機械創(chuàng)新設(shè)計04

第四節(jié)還原創(chuàng)造原理一、還原創(chuàng)造原理的概念還原創(chuàng)造原理是指創(chuàng)造者通過回到“創(chuàng)造原點”再進行創(chuàng)新思考以獲得創(chuàng)意的一種創(chuàng)造模式，所謂創(chuàng)造原點就是驅(qū)使人們進行創(chuàng)造活動的最基本的期望?！板^”：功能是能夠?qū)⒋胺€(wěn)定在海面。螺旋錨、火箭錨、吸盤錨。冷凍錨本質(zhì)：使創(chuàng)造思路回到事物的基本功能上去，從基本功能這一創(chuàng)造原點出發(fā)進行思考，才不會受已有事物具體形態(tài)結(jié)構(gòu)的束縛，更能使創(chuàng)造者解放思想，應(yīng)用發(fā)散思維去獲得標新立異的解決問題的方案。2/3/20231山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院古代碇石與錨基本功能——穩(wěn)定古代錨——重量重點，結(jié)構(gòu)千篇一律現(xiàn)代錨——螺旋錨、火箭錨、吸盤錨、冷凍錨2/3/20232山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院二、還原創(chuàng)造的基本路徑還原換元還原換元是指先還原，后換元。先還原，就是不拘泥現(xiàn)有事物技術(shù)原理和結(jié)構(gòu)形態(tài)的約束，而是透過表面看本質(zhì)，追溯到創(chuàng)造的初衷深入源頭進行思考。后換元是指從創(chuàng)造的源頭出發(fā)，尋找可以置換現(xiàn)有技術(shù)或結(jié)構(gòu)的單元，在換元思考中獲得解決問題的新方案。食品保鮮裝置的新設(shè)計：冷凍微波滅菌保鮮第四節(jié)還原創(chuàng)造原理靜電保鮮2/3/20233山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院還原創(chuàng)元回到創(chuàng)造原點，以前所未有的新事物來取代舊事物的一種突變，這種創(chuàng)造有可能引起某一技術(shù)領(lǐng)域的重大變革，獲得的往往是新型產(chǎn)品。例：新型板式電風扇電火花加工第四節(jié)還原創(chuàng)造原理2/3/20234山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院第四節(jié)還原創(chuàng)造原理2/3/20235山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院第四節(jié)還原創(chuàng)造原理2/3/20236山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院

第五節(jié)物場分析原理

一、物場分析的概念消除物理矛盾，才是解決創(chuàng)造課題的核心所在。如何分析和消除這類矛盾，可以運用物場分析原理。

物場，是指物質(zhì)與物質(zhì)之間相互作用和相互影響的一種聯(lián)系（電鈴）。

物理領(lǐng)域的場：溫度場、機械場、聲場、引力場、磁場、電場等，均是物場的具體存在形式2/3/20237山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院比如在汽車傳動系統(tǒng)中，機械能（場）通過發(fā)動機（物質(zhì)S2）作用于車輪（S1）而使車輪（S1）向前行駛。機械能、發(fā)動機和車輪就構(gòu)成了汽車行駛這一功能的三個要素。物-場分析法中是使用一種用圖形描述系統(tǒng)內(nèi)零部件之間相互關(guān)系的符號語言，與文字語言相比，它可以更加清楚直觀地描述零部件之間的相互關(guān)系。

第五節(jié)物場分析原理

2/3/20238山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院在物-場模型的定義中，物質(zhì)是指某種物體或過程，可以是整個系統(tǒng)，也可以是系統(tǒng)內(nèi)的子系統(tǒng)或單個的物體，甚至可以是環(huán)境，取決于實際情況。場是指完成某種功能所需的手法或手段，通常是一些能量形式，如：磁場、重力場、電能、熱能、化學能、機械能、聲能、光能等等。

第五節(jié)物場分析原理

構(gòu)成物場的三個要素：兩個物質(zhì)和一個場。2/3/20239山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院第五節(jié)物場分析原理任何物場都可以分為以下三種類型：完全物場體系不完全物場體系非物場體系2/3/202310山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院第五節(jié)物場分析原理二、物場分析的創(chuàng)造路徑

