机械创新设计的机械创新设计(高志著)

盐城工学院机械工程学院机械设计制造及其自动化专业，是一个非常专业且优秀的专业。

在2000年获得学士学位授予权。2002年被确定为第一批校级重点学科，同年该学科梯队被评为江苏省高校“青蓝工程”省级优秀学科梯队，2003年被确定为学校第一批特色专业建设点，2005年通过验收成为学校第一批特色专业，2006年被确定为江苏省特色专业建设点，同年被确定为江苏省重点建设学科。

该专业设有数字化制造技术、计算机辅助设计、车辆制造技术、机械电子技术等4个专业方向。每年招收5～7个班，现在校本科生26个班，学生人数980名。

书名：机械创新设计

书号：9787302242048

作者：张有忱

定价：25元

出版日期：2011-1-1

出版社：清华大学出版社 本书共分为9章。第1章为绪论，介绍了创造、创新和设计的基本概念，创新教育与创新人才的培养，机械创新设计与社会发展的关系。第2章为创新思维与技法，主要以创造学的理论为依据，结合实际问题分析了创新思维的特点与创新思维的过程，并分析介绍了几种常用创新的技法。第3章为机械系统方案与创新设计，重点论述了技术冲突解决原理（TRIZ理论）、建立原理解法目录、资源的分析与利用等系统方案创新的基本方法，以及构型的综合问题。第4、5、6章为机构的各种创新方法，分别就机构的变异与演化、机构的组合、机构的再生等创新设计技法进行分析与论述。第7章为机械结构设计与创新，介绍了在机械结构设计过程中，要充分考虑的基本要求，并分别从机械结构的功能，结构元素的变换，模块拼接与结构复用，以及材料、加工、装配、输送等方面，讨论了机械结构创新的要求与实现途径。第8章为反求设计与创新，介绍了反求设计的基本概念、反求设计的内容与基本过程，并对几个典型案例进行了反求设计分析。第9章为创新实例与分析，以全国大学生机械创新大赛的参赛作品为例，分析了创新基本理论在作品中的实际应用。各章后附有习题，可供读者练习。

