1、1,第4章 概念設(shè)計(jì)(concepts),概念設(shè)計(jì)是根據(jù)對(duì)產(chǎn)品功能的要求，進(jìn)行滿足功能要求的工作原理求解和進(jìn)行實(shí)現(xiàn)功能要求的原理解的載體方案的構(gòu)思和設(shè)計(jì) 概念設(shè)計(jì)的過(guò)程是一個(gè)分散思維和創(chuàng)新設(shè)計(jì)的過(guò)程，是一個(gè)求解實(shí)現(xiàn)功能的、滿足各種技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、可能存在和各種方案并最終確定綜合最優(yōu)方案的過(guò)程,41 機(jī)電一體化系統(tǒng)的概念產(chǎn)生方法,概念產(chǎn)生(generating concepts)的要點(diǎn)是在掌握基本概念的基礎(chǔ)上創(chuàng)造性的形成滿足功能和布局要求的具體概念。,3,概念產(chǎn)生方法 分類,傳統(tǒng)原理求解的手段包括查閱文獻(xiàn)、分析己知技術(shù)系統(tǒng)、類比考察等，以及偏重邏輯思維的方法，如設(shè)計(jì)目錄法等 偏重于直覺的方法，如

2、智力激勵(lì)法、635法、聯(lián)想法等 TRIZ 方法,4,411 頭腦風(fēng)暴法,美國(guó)學(xué)者阿歷克斯奧斯本。他于1938年首次提出頭腦風(fēng)暴法。 這是一種集體開發(fā)創(chuàng)造性思維的方法。 頭腦風(fēng)暴法力圖通過(guò)一定的討論程序與規(guī)則來(lái)保證創(chuàng)造性討論的有效性,5,頭腦風(fēng)暴法討論程序,準(zhǔn)備：1.確定議題2.會(huì)前準(zhǔn)備3.確定人選4.明確分工5.規(guī)定紀(jì)律6.掌握時(shí)間。 進(jìn)行： 1.自由暢談2.延遲評(píng)判3.禁止批評(píng)4.追求數(shù)量。,6,412 TRIZ方法,TRIZ(The Theory of Innovation Problem Solving)是俄語(yǔ)“發(fā)明問(wèn)題解決理論”的首字母英語(yǔ)置換詞。-發(fā)明式解決問(wèn)題方法創(chuàng)造性解決問(wèn)題方法

3、 它是由前蘇聯(lián)發(fā)明家、科學(xué)家G.S.Altshuller領(lǐng)導(dǎo)的研究人員經(jīng)歷了五十年的時(shí)間，分析了世界上近250萬(wàn)件專利，并綜合了多學(xué)科領(lǐng)域的原理和法則后，建立起的理論體系。-經(jīng)驗(yàn)式理論-好用,7,2 . 技術(shù)系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)律,（1）技術(shù)系統(tǒng)的發(fā)展遵循產(chǎn)生、成長(zhǎng)、成熟和衰退的生命周期 （2）有不斷完善的傾向。 （3）系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的發(fā)展不均衡，從而導(dǎo)致(子系統(tǒng)間)沖突。 （4）不斷提高動(dòng)態(tài)性和可控制性。,8,技術(shù)系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)律,（5）提高復(fù)雜性，再通過(guò)集成加以簡(jiǎn)化。 （6）零部件總是處于匹配和失配狀態(tài) （7）從宏觀系統(tǒng)向微觀系統(tǒng)演變，運(yùn)用能量場(chǎng)實(shí)現(xiàn)更好的性能或控制 （8）提高自動(dòng)化水平，降低人類的

