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2.创新设计方法2.1常规设计与创新设计2.22.3TRIZ理论与创新思维面临着激烈的技术竞争和市场竞争，要求改造老机械、开发新机械，开拓新局面，因而要进行创造性设计。创造技法就是创造学家根据创造思维发展规律总结出的创造发明的一些原理、技巧和方法。我国劳动人民在几千年前就注意从自己的创造活动中总结出许多为世人所瞩目的创造工艺和创造技法(指南车）。2.1常规设计与创新设计2.1.1常规性设计与创新性设计在机械系统设计中，无论是确定技术原理、技术过程或者确定机器系统的功能结构、工作原理、结构布局以至具体零件的尺寸、形状、制造方法等等，都有个求解的问题。所谓求解，就是寻求消除不足之处，达到希望的结果或性能。而创造性设计方法就是提出新方案，探求新解法，它是提高设计质量，开发创新产品的重要基础。爱因斯坦曾说过：“想象力比知识更重要，现实世界只有一个，而想象力却可以创造千百个世界”工程设计按其性质可分为常规性设计与创新性设计。常规性设计以成熟结构为基础，运用常规方法进行创新性设计是在设计中采用新的技术手段、技术原理和非常规的方法进行设计，以满足市场需求，提1)约束性机械系统设计是在多种因素的限制和约束下进行的，其中包括科学、技术、经济等发展状况和水平的限制，也包括生产厂家所提出的特定要求和条件，同时还涉及环境、法律、社会心理、地域文化等因素。这些限制和要求构成了一组边界条件，形成了设计人员进行谋划充分发挥自己的创造力才能办到。2)多解性一般说来，解决同一技术问题的办法是多种多样的，要满足一定目的的设计方案通常也并不是唯一的，任何设计对象本身都是包括多种要素构成的功能系统，其参数的选择、尺寸的确定、结构形式的构思等都有很强的可选择性，3)相对性设计结论或结果都是相对准确的，而不是绝对完备的。比如既要降低成本，又要增加安全性、可靠性等。这种相互矛盾的要求给设计工作增加了难度，加上事先难以预料的一些因素的影响，使得设计者在对设计方案的选择和判定时，只能做到在一定条件下的相对满意和最佳。2.1.2创新设计的特征与一般过程1．创新设计的特征1）创新设计不是单独的重复和模仿，而是在自己、前人或他人已经获得的研究成果基础上的新扩展、新开拓。它所追求的是新奇、新颖、独特和非重复性的结果，有敢于怀疑、突破框框2）3）人为目的性4）社会价值性创新必须体现为一定的价值（这种价值可以是多方面的，包括学术价值、经济价值、审美价值等）。作为工程技术人员，技术发明和工程技术设计创造的价值主要看其经济价值以及是5）探索性6）对于某一种现象或想法，善于由此及彼地进行纵向、横向、逆向推理。7）多向性善于从不同的角度思考问题。通过发散（提出多种设想、答案）、换元（变换诸多因素中的某一1）准备期包括发现问题、明确创新目标、初步分析问题、搜集充分的资料等准2）通过思考与试验，对问题做各种试探性解决。寻求满足设计目的要求的技术原理，常需要加以变换、分解、组合，对各种可能设计方案进行构思。如果原有技术原理不能解决问题，还必须通过大量实验、试验与理论分析探索新的原理，或将已有的科学理论开发成技术原理。3经过长期的酝酿，或采用不同寻常的观念和办法，使问题一下子豁然开朗得到解决。创新性设计中顿悟的出现，有时是受到偶然因素的启发产生的，有时以灵感的形式出现。4）2．创新设计的过程2.1.3、创造性思维——思维和感觉、知觉一样，是人脑对客观现实的反映，但是，它们之间又有所不同，创造思维是指有创见的思维，它不仅能揭示事物的本质，而且能提出新的、具有社会价值的产品。1.思维的类型创造性思维是整个创造活动中体现出来的思维方式，它是多种思维类型的复合体，把握创造性思维的关键是在认识不同思维类型的特点和功用的基础上，进行思维的辩证组合与综合运用。思维类型可1)形象思维与抽象思维形象思维所使用的材料是形象化的意象（意象是对同类事物形象的一般特征的反映），不是抽象的概念。例如，设计一个零件或一台机器时，设计者在头脑中浮现出该零件或机器的形状、颜色等外部特征，以及在头脑中将想象中的零件或机器进行分解、组装等的思维活动，就属于形象思维。在工程技术的创新活动中，形象思维是基本的思维活动，工程师在构思新产品时，无论是新产品的外形设计，还是内部结构设计以及工作原理设计，形象思维都起着不可忽视的作用。