本书可作为高等学校教材，也可供有关教师及工程技术人员或科研人员参考。 第1章绪论

1.1创新设计概述

1.1.1创造、创新与设计

1.1.2创新设计

1.1.3创新的风险

1.2创新人才的培养

1.2.1人才培养与创新教育

1.2.2创新人才的特点

1.2.3创新人才的培养

1.3机械创新设计与社会发展的关系

习题

第2章创新思维与技法

2.1创新思维

2.1.1思维及类型

2.1.2创新思维的特点

2.1.3创新思维的过程

2.1.4创新思维的方式

2.2创新技法

2.2.1观察法

2.2.2类比法

2.2.3移植法

2.2.4组合法

2.2.5换元法

2.2.6还原法

2.2.7穷举法

2.2.8集智法

2.2.9设问探求法

2.2.10逆向转换法

习题

第3章机械系统方案与创新设计

3.1概述

3.1.1机械系统的基本概念

3.1.2机械系统设计的主要过程

3.1.3机械系统方案设计

3.2功能综合

3.2.1功能分析

3.2.2功能分类

3.2.3功能分解

3.3原理综合

3.3.1技术冲突解决原理（TRIZ理论）

3.3.2建立原理解法目录

3.3.3资源的分析与利用

3.4构型综合

3.4.1机构构型

3.4.2机构选型

3.4.3构型综合的注意问题

习题

目录

第4章机构变异与创新设计

4.1机构的倒置

4.1.1平面连杆机构

4.1.2凸轮机构

4.1.3其他传动机构

4.2运动副的变异与演化

4.2.1运动副元素尺寸的变异

4.2.2运动副元素形状的变异

4.3构件的变异与演化

4.3.1构件形状的变异

4.3.2构件的合并与拆分

4.4机构的扩展

4.4.1引入虚约束

4.4.2变换运动副

4.4.3增加辅助机构

4.5机构的等效代换

4.5.1利用运动副的替代原理进行等效代换

4.5.2利用瞬心线构造等效机构

4.5.3周转轮系的等效代换

4.5.4机构功能的等效代换

4.6运动原理的移植

4.6.1差动原理的移植

4.6.2谐波传动的移植

习题

第5章机构组合与创新设计

5.1串联式组合

5.1.1组合的基本方法

5.1.2实例分析

5.2并联式组合

5.2.1组合的基本方法

5.2.2实例分析

5.3封闭式组合

5.3.1组合的基本方法

5.3.2实例分析

5.4装载式组合

5.4.1单联式装载组合

5.4.2双联式装载组合

习题

第6章机构再生与创新设计

6.1一般化运动链

6.1.1一般化原则

6.1.2实例分析

6.2杆型类配

6.2.1问题的提出

6.2.2杆型类配

6.3运动链组合

6.3.1图的概念

6.3.2图的组合

6.3.3运动链的组合

6.4机构再生设计

6.4.1飞机起落架的再生设计

6.4.2缝纫机送布机构的再生设计

习题

第7章机械结构设计与创新

7.1机械结构设计的基本要求

7.2实现零件功能的结构设计与创新

7.2.1功能分解

7.2.2功能组合

7.2.3功能移植

7.3结构元素的变异与演化

7.3.1改锥结构元素的变异

7.3.2轴榖连接的结构元素变异与演化

7.3.3离合器的结构元素变异与演化

7.3.4棘轮传动的结构元素变异

7.3.5各种槽销结构元素的变异

7.3.6新型联轴器的结构特点

7.3.7导轨的结构形式及其特点

7.3.8改善工作性能的结构变异

7.4适应材料性能的结构设计与创新

7.4.1扬长避短

7.4.2性能互补

7.4.3结构形状变异

7.5方便制造与操作的结构设计与创新

7.5.1加工工艺的结构构型

7.5.2装配输送的结构构型

7.5.3简单结构

7.5.4宜人结构

7.6用模块拼接与结构复用进行结构的创新

7.6.1模块拼接

7.6.2结构复用

习题

第8章反求设计与创新

8.1概述

8.1.1反求问题的提出

8.1.2反求设计的含义

8.1.3反求设计的研究对象

8.2反求设计的内容与过程

8.2.1反求设计的主要内容

8.2.2反求设计的主要过程

8.3反求实例分析

8.3.1原理方案的反求实例

8.3.2机构构型的反求实例

8.3.3精度反求实例

8.3.4图像资料的反求设计实例

8.3.5计算机辅助反求设计实例

8.3.6材料反求实例

习题

第9章创新实例与分析

9.1创新思路的分析

9.2创新实例

9.2.1多功能齿动平口钳

9.2.2机械式停水自闭水龙头

9.2.3防倾翻轮椅

9.2.4省力变速双向驱动残疾人车用驱动装置

9.2.5自由轮椅

9.2.6饮料瓶捡拾器

9.2.7地震应急床

9.2.8新型大力钳

习题

参考文献

广义

广义的实验设计指科学研究的一般程序的知识，它包括从问题的提出、假说的形成、变量的选择等等一直到结果的分析、论文的写作一系列内容。它给研究者展示如何进行科学研究的概貌，试图解决研究的全过程。

狭义

狭义的实验设计特指实施实验处理的一个计划方案以及与计划方案有关的统计分析。

狭义的实验设计着重解决的是从如何建立统计假说到作出结论这一段

(1)科学性原则

设计方案是某种或某些科学技术原理的体现，因此，任何设计方案都不能违背科学技术原理。

违背这一原则的设计以“永动机方案”为最典型。自古以来，有无数发明家绞尽脑汁地设计了一个又一个永动机，但都因直接违背能量守恒定律而徒劳无益，没有任何结果。设计方案除了不违反科学原理外，还应能达到预期的性能。大多数发明的目的都是要超过已有技术。

如果效果并不那么理想，该发明也就失去了存在的意义。因此，多方面地对设计的技术性能进行论证很有必要。

例如，有人曾设计出一种“液压传动和变速的自行车”。他的目的是使车子骑起来更为轻快和灵便。这就要有一个前提，即液压传动系统要与链条传动的效率相近或更高。但是如果认真进行核查的话，我们就会发现事实正好相反，在功率传送上液压传动的效率较低，因此该项发明的预期目的很难实现。

对于一项本身作用原理没有问题的发明，还应考虑它在制造过程中是否存在特殊的困难。假定你想发明一种“扑翼式人力飞机”，如果你的设计有赖于一种极轻然而又很坚固、弹力又极好的材料，大概就有问题了。你必须首先调查一下你所需要的这种材料目前是否可能制造出来，然后再去考虑你的发明是否有意义。

另外一个必须考虑的问题是，你设计的东西如果如愿以偿地制造出来了，在实际使用中是否会遇到特殊的困难。

例如，一种像帆船那样由风驱动的运输车辆并不是制造不出来，但是如果我们真要使用这样一种“风动车辆”，就会遇到许多麻烦。我们必须在很窄的道路上行驶，然而，陆地上的风远不像海上那样稳定，因此，我们的车辆就会陷入时快时慢、时走时停的状态。这在公路运输上是不能允许的，会大大妨碍其他车辆的行驶和安全。