4、參與。,9,理想度分析,理想度(Ideality)是TRIZ理論的一個(gè)核心概念 定義如下: 其中Uj是指系統(tǒng)的有用結(jié)果，包括系統(tǒng)發(fā)揮作用的所有有價(jià)值的結(jié)果;Hj是指系統(tǒng)的有害結(jié)果，包括不希望的費(fèi)用、能量消耗、污染和危險(xiǎn)等等。,10,系統(tǒng)內(nèi)部沖突分析,如果要改進(jìn)系統(tǒng)的某一部分屬性，必然引起其它的某些屬性惡化，就好像天平一樣，一端翹起，另一端必然下沉。 對(duì)于沖突問(wèn)題，通常的解決方案是采用折衷的方法，而TRIZ則強(qiáng)調(diào)運(yùn)用創(chuàng)造性的思維把沖突徹底消除。 隱含的系統(tǒng)沖突數(shù)量是有限的,11,表4-1 TRIZ方法的39個(gè)參數(shù),12,3.解決問(wèn)題的方法,13,圖4-1 解決問(wèn)題的一般方法,14,表4-2-1

5、TRIZ方法的40個(gè)發(fā)明原理,15,表4-2-2 TRIZ方法的40個(gè)發(fā)明原理,16,(1) 分割原則,將物體分成獨(dú)立的部分,使物體成為可拆卸的,增加物體的分割程度。 例：貨船分成同型的幾個(gè)部分，必要時(shí)，可將船加長(zhǎng)些或變短些,17,(2) 拆出原則,從物體中拆出“干擾部分(”干擾“特性)或者相反，分出唯一需要的部分或需要的特性。與上述把物體分成幾個(gè)相同部分的技法相反，這里是要把物體分成幾個(gè)不同的部分 例，一般小游艇的照明和其他用電是艇上發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)供給的為了停泊時(shí)能繼續(xù)供電，要安裝一個(gè)由內(nèi)燃機(jī)傳動(dòng)的輔助發(fā)電機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)必然造成噪音和振動(dòng)。建議將發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)分置于距游艇不遠(yuǎn)的兩個(gè)容器里，用電纜

6、連接,18,(3) 局部性質(zhì)原則,從物體或外部介質(zhì)(外部作用)的一致結(jié)構(gòu)過(guò)渡到不一致結(jié)構(gòu),物體的不同部分應(yīng)當(dāng)具有不同的功能,物體的每一部分均應(yīng)具備最適于它工作的條件 例：為了防治礦山坑道里的粉塵，向工具(鉆機(jī)和料車的工作機(jī)構(gòu))呈錐體狀噴灑小水珠。水珠愈小，除塵效果愈好但小水珠容易形成霧，這使工作困難解決辦法：環(huán)繞小水珠錐體外層再造成一層大水珠。,19,(4)不對(duì)稱原則,物體的對(duì)稱形式轉(zhuǎn)為不對(duì)稱形式,如果物體不是對(duì)稱的，則加強(qiáng)它的不對(duì)稱程度。 例：防撞汽車輪胎具有一個(gè)高強(qiáng)度的側(cè)緣，以抵抗人行道路緣石的碰撞。,20,（5）聯(lián)合原則,把相同的物體或完成類似操作的物體聯(lián)合起來(lái)，把時(shí)間上相同或類似的操作

7、聯(lián)合起來(lái)。 例：雙聯(lián)顯微鏡組；由一個(gè)人操作，另一個(gè)人觀察和記錄。,21,（6）多功能原則,一個(gè)物體執(zhí)行多種不同功能，因而不需要其他物體。 例：提包的提手可同時(shí)作為拉力器,22,（7）嵌套原則,一個(gè)物體位于另一物體之內(nèi)，而后者又位于第三個(gè)物體之內(nèi)，等等。一個(gè)物體通過(guò)另一個(gè)物體的空腔。 例：彈性振動(dòng)超聲精選機(jī)是由兩個(gè)互相夾緊的半波片構(gòu)成。其特征是，為了減小精選機(jī)的長(zhǎng)度和增大它的穩(wěn)定性，兩個(gè)半波片制成相互套在一起的空錐體,23,（8）反重量原則,將物體與具有上升力的另一物體結(jié)合以抵消其重量，將物體與介質(zhì)(最好是氣動(dòng)力和液動(dòng)力)相互作用以抵消其重量。 例：氫氣球吊起廣告牌 例：調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的制動(dòng)

