创新设计的分析与描述

2014-11-01 16:29 作者:管理员14 来源:未知 浏览: 字号:

摘要:第3章 创新设计的分析与描述 创新设计过程从揭示和分析发明情境开始。发明情境,指任何一种工程情境,它突出某种不能令人满意的特点。工程情境一词在这里是广义的,泛指技术情境、生产情境、研究情境、生活情境、军事情境以及各种资源等。 1 创新设计的资源分

第3章   创新设计的分析与描述
    创新设计过程从揭示和分析发明情境开始。发明情境,指任何一种工程情境,它突出某种不能令人满意的特点。“工程情境”一词在这里是广义的,泛指技术情境、生产情境、研究情境、生活情境、军事情境以及各种资源等。
1  创新设计的资源分析与描述
    设计中的可用系统资源对创新设什起熏要的作用,问题的解越接近理想解(IFR),系统资源越重要。任何系统,只要还投达到理想解,就应该具有系统资源。对系统资源进行必要的详细分析和深刻理解,对设计人员而言是十分必要的。
    系统资源可分为内部资源与外部资源。内部资源是在冲突发生的时间、区域内存在的资源。外部资源是在冲突发生的时间、区域外存在的资源。内部资源和外部资源又可分为直接利用资源、导出资源及差动资源三类。
1.1直接利用资源
    直接利用资源,指在当前存在状态下可被应用的资源。如物质、场(能量)、空间和时间资源等都是可被多数系统直接应用的资源,如表35.3-1所示。
直接利用资源
1.2导出资源
    导出资源,指通过某种变换,使不能利用的资源成为可利用的资源。原材料、废弃物、空气、水等,经过处理或变换都可在设计的产品中被采用,而变成有用的资源。
    在变成有用资源的过程中.必要的物理状态变化或化学反应是需要的,如表35.3一所示。
导出资源的种类
1.3  差动资源
    差动资源,指通常情况下当物质与场其有不同的特性时,可形成的某种技术特征的资源。差动资源一般分为差动物质资a和差动场资源。
    (1)差动物质资源
    差动物质资源具有结构各向异性。各向异性,指物质在不同方向上的物理性能不同。这种特性有时是设计中实现某种功能所必需的。如表35.3-3所示。
差动物质资源的种类

例如,合金碎片的混合物可通过逐步加热到不同合金的居里点,然后用磁性分拣的方法将不同的合金分开。
    (2)差动场资源
    通过场在系统中的不均匀特性可以在设计中实现某些新的功能,表35.3-4列举了儿个简单实例。
差动场资源的运动
在设计中认真分析各种系统资源将有助于开阔设计者的眼界,使其跳出问题本身,对于设计者解决问题特别重要。
2     创新设计的理想化描述
2.1   创新设计的理想化概述
    (1)理想化
    把所研究的对象理想化是一种最基本的自然科学方法。理想化,指对客观世界中所存在物质的一种抽象化,这种抽象的客观世界既不存在,又不能通过实验证明。理想化的物体是真实物体存在的一种极限状态,对于某些研究有很重要的作用。
    在TRIZ中,理想化的应用包括理想系统、理想过程、理想物质、理想资源和理想机器等。理想化的描述如表35.3一5所示。
理想化的描述
 技术系统是功能的实现,同一功能存在多种技术实现形式,任何系统在完成所需的功能时,都产生有害功能。为了对正反两方面作用进行评价,采用如下
公式:
        理想化=有用功能之和/有害功能之和
    理想化与有用功能成正比,与有害功能成反比。通常把有用功能之和用效益代替,把有害功能分解为代价和危害。代价包括所有形式的浪费、污染、系统所占用的时间、所发出的噪音、所消耗的能最等。因此,系统理想化与其效益之和成正比,与所有代价及所有危害之和成反比。当改变系统结构时,如果公式中的分子相对增加,分母相对减小。系统的理想化就提高,产品的竞争力将提高。
    (2)理想化设计
    现实设计和理想设计之间的差距理论上应该可以减少到零。理想系统可以实现人们理想中的某种功能,而实际上该系统并不存在。所以,这个理想的模型理所应当成为人们追求的目标。理想设计打破了很多传统认为最有效的系统。
    一个主要的、有用的功能,可以用一个并不存在的系统来实现,这种思维方式可以使创新设计在短时间内完成。
    理想设计可以使设计者的思维跳出问题的传统解决方法,在更广泛的空间里寻找最优方案。
例3-1理想的容器就是没有体积的容器。
    在实验过程中,需要将待试验物放人一个盛满酸的容器里。在预定的时间后打开容器,酸对待试验物的作用可以被测量出来。酸会腐蚀容器壁,容器壁上应该涂一层玻璃或者其他抗酸材料。但是,这样的设计将使试验费用猛增。理想设计是将待试验物暴露在酸中,而不需要容器。转化后的问题就是找到一种方法可以保持酸和待试验物接触,而不需要容器。一切可利用的资源都是待试验物,如空气、重力、支持力等。解决方案是显而易见的,可以将容器设计在待试验物上,这样就不用顾虑酸腐蚀容器壁。这里的容器就是一种理想设计,如图35.3-1所示。
理想的没有体积的容器
2.2  利用理想化思想实现发明创造
2.2.1  提高理想化程度的入种方法
例3-2熨斗对于健忘的人来说是一件危险的物品。可能经常由于沉授子幻想或者忙于去接电话而忘记将熨斗从衣物上拿开,心爱的衣物就因此留下了一个大洞。在这种情况下,如果熨斗能自己立起来该多好。
    于是出现了“不倒翁熨斗”,将熨斗的背部制成球形,并把熨斗的重心移至该处,经过这样改进后的熨斗在使用者放开手后能够自动直立起来。熨衣物时,使用者用手扶着斗背部的把手,使熨斗保持水平状态,当使用者松开手时,熨斗就自动直立起来,不再同衣物接触,这样衣物就不会被烫出洞了。
    有效的增加系统理想化程度的方法可分为八种,如图35.3一所示。
增加系统理想化的八种方法
(1)去除双重元件
    如果系统包含双重元件(子系统),那么可以考虑将其用一个综合的元件取代,这种系统就会得到简化。
    例3一将冷却系统和呼吸系统合并。
    煤矿救生员的工作制服上有一个重20kg的冷却系统,此外每个救生员还要携带一个重20 kg的呼吸器。这些重物在很大程度上妨碍了救生员的工作。
    为了减少重最,冷却系统和呼吸器可以合并成一个系统,这个新的系统便用液态氧。当液态氧蒸发时,就会产生所需要的制冷效果,而氧气还可以用来呼吸。改进后的设备仅重20掩。
    (2)利用资x
    资源就是物质、场(能量)、场特性、功能特性和存在于系统或系统环境中的其他属性,这些资源对一个系统的改进都很有用。资源可以分为几种,迅速可利用资源就是在其存
在状态下可以直接利用的资源;衍生资x就是只有经过某种变化后才可以利用的资源。物质资源、场资源,、空间资源和时间资K对大多数系统而言都是有用资源,如表35.3-6所示。
利用资源的种类

