机械系统创新设计-3 原理方案的创新设计

组合法
方法的主要特点 方法的主要目的
产生新功能 按一定技术原理，将 两个或多个元素合并理改变思索方向 模仿人或生物原理、 结构、外形、感觉机 理 完善计划、个修改方 法、修正观点 向人和生物索取启迪
转向法
仿生法
联想类比法 缺点列举法 635法
通过比较，借助原有知识， 分析两事物的相同或 在异中求同，在同中求异 相似点，由此及彼 挑事物的毛病，提出改进 设想 所示完满、追求卓越
6人参加，每次每人写3个 以笔代口，相互激励， 设想，5分钟后交换，看过 短时间内可产生较多 的设想方案。 别人的设想后再修正和补 充3个设想。 合集5-15个人，根据议题 自由畅谈，不准批评，寻 求人创意 以量求质
3、机电一体化产品的方案创新设计方法主要有三种： 机电一体化产品的方案创新设计方法主要有三种：
1）机电互补法 2）结合法，也称融合法 3）组合法
请看举例 机电一体化自动转位刀架工作原理
第四节 方案评价方法 1、评价目标
该项包含三方面的内容：技术评价、经济评价、社 会评价。
2、评价方法
评价方法有很多，有淘汰法、各项计分法、技术经 济评价法、综合评价法、价值工程评价法、模糊评价法 等。 下面就简单介绍两种简单评价方法： 评分法、模糊评价法
B模糊评价法 模糊评价法
1）隶属度
选用0-1之间的任意一个实数作为方案对该项评价标准 的隶属度，数值越接近1说明隶属度超高。
2）模糊评价
对于有多个方案的模糊评价，应首先依据评价标准求 出每个方案对评价目标的隶属度，形成每个方案的模糊评价 矩阵;然后结合综合评价目标的加权系数，根据模糊矩阵的 合成规则，求出各方案的综合模糊评价矩阵，利用隶属度的 定级和排序原则对各方案定级、排序，最后根据各方案定级、 排序情况对方案作出评价。
4）对三种发动机按评价根据表进行评分得出 评分值矩阵
5) 求各方案的总分，并进行比较，分值高者 为优。 发动机A的总分为：0.5x3+0.2x5.5+0.3x6=4.4 发动机B的总分为：0.5x6+0.2x6.5+0.3x5=5.8 发动机C的总分为：0.5x9+0.2x8+0.3x4= 7.3
例
自动照明装置
图3－3自动照明方案构思
4）设问探求原理
举例：搓丝工作原理 一般加工螺钉 都用车削或用丝搬加 工，生产效率低。采 用滚压方法对螺纹进 行搓丝加工，效率得 到大大提高，特别适 用标准件工厂采用。
5）功能分析法
举例：纸币分离工作原理 纸币分离工作原理
功 能 分 解
功能求解
第三节 机电一体化系统的创新设计
1、机电一体化分类： 机电一体化分类：
1）刚性系统 刚性机械系统是指由机械装置与电气装置独立组合， 只有简单的开、关、正反转、停止等控制要求的机械系统。 2）柔性系统 柔性机械系统通常指那些需借助传感器或控制电路， 通过计算机按位置、位移、速度、压力、温度等实施智能 化控制的机械系统。典型的如数控机床、机器人都属于这 类机械系统。
智暴法
2、用法举例
用类比法中的直接类比法进行方案的提出、 1）用类比法中的直接类比法进行方案的提出、 新产品的开发。 新产品的开发。
2）形态分析法
又称为方格法、棋盘法或形态综合法。 形态分析方法的具体过程：因素分析、形态 分析、方案综合。 例：挖掘机设计方案：功能因素-动力、移动、 挖掘和分别给移动、挖掘传递动力
功能因素 A B C D E 动力 移动动力 移动 挖掘动力 挖掘 1 电动机 齿轮传动 2 3 4 5 6 气马达 汽油机 柴 油机 蒸汽透平 液压机 蜗轮 带传动 履带 链传动 气垫 液压缸 液力耦合器
轨道及车轮 轮胎 拉杆 挖斗
绳传动 气缸 抓斗 钳式斗
3）输入输出法
输入输出法又称“黑匣”或“黑箱”分析法。 在没有获得方案的具体内容前，把方案内容用一个 黑匣来描述，黑匣的一侧是设计方案的已知条件， 即输入内容；另一侧是方案要达到的，即输出内容
分纸原理图
创造性在设计中的作用： 创造性在设计中的作用：
