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

第四章功能原理創(chuàng)新設(shè)計2023/12/10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2023/12/10機械創(chuàng)新設(shè)計如何產(chǎn)生的？基本原理是什么？基本方法如何？怎樣分類？技術(shù)沖突的40條發(fā)明原理4.6發(fā)明問題解決理論(TRIZ）2023/12/10機械創(chuàng)新設(shè)計如何產(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2023/12/10機械創(chuàng)新設(shè)計發(fā)明問題解決理論基本原理是什么？“發(fā)明問題解決理論”認(rèn)為技術(shù)系統(tǒng)是不斷進(jìn)化的，進(jìn)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2023/12/10機械創(chuàng)新設(shè)計發(fā)明問題解決理論基本方法如何？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(dá)（翻譯）為“發(fā)明問題解決理論”的標(biāo)準(zhǔn)問題，利用該理論所提供的工具，可求得標(biāo)準(zhǔn)解，將標(biāo)準(zhǔn)解表達(dá)（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。2023/12/10機械創(chuàng)新設(shè)計發(fā)明問題解決理論怎樣分類？

“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。

2023/12/10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,該理論總結(jié)了常用的39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14強度27可靠性2靜止物體的重量15運動物體作用時間28測試精度3運動物體的長度16靜止物體作用時間29制造精度4靜止物體的長度17溫度30物體外部有害因素作用的敏感性5運動物體的面積18光照度31物體產(chǎn)生的有害因素6靜止物體的面積19運動物體的能量32可制造性7運動物體的體積20靜止物體的能量33可操作性8靜止物體的體積21功率34可維修性9速度22能量損失35適應(yīng)性或多用性10力23物質(zhì)損失36裝置的復(fù)雜性11應(yīng)力或壓力24信息損失37監(jiān)控與測試的困難程度12形狀25時間損失38自動化程度13結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性26物質(zhì)或事物的數(shù)量39生產(chǎn)率2023/12/10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40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(dá)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2023/12/10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2023/12/10機械創(chuàng)新設(shè)計原理2：分離——隔開

①從混合物中隔離出來

②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2023/12/10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)

——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

2023/12/10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(kuò)大輪轂設(shè)計的非對稱結(jié)構(gòu)——定位

2023/12/10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2023/12/10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(lán)牙+上網(wǎng)——————一機多用2023/12/10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——

2023/12/10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

2023/12/10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

2023/12/10機械創(chuàng)新設(shè)計原理9：預(yù)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

2023/12/10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———

2023/12/10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(hù)系統(tǒng)——熔斷器安全離合器

2023/12/10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

2023/12/10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(dá)到相同的目的——

——配對齒輪的材料不同——一軟一硬

模具硬材料—凸模——軟材料—凹模

結(jié)果——軟材料塑性對磨損補償，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

2023/12/10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

更簡單

旋轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生的離心力——特殊作用——

洗衣機甩干

離心鑄造——減少鑄件外表面缺陷2023/12/10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)，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2023/12/10機械創(chuàng)新設(shè)計原理16：未達(dá)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%

2023/12/10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)槎鄬优帕泄獗P庫——多層疊放光盤——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2023/12/10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2023/12/10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2023/12/10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(jìn)行

搓絲——滾絲2023/12/10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2023/12/10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2023/12/10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2023/12/10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2023/12/10機械創(chuàng)新設(shè)計原理25：自服務(wù)——自我保護(hù)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1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,提高軸承的承載能力；4靜動摩擦系數(shù)相近，從而保證機械的工作精度；5能使機械減少振動，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,起到保護(hù)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；8薄壁結(jié)構(gòu)，質(zhì)量輕，可減小機械體積；9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部位。鑄鐵——潤滑性2023/12/10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2023/12/10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

——鋼塑材料代替鋁合金等稀有金屬材料

——用模型試驗代替實物試驗2023/12/10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2023/12/10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2023/12/10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2023/12/10機械創(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)2023/12/10機械創(chuàng)新設(shè)計原理32：改變顏色——傳達(dá)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)2023/12/10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2023/12/10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2023/12/10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2023/12/10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2023/12/10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(dá)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。2023/12/10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)2023/12/10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2023/12/10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——多種復(fù)合材料——芯部——纖維或細(xì)鋼絲——抗拉強度高——主體——橡膠——彈性好——表層——帆布——耐磨性好2023/12/10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——查找2023/12/10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