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1、第 2章 機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì) 與創(chuàng)新設(shè)計(jì) 2.2 創(chuàng)新設(shè)計(jì) 2.1 現(xiàn)代設(shè)計(jì)的概念 2.1 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法 2.1.1 現(xiàn)代設(shè)計(jì)的概念 2.1.1.1 設(shè)計(jì) 人類在改造自然的歷史長(zhǎng)河中，一直都在不斷地進(jìn) 行設(shè)計(jì)活動(dòng)。設(shè)計(jì)是復(fù)雜的思維過程，設(shè)計(jì)過程蘊(yùn)涵著 創(chuàng)新和發(fā)明的機(jī)會(huì)。設(shè)計(jì)是根據(jù)客觀的需求，提高人們 的創(chuàng)造性思維，將指定的任務(wù)轉(zhuǎn)化為滿足該任務(wù)要求的 技術(shù)系統(tǒng)的一種活動(dòng)。設(shè)計(jì)不僅只是圍繞產(chǎn)品圖紙和有 關(guān)文件進(jìn)行的一系列工作，其目的是將預(yù)定的目標(biāo)，經(jīng) 過一系列規(guī)劃與分析決策，產(chǎn)生一定的信息（文字、數(shù) 據(jù)、圖形），形成設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)是把各種先進(jìn)技術(shù)轉(zhuǎn)化為 生產(chǎn)力
2、的一種手段，是先進(jìn)生產(chǎn)力的代表，反映了社會(huì) 的生產(chǎn)力水平。 2.1.1.2 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與現(xiàn)代設(shè)計(jì) 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)即常規(guī)設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)分為初步設(shè)計(jì)、技 術(shù)設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì)三個(gè)步驟。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)往往采用類比法、 經(jīng)驗(yàn)法、模仿法，它的思維方式是收斂式思維，多是利 用設(shè)計(jì)手冊(cè)中有關(guān)數(shù)據(jù)，采用較大安全系數(shù)，強(qiáng)調(diào)零部 件計(jì)算。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)法的優(yōu)點(diǎn)是比較簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)費(fèi)用低廉。 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)面向的問題偏重于技術(shù)。 現(xiàn)代設(shè)計(jì)是將傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的經(jīng)驗(yàn)、類比法設(shè)計(jì)提高 到邏輯的、理性的、系統(tǒng)的新設(shè)計(jì)方法，是在靜態(tài)分析 的基礎(chǔ)上，進(jìn)行動(dòng)態(tài)多變量的最優(yōu)化。現(xiàn)代設(shè)計(jì)既體現(xiàn) 了更高層次的學(xué)科，又是方法科學(xué)。
3、現(xiàn)代設(shè)計(jì)主要面向功能目標(biāo)，將技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社 會(huì)環(huán)境因素結(jié)合在一起統(tǒng)籌考慮，把設(shè)計(jì)作為系統(tǒng)工程 對(duì)待，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)造能力的開發(fā)，注重綜合分析的設(shè)計(jì)，重 視設(shè)計(jì)方案的選擇，考慮對(duì)多種方案的評(píng)價(jià)，其思維方 式是發(fā)散型的思維?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)是學(xué)科綜合化、統(tǒng)一化在 方法科學(xué)上的一次突破，它是一門新興的交叉學(xué)科。現(xiàn) 代設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)比較，有下列幾個(gè)特征： （ 1）系統(tǒng)性。 把設(shè)計(jì)對(duì)象看作一個(gè)系統(tǒng)，同時(shí)考慮 系統(tǒng)與外界的聯(lián)系，用系統(tǒng)工程概念進(jìn)行分析和綜合， 通過功能分析、系統(tǒng)綜合等方法，力求系統(tǒng)整體最優(yōu)， 使人機(jī)之間的功能相互協(xié)調(diào)。 （ 2）創(chuàng)造性。 現(xiàn)代設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)創(chuàng)造能力開發(fā)和充分發(fā) 揮人的創(chuàng)造性；重視
