng)新設(shè)計原理35：參數(shù)變化參數(shù) 控制季節(jié)（溫度）決定潤滑油類型電飯煲溫控器鍋底溫度傳感器改變鐵磁粉性

20、質(zhì)開關(guān)電路機床設(shè)計中，根據(jù)被加工件確定機床功率、速度壓電材料的逆電效應(yīng)改變材料尺寸、形狀、位置和方向系統(tǒng)的微位移控制15:05:34機械創(chuàng)新設(shè)計原理36：狀態(tài)變化狀態(tài) 控制電冰箱溫控器敏感材料狀態(tài)溫控器內(nèi)部壓力制冷溫度根據(jù)金屬材料受溫度影響熱處理表面硬度和強度形狀記憶合金溫度金相組織變化形狀熱導(dǎo)管工作介質(zhì)汽化熱傳導(dǎo)傳到效率提高15:05:34機械創(chuàng)新設(shè)計原理37：熱膨脹空間變化過盈裝配熱膨脹溫度控制開關(guān)兩片熱膨脹系數(shù)不同材料貼合防止熱膨脹鐵軌接頭處無縫線路軌道無縫線路軌道安裝時有一個安裝溫度要求，以達到伸縮量平均。 無縫線路軌道通過扣件扣緊在混凝土軌枕上，抑制鋼軌的伸縮。無縫線路并不是全線都連

21、在一起，根據(jù)等級，每隔數(shù)千米有斷開的一個伸縮段，每到季節(jié)變化，鐵路養(yǎng)路工人會挑選一個適合溫度的時間，松開鋼軌扣件，讓無縫鋼軌自由伸縮，再扣緊，恢復(fù)鐵路運行。 15:05:34機械創(chuàng)新設(shè)計原理38：加速強氧化環(huán)境變化氧化級別改變空氣純氧離子化氧氣、臭氧環(huán)境需要氧氣的環(huán)境有害氣體場所、搶救病人加速化學(xué)反應(yīng)15:05:34機械創(chuàng)新設(shè)計原理39：惰性環(huán)境特定環(huán)境燈泡制造防氧化惰性氣體環(huán)境食品防腐包裝中惰性氣體真空電冰箱保鮮低溫+真空干燥的惰性氣體防止汽霧產(chǎn)生15:05:34機械創(chuàng)新設(shè)計原理40：復(fù)合材料多選性零件不同部位功能不同特性不同帶承受拉力強度在帶輪中彎曲彈性彎曲應(yīng)力小帶與輪摩擦耐磨性 V型帶多

22、種復(fù)合材料 芯部纖維或細鋼絲抗拉強度高 主體橡膠彈性好 表層帆布耐磨性好15:05:34機械創(chuàng)新設(shè)計發(fā)明問題解決理論 將發(fā)明原理與技術(shù)沖突的對應(yīng)關(guān)系編制成沖突問題解決矩陣專用軟件專用軟件查找15:05:35機械創(chuàng)新設(shè)計發(fā)明問題解決理論為解決物理沖突，該理論總結(jié)了24個常見物理沖突問題：常見的物理沖突幾何類材料及能量類功能類長與短多與少噴射與卡住對稱與不對稱密度遇大小推與拉平行與交叉導(dǎo)熱率高與低冷與熱后與薄溫度高與低快與慢圓與非圓時間長與短運動與靜止鋒利與鈍 黏度高與低強與弱窄與寬功率大與小軟與硬平行與垂直摩擦系數(shù)大與小成本高與低15:05:35機械創(chuàng)新設(shè)計發(fā)明問題解決理論該理論總結(jié)了用以 解決物理沖突的11種