物場分析的基本內(nèi)容就是在判別物場類型的前提下進行創(chuàng)造性思考，或?qū)Ψ俏飯鲶w系或不完全物場體系進行補建，或?qū)ν耆飯鲶w系的要素進行變換以發(fā)展物場。運用物場分析進行創(chuàng)造，具體實施要點：（1）課題分析（2）分析物場類型（3）進行物場改造思考（4）形成新的技術(shù)體系形態(tài)2/3/202311山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院第五節(jié)物場分析原理實例1

冷凍機密封檢測方案設(shè)計：2/3/202312山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院第五節(jié)物場分析原理實例2燃氣輪機過濾器改進設(shè)計為了從燃氣中消除非磁性塵粒，可使用過濾網(wǎng)，它由許多層金屬網(wǎng)構(gòu)成。這種過濾器雖可滿意地擋住塵粒，但濾網(wǎng)清洗非常困難。清洗時，必須經(jīng)常將濾網(wǎng)拆散，長時間向相反方向鼓風，才能使網(wǎng)上塵粒脫去。試用物場分析提出改進設(shè)計方案。解1）物場分析根據(jù)課題給出的條件，可描述出一個完全的物場體系：這個物場雖屬完全物場體系，但其功效并不令人滿意，打算對此進行改造。2/3/202313山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院第五節(jié)物場分析原理舊物場體系的改造

采用置換場和物質(zhì)的辦法來改造，具體想法為：用電磁場來取代機械場（空氣流）；用鐵磁性顆粒代替金屬網(wǎng)。這樣，得到新的物場體系：新物場體系對應(yīng)的技術(shù)體系的工作原理是這樣的：利用鐵磁性顆粒作為過濾物質(zhì)，它在磁極中間并形成多孔隙結(jié)構(gòu)。關(guān)斷或接通磁場就可以有效地控制過濾器的孔隙。當需“捕捉”塵粒時，過濾器孔可縮小，而在清洗時，孔可以放大。改變磁場強度，便可控制鐵磁顆粒的密度。2/3/202314山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院第五節(jié)物場分析法物場模型的轉(zhuǎn)換方法改變場中的物質(zhì)

1）改變物質(zhì)的結(jié)構(gòu)（整體變組件，實體變孔狀結(jié)構(gòu)）

2）改變物質(zhì)的動態(tài)性能（由剛性變?yōu)槿嵝裕?/p>

3）改變物質(zhì)屬性（引入新的物質(zhì)，引入改進的物質(zhì)，引入孔隙，用新物質(zhì)替代）

4）改變物質(zhì)的物理狀態(tài)（固態(tài)變液態(tài)、氣態(tài)）

5）用多個物質(zhì)組合在一起來完成作用。

6）用其他物質(zhì)代替原物質(zhì)。

2/3/202315山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院第五節(jié)物場分析法改變作用場

1）按照希望的方向改善作用的強度（提高，降低，消去，產(chǎn)生）

2）改善作用的方向（散射，聚焦，拉，推）

3）改善作用的持續(xù)時間（加速，減速，阻礙，促進，間歇，周期）

4）引入場來改善作用

5）在兩種物質(zhì)之間加入新物質(zhì)，來改善作用

6）在作用的區(qū)域引入新物質(zhì)來改善作用

2/3/202316山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院第五節(jié)物場分析法實例3錐孔過定位問題的解決加工中心刀具的刀體部分的加工精度要求很嚴格，為保證加工中心的加工精度和剛性，必須使刀體和主軸錐孔的接觸面積在70%以上，亦即使刀體的錐體A與主軸錐孔以及刀體法蘭端面B與主軸端面同時接觸，但實際上很難實現(xiàn)兩者同時接觸。如圖（a）所示，或者是刀體法蘭端面與主軸端面接觸造成刀具徑向位置無法確定；或者是刀體的錐體部分與主軸錐孔接觸而刀體法蘭端面與主軸端面不能接觸，造成軸向剛性不足。傳統(tǒng)的解決方法是使用高精度加工設(shè)備加工主軸錐孔和刀體錐體，這樣就會大大增加成本。應(yīng)用物場分析法問題的解決如下：