4、原理方案的設(shè)計(jì)、開發(fā)和創(chuàng)新產(chǎn)品。 只有創(chuàng)新才能有所發(fā)明。但是，今天的科學(xué)技術(shù)已經(jīng)高 度發(fā)展，創(chuàng)新往往是在已有技術(shù)基礎(chǔ)上的綜合。有的新 產(chǎn)品是根據(jù)別人的研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果而設(shè)計(jì)，有的是博采眾 長(zhǎng)，加以巧妙地組合。 （ 3）綜合性。 在設(shè)計(jì)過程中，綜合考慮、分析市場(chǎng) 需求、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、使用、銷售等各方面的因素； 綜合運(yùn)用優(yōu)化及系統(tǒng)工程、可靠性理論、價(jià)值工程、技 術(shù)等學(xué)科的知識(shí)，探索多種解決設(shè)計(jì)問題的科學(xué)途徑。 （ 4）程式性。 研究設(shè)計(jì)的一般進(jìn)程，包括一般設(shè)計(jì) 戰(zhàn)略和用于設(shè)計(jì)各個(gè)具體部分的戰(zhàn)術(shù)方法。要求設(shè)計(jì)者 從產(chǎn)品規(guī)劃、方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì)到實(shí)驗(yàn)、 試制，按步驟有計(jì)劃
5、地進(jìn)行設(shè)計(jì)。 2.1.2 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)和范疇 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法是現(xiàn)代廣義設(shè)計(jì)和分析科學(xué)方法學(xué)的 簡(jiǎn)稱，現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法實(shí)質(zhì)上是科學(xué)方法論在設(shè)計(jì)中的應(yīng) 用。冠以“現(xiàn)代”二字是為了強(qiáng)調(diào)以引起重視，其實(shí)有 些方法也并非是現(xiàn)代的。經(jīng)分析，可歸納為下列具有普 遍意義的方法： （ 1）信息論方法，如信息分析法，技術(shù)預(yù)測(cè)法等， 它們是現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的前提。 （ 2）系統(tǒng)論方法，如系統(tǒng)分析法，人機(jī)工程等。 （ 3）控制論方法，如動(dòng)態(tài)分析法等。 （ 4）優(yōu)化論方法，如優(yōu)化設(shè)計(jì)等，它是現(xiàn)代設(shè)計(jì)法 的目標(biāo)。 （ 5）對(duì)應(yīng)論方法，如相似設(shè)計(jì)等。 （ 6）智能
6、論方法，如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助 計(jì)算等。 （ 7）壽命論方法，如可靠性和價(jià)值工程等。 （ 8）離散論方法，如有限元及邊界元方法等。 （ 9）模糊論方法，如模糊評(píng)價(jià)和決策等。 （ 10）突變論方法，如創(chuàng)造性設(shè)計(jì)等，它是現(xiàn)代設(shè)計(jì) 法的基礎(chǔ)。 （ 11）藝術(shù)論方法，如藝術(shù)造型等。 CAD等許多專題的培訓(xùn)班和討論會(huì)，并在高校開設(shè) 有關(guān)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法等專題課程。德國(guó)、瑞士的學(xué)者比較 重視設(shè)計(jì)程序的研究：明確設(shè)計(jì)任務(wù)，對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行 抽象化的功能分析和求解（設(shè)計(jì)目錄），將開發(fā)新產(chǎn)品 的內(nèi)容要求轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品圖紙。這種方法思路清晰。 英國(guó)自 19