A、所设计出来的机械产品具有的工艺 动作不同，则机械产品的性能、结构及经济 性也不相同。 B、在传统的方案设计中，纯机械式的工 作原理应用十分广泛，然而，原理方案设计 是一个极富创造性的构思过程。
第二节机械系统创新设计常有的方法
部分常用的几种创新设计方法如下表如示： 1、部分常用的几种创新设计方法如下表如示： 方法名称
2、机电一体化技术的发展对机械设计的创新： 机电一体化技术的发展对机械设计的创新
⑴增加了产品的新功能。 增加了产品的新功能 结构更简单。 ⑵结构更简单。例如：电脑缝纫机比传统的机械机可减 少机械零件约350个；一台插齿机如果省去传动部分可 减少30的零部件。 加工精度更高。 ⑶加工精度更高。由于运动的累积误差小，系统中使用 计算机误差校正和补偿系统，可以达到单纯机械加工方 法难以达到的加工精度。例如：在大型铣、镗床中安装 感应同步器数显设备，可使机床的加工精度从 0.06mm/1000mm提高到0.02mm/1000mm。 使工艺过程柔性化。 ⑷使工艺过程柔性化。只需要改变计算机程序就能迅速 地改变设备的加工能力和工艺流程，从而能迅速适应市 场对产品的多方面的简单要求。 操作、维修更方便。 ⑸操作、维修更方便。由机电一体化设备组成的机械系 统的运动规律、工艺过程、工艺参数均可以通过程序控 制来实现和调整，从而很容易实现各机械设备运动的相 互协调配合和实现机械加工的全部自动化，使机械设备 的操作更加简便，设备的调整、维修也十分方便。
1）确定评价目标 R={燃料消耗，单位功率质量，寿命} 2）确定各评价目标的加权系数 G=(g1,g2,g3)=(0.5,0.2,0.3) 3）确定评价标准 根据发动机的工作要求制定出发动机的特性 参数评价分值表，如下：
评分 特性参数 分值 燃料消耗 单位功率质量 寿命（x1000） 0 1 2 3 4 5 6 8 9 10 400 380 360 340 320 300 280 260 240 220 200 3.5 3.3 3.1 2.9 2. 7 2.5 2.3 2.1 1.9 1. 7 1.5 20 30 40 60 80 100 120 140 200 300 500
评分法举例
用评分法对三种汽车发动机A、B、C进行性能比较。三种 发动机性能及加权系数见下表：
性能 燃油消耗 单位功率质量 寿命 /[g/ (kW.h)] /(Kg/ Kw) /Km 0.2 2.4 2.2 1.9 0.3 120 100 80 340 280 220
加权系数 0.5 A B C
评价过程如下： 评价过程如下：
第三章 原理方案的创新设计
1、概述 2、机械创新设计常用的方法 3、机电一体化系统的创新设计 4、方案评价方法
第一节概述
机械设计中把确定产品工作原理的设计称为方案设计 方案设计。 方案设计 原理方案设计的特点： 原理方案设计的特点：方案的解具有多解性，即实现同 一功能目标可以采用不同的工作原理。 实例：实现的目标是将一叠纸张逐一分开。 实例：实现的目标是将一叠纸张逐一分开。 1、力学原理 往复直线运动的打推杆，将纸张叠层上逐 一从纸张叠层上推开 2、摩擦原理 旋转的摩擦轮，将纸从纸张叠层上逐一 “擦开” 3、重力原理 纸叠倾斜的限位装置，使纸张逐一自然脱开 4、离心惯性力原理 纸张旋转产生的离心力，将纸张逐 抛开 5、气体在管道中形成 将纸张吸住挪开或逐一将纸吹开 负压或正压的原理 6、静电吸引的原理 纸张叠最上层的纸张带电后， 被带电了工作板吸住后移开
A、评分法
评分法是用分值大小作为衡量方案优劣的尺度， 评分法 用分值对方案进行定量评价的一种方法。对于多 个评价目标的系统，应先对各目标分别评分，经 加权计算求得总分后再进行评价。 理想评分值可设为10分（或5分），评分标准可 参考下表：
0 不 能 用 1 差 2 较 差 3 勉 强 可 用 4 可 用 5 中 6 良 7 较 好 8 好 9 优 10 理 想