2/3/202317山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院第五節(jié)物場分析法⑴指定物體S1

因為主軸錐孔的錐度已成為國家標準，所以刀體的錐體成為需要解決的問題。所以指定刀體為S1。

⑵確定場F

在原系統(tǒng)中，刀體安裝的要求是刀體錐體與主軸錐孔以及刀體法蘭端面與主軸端面同時接觸，這個要求是由機械場（通過過盈配合，擠壓）來滿足的。但是這個機械場并不能完全滿足要求。2/3/202318山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院第五節(jié)物場分析法⑶物質(zhì)場的初期模型

通過上述分析，原有系統(tǒng)的物場模型見圖2，由場F指向物體S1的實現(xiàn)箭頭為有用的相互作用。⑷引入新的物質(zhì)問題的產(chǎn)生是由于機械場不能穩(wěn)定有效地保證主軸和刀體的位置關(guān)系。因此，為了解決該問題，有必要引入新的物質(zhì)來改進物場模型。2/3/202319山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院第五節(jié)物場分析法⑸生成所希望的物場模型所希望的物質(zhì)場模型見圖3。改變刀體圓錐面，使其與主軸錐孔不是以整個圓錐面接觸，而是以多數(shù)點的形式接觸。用精密加工出來的具有適當剛性的小球構(gòu)成刀體的圓錐面，從而實現(xiàn)刀體的圓錐面和法蘭端面與主軸的錐孔面和端面同時實現(xiàn)接觸。用物場分析法解決該問題的過程如圖4所示。(此例是美國的一項發(fā)明專利)2/3/202320山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院在發(fā)電廠的流化床燃燒爐系統(tǒng)中，煤被送入爐中后經(jīng)過初始燃燒后變?yōu)橐簯B(tài)，并流入高溫旋流器，之后，這種不完全燃燒的煤再循環(huán)燃燒。但是，這種流態(tài)煤會腐蝕管道表面，需要經(jīng)常檢修而造成停工。對該問題進行物－場分析可知：管道為物質(zhì)S1，流態(tài)煤為S2，F(xiàn)為化學能（腐蝕），化學能（F）通過不完全燃燒的流態(tài)煤（S2）作用于管道（S1）并改變S1（使其腐蝕而不能長期正常使用），屬于基本物-場模型中的有害的完整系統(tǒng)。對于這個問題，只需設(shè)法消除其中的負面效應(yīng)———腐蝕，就可得到解決。應(yīng)用