7、63年開始提出工程設(shè)計(jì)思想后，廣泛開展 設(shè)計(jì)競(jìng)賽，加強(qiáng)設(shè)計(jì)過程中的創(chuàng)造性開發(fā)和技術(shù)可行性、 可靠性、價(jià)值分析方面的研究，從而改變了設(shè)計(jì)水平低 的局面。 日本自 1960年以來開始有關(guān)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的研究， 提高設(shè)計(jì)人員素質(zhì)，開展工程技術(shù)教育?，F(xiàn)在日本在產(chǎn) 品開發(fā)中的更新速度受到全世界的關(guān)注，其產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng) 能力已給許多國(guó)家造成巨大威脅。 美國(guó)的學(xué)者強(qiáng)調(diào)“創(chuàng)造性設(shè)計(jì)”，提倡設(shè)計(jì)中創(chuàng)造 能力的開發(fā)，把設(shè)計(jì)活動(dòng)分為創(chuàng)造 分析 決策三個(gè)步 驟。在美國(guó)的設(shè)計(jì)工作中 ,產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖紙基本上由計(jì)算機(jī) 繪制，設(shè)計(jì)者可以擺脫常規(guī)的技術(shù)工作，集中精力進(jìn)行 創(chuàng)造性設(shè)計(jì)。我國(guó)對(duì)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的研究
8、是從上世紀(jì) 80 年代開始的，通過派留學(xué)生到國(guó)外進(jìn)修學(xué)習(xí)和請(qǐng)國(guó)外專 家來講學(xué)，組織各種類型的講習(xí)班，培訓(xùn)班、開展國(guó)內(nèi) 外學(xué)術(shù)交流等，來推廣和普及現(xiàn)代設(shè)計(jì)的基本知識(shí)。由 于世界各國(guó)對(duì)設(shè)計(jì)方法的研究越來越重視，目前已成為 一項(xiàng)國(guó)際性學(xué)術(shù)活動(dòng)。有關(guān)國(guó)家組織了關(guān)于現(xiàn)代設(shè)計(jì)方 法的國(guó)際會(huì)議，比如國(guó)際工程設(shè)計(jì)會(huì)議（ ICED）就是其 中之一。 2.1.4 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)介 2.1.4.1 優(yōu)化設(shè)計(jì) 優(yōu)化設(shè)計(jì)是現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的重要內(nèi)容之一，它以數(shù) 學(xué)規(guī)劃為理論基礎(chǔ)，以電子計(jì)算機(jī)為工具，在充分考慮 各種設(shè)計(jì)約束的前提下，尋求滿足某些預(yù)定目標(biāo)的最優(yōu) 設(shè)計(jì)方案。優(yōu)化設(shè)計(jì)建立在最優(yōu)化數(shù)學(xué)理論和現(xiàn)
9、代計(jì)算 技術(shù)基礎(chǔ)之上，其任務(wù)是應(yīng)用計(jì)算機(jī)自動(dòng)確定工程設(shè)計(jì) 的最優(yōu)方案。優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是建立數(shù)學(xué)模型和選擇優(yōu) 化方法。 （ 1）優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型 設(shè)計(jì)變量、目標(biāo)函數(shù)和約束條件是優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型 的三個(gè)要素。 設(shè)計(jì)變量 設(shè)計(jì)變量是一些相互獨(dú)立的基本參數(shù)?；緟?shù)是一 些對(duì)該項(xiàng)設(shè)計(jì)性能指標(biāo)好壞有影響的量。設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)變 量是待定的參數(shù)。若有 n個(gè)設(shè)計(jì)變量，一般表示為： X=x1,x2,., xnT 目標(biāo)函數(shù) 目標(biāo)函數(shù)是設(shè)計(jì)變量的函數(shù)，即 f(X)=f(x1,x2,., xn)