(2)独特性原则

创新设计者往往别具匠心，常常以不同于一般设计师的方式提出一些奇特的构思，使技术方案具有突出的实际效果。

例如，转子发动机的设计，磁悬列车的设计等，都是别具匠心的设计。

出色的设计往往具有独特的构思，但独特的构思未必能成为有实际效果的为人们所急需的产品。例如，有人曾设计了一种“能喷水的闹钟”，他用喷头射水代替铃声来浇醒沉睡的主人，但是，这样的设计由于人们不那么需要，所以很难商品化。

(3)求优性原则

要想直接估计出一项设计的实用价值是十分困难的。实际上，人们往往采取比较法来进行估计，也就是将新方案的可能效果与那些要解决同样问题的全部已有技术相比较，看它是否处于比较优越的地位。

一般说来，追求完全相类似功能的不同技术是可以进行比较并分出优劣的。例如，爱迪生设计的碳钮电话话筒与原来贝尔所用的液体变阻器话筒是两种技术，但它们所要达到的功能完全相同，即把声音变成相应的波动电流。在这种情况下，人们可以清楚地看出，前一种技术比后一种更为简单、方便、耐用，明显优于后一种。实际上，贝尔公司很快就买下了爱迪生的专利权。

想出一个优于已有技术的设计方案当然是很值得高兴的事，但是，我们也应该意识到，技术在不断发展进步，新的设计也会层出不穷。因此，我们还必须考虑可能出现的其他种种技术方案，考虑到各种可能的改进方案，这样才能使自己的设计在稍长的时间内处于相对最优地位，在较长时间里保持其使用价值。从中可以看到，创新才是技术设计永保青春的秘诀。

(4)简捷性原则

技术方案是否简捷，也是判断一项设计能不能获得成功的一项设计原则。

有一种模糊的错觉认为，一项设计的原理和构造越复杂，就说明它的水平越高。诚然，把一件构造复杂的东西制造出来绝非易事，但这仅仅是对制造者而言。如果设计者使其构造的复杂性超越了一定的限度，那么这就是一件蹩脚的或失败的设计。因此，创新设计者应追求功能明确、性能可靠且机理简单的技术方案。

(5)市场性原则

符合科学原理和技术原理的产品设计，通常可以制造出来。那么，是否就能认为这一项设计已经取得了成功呢?事实上未必如此。除了极少数特殊情况(如作为一项科学研究的实验)以外，一般的设计要获得最后成功，必须证明自己具有突出的实用性，必须经受住市场的严峻考验。

爱迪生曾这样说：“我不打算发明任何卖不出去的东西，因为不能卖出去的东西都没有达到成功的顶点。能销售出去就证明了它的实用性，而实用性就是成功。”这对任何有志于创新设计的人来说是金玉良言，是判断设计价值的最高标准。有人可能错把专利局审查批准看作设计成功的标志。诚然，这确实是一个可喜的标志，标志着你的设计有了起码的水平，然而这并不是最重要的标志。有人可能要问，专利审查不是已经包括实用性的内容了吗?实际上，专利局仅仅是把那些明显不实用的设计加以剔除，并不对获准专利的商业价值作任何保证。从世界上发达国家获准专利的实施情况来看，真正获得效益的仅占总数的15％左右。

那么，什么样的东西能获得市场呢?一般地说，要求该设计者的使用价值超过出售价格。

一种商品的售价总是受成本制约的。一般情况下产量越多，成本就越低。而同一种设计对于不同的人来说，其使用价值往往是不同的。通常只有少数人认为其使用价值很高，而多数人则不这样认为。

例如，同样一种太阳能利用设备，在阳光充足而燃料贫乏的地区(如青藏高原)就有较高的使用价值；而在燃料非常丰富的地区则没有很重要的使用价值。因此，对于特定的某一产品来说，考虑的销售面越广，其平均使用价值就越低。

对熟悉工程技术的人来说，估计一种新产品的成本并不感到十分困难，而估计一项新设计的使用价值却常常感到是十分困难的事情。尽管如此，我们仍可以从下面几个方面来考虑使用价值：

1)该设计解决的问题是否迫切?一般说来，如果一项设计解决了人们迫切需要解决的问题。它的使用价值就比较高。例如，在电报发明之前，火车和轮船已在世界上得到应用，运输的速度已大大加快，但通讯速度受运输速度所限制，远远不能适应当时工业和商业迅速发展的需要。因此，电报被莫尔斯发明出来以后不到10年，就在许多国家得到广泛应用。但是，人们在短距离通讯上，使用电报仍不够方便，需要专人收发报和翻译电码，往往还不如派人送信省事，然而，电话的发明，扫除了这些麻烦，因而以更快的速度得到普及。