“引入第三種物質(zhì)或改良物質(zhì)”，我們通過在管道表面添加一層防腐蝕涂層來防止管道腐蝕。這樣流化床燃燒爐管道腐蝕的問題就得到了解決。

實例4流化床燃燒爐的改造2/3/202321山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院2/3/202322山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院2/3/202323山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院思考題一輛出租車在公路上拋錨了。司機非常抱歉的向乘客解釋：抱歉，車子沒有油了。今天我忘了看油表了。”“沒關(guān)系，這種事情經(jīng)常發(fā)生，乘客安慰司機，”有時我也會犯同樣的錯誤，如果當油箱空了，它可以與我們心靈感應(yīng)就好了?！?，或許，油箱不用與司機產(chǎn)生心靈感應(yīng)，它也可以通知司機郵箱中的油的情況。試通過物-場模型分析解決這個問題。2/3/202324山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理一、TRIZ創(chuàng)造原理概述二、TRIZ創(chuàng)造原理的應(yīng)用2/3/202325山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理一、TRIZ創(chuàng)造原理概述TRIZ：“發(fā)明問題解決理論”，蘇聯(lián)學者G.S.Altshuller1946年開始，分析研究各國250件發(fā)明創(chuàng)造專利的基礎(chǔ)上提出的。是解決發(fā)明創(chuàng)造問題的原理和知識體系。應(yīng)用此創(chuàng)造原理可以為機械創(chuàng)新設(shè)計提供思路或解決問題的途徑。2/3/202326山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理TRIZ理論前提和基本認識：產(chǎn)品或技術(shù)系統(tǒng)的進化是有規(guī)律可循的；生產(chǎn)實踐中遇到的工程沖突常常重復(fù)出現(xiàn)；解決工程沖突的發(fā)明創(chuàng)造原理是可以掌握的；其他領(lǐng)域的科學技術(shù)原理可解決本領(lǐng)域的技術(shù)問題。2/3/202327山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理TRIZ理論體系2/3/202328山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理2/3/202329山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理2/3/202330山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理TRIZ創(chuàng)造原理的核心內(nèi)容是技術(shù)系統(tǒng)進化原理和技術(shù)沖突解決原理技術(shù)系統(tǒng)進化原理認為，技術(shù)系統(tǒng)一直處于進化之中，解決沖突是其進化的推動力。進化速度隨技術(shù)系統(tǒng)一般沖突的解決而降低，使其產(chǎn)生突變的唯一方法是解決阻礙其進化的深層次沖突。2/3/202331山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理2/3/202332山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理2/3/202333山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院2/3/202334山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理2/3/202335山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理2/3/202336山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理2/3/202337山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院2/3/202338山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院2/3/202339山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理技術(shù)沖突是發(fā)明創(chuàng)造過程中經(jīng)常遇到的問題，也是最難解決的問題。發(fā)明創(chuàng)造就是在解決技術(shù)沖突中產(chǎn)生的。設(shè)計時，設(shè)計人員往往為改善或提高某些子系統(tǒng)的性能，而導致系統(tǒng)中其他子系統(tǒng)或系統(tǒng)性能變壞與降低，這就是設(shè)計中的沖突。例如，設(shè)計軸時為了使安裝在軸端的零件定位可靠，常采用圓螺母定位，這就需要在軸上加工螺紋，反而削弱了軸的強度。機械系統(tǒng)的產(chǎn)品是多種多樣的，因此產(chǎn)品中的沖突也是各種各樣的，TRIZ理論研究人員通過對世界上250萬項專利的詳細研究提出了39個通用工程參數(shù)來描述技術(shù)沖突問題。這些工程參數(shù)見下表2/3/202340山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理通用工程參數(shù)名稱表

2/3/202341山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理40個發(fā)明原理2/3/202342山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理原理1：分割1.將一個物體分割為幾個獨立的部分家用電冰箱冷藏箱和冷凍箱的位置貨車分為動力部分（機車）和裝載部分（拖車）2.將幾個物體分割為幾個容易組裝和拆卸的部分機械設(shè)計中獨立運動單元即構(gòu)件的制造。3.提高物體的可分性切削加工的刀具將刀桿和刀頭設(shè)計為可拆卸結(jié)構(gòu)2/3/202343山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理原理2：分離1.將一個物體中的有害部分與整體分離

家用空調(diào)器的散熱器工作噪聲大2.將一個物體中起某種專門作用的部分與整體分離將激光復(fù)印機中的成像功能從整體中分離出來，與掃描功能組合構(gòu)成復(fù)印機，與計算機組合構(gòu)成打印機，和通信功能組合構(gòu)成傳真機。2/3/202344山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理原理3：局部質(zhì)量將零件由均勻結(jié)構(gòu)改為非均勻結(jié)構(gòu)，按照零件不同位置的不同功能設(shè)計局部結(jié)構(gòu)，使零件的每個局部零件都能夠發(fā)揮出最佳效能。對零件的不同部位采用不同的熱處理方式。2/3/202345山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理原理4：不對稱

機械零件多為對稱結(jié)構(gòu)，對稱原則使結(jié)構(gòu)設(shè)計更簡單。機械零件可以采用非對稱的結(jié)構(gòu)，非對稱原則使機械結(jié)構(gòu)設(shè)計可以有更多的選擇。機械傳動中使用的輪轂。2/3/202346山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院第六節(jié)TRIZ創(chuàng)造原理原理5：合并1.將空間上相同或相近的物體合并在一起收音機和錄音機，電子表和電子計算器2.將時間上相關(guān)的物體合并鉛筆和橡皮，制冷和加熱功能集中在空調(diào)2/3/202