10、在設(shè)計(jì)過程中要求尋找出使目標(biāo)函數(shù)取得極小值（或 極大值）的設(shè)計(jì)方案。 約束條件 約束條件是對(duì)設(shè)計(jì)變量的取值給予某些限制的數(shù)學(xué) 關(guān)系式。約束條件可分為邊界約束和性能約束兩類。邊 界約束是考慮設(shè)計(jì)變量的取值范圍，而性能約束是由某 種性能設(shè)計(jì)要求推導(dǎo)出來的一種約束條件。此外，約束 條件又可分為等式約束和不等式約束兩類。工程中實(shí)際 優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型可表示為： 求 X=x1,x2, .,xnT， 使 minf(X)=f(x1,x2, .,xn) XRn s.t. gi(X)0 (i=1,2, ,p) hj(X)=0 (j=1,2,
11、 ,q) （ 2）優(yōu)化方法 優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型建立后，必須應(yīng)用優(yōu)化方法進(jìn)行 求解，工程優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)學(xué)模型的求解均用數(shù)值計(jì)算方 法，其基本思想是搜索、迭代和逼近。即求解時(shí)，從某 一初始點(diǎn)出發(fā)，利用函數(shù)在某一局部區(qū)域的性質(zhì)和信息， 確定每一迭代步驟的搜索方向和步長(zhǎng)，去尋找新的迭代 點(diǎn)，這樣一步一步地重復(fù)數(shù)值計(jì)算，用改進(jìn)后的新設(shè)計(jì) 點(diǎn)替代老設(shè)計(jì)點(diǎn)，逐步改進(jìn)目標(biāo)函數(shù)，并最終逼近極值 點(diǎn)。 我國(guó)現(xiàn)已開發(fā)了先進(jìn)的 OPB優(yōu)化方法程序庫(kù)和常用 機(jī)械零部件及機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)程序庫(kù)，為推廣和普及優(yōu)化 設(shè)計(jì)創(chuàng)造了條件。 2.1.4.2 變型產(chǎn)品設(shè)計(jì) 為了滿足使用者的不同要求，可在原
12、有產(chǎn)品基礎(chǔ)上進(jìn) 行變型產(chǎn)品的開發(fā)，使零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化、產(chǎn)品系 列化。 變型產(chǎn)品系列包括： 縱系列產(chǎn)品 （其功能、原理、結(jié) 構(gòu)相同，而尺寸、性能參數(shù)不同 ) ,橫系列產(chǎn)品 （在基型產(chǎn) 品基礎(chǔ)上擴(kuò)展功能的變型產(chǎn)品）和 跨系列產(chǎn)品 （具有相近 動(dòng)力參數(shù)的不同類型產(chǎn)品）。 縱系列產(chǎn)品設(shè)計(jì)也稱相似系列產(chǎn)品設(shè)計(jì)，是在基型產(chǎn) 品的基礎(chǔ)上利用相似理論求各擴(kuò)展型產(chǎn)品的尺寸和參數(shù)。 基型產(chǎn)品一般選在系列產(chǎn)品的中檔，為常用型號(hào)。 系列產(chǎn)品是指具有相同功能、相同結(jié)構(gòu)方案，相同 或相似加工工藝，且各產(chǎn)品相應(yīng)的尺寸參數(shù)及性能指標(biāo) 具有一定級(jí)差（公比）的產(chǎn)品。 在系列產(chǎn)品設(shè)
13、計(jì)中，一般有兩種造型原理：幾何級(jí) 數(shù)的幾何相似產(chǎn)品系列和幾何級(jí)數(shù)的半相似產(chǎn)品系列。 相似系列產(chǎn)品設(shè)計(jì)的步驟依次是基型設(shè)計(jì)、確定相似類 型、定各尺寸、參數(shù)級(jí)差（相似比），求各擴(kuò)展型產(chǎn)品 尺寸參數(shù)及確定全系列產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸等。 2.1.4.3 價(jià)值工程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)的目標(biāo)是在滿足功能需求的前提下，提高產(chǎn)品 的價(jià)值。價(jià)值是產(chǎn)品功能與成本的綜合反映，即 式中， V 產(chǎn)品的價(jià)值（實(shí)用價(jià)值）； F 產(chǎn)品具有的功能； C 實(shí)現(xiàn)該功能所耗費(fèi)的成本。 C F V = 在第二次世界大戰(zhàn)后，美國(guó)開展了關(guān)于價(jià)值分析和 價(jià)值工程的研究，發(fā)現(xiàn)
