第10課改進操作和控制的發(fā)明原理提高系統(tǒng)協(xié)調(diào)性的發(fā)明原理【案例導(dǎo)入】測量傾斜的虎丘塔目錄10.1等勢原理（12）10.2反向作用原理（13）10.3未達到或過度作用原理（16）10.4反饋原理（23）10.5中介物原理（24）10.6自服務(wù)原理（25）10.7復(fù)制原理（26）10.8廉價替代品原理（27）1.等勢原理（12）等勢原理（12）等勢原理涉及三個既可以單獨使用，也可以合并使用的概念：（1）在一個系統(tǒng)或過程的所有點或方面建立均勻位勢，以便獲得某種系統(tǒng)增益；（2）在系統(tǒng)內(nèi)建立某種關(guān)聯(lián)，以維持位勢相等；（3）建立連續(xù)的、完全互相聯(lián)系的關(guān)聯(lián)和聯(lián)系。指導(dǎo)原則：以某種方式改變作業(yè)條件（工作狀態(tài)），而不必升高或降低對象。等勢原理（12）典型案例：電梯可以將乘客運送到高層建筑上，從而避免了人自己爬樓梯。運用技巧：利用等勢原理解決工程難題的實例如位于水運航線上水壩建設(shè)的船閘，船

在通過水壩的時候，需要在船閘中

調(diào)整其位勢，以便順利地從一個水

平高度調(diào)整到另一個水平高度。等勢原理（12）等勢原理（12）等勢原理（12）2.反向作用原理（13）反向作用原理（13）反向作用原理是指：通過在空間上將對象翻轉(zhuǎn)（上下、左右、前后、內(nèi)外），在時間上將順序顛倒，在邏輯關(guān)系上將原因與結(jié)果反過來，從而利用不同（或相反）方法實現(xiàn)相同的目的。指導(dǎo)原則：（1）用與原來相反的作用實現(xiàn)相同的目的。（2）讓物體或環(huán)境中可動的部分不動，不動部分可動。（3）將對象（物體、系統(tǒng)或過程）“顛倒”（上下、內(nèi)外、前后、順序等）過來。反向作用原理（13）典型案例：（1）用平車運送貨物時，既可以推，也可以拉，來實現(xiàn)相同的結(jié)果。（2）利用黑筆和白板的組合代替?zhèn)鹘y(tǒng)的黑板和白粉筆的組合。（3）除了通過上路駕駛來測試汽車的空氣動力特性之外，也可使其進入一個風(fēng)洞來模擬。這種方法可以用于任何需要氣動或水動測試的系統(tǒng)。（4）在向房頂上運送建筑材料時，人既可以站在房頂上用繩子往上拽，也可以通過在房頂上部安裝一個滑輪，用繩子往下拉。無論采用哪種方式，都可以將建筑材料運送到房頂上。（5）跑步機將人移動而地面不動改變?yōu)槿瞬粍佣暗孛妗币苿?。反向作用原理?3）反向作用原理（13）運用技巧：運用反向作用發(fā)明原理，可以考慮使物體、系統(tǒng)或過程倒置。例如，在一些空間不足的地方，將外六角螺絲換成內(nèi)六角螺絲。反向作用原理（13）又如，電磁起重機用于起吊重物，極大地節(jié)省了人力和實踐。但是，使用電磁鐵既不安全，又浪費電能。電磁鐵的原理是通電吸附，斷電釋放，這也是它需要常備應(yīng)急電源的緣故。所以工程師開發(fā)了電控永磁起重機。雖然都是利用磁力，但是只有釋放重物時才使用電能，這既節(jié)省了

