功能原理创新设计教材

第三章 功能原理创新设计
该理论总结了常用的39个工程参数：
通用工程参数名称 ——七类
序 号
名称
1 运动物体的重量
2 静止物体的重量
3 运动物体的长度
4 静止物体的长度
5 运动物体的面积
6 静止物体的面积
7 运动物体的体积
8 静止物体的体积
9 速度
10 力
11 应力或压力
12 形状
13 结构的稳定性
电冰箱——冷冻箱+冷藏箱 货运汽车——动力（机车）+装载（拖车）
• 将一个物体分割成几个容易组装和拆卸的部分
结构设计——构件——多个独立的零件—分别制造
• 提高物体的可分性
刀具可拆卸结构——刀头+刀杆
第三章 功能原理创新设计
原理2：分离——隔开
① 从混合物中隔离出来 ② 与其他部分或整体、主体分开
飞机机翼——空气——升力
第三章 功能原理创新设计
原理9：预加反作用—抵消有害作用
• 梁——预加反载荷——— 机床导轨——做成中部凸起—— 延缓寿命
火车铁轨——中凸——加长寿命
第三章 功能原理创新设计
原理10：预操作—预防措施—杜绝意外事件
• 螺栓——预紧+放松措施 • 轴承——预紧 • 零件装配前的防腐处理———
• 复印机布墨粉——玻璃球静电吸墨粉 ——硒鼓强静电再吸布墨粉到硒鼓上——形成墨粉图像
• 机器安装底座上的减震垫——减少振动对环境的影响 • 大型风机——减震问题
第三章 功能原理创新设计
原理25：自服务——自我保护意识
• 自润滑轴承——自身材料孔隙含润滑剂——随温度应力变化渗
出润滑——省略了特别的润滑措施.
• 零件由均匀结构改为非均匀结构 ——局部发挥最佳效能
• 零件不同部位——热处理方式不同
——齿轮齿面的表面处理。面硬心软
第三章 功能原理创新设计
原理4：不对称——增加范围
• 机械零件多为对称——设计更简单 • 但是可以采用不对称结构——选择范围扩
大
• 轮毂设计的非对称结构 ——定位
第三章 功能原理创新设计 原理5：合并——组合
第三章 功能原理创新设计
原理11：预补偿—事先防范—提高可靠性
• 过载保护系统—— • 熔断器 • 安全离合器
第三章 功能原理创新设计
原理12：等势性—减少能量消耗
• 车辆在平路上行走—— • 零件在流水线中移位时尽量在一个平面上 • 鹤式起重机——吊装物体时做水平直线移动
第三章 功能原理创新设计
统是不断进化的，进化的动力是解决冲突。
“发明问题解决理论”提出消除冲突的发 明原理，建立消除冲突的基于知识的逻 辑方法。——劝架—折中
第三章 功能原理创新设计
发明问题解决理论
基本方法如何？ 应用“发明问题解决理论”解决设计
问题时，需要首先将待设计的问题表达
（翻译）为“发明问题解决理论”的标准 问题，利用该理论所提供的工具，可求得 标准解，将标准解表达（翻译）为问题领
序 号
名称
14 强度
15 运动物体作用时间
16 静止物体作用时间
17 温度
18 光照度
19 运动物体的能量
20 静止物体的能量
21 功率
22 能量损失
23 物质损失
24 信息损失
25 时间损失
26 物质或事物的数量
序 号
名称
27 可靠性
28 测试精度
29 制造精度
30 物体外部有害因素作用的敏感性
31 物体产生的有害因素
• 将空间上相同或者相近的物体合并在一起 收音机+录音机=收录机 多功能手机=电话功能+短信+收音机+——
• 将时间上相关的物体合并 铅笔+橡皮——便于携带 制冷+加热——夏天制冷——冬天加热
第三章 功能原理创新设计 原理6：多用性——提高性价比
• 多种功能集于一身 多用工具——
多功能手机—— 电话功能+短信+收音机+mp4+照相+GPS导航+蓝牙+
循环进行
搓丝——滚丝
第三章 功能原理创新设计
原理21：紧急行动—减少有害作用时间
• 以最快速度完成有害操作——
激光焊接法——加温时间短，影响范围小
——减少焊接变形
热处理——高频或中频电流——加热零件表面
第三章 功能原理创新设计
原理22：变有害为有益
• 机器报废——零件方便拆卸—— • 垃圾分离设备——回收有用物质
国250万件专利的基础上，提出了“发明问题解决理论”。
该理论一直对其他国家保密，直到前苏联解体后，随着一批原