14、了顧客所需要的不是產(chǎn)品的本身 而是其功能。把價(jià)值看作某一功能與實(shí)現(xiàn)此功能所需成 本的比，考慮到提高產(chǎn)品價(jià)值，產(chǎn)品設(shè)計(jì)也就成為使用 最低成本向用戶提供必要功能的問題。 如美國(guó)通用電氣公司在開發(fā)產(chǎn)品時(shí)注意從功能分析 著手，實(shí)現(xiàn)必要功能，去除多余功能和過剩功能，既滿 足了用戶需要又降低了成本。該公司 17年內(nèi)在價(jià)值分析 方面投入了 80萬美元的費(fèi)用，卻獲得了 2億多美元的利潤(rùn)。 50年代后期開始，價(jià)值工程在日本、德國(guó)及其他國(guó)家也 得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。日本佳 能照相機(jī)公司運(yùn)用價(jià)值工程方法，于 1976年開發(fā)出 35毫 米的 AE-1型照相機(jī)，這種照相機(jī)采用大規(guī)模的集成電
15、路， 能自動(dòng)調(diào)節(jié)光圈和快門、自動(dòng)卷片、連續(xù)攝影，性能大 大超過了同類產(chǎn)品，而售價(jià)卻低 20%，投入市場(chǎng)后很受 歡迎。 通過上面的簡(jiǎn)介可以看出，現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法具有系統(tǒng) 化、優(yōu)化、動(dòng)態(tài)化和內(nèi)在質(zhì)量與外觀質(zhì)量統(tǒng)一等特征。 當(dāng)前設(shè)計(jì)領(lǐng)域正面臨著“傳統(tǒng)設(shè)計(jì)”向“現(xiàn)代設(shè)計(jì)”過 渡，通過推廣現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，開發(fā)大批構(gòu)思新穎的新產(chǎn) 品，提高我國(guó)機(jī)電產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和可靠性。 2.2 創(chuàng)新設(shè)計(jì) 2.2.1 引言 江澤民總書記多次強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新的重要性，他指出：創(chuàng)新 是一個(gè)民族進(jìn)步的靈魂，是國(guó)家興旺發(fā)達(dá)的不竭動(dòng)力。一 個(gè)沒有創(chuàng)新能力的民族，難以屹立于世界民族之林。任何 一項(xiàng)工作的活力和生計(jì)
16、都來自于發(fā)展和創(chuàng)新。 中華民族是富有創(chuàng)造性的民族，遠(yuǎn)在古代已有指南針、 火藥、印刷、造紙四大發(fā)明；此外還有記里鼓車、氣象觀 測(cè)、地震預(yù)測(cè)等許多技術(shù)都處于世界領(lǐng)先地位。新中國(guó)成 立后，我國(guó)科技工作者艱苦奮斗，取得了“兩彈一星”、 萬噸水壓機(jī)等科技成就，光纖之父高錕在 20世紀(jì) 60年代就 提出用光纖傳遞信息的設(shè)想。 創(chuàng)新是技術(shù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的原動(dòng)力，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展 的重要因素。當(dāng)今世界各國(guó)之間在政治、軍事和科學(xué)技 術(shù)方面的劇烈競(jìng)爭(zhēng)，實(shí)質(zhì)上是人才的競(jìng)爭(zhēng)，而人才競(jìng)爭(zhēng) 的關(guān)鍵是人才創(chuàng)造能力的競(jìng)爭(zhēng)。創(chuàng)造強(qiáng)調(diào)新穎性和獨(dú)特 性，而創(chuàng)新是創(chuàng)造的某種實(shí)現(xiàn)。 21世紀(jì)科技創(chuàng)新是社
17、會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主導(dǎo)力量。世 界各國(guó)綜合國(guó)力競(jìng)爭(zhēng)的核心是知識(shí)創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新和高 新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新、發(fā)展高科技、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè) 化是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，對(duì)提高國(guó)民經(jīng)濟(jì)質(zhì)量和效益，提高 我國(guó)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力有決定性的意義。 2.2.2 創(chuàng)新設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)是為了滿足人類和社會(huì)需求而進(jìn)行創(chuàng)造性思維 的實(shí)踐過程。