8、式離心調(diào)節(jié)器安在轉(zhuǎn)子垂直軸上。其特征是：為了在風(fēng)力增大時(shí)把轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制在小的轉(zhuǎn)數(shù)范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)器離心片做成葉片狀，以保證氣動(dòng)制動(dòng),24,（9）預(yù)先反作用原則,如果按課題條件必須完成某種作用，則應(yīng)提前完成反作用。 例：杯形車刀車削方法是：在車削過(guò)程中車刀繞自己的幾何軸轉(zhuǎn)動(dòng)。其特征是為了防止產(chǎn)生振動(dòng)，應(yīng)預(yù)先向杯形車刀施加負(fù)荷力，此力應(yīng)與切削過(guò)程中產(chǎn)生的力大小相近，方向相反,25,（10）預(yù)先作用原則,預(yù)先完成要求的作用(整個(gè)的或部分的)，預(yù)先將物體安放妥當(dāng)，使它們能在現(xiàn)場(chǎng)和最方便地點(diǎn)立即完成所需要的作用 例：用等離子束加工無(wú)機(jī)材料如光纖。其特征是：為提高機(jī)械強(qiáng)度，預(yù)先往無(wú)機(jī)材料上涂敷堿金屬或堿土金屬

9、的溶液或熔融體,26,（11）預(yù)先鋪墊原則：,以事先準(zhǔn)備好的應(yīng)急手段補(bǔ)償物體的低可靠性 例：用等離子束加工無(wú)機(jī)材料如光纖。其特征是：為提高機(jī)械強(qiáng)度，預(yù)先往無(wú)機(jī)材料上涂敷堿金屬或堿土金屬的溶液或熔融體,27,（12）均勢(shì)原則,改變工作條件，使物體上升或下降 有一種裝置不必使沉重的壓模升降；這種裝置是在壓床上安裝了帶有輸送軌道的附件,28,（13）倒置原則,不實(shí)現(xiàn)課題條件規(guī)定的作用而實(shí)現(xiàn)相反的作用。使物體或外部介質(zhì)的活動(dòng)部分成為不動(dòng)的，而使不動(dòng)的成為可動(dòng)的。將物體顛倒。 它的過(guò)濾器是相反的：對(duì)液體或氣體進(jìn)行機(jī)械清洗的電磁過(guò)濾器，它包括有磁場(chǎng)源和顆粒狀磁性材料制的過(guò)濾元件，其特征是，為降低單位耗 電

10、量和提高生產(chǎn)率，過(guò)濾元件放在磁場(chǎng)源的周圍，以形成外部閉式磁路。,29,（14）球形原則,從直線部分過(guò)渡到曲線部分，從平面過(guò)渡到球面，從正六面體或平行六面體過(guò)渡到球形結(jié)構(gòu)，利用棍子、球體、螺旋。從直線運(yùn)動(dòng)過(guò)渡到旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，利用離心力。 例：把管子焊入管柵的裝置具有滾動(dòng)球形電極。,30,（15）動(dòng)態(tài)原則,物體(或外部介質(zhì)）的特性的變化應(yīng)當(dāng)在每一工作階段都是最佳的。將物體分成彼此相對(duì)移動(dòng)的幾個(gè)部分。使不動(dòng)的物體成為動(dòng)的 例：用帶狀電焊條進(jìn)行自動(dòng)電弧焊的方法，其特征是，為了能大范圍地調(diào)節(jié)焊池的形狀和尺寸，把電焊條沿著母線彎曲，使其在焊接過(guò)程中成曲線形狀,31,（16）局部作用或過(guò)量作用原則,如果難于取得

11、百分之百所要求的功效，則應(yīng)當(dāng)取得略小或略大的功效。此時(shí)可能把課題大大簡(jiǎn)化。,32,（17）向另一維度過(guò)渡的原則,如果物體作線性運(yùn)動(dòng)（或分布）有困難，則使物體在二維度(即平面)上移動(dòng)。相應(yīng)地，在一個(gè)平面上的運(yùn)動(dòng)(或分布)可以過(guò)渡到三維空間。利用多層結(jié)構(gòu)替代單層結(jié)構(gòu)。將物體傾斜或側(cè)置。利用指定面的反面。利用投向相鄰面或反面的光流。 例： 越冬圓木在圓形停泊場(chǎng)水中存放，其特征是，為了增大停泊場(chǎng)的單位容積，和減小受凍木材的體積，將圓木扎成捆，其橫截面的寬和高超過(guò)圓木的長(zhǎng)度，然后立著放,33,（18）機(jī)械振動(dòng)原則,使物體振動(dòng)。如果巳在振動(dòng)，則提高它的振動(dòng)頻率(達(dá)到超聲波頻率)。利用共振頻率。用壓電振動(dòng)器