苏联科学家移居国外，将该理论介绍给其他国家，对全世界的
创新设计领域产生重要影响。
CIA 中央情报局
PK
克格勃
第三章 功能原理创新设计
发明问题解决理论
基本原理是什么？ “发明问题解决理论”认为技术系
上网 ——————
一机多用
第三章 功能原理创新设计 原理7：套装——减小占用空间
• 将某个物体放入另一个物体的空降内 地铁车门——嵌入式
建筑、装修布线——墙内 地暖——地板下
• 将第一个物体嵌入第二个物体内，将第二个物体嵌入第三 个物体内——
多层伸缩式天线—— 伸缩式钓鱼竿—— 多层油缸——
第三章 功能原理创新设计
洗衣机甩干 离心铸造——减少铸件外表面缺陷
第三章 功能原理创新设计
原理15：动态化—灵活性
• 使物体各个部分之间、动作之间自 动调节，实现最佳工作状态—— ——形状记忆弹簧——随温度变 化——伸缩开闭温室天窗 ——柴油机调速器——
——像超越离合器
用垫片调节轴 向间隙
• 将物体分解为既互相连接
• ，又可以相对运动的多个部分
• 高压容器灌口密封结构——外侧消弱——内侧加强
第三章 功能原理创新设计
原理23：反馈——纠正 补偿
• 反馈系统——有效纠正偏差——保证系统工作正常 • 自行车前轮转向——把延长线在轮子与地面接触点前面
——向心力形成回位力矩
第三章 功能原理创新设计
原理24：中介物——传递 减缓
• 带（链条）——机械传动的中介物——长距离传动
• 用再生材料——木材、农作物茎秆代替木材——做
家具、建材
——用铁芯包铜代替铜导线 ——用塑料模具代替金属模具 ——钢塑材料代替铝合金等稀有金属材料 ——用模型试验代替实物试验
第三章 功能原理创新设计
原理28：机械系统的替代——替代物
原理8：质量补偿—减小质量负载
• 使一个向上的力与向下的重力相平衡 氢气球悬挂广告牌——嵌入式 电梯、立体车库——滑轮—起重负载配重
精密滑动导轨——机械卸载导轨 ——滚子分担导轨负载—导轨导向
第三章 功能原理创新设计
原理8：质量补偿—减小质量负载
• 通过物体与环境的作用为物体提供向上的作用力，以平衡 重力作用——— 船——水的浮力——
• 使物体处于振动状态—增加振动频率—共振
• 电磁振动或压电振动替代机械振动
——刀具振动——切削工艺——
电动剃须刀、电动雕刻刀、振动式电动剪刀
振动上料机——均匀定向上料（移动物体）
筛子筛物料——
电子表——石英振荡器——更准确
第三章 功能原理创新设计
原理19：周期性作用—周而复始
• 用周期性动作代替连续动 作；已有的改变动作频率 过盈装配——压入法— —周期性敲击法 内燃机——活塞等周期性 工作 自动装配线上——传送 带（链） ——周期性装配操 作
第三章 功能原理创新设计
原理14：曲面化—圆弧与旋转
• 用曲线代替直线，用曲面代替平面，用球代替立方体—— ——倒角、圆角——减少应力集中 ——拱形梁——提高强度 ——等强度梁——特殊母线形状使圆轴各截面弯矩相等
• ຫໍສະໝຸດ Baidu回转运动取代直线运动
机械设计——旋转运动 更简单 旋转运动产生的离心力——特殊作用——
32 可制造性
33 可操作性
34 可维修性
35 适应性或多用性
36 装置的复杂性
37 监控与测试的困难程度
38 自动化程度
39 生产率
第三章 功能原理创新设计
并总结了常用来解决技术冲突的40条发明原理：
发明原理
序号
名称
1 分割
2 分离 3 局部质量
4 不对称
5 合并
6 多用性
7 套装
序号
名称
11 预补偿
第三章 功能原理创新设计
原理20：有效作用连续性—提高效率
• 系统连续性工作——所有部件满负荷—— —消除动作过程中的间隙——连续旋转代替往复直线 运动
计算机打印机——打印头连续往复打印 内燃机——爆发行程——做功——飞轮储能—输
出——保证内燃机持续运动
卡尔逊复印机——平板上—布静电+曝光+显影+定影 现代复印机——多个工作头围绕硒鼓——复印可以
域的解答，得到领域解，可以得到关于消 除技术冲突的有益提示。
第三章 功能原理创新设计
发明问题解决理论
怎样分类？ “发明问题解决理论”将工程中的冲