隨著社會(huì)的發(fā)展，人們的需求將有所變化， 原來那些能滿足需求的產(chǎn)品，經(jīng)過一段時(shí)間后可能會(huì)變 成不能滿足客觀需要，因此需要對(duì)產(chǎn)品改進(jìn)設(shè)計(jì)，不斷 更新老產(chǎn)品，創(chuàng)造新產(chǎn)品，要求設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)成果前所 未有，具有新穎性和獨(dú)創(chuàng)性。 2.2.3 創(chuàng)新設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和類型 1創(chuàng)新設(shè)計(jì)的特點(diǎn) （ 1）獨(dú)創(chuàng)性
18、 獨(dú)創(chuàng)性體現(xiàn)為敢于提出與前人、眾人不同的見解， 敢于打破一般思維的常規(guī)慣例，尋找更合理的新原理、 新機(jī)構(gòu)、新功能、新材料，獨(dú)創(chuàng)性能使設(shè)計(jì)方案標(biāo)新立 異，不斷創(chuàng)新。比如，人工洗衣通常用手搓、腳踩、刷 子刷、棒槌打、流水沖等方法去除衣物的污垢，為了代 替人的洗衣動(dòng)作，可在洗衣機(jī)滾筒內(nèi)放置衣物和鵝卵石， 滾筒回轉(zhuǎn)時(shí)鵝卵石反復(fù)擠壓衣物，達(dá)到去污的目的。攪 拌式洗衣機(jī)和波輪式洗衣機(jī)屬機(jī)械式洗衣機(jī)。真空洗衣 機(jī)用真空泵將洗衣機(jī)缸內(nèi)抽成真空狀態(tài)。衣物和水在缸 內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，水在衣物表面產(chǎn)生氣泡，氣泡破裂產(chǎn)生爆破 力將衣物的污垢微粒彈開并拋向水面。超聲波洗衣機(jī)利 用超聲波使衣物上的污垢分解而離開衣物。電
19、磁洗衣機(jī) 利用高頻振蕩使污垢與衣物分離。此外還有利用微型計(jì) 算機(jī)與多種傳感器控制的全自動(dòng)洗衣機(jī)。從洗衣機(jī)的開 發(fā)可以看出，設(shè)計(jì)人員發(fā)揮獨(dú)創(chuàng)性，應(yīng)用新技術(shù)，可開 發(fā)出更多新產(chǎn)品。 （ 2）實(shí)用性 實(shí)用性體現(xiàn)在對(duì)市場(chǎng)的適應(yīng)性和可生產(chǎn)型兩方面。 創(chuàng)新設(shè)計(jì)必須針對(duì)社會(huì)的需要，滿足用戶對(duì)產(chǎn)品的需求。 20世紀(jì) 70年代，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)氟里昂會(huì)破壞高空臭氧層對(duì) 紫外線的吸收，并影響到人類的生活。上海第一冷凍機(jī) 廠抓住制冷設(shè)備中的這一關(guān)鍵問題，研制出溴化鋰以代 替原來大中型空調(diào)機(jī)上的氟里昂制冷設(shè)備，這一創(chuàng)新設(shè) 計(jì)具有巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。 可生產(chǎn)性要求創(chuàng)新設(shè)計(jì)有較好的加工工藝性和裝配
20、工藝性，能以市場(chǎng)可接受的價(jià)格加工成產(chǎn)品，并投入使 用。 （ 3）突破性 人們往往習(xí)慣于從已有的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)中，從考慮某 類問題獲得成功的思維模式中尋求解題方案，受到“思 維定勢(shì)”的約束。突破性敢于克服心理上的慣性，從思 維定勢(shì)的框框中解脫出來，善于從新的技術(shù)領(lǐng)域中接受 有用的事物，提出新原理、創(chuàng)造新模式、貢獻(xiàn)新方法， 為工程技術(shù)問題打開新局面。如對(duì)衛(wèi)星天線的設(shè)計(jì)，不 論是采用機(jī)、電還是液的方法都很復(fù)雜。近年來，人們 發(fā)現(xiàn)鎳鈦合金具有記憶功能，即將這種記憶合金在某種 溫度下進(jìn)行處理后，在其他溫度環(huán)境中不論把元件彎成 什么形狀，但只要達(dá)到特定的處理溫度時(shí)，元件會(huì)自動(dòng) 恢復(fù)原有形狀。
21、根據(jù)這一原理設(shè)計(jì)的記憶合金衛(wèi)星天線， 在發(fā)射衛(wèi)星時(shí)，將天線卷曲成團(tuán)塞在衛(wèi)星的內(nèi)部，到達(dá) 軌道后，隨著溫度的變化，衛(wèi)星天線就會(huì)自動(dòng)恢復(fù)為預(yù) 定形狀。這種設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)單可靠，克服了必須用一機(jī)構(gòu) 打開天線的思維定勢(shì)，具有突破性。 （ 4）多向性 善于從多種不同角度考慮問題，是創(chuàng)新設(shè)計(jì)的重要 特征。據(jù)統(tǒng)計(jì)，設(shè)計(jì)活動(dòng)中成功的幾率與設(shè)想出供選擇 方案的多少是成正比的。多向性體現(xiàn)為擴(kuò)散思維和多向 思維。擴(kuò)散思維以某一現(xiàn)實(shí)事物為起點(diǎn)，誘發(fā)出多種奇 思異想，通過一個(gè)來源產(chǎn)生眾多的輸出。多向思維是對(duì) 某一事物和問題從不同角度探索盡可能多的解法和思路。 （ 5）連動(dòng)性 創(chuàng)造性思維也是一種