12、替代機(jī)械振動(dòng)器。利用超聲波振動(dòng)同電磁場(chǎng)配合。 例：無(wú)鋸末斷開木材的方法，其特征是，為減少工具進(jìn)入木材的力，使用脈沖頻率與被斷開木材的固有振動(dòng)頻率相近的工具,34,（19）周期作用原則,從連續(xù)作用過(guò)渡到周期作用(脈沖)，如果作用已經(jīng)是周期的，則改變周期性。利用脈沖的間歇完成其他作用。 例：用熱循環(huán)自動(dòng)控制薄零件的觸點(diǎn)焊接方法是基于測(cè)量溫差電動(dòng)勢(shì)的原理。其特征是，為提高控制的準(zhǔn)確度，用高頻率脈沖焊接時(shí)，在焊接電流脈沖的間隔測(cè)量溫差電動(dòng)勢(shì),35,（20）連續(xù)有益作用原則,連續(xù)工作(物體的所有部分均應(yīng)一直滿負(fù)荷工作)。消除空轉(zhuǎn)和間歇運(yùn)轉(zhuǎn)。 例：加工兩個(gè)相交的圓柱形的孔如加工軸承分離環(huán)的槽的方法，其特征

13、是，為提高加工效率，使用在工具的正反行程均可切削的鉆頭(擴(kuò)孔器),36,（21）躍過(guò)原則,高速躍過(guò)某過(guò)程或其個(gè)別階段(如有害的或危險(xiǎn)的)。 例：產(chǎn)膠合板時(shí)用烘烤法加工木材，其特征是，為保持木材的本性，在生產(chǎn)膠合板的過(guò)程中直接用300600C 的燃?xì)饣鹧娑虝r(shí)作用于烘烤木材,37,（22）變害為益原則,利用有害因素(特別是介質(zhì)的有害作用)獲得有益的效果。通過(guò)有害因素與另外幾個(gè)有害因素的組合來(lái)消除有害因素。將有害因素加強(qiáng)到不再是有害的程度。 例：恢復(fù)凍結(jié)材料的顆粒狀的方法，其特征是，為加速恢復(fù)材料的顆粒和降低勞動(dòng)強(qiáng)度，使凍結(jié)的材料經(jīng)受超低溫作用,38,（23）反饋原則,進(jìn)行反向聯(lián)系反饋。如果已有反向

14、聯(lián)系反饋，則改變它。 自動(dòng)調(diào)節(jié)硫化物沸騰層焙燒溫度規(guī)范的方法是隨溫度變化改變所加材料的流量，其特征是，為提高控制指定溫度值的動(dòng)態(tài)精度，隨廢氣中碥含量的變化而改變材料的供給量,39,（24）中介原則,利用可以遷移或有傳送作用的中間物體，把另一個(gè)(易分開的)物體暫時(shí)附加給某一物體。 校準(zhǔn)在稠密介質(zhì)由測(cè)量動(dòng)態(tài)張力儀器的方法是在靜態(tài)條件下裝入介質(zhì)樣品及置入樣品中的儀器。其特征是，為提高校準(zhǔn)精度，應(yīng)利用一個(gè)柔軟的中介元件把樣品及其中的儀器裝入,40,（25）自我服務(wù)原則,物體應(yīng)當(dāng)為自我服務(wù)，完成輔助和修理工作。利用廢料(能量的和物質(zhì)的)。 例，一般都是利用專門裝置供給電焊槍中的電焊條建議利用電焊電流工作