電能，又保證了安全。反向作用原理（13）課堂討論：請說一說其中蘊含的道理。①乘客隨滾動電梯上下樓；②為了將兩個套緊的物體分離，可以將內(nèi)層物體冷凍，或者將外層物體升溫；③用逆排序法制定工作計劃。3.未達到或過度作用原理（16）未達到或過度作用原理（16）未達到或過度作用原理是指：如果很難百分之百達到所要求的效果，則可以采用“略少一點”或“略多一點”的做法，這樣可以大大降低解決問題的難度。既可以先采用局部的（不足的）作用來“略微不足地”初步完成某項任務(wù)，然后再進行最后的調(diào)整；也可以先采用過度的（過量的、過大的）作用來“略微過量地（超額地）”初步完成某項任務(wù)，然后再進行最后的調(diào)整。指導(dǎo)原則：當所期望的效果難以完全實現(xiàn)時，“稍微大于”或“稍微小于”會使問題大大簡化。未達到或過度作用原理（16）典型案例：在噴漆的時候，很難精確地給對象噴上一定厚度的油漆，因此，可以先給對象噴過量的油漆，然后再設(shè)法去除多余的部分。例如在給缸筒上油漆的時候，可以先將缸筒浸泡到盛油漆的容器中，讓缸筒上附著過量的油漆，然后將缸筒取出，并快速旋轉(zhuǎn)缸筒，利用離心力甩掉多余的油漆。運用技巧：打土坯的時候，先向模具中放入過量的泥土與稻草的混合物，踩實以后，用木板沿模具的上端刮一下，將多余的混合物去除。未達到或過度作用原理（16）課堂討論：請說一說其中蘊含的道理。在機械加工領(lǐng)域，對一個零件毛坯進行加工的時候，首先進行的是粗加工，目的是快速去除絕大部分多余的材料，然后再進行精加工，慢慢地去除剩余的少量材料，使零件的加工精度達到所要求的公差范圍。4.反饋原理反饋原理（23）反饋原理是指：將系統(tǒng)的輸出作為輸入返回到系統(tǒng)中，以便增強對輸出的控制。指導(dǎo)原則：（1）向系統(tǒng)中引入反饋以改善性能。（2）如果已引入反饋就改變它。反饋原理（23）典型案例：（1）聲控噴泉。（2）自動導(dǎo)航系統(tǒng)。（3）利用恒溫開關(guān)控制溫度。（4）加工中心的自動檢測裝置。反饋原理（23）運用技巧：聰明繩索。任何一個消防隊員或者攀巖者都可以告訴你，一條簡單的繩子可以救你的命，條件是它不要磨損或突然斷裂。如今科學(xué)家研制出了“聰明繩索”，這種智能繩索里面有電子傳導(dǎo)金屬纖維，可以判斷它所承受的重量，如果重量太大，它無法承受，繩索就會向使用者發(fā)出警告。智能繩索還可以用于停泊船只、保護貴重物品或者用于營救行動。聰明的繩索就是在普通繩索上增加了反饋，從而提高安全性。反饋原理（23）課堂討論：請說一說其中蘊含的道理。①運動敏感光線控制系統(tǒng)（廁所光線敏感沖水系統(tǒng)）。②當溫度由高變低時，改變恒溫開關(guān)中負反饋裝置的靈敏度，因為溫度降低的時候運用能量的效率會降低。5.中介物原理（24）中介物原理（24）中介物原理是指：將某對象臨時或永久地放置在兩個或多個現(xiàn)有對象中間作為一個“調(diào)停裝置”。調(diào)?；騾f(xié)商就是指兩個不相容的（互相矛盾的、性質(zhì)相反的）參與者、功能、事件或條件（情形、環(huán)境、情境）之間的某種臨時性的鏈接。通常利用某種易于去除的中間載體、中間阻斷物或中間過程來實現(xiàn)這種鏈接。指導(dǎo)原則：（1）利用中介物來轉(zhuǎn)移或傳遞某種作用。（2）將一個對象與另一個容易去除的對象暫時結(jié)合在一起。中介物原理（24）典型案例：（1）用于演奏弦樂器的撥子（用來彈撥樂器的小而薄的金屬、骨制或類似材料的片子）。（2）電源開關(guān)（在手與電線之間傳遞作用）。（3）計算機網(wǎng)絡(luò)、通信網(wǎng)絡(luò)、供電網(wǎng)絡(luò)、貨幣。（4）飯店上菜的托盤。（5）化學(xué)反應(yīng)中的催化劑。中介物原理（24）運用技巧：膠管上的孔?，F(xiàn)在需要在一根長膠管上鉆出很多徑向小直徑的標準孔。因為膠管很軟，鉆孔操作起來顯得非常不容易。有人建議用燒紅的鐵棍來燙出小孔。經(jīng)過嘗試，發(fā)現(xiàn)燙出的小孔很毛糙，而且很容易破損，不能滿足質(zhì)量要求。“有沒有什么好的辦法？”經(jīng)理問。大家面面相覷。這似乎是一個不容易解決的問題?；谥薪槲锇l(fā)明原理，可以很好地的解決這個問題。先給膠管里面充滿水，然后進行冷凍，待水凍成冰態(tài)時，再進行鉆孔加工。加工完成后，冰會融化成水很容易排出管道。中介物原理（24）課堂討論：請說一說其中蘊含的道理。①將兩相電轉(zhuǎn)換為三相電的轉(zhuǎn)換插頭。②簽字儀式上的公證員（雙方均可信任的獨立的第三方）。③借助鉗子、鑷子等工具，人手可以完成許多原本難以完成的任務(wù)。④藥片上的糖衣（或膠囊）。6.自服務(wù)原理（25）自服務(wù)原理（25）自服務(wù)原理是指：在執(zhí)行主要功能的同時執(zhí)行相關(guān)功能。指導(dǎo)原則：（1）使對象能執(zhí)行輔助性的或維護性的工作，以便進行自我服務(wù)。（2）利用廢物（能量、物質(zhì)）。自服務(wù)原理（25）典型案例：（1）自清潔玻璃。（2）無人值守的自動售貨機。（3）在收割的過程中，將作物的秸稈粉碎后直接填埋作為下一季莊稼的肥料。（4）利用鋼鐵廠煉鋼的余熱發(fā)電，將發(fā)的電再