突分为两类，一类称为技术冲突，另一类 称为物理冲突。
技术冲突指在一个子系统中引入有用 功能的同时会在另一个子系统中引入有害 功能。
物理冲突指对同一个子系统提出相反 的要求。
• 将一个物体中的有害部分与整体分离 家用空调——主机+散热器（噪音大——移往室外）
• 将一个物体中起某种专门作用的部分与整体分离
激光复印机——成像功能分离——独立功能
成像功能+扫描仪=复印机 成像功能+计算机=打印机 成像功能+通信功能=传真机
打印+复印+扫描+传真——一体机
第三章 功能原理创新设计 原理3：局部质量——区别对待
第三章 功能原理创新设计
第三章 功能原理创新设计
第三章 功能原理创新设计
•基本原理是什么？ •基本方法如何？ •怎样分类？
•技术冲突的40条发明原理
第三章 功能原理创新设计
发明问题解决理论(TRIZ）
如何产生的？
前苏联学者 阿利特舒列尔（G.S.Altshuler）及其领导的一批
研究人员，从1946年开始，花费1500人•年，在分析研究世界各
凸缘联轴器——刚性连接，要
求精度高
万向节联轴器——适应两轴角度 误差
十字滑块联轴器——适应两轴径 向误差
第三章 功能原理创新设计
原理16：未达到或超过—放宽—问题简化
• 齿轮设计齿宽——一宽一窄——解决齿宽装配、加工及
累计误差造成的错位 • 公差——不是理想的—＜100%
第三章 功能原理创新设计
12 等势性 13 反向
14 曲面化
15 动态化
16 未达到或超过
17 维数变化
8 质量补偿 18
9 预加反作用 19
10 预操作
20
振动 周期性作用 有效作用的连续性
序号
名称
21 紧急行动
22 变有害为有益、 23 反馈
24 中介物
25 自服务
26 复制
27 低成本、不耐用的物体 代替昂贵、耐用的物体
• 铸铁——润滑性
第三章 功能原理创新设计
原理26：复制——替代物
• 用简单、廉价的复制品代替复杂昂贵的物体
• 虚拟设计——动态虚拟仿真——虚拟装配——干涉 检查——虚拟应力分析
• 模拟训练——虚拟现实
• 仿生法（仿生学）——人工心脏
——机器人 ——机器动物
第三章 功能原理创新设计
原理27：低成本、不耐用的物体代替昂 贵、耐用的物体——低替代物
• SF-1 通用型钢基无给油自润滑轴承1 无油润滑或少油润滑，可在使用时不保养或少保养；2 耐 磨性能好，摩擦系数小，使用寿命长；3 有适量的弹塑性，能将应力分布在较宽的接触面上,提 高轴承的承载能力；4 静动摩擦系数相近，从而保证机械的工作精度；5 能使机械减少振动， 降低噪音，防止污染，改善劳动条件；6 在运转过程中能形成转移膜,起到保护对磨轴的作用； 7 对于磨轴的硬度要求低，从而降低了相关零件的加工难度；8 薄壁结构，质量轻，可减小机 械体积；9 钢背面可电镀多种金属,，可在腐蚀介质中使用；目前已广泛应用于各种机械的滑动 部位。
28 机械系统的替代
29 启动与液压结构
30 柔性壳体或薄膜
序号
名称
31 多孔材料
32 改变颜色 33 同质性
34 抛弃与修复
35 参数变化
36 状态变化
37 热膨胀
38 加速强氧化 39 惰性环境 40 复合材料
第三章 功能原理创新设计
原理1：分割——断开——独立
把一个整体或有联系的事物强行分开 • 将一个物体分割成几个独立的部分
原理13：反向—逆向思维
• 采用与通常动作方向相反的动作，达到相同的目的—— ——配对齿轮的材料不同——一软一硬 模具硬材料—凸模——软材料—凹模 结果——软材料塑性对磨损补偿，延长模具寿命
使原来静止的物体运动，原 来运动的静止，保持两个物 体间原有的相对运动关系
车床——刀具固定—— 工件运动
改变——工件固定— —刀具运动——镗床或铣床
原理17：维数变化—多维—增加
• 将一维线性运动改为二维平面运动或三维空间运动—— 计算机储存方式——纸带（一维）——磁盘/光盘（二维）
——将来三维存储技术—飞跃
• 将单层排列的物体变为多层排列
光盘库——多层叠放光盘——方便抓取 立体车库——增加存储量
• 利用给定表面的反面
磁盘由单面——双面
第三章 功能原理创新设计 原理18：振动—