15、的螺旋管供給電焊條。,41,（26）復(fù)制原則,用簡(jiǎn)單而便宜的復(fù)制品代替難以得到的、復(fù)雜的、昂貴的、不方便的或易損壞的物體。用光學(xué)拷貝(圖像）代替物體或物體系統(tǒng)。此時(shí)要改變比例(放大或縮小復(fù)制品)。如果利用可見光的復(fù)制品，則轉(zhuǎn)為紅外線的或紫外線的復(fù)制。 例：大地測(cè)量學(xué)直觀教具是一個(gè)平面藝術(shù)全景。其特征是：為進(jìn)行地形圖像全景測(cè)量攝影，教具按視距攝影數(shù)據(jù)制成，并聲地形的有代表性的各點(diǎn)上配備縮微視距尺,42,（27）用廉價(jià)的不持久性代替昂貴的持久性原則,用一組廉價(jià)物體代替一個(gè)昂貴物體，放棄某些品質(zhì)(如持久性)。 例：一次性的捕鼠器是一個(gè)帶誘餌的塑料管；老鼠通過(guò)圓錐形孔進(jìn)入捕鼠器，孔壁是可伸直的，老鼠只

16、能進(jìn)，不能出,43,28代替力學(xué)原理原則,用光學(xué)，聲學(xué)等設(shè)計(jì)原理代替力學(xué)設(shè)計(jì)原理。用電場(chǎng)、磁場(chǎng)和電磁場(chǎng)同物體相互作用。由恒定場(chǎng)轉(zhuǎn)向不定場(chǎng)，由時(shí)間固定的場(chǎng)轉(zhuǎn)向時(shí)間變化的場(chǎng)，由無(wú)結(jié)構(gòu)的場(chǎng)轉(zhuǎn)向有一定結(jié)構(gòu)的場(chǎng)。利用鐵磁顆粒組成的場(chǎng) 例：在熱塑材料上涂金屬層的方法是將熱塑材料同加熱到超過(guò)它的熔點(diǎn)的金屬粉末接觸，其特征是，為提高涂層與基底的結(jié)合強(qiáng)度及密實(shí)性，在電磁場(chǎng)中進(jìn)行此過(guò)程(,44,（29）利用氣動(dòng)和液壓結(jié)構(gòu)的原則,用氣體結(jié)構(gòu)和液體結(jié)構(gòu)代替物體的固體的部分，如充氣和充液的結(jié)構(gòu)，氣枕，靜液的和液體反沖的結(jié)構(gòu) 例：為使船的推進(jìn)器軸同螺桿套連接，在軸內(nèi)作一槽，槽內(nèi)放一彈性空容器(窄氣袋)如果此容器充進(jìn)壓縮空

17、氣，則脹大并將螺桿套擠到推進(jìn)器軸上,45,（29）利用氣動(dòng)和液壓結(jié)構(gòu)的原則,用氣體結(jié)構(gòu)和液體結(jié)構(gòu)代替物體的固體的部分，如充氣和充液的結(jié)構(gòu)，氣枕，靜液的和液體反沖的結(jié)構(gòu) 例：為使船的推進(jìn)器軸同螺桿套連接，在軸內(nèi)作一槽，槽內(nèi)放一彈性空容器(窄氣袋)如果此容器充進(jìn)壓縮空氣，則脹大并將螺桿套擠到推進(jìn)器軸上,46,（30）利用軟殼和薄膜原則,利用軟殼和薄膜代替一般的結(jié)構(gòu)。用軟殼和薄膜使物體同外部介質(zhì)隔離。 例：充氣混凝土制品的成型方法是在模型里澆注原料，然后在模中靜置成型。其特征是，為提高膨脹程度，在澆注模型里的原料上罩以不透氣薄膜,47,（31）利用多孔材料原則,把物體作成多孔的或利用附加多孔元件(鑲