用于鋼鐵廠的生產(chǎn)上。（5）用生活垃圾做肥料。自服務(wù)原理（25）自服務(wù)原理（25）運用技巧：鋼珠輸送管道的難題。在一個輸送鋼珠的管道中，拐彎部位在工作一兩個小時后就會壞掉。主要原因是鋼珠在高速氣體的驅(qū)動下，對彎曲部位的管壁進行著連續(xù)撞擊，很快就會撞出一個洞來。管道損壞后必須停止輸送來進行維修，這就影響了生產(chǎn)效率?！翱磥磉€需要一條管道，”工程師說，“當需要維修時，啟動另一條管道來輸送鋼珠?！薄皟蓷l管道會增加成本，”經(jīng)理說，“而且更替管道時仍然會影響生產(chǎn)效率?！边@似乎是一個難以解決的難題。自服務(wù)原理（25）運用自服務(wù)發(fā)明原理，可以保證管道順利工作而不必或者大大減少修補。在拐彎部位的管道外放置磁鐵，當鋼珠到達磁場范圍內(nèi)時，會被磁鐵吸附到管道內(nèi)壁上，從而形成保護層。鋼珠的沖擊將作用在由鋼珠形成的保護層上，并不斷補充那些被沖掉的鋼珠。這樣，輸送管道就被完全保護起來。自服務(wù)原理（25）課堂討論：請說一說其中蘊含的道理。環(huán)保型無針訂書機的工作原理如下：訂書機會將紙張的部分區(qū)域切開，并把被切開的那部分紙“扣”在一個被切開的縫隙中，這樣紙張就粘連在一起了。目前它還只能裝訂少量的紙張。7.復(fù)制原理（26）復(fù)制原理（26）復(fù)制原理是指：通過使用較便宜的復(fù)制品或模型來代替成本過高而不能使用的對象。指導(dǎo)原則：（1）用經(jīng)過簡化、廉價的復(fù)制品代替復(fù)雜、昂貴、易損的或不易獲得的對象。（2）用光學(xué)復(fù)制品（圖像）代替實際的對象或過程，同時還可以利用比例的變化（按一定比例放大或縮小復(fù)制品）。（3）如果已使用了可見光的復(fù)制品，則可以考慮用紅外線或紫外線等非可見光的復(fù)制品。復(fù)制原理（26）典型案例：（1）服裝店里的塑料模特（代替真人模特）。（2）利用網(wǎng)絡(luò)上的虛擬博物館代替真正的博物館。（3）手機賣場中擺放的模型手機（其外觀與真正的產(chǎn)品完全相同）。（4）軟件中的打印預(yù)覽功能。（5）通過測量衛(wèi)星照片代替實際地理測量。運用技巧：利用三維CAD軟件建立產(chǎn)品中各個零件模型，然后用三維實體模型對裝配狀況進行模擬。復(fù)制原理（26）課堂討論：請說一說其中蘊含的道理。①先建立經(jīng)濟問題的數(shù)學(xué)模型，再利用數(shù)學(xué)模型來模擬經(jīng)濟的運行狀況。②利用成本較低的紙幣來代替黃金、白銀、銅等貴金屬作為貨幣（價值符號），利用成本更低的電子貨幣代替紙幣。③無損檢測中利用X光為被檢測對象“照相”，通過X光片可以觀察到對象內(nèi)部的缺陷。8.廉價替代品原理（27）廉價替代品原理（27）廉價替代品原理是指：用廉價的、易處理的或一次性的等效物來代替昂貴的、長使用壽命的對象，