(3)采用更综合的子系统
    使用更综合的子系统和元件重新设计或重建系统.这样系统的维护和制造费用就会节省很多。
    例3-4一体化汽车发动机〔如图35.3-3所示)。
    汽车发动机是由很多相互独立的零件组装而成的,但是这些零件经常会松动或者泄漏.维修很麻烦。
汽车一体化发动机
如果螺钉和垫圈可以被一个焊接件代替,那么整个发动机就会得到很大程度的简化,制造简单,可靠性更高。当然,一旦一体发动机发生故障的话,就需要更换整个发动机。
    (4)通过置换简化系统
    对千零件、部件或整个系统,考虑用一个模型或复制品来替换,以简化系统。可以考虑用一个简单的复制品替换一个复杂的零件(或一部分),也可以暂时或长久地使用一个物体的复制品。另外还可以考虑用一个与实物等大或与实物成比例的物体代替功能性不强的元件。应注意特别考虑应用仿制品。
    例3-5棋拟着陆轮胎的牵引力。
    下雨天,飞机在着陆过程中其轮胎上的牵引力是一个不确定的数值。为了得到着陆轮胎牵引力的即时数值,用测试车上的一个车轮模仿飞机着陆轮的运动,测试轮的速度是着陆轮速度的90%。当测试车通过飞机跑道时,传感器就会从测试轮上采集数据,转换信号,然后测试结果就会通过无线电装置传送给正在着陆的飞机。目前许多飞机场都采用这种测控系统。
    (5)改变操作原理
    为了简化系统或操作过程,考虑改变最基本的操作原理。
例3-6使软玻璃片保持平面状态。
    当玻璃片在传送带上运输时,热的软玻璃片总是在辊子中间的空隙地方松弛下垂,这样玻璃就不能保持平面状态。理想系统不会产生松弛下垂现象。如果辊子直径很小,就可以避免出现松弛下垂现象。那么什么样的辊子直径最小?一个分子。TRIZ解决方案为:为了运输热的玻璃片并保持其平面状态,把它峨浮在熔化的锡池上,如图35.34所示。
    (6)去除辅助功能
    辅助功能支持或辅助主要功能的实现。很多时候辅助功能(以及和这些辅助功能相关的元件/部件)可以被去除,同时又不影响主要功能的实现。为了去除辅助功能,有以下几种方法,如表35.3-7所示。
    (7)自服务
    自服务即系统的自服务功能。为了达到这个目的,可以考虑以牺牲主要操作而实现辅助操作,或者同时实现主要功能。可将辅助功能的实现转移到主要元件上。
把软的热玻瑞片漂浮在熔化的锡池上
去除辅助功能的方法
去除辅助功能的方法
 
 
 
 
 
 

 
 

(责任编辑:laugh521521)
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