22、連動(dòng)思維，它引導(dǎo)人們由已知 探索未知，開闊思路。連動(dòng)思維包括縱向、橫向、逆向思 維?？v向思維針對(duì)某現(xiàn)象和問題進(jìn)行縱深思考，探尋其本 質(zhì)而得到新的啟示。橫向思維通過某一現(xiàn)象聯(lián)想到特點(diǎn)與 它相似和相關(guān)的事物，從而發(fā)現(xiàn)新應(yīng)用。逆向思維針對(duì)現(xiàn) 象、問題和解法，分析其相反的方面，從另一角度探尋新 的途徑。 （ 6）突變型 直覺思維、靈感思維是在創(chuàng)造性思維中對(duì)問題產(chǎn)生 的一種突如其來的領(lǐng)悟和理解。在思維過程中突然閃現(xiàn) 出一種新設(shè)想、新觀念，從而使問題得到解決。比如阿 基米德從洗澡時(shí)浴缸中水的溢出產(chǎn)生靈感而得出浮力定 律。又如美國(guó)工程師杜里埃研究如何使汽油和空氣均勻 混合以保證內(nèi)燃機(jī)有效工作的
23、問題時(shí)，他從妻子噴灑香 水而受到啟發(fā)，發(fā)明了發(fā)動(dòng)機(jī)的汽化器。 2創(chuàng)新設(shè)計(jì)的類型 （ 1）開發(fā)設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)方案全都未知的情況下，根據(jù)產(chǎn) 品總功能和約束條件，提出新的原理、設(shè)計(jì)方案及進(jìn)行 技術(shù)設(shè)計(jì)。 （ 2）變異設(shè)計(jì) 在已有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，針對(duì)產(chǎn)品的缺點(diǎn)和用戶的要 求，從工作原理、結(jié)構(gòu)、尺寸參數(shù)等方面進(jìn)行變型產(chǎn)品 的開發(fā)，設(shè)計(jì)新產(chǎn)品以適應(yīng)市場(chǎng)需要，提高競(jìng)爭(zhēng)力。如 雙缸洗衣機(jī)變單缸洗衣機(jī)、電冰箱從單開門到雙開門， 輪徑大小不同的自行車設(shè)計(jì)等。 （ 3）反求設(shè)計(jì) 針對(duì)已有的新產(chǎn)品和樣機(jī)，分析其關(guān)鍵技術(shù)，在消 化、吸收、引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用移植
24、、組合、 改造等方法，設(shè)計(jì)創(chuàng)新產(chǎn)品。如某單位在設(shè)計(jì)和研制 PHD-600型液壓平衡吊和 GY-20隨車吊時(shí)，參照外國(guó)產(chǎn) 品樣本的外形推測(cè)其結(jié)構(gòu)形式，按照其性能參數(shù)探索其 設(shè)計(jì)原理，從而研制出當(dāng)時(shí)起重量屬國(guó)內(nèi)最大且結(jié)構(gòu)新 穎的液壓平衡吊，以及輕便靈巧的液壓隨車吊。又如美 國(guó)人發(fā)明的晶體管技術(shù)原來僅用于軍事，日本索尼公司 買到晶體管專利技術(shù)后，進(jìn)行反求研究，移植于民用領(lǐng) 域，開發(fā)出晶體管半導(dǎo)體收音機(jī)，占領(lǐng)了國(guó)際市場(chǎng)。 四、創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法 在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈的形勢(shì)下，技術(shù)創(chuàng)新是企業(yè) 保持旺盛生命力的根本保證。在不斷開發(fā)新產(chǎn)品的過程 中，要求設(shè)計(jì)人員發(fā)揮創(chuàng)造性，提出新方案、探求新解 法、
