【最新】原理方案的创新设计

原理方案的创新设计
不积跬步，无以至千里； 不积小流，无以成江河。
——荀子
2021/2/2
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机械产品设计的三种类型
类型 开发性设计
适应性设计
变型设计
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含义
设计比例
在工作原理、功能结构等完全未知的情况下, 运用成熟的科学理论或经过试验证明可行的新 技术,设计出过去没有的新型机械。这是一种 完全的创新设计
子系统分担各自的分功能或功能元。各分功能的类型不完全 相同，有联系，也有区别。为确定实现的工作原理，需要将 系统的总功能进行分解。另外有些分功能可能己经有定型化 的产品，可以直接使用。
功能分解图的结构形状有树状结构，也有串联结构、并
接结构以及环形结构。
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如：
包装纸 化妆品 电能 信号
包
装
机
袋装化妆品
数量信号 自动包装机黑箱
电能
包装纸 化妆品
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走纸
截断纸
输送
截流
自动包装机功能结构图
装袋
输送并记数
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•功能求解－原理综合
原理综合就是对功能的求解过程，是最有创造性的 阶段，是机械创新设计的重点。在进行原理综合时，要 充分利用各种创新技法。主要介绍三种创新设计方法。
1. 技术冲突原理（TRIZ理论） 2. 发明原理
36
24
信息损失
37
25
时间损失
38
26 物质或事物的数量 39
可靠性 测试精度 制造精度 外部有害因素作用的敏感
性 物体产生的有害因素
可制造性 可操作性 可维护性 适用性及多用性 装置的复杂性 监控与测试的困难程度 自动化程度
生产率
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b.发明原理
TRIZ理论的研究人员在对全世界专利分析的基础上， 提出了40条发明原理，用于指导解决冲突和产品创新。
最佳原理方案
评价法
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方案设计的主要工作有功能综合、原理综合 和构型综合，方案是发散的，没有一定的规律可 以遵循。
功能综合是确定机械的本质功能。 原理综合是为了实现功能而采用的工作原理。 在确定工作原理之后，就要进行机构的设计 与零件的结构设计，也就是构型综合阶段。
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• 功能设计法 • 设计目录 • 评价系统
反馈 中介物 自服务 复制 廉价替代品 机械系统的替代
序号 31 32 33 34 35 36 37 38
名称 多孔材料 改变颜色 同质性 抛弃与修复 参数变化 状态变化 热膨胀 加速强氧化
9 预加反作用 19
10
预操作
20
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周期性作用 有效作用的连续性
29 气动与液压结构 39 30 柔性壳体薄膜 40
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功能设计法
➢功能的分析 ➢功能的分类 ➢功能的分解 ➢功能的求解
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• 功能分析－什么是功能？
1. 19世纪40年代，美国通用电气公司的迈克斯首 先提出Function的概念。
2. 功能是产品或技术系统特定工作能力抽象化的 描述。
3. 描述功能要准确、简洁，合理抽象，抓住本质。 4. 黑箱法（Black Box）
25％
在工作原理、功能结构基本保持不变的前提下，
对产品作局部的变更或新设计少数零、部件， 以改变产品的某些性能或克服原来的某些明显
55％
缺陷。这是具有部分创新的设计。
在工作原理、功能结构基本保持不变的前提
下，对产品作尺寸大小或布置方式的改变，以
适应于量的变化要求。此类设计中，不但功能 20％
和解的原理不变，而且不出现诸如材料、应力、
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输入接口
输出接口
能量 物料
信号
技术 系统
机器 设备 仪器
能量 物料 信号
电能 接通 脏衣服
物料 分离
净衣服
污物
切断 能量
图1 黑箱法描述未知系统
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图2 净衣系统功能分析
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• 功能分类
1.按机械系统的组成 进行功能分类
驱动功能 传动功能 执行功能 控制功能
3.机构能实现的基本功能
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分析待改进的产品
发现冲突 发现抽象 发明原理 抽象解 领域解
TRIZ设计模型
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2、建立原理解法目录
• 原理解法是把凡是导致功能三要素实现转变的操作或原理 都被有规律的分类、排列、储存起来，在设计时方便调用， 实际上是一种信息库。
• 原理解的目录编写必须密切结合设计过程与功能要求编写，
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
应力与压力
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形状
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结构的稳定性
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强度
27
15 运动物体作用的时间 28
16 静止物体作用的时间 29
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温度
30
18
光照度
31
19
运动物体的能量
32
20
静止物体的能量
33
21
功率
34
22
能量损失
35
23
物质损失
应该是功能明确，内容清楚、信息面广、查取方便。原理
解止录的编者按写需要具有一定的理论知识与实践经验，
需要进行广泛的调查、研究与搜集。
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3、资源的分析与利用
设计系统是属于超系统的一部分，合理地利用资源 会对原理解产生更好的效果。 • 资源的主要类型 （1）自然资源
（2）时间资源 （3）空间资源 （4）信息资源 （5）系统资源
发明原理
序号 1 2 3 4 5 6 7 8
名称 分割 分离 局部质量 不对称 合并 多用性 套装 质量补偿
序号 11 12 13 14 15 16 17 18
名称 预补偿 等势性
反向 曲面化 动态化 未达到或超过的作用 维数的变化
振动
序号 21 22 23 24 25 26 27 28
名称 紧急行动 变有害为有利
a.TRIZ理论的研究人员通过对250万项的技术专利进 行研究后，提出了用39个抽象的工程参数来描述技术冲突
问题。
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通用工程参数名称表
序号 通用工程参数 序号
通用工程参数
序号
通用工程参数
1 运动物体的质量 2 静止物体的质量 3 运动物体的长度 4 静止物体的长度
5 运动物体的面积
• 资源的分析与利用
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评价系统
• 评价系统 • 评分法 • 模糊评分法
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本章结束
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工艺等方面的新问题。
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设 计 的 一 般 进 程
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产品规划
方案设计
技术设计 施工设计
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原 理 方 案 设 计 步 骤
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明确任务 求总功能 总体方案分析 求功能元
抽象 搜索 分解
黑箱法 创造技法、设计目录
功能树
求功能元解
搜索
创造技法、设计目录
系统原理解
组合
形态学矩阵
收敛
3. 资源的分析与利用
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1、技术冲突原理（TRIZ理论）
TRIZ理论是由前苏联工程技术专家Altshuller创建的， 认为发明的核心问题是解决冲突。设计人员在设计过程中 不断地发现冲突，并利用相应的发明不解决这些冲突，使
产品向理想化的方向进化。设计中的技术冲突，是
设计人员为改善或提高某些子系统的性能，而导致系统中 的其他子系统或系统性能变坏与降低。例如，为了使轴上 的零件的固定，采用螺母固定，需在轴上加工螺纹，达到 了固定的目的，但是也削弱轴的强度。
2.按三要素的物理作用进行分类
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转变与复原 放大与缩小 混合与分离 接合与分开 存贮与功能 传导与中断
变换运动形式 变换运动速度 变换运动方向 进行运动的合成与分解 对运动进行操纵与控制 实现给定的运动轨迹 实现给定的运动位置 实现某些特殊的功能
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• 功能分解
总功能是该系统中各子系统乃至各个元件共同完成的。
惰性环境 复合材料
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c.冲突矩阵
TRIZ理论中，39项工技术 参数描述了系统中问题的空间， 40条发明原理则填充了问题的 空间。TRIZ理论研究人员通过 长时间的分析与研究，提出了 冲突矩阵的概念。矩阵的行表 示冲突中的恶化参数，列则表 示改善参数，单元格中列出了 该问题的原理解（用原理解的 序列号表示）。