2)是否容易使用?一项能够解决某一问题的设计还必须保证本身使用起来是方便的，否则，它将会带来新的问题。例如，许多人在做饭时感到剁肉末十分费事，有人设计出了一种家用手摇绞肉机，用起来确实比剁肉省力。但是，这种绞肉机需要经常清洗，十分麻烦，结果不少人都弃之不用。

3)是否耐用、可靠?耐用与可靠直接关系到使用价值，需要特别注意。例如，目前市场上可以看到一种名叫“热得快”的电热器，可以方便地用来加热杯子里的水或奶，构造简单，价格便宜。但是它的设计不尽合理，很不耐用，稍有不慎就会烧坏，甚至有漏电的危险，因此销路大减。

4)是否令人喜欢?应该理解到这一点，即外观美也是使用价值的一部分。例如，钟表是用来指示时间的，但不能认为只要走时准，外观不用考虑。实际上，许多物品都兼有装饰房间或其他场所的作用，至少不应该破坏环境的美感。即使是工，一里的机器，适当的外观也常有助于减轻操作者的疲劳感，并让人产生爱惜的心情。除了以上几点，使用价值还应包括安全，不妨碍他人，无公害，等等。

机械创新设计是指充分发挥设计者的创造力，利用人类已有的相关科学技术成果(含理论、方法、技术、原理等)，进行创新构思，设计出具有新颖性、创造性及实用性的机构或机械产品(装置)的一种实践活动。它包含两个部分：一是改进完善生产或生活中现有机械产品的技术性能、可靠性、经济性、适用性等；二是创造设计出新产品、新机器，以满足新的生产或生活的需要。

机构创新的原理通过人与技术相结合的产品配送机制加强了客户对产品进行组合能力，机构创新但是客户仍将自作决策并承担风险。金融创新不会停留在现有产品配送系统的创新上，机构创新现有的和新兴的金融机构将通过创造新产品，来实现金融功能的重新整合.

资产管理账户将在个人和家庭中流行起来。美国银行家信托公司的前总裁提出了“财富账户”设想，它将一个家庭包括房产价值、退休金账户、住宅抵押贷款等全部资产与负俊都合并在一个账户中。

机构创新这对个人或家庭在整个生命期间实现最大经济福利有极大的帮助。如果税法允许，一个家庭可以从他们的退休金帐户借款来购买住宅等不动产。如果住宅的价值相对抵押贷款价值增加，这个家庭可用住宅权益(房产的市值超过借款的部分)作抵押，以更低成本借款支付教育和家庭的其他开支。

另一种方式是将产品裁剪或个性化以满足客户的特殊需要。考虑年轻夫妇需要储钱作为子女未来的教育费用。他们将求得财务顾问或财务软件的帮助，选择一组包括共同基金或人寿保险的金融产品。

他们根据历史数据将算出每月需要投资的数额，机构创新并在计划年度内利率或证券价格发生变化时，对每月的投资额作出调整。金融中介机构也可提供一个投资和保险的组合产品，并根据子女年龄和通货膨胀状况作出调整。

扩展资料

金融机构创新主要集中在非银行金融机构和跨国银行的发展两方面。因为各国金融制度不尽相同，对金融机构的设置分工等各方面的要求也各有所侧重，金融机构的形式也就不一致。但是，综合世界各国的金融机构创新的原因不外乎两个方面：

一是金融自由化的进展使金融机构从“专业化”向“综合化”方向发展，为各种新的金融机构的诞生创造了条件。

二是西方各国在二战后初期，根据经济发展需要对金融体制进行了改组和整编，使得金融机构由“专业化”向“综合化”转化。其实质是战后经济活动的实际内容发生变化，使得金融机构突破原来的业务分工，在较大范围内开始综合经营。

而且实行多种金融业务的交叉，出现了大批新的金融机构。20世纪30年代资本主义经济危机以后，各国加强了金融管制，防止经济危机对金融业的影响。特别是二次大战以后，世界各国金融体系专业化程度得到了加强，对金融业的管理法规也更加严密。

80年代新技术革命的进展和资本国际化的形成等因素，促成金融交易的自由化发展，这些都导致了金融法规相应变革，朝着放松管制和促进金融自由化的方向发展，这又反过来进一步促进了金融机构的创新。