18、嵌，覆蓋，等等)。如果物體是多孔的，事先用某種物質(zhì)填充空孔。 例， 電機(jī)蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)的特征是，為了消除給電機(jī)輸送冷卻劑的麻煩，活動(dòng)部分和個(gè)別緒構(gòu)元件由多孔材料制成，例如滲入了液體冷卻劑的多孔粉末鋼，在機(jī)器工作時(shí)冷卻劑蒸發(fā)，因而保證了短時(shí)、有力和均勻的冷卻,48,（32）改變顏色原則,改變物體或外部介質(zhì)的顏色。改變物體或外部介質(zhì)的透明度。為了觀察難以看到的物體或過(guò)程，利用染色添加劑。如果已采用了這種添加劑，則采用熒光粉。 透明繃帶不必取掉便可觀察傷情。,49,（33）同類性原則,同指定物體相互作用的物體應(yīng)當(dāng)用同一(或性質(zhì)相近的)材料制成。 例：獲得固定鑄模的方法是用鑄造法按芯模標(biāo)準(zhǔn)件形成躊模的工

19、作腔。其特征是，為了補(bǔ)償在此鑄模中成型的制品的收縮，芯模和鑄模用與制品相向的材料制造(,50,34部分剔除和再生原則,已完成自己的使命或已無(wú)用的物體部分應(yīng)當(dāng)剔除(溶解蒸發(fā)等)或在工作過(guò)程中直接變化。消除的部分應(yīng)當(dāng)在工作過(guò)程中直接再生。 例：檢查焊接過(guò)程的高壓區(qū)的方法是向高溫區(qū)加入光導(dǎo)探頭。其特征是，為改善在電弧焊和電火花焊接過(guò)程中檢查高溫區(qū)的可能性，利用可熔化的探頭它以不低于自己熔化速度的速度被不斷地送人檢查的高溫區(qū),51,（35）改變物體聚合態(tài)原則,這里包括的不僅是簡(jiǎn)單的過(guò)渡，例如從固態(tài)過(guò)渡到液態(tài)，還有向“假態(tài)”(假液態(tài))和中間狀態(tài)的過(guò)渡，例如采用彈性固體。 降落跑道的減速地段建成浴盆形式，

20、里面充滿粘性液體，上面再鋪上厚厚一層彈性物質(zhì)。,52,（36）相變?cè)瓌t,利用相變時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象，例如體積改變，放熱或吸熱。 例：密封橫截面形狀各異的管道和管口的塞頭，其特征是，為了規(guī)格統(tǒng)一和簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，塞頭制成杯狀，里面裝有底熔點(diǎn)合金。合金凝固時(shí)膨脹，從而保證了結(jié)合處的密封性,53,（37）利用熱膨脹原則,利用材料的熱膨脹(或熱收縮)。利用一些熱膨脹系數(shù)不同的材料。 例：蘇聯(lián)發(fā)明證書463423：溫室蓋用鉸鏈連接的空心管制造，管中裝有易膨脹液體。溫度變化時(shí)，管子重心改變，目此管子自動(dòng)升起和降落。,54,（38）利用強(qiáng)氧化劑原則,用富氧空氣代替普通空氣。用氧氣替換富氧空氣。用電離輻射作用于空氣或氧氣

21、。用臭氧化了的氧氣。用臭氧替換臭氧化的(或電離的)氧氣。 例：利用在氧化劑媒介中化學(xué)輸氣反應(yīng)法制取鐵箔。其特征是，為了增強(qiáng)氧化和增大鏡箔的均一性，該過(guò)程在臭氧媒質(zhì)中進(jìn)行,55,（39）采用惰性介質(zhì)原則,用惰性介質(zhì)代替普通介質(zhì)。在真空中進(jìn)行某過(guò)程。 該技法與上述技法正好相反。 例：預(yù)防棉花在倉(cāng)庫(kù)中燃燒的方法，其特征是，為提高棉花貯存的可靠性，在向貯存地點(diǎn)運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中用惰性氣體處理棉花 (,56,（40）利用混合材料原則：由同種材料轉(zhuǎn)為混合材料。,由同種材料轉(zhuǎn)為混合材料。 例：在熱處理時(shí)，為保證規(guī)定的冷卻速度，采用介質(zhì)做金屬冷卻劑，其特征是，冷卻劑由氣體在液體中的懸浮體構(gòu)成,57,42 概念方案的形態(tài)分析,方案的對(duì)象包括功能結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)。 方案的產(chǎn)生要求有盡量多的可