25、開拓新局面。創(chuàng)新活動(dòng)必須運(yùn)用創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法。創(chuàng) 新方法的基本出發(fā)點(diǎn)是打破傳統(tǒng)思維的習(xí)慣，克服思維 定勢(shì)和妨礙創(chuàng)造性設(shè)想產(chǎn)生的各種消極的心理狀態(tài)，應(yīng) 用創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法以幫助人們?cè)谠O(shè)計(jì)和開發(fā)產(chǎn)品時(shí)得到創(chuàng) 造性的解。創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法有很多種，下面簡(jiǎn)單介紹智力 激勵(lì)法、提問追溯法、聯(lián)想類推法、反向探求法、系統(tǒng) 分析法、組合創(chuàng)新法六種。 1智力激勵(lì)法 人的創(chuàng)造性思維特別是直覺思維在受激發(fā)情況下能 得到較好地發(fā)揮。一批人集合在一起，針對(duì)某個(gè)問題進(jìn) 行討論時(shí)，由于各人知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)不同，觀察問題的角度 和分析問題的方法各異，提出的各種主意能互相啟發(fā)， 填補(bǔ)知識(shí)空隙，啟發(fā)誘導(dǎo)出更多創(chuàng)造性思想，通過激勵(lì)、
26、智慧交流和集智達(dá)到創(chuàng)新的目的。 2提問追溯法 提問追溯法是有針對(duì)性地、系統(tǒng)地提出問題，在回 答問題過程中，便可能產(chǎn)生各種解決問題的設(shè)想，使設(shè)計(jì) 所需要的信息更充分，解法更完善。提問追溯法有奧斯本 提問法、阿諾爾特提問法、希望點(diǎn)列舉法、缺點(diǎn)列舉法。 3聯(lián)想類推法 通過由此及彼的聯(lián)想和異中求同、同中求異的類比， 尋求各種創(chuàng)新解法。利用聯(lián)想進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)新是一種常用 而且十分有效的辦法。許多發(fā)明者都善于聯(lián)想，許多發(fā) 明創(chuàng)新也得益于聯(lián)想的妙用。例如貝爾發(fā)明電話，開始 沒有成功，以后他從吉他的聲音中想到了共鳴原理，改 進(jìn)了的裝置，終于使電話發(fā)明成功。類比聯(lián)想是由一事 物或現(xiàn)象聯(lián)想到
27、與其有類似特點(diǎn)（如性質(zhì)、外形、結(jié) 構(gòu)，、功能等）的其他事物或現(xiàn)象，從而找出創(chuàng)新解法。 4反向探求法 將人們通常思考問題的思路反轉(zhuǎn)過來，從背逆常規(guī) 的途徑探尋新的解法，因此反向探求法亦稱逆向思維法。 例如聲音既然是振動(dòng)那么振動(dòng)為什么不能復(fù)現(xiàn)原聲呢？ 通過這樣的反問，發(fā)明了留聲機(jī)。 5系統(tǒng)分析法 對(duì)于技術(shù)系統(tǒng)，根據(jù)其組成和影響其性能的全部參 量，系統(tǒng)地依次分析搜索，以探索更多和解決問題的途 徑。 6組合創(chuàng)新法 組合創(chuàng)新法是將現(xiàn)有技術(shù)和產(chǎn)品通過功能、原理、 結(jié)構(gòu)等方面的組合變化形成新的技術(shù)思想和新產(chǎn)品。組 合法應(yīng)用的技術(shù)單元一般是已經(jīng)成熟和比較成熟的技術(shù)， 不需要
28、從頭開始，因而可以最大限度地節(jié)約人力、物力 和財(cái)力。在現(xiàn)代社會(huì)中，大量已經(jīng)開發(fā)出來的技術(shù)，只 要合理組合，就能創(chuàng)造出適合人們需要的技術(shù)系統(tǒng)。組 合創(chuàng)新的類型很多，常用的有性能組合、原理組合、功 能組合、結(jié)構(gòu)重組、模塊組合等。性能組合將若干產(chǎn)品 的優(yōu)良性能組合起來，使之形成一種全新的產(chǎn)品。例如 鐵心銅線電纜的制造就是組合了銅線導(dǎo)電性能好、耐腐 蝕，而鐵線成本低，強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，這樣便可以達(dá)到性 能互補(bǔ)的目的。 原理組合是將兩種或兩種以上的技術(shù)原理有機(jī)地組合 起來，組合成一種新的復(fù)合技術(shù)性能或技術(shù)系統(tǒng)。 功能組合是將具有不同功能的技術(shù)手段或產(chǎn)品組合到 一起，使之形成一個(gè)技術(shù)性能更優(yōu)或具有多功能的技術(shù)實(shí) 體的方法。例如計(jì)算機(jī)和機(jī)床組合在一起成為數(shù)控機(jī)床。 模塊組合是把產(chǎn)品看成是若干模塊（標(biāo)準(zhǔn)、通用零 部件）的有機(jī)組合。按照一定的工作原理選擇不同的模 塊或不同的組合方式，從而得到多種不同的設(shè)計(jì)方案。 例如各種專用機(jī)床的組合。 運(yùn)用創(chuàng)新思維和創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法，必將在技術(shù)領(lǐng)域中 有更多的創(chuàng)新發(fā)展。
現(xiàn)代設(shè)計(jì)與創(chuàng)新設(shè)計(jì).ppt