运用形象思维，可以激发人们的想抽象思维是以抽象的概念和推论为形式的思维方式，概念是反映事物或现象的属性或本质的思维形式。掌握概念，形象思维具有灵活、新奇的特点，而抽象思维较为严密，在实际的创新过程中，应该把二者很好地结合起来，以发挥各自的优势，互相补充，相辅相成，创造出更多的成果。2)发散思维指思维者根据问题提供的信息，不依常规，多方位的寻求问题的答案，如砖头可作建筑材料，还可作锤子、压纸集中思维是一种在大量设想或多种方案的基础上，引出一两个大家认为最好的答案。这两种思维活动在一个完整的创造活动中是相互补充、相辅相成的，发散思维的能力越强，提出的可能方案就越多样化，因而才能为集中思维在进行判断时，提供较为广阔的回旋余地，也才能真正体现集中思维的意义。但是反过来，如果只是毫无限制地发散而无集中思维，发散也就失去了意义，因为在严格的科学试验和工程技术设计等活动中，实验结果或设计方案最终只能是有限的少数几个。因此，一个创新成果的出现，既需要以充分的信息为基础，设想多种方案，又需要对各种信息进行综合、归纳，从多种方案中找出较好方案，即通过多次的发散、收敛、再发散、再收敛3)逻辑思维是严格遵循逻辑规则按部就班，有条不紊地进行思维的一种思考方式，它注重分析、综合、归纳与演绎。非逻辑思维是与逻辑思维相对而言的另一类思维方式，它是一种不严格遵循逻辑规律，突破常规，更具灵活的自4)直达思维始终靠近解决问题的要求而进行思考，它对于简单问题较有效。旁通思维通过对问题的分析，将问题转化为另一个等价或中介问题间接求解。旁通思维与直达思维应互为补充，尤其重要的是只有通过旁通思维以后又反归到直达思维，才能较好地解决所提出来的问题。如美国的莫尔斯根据马车到每个驿站要换马的启发，采用设立放大站的方法，解决了有线电视远距离信号传递2创造性思维1)创造性思维是指有创见的思维，即通过思维不仅能揭示事物的本质，而且能在此基础上提出新的、具有社会价值的产品。创造性思维使人们突破各种束缚，在一切领域内开创新的局面，不断满足人类的精神2)创造性思维的特点突破性与求异性,具备与前人、众人不同的独特见解，突破一般思维的常规惯例，提出新原理，创造新模式，贡献新方法。并联机床就是突破了传统机床床身和导轨的结构形式，采用了腿结构的杆式结构，独创性思维具有求异性，敢于对司空见惯或“完美无缺”的事物提出怀疑，敢于向传统的习惯挑战，敢于否定自己思想上的“框框”，如灯的开关许多年来一直是机械式的，随着科学技术的发展，出现了触摸式、感应式、声控式开关，光控式开关能在一定暗度下使路灯自动点亮，而在天明时又自动熄灭。红外线开关在人进入室内时自动亮灯，并准确做到“人走灯灭”。3.创造性思维的误区(1)“我没有创造性，只有天才才能创造”，“发明创造高深莫测，发明创造是科学家的事”。这是一种典型的错误思想，事实上是每(2)只相信权威的答案，盲目地遵循书本上的设计规则。要注意书本上的设计规则的应用范围，如要想具有创造性，就要敢于怀疑，冲破传统观念的束缚，努力去寻找多个答案，并养成提出多种不同类(3)逃避风险，害怕失败，有消极的思想。要有积极进取的思想，失(4)创造无意义或危害他人身体健康与安全的发明。2.2创新设计的方法2.2.1创新能力的开发1.灵感是创新设计的火花在创新设计中，有时会陷入困境，冥思苦想，不得其解。突然，脑海闪过一星“火花”，茅塞顿开，这种现象，人们称之为“灵感”。科学家十分重视灵感的作用爱因斯坦说：“我相信直觉和灵感”。如他多年思考“如果我以光速追踪一条光线，我会看到什么”，但这个问题一直未解决。有一天早上起床时，他突然想到：对于一个观察者来说是同时的两个事件，对别的观察者来说就不一定是同时的，于是，“狭义相对论”就在灵感的启示下创立了。心理学家曾对一些科学家作过调查，询问他们在解决一些科研重大难题时，是否受过灵感的启示，结果灵感是我们在创造性活动中经常出现的心理现象，它的心理结构主要由创造性思维、创造性想象和记忆组成。这是一种创造力的飞跃，具有突如其来、稍纵即逝的特点。如果我们能主动触发和及时捕捉灵感，不但可以提高创造效率，而且对生活、工作和学习也有极大的意义。人们往往经过长时间思索，会出现思路堵塞，倘若在紧张之余做些轻松愉快的事，如与亲密朋友交谈、在乡间田野漫步、听美妙的音乐，都可触发灵感。正如心理学家赫尔姆霍茨说：习惯性思维容易使人思路闭塞和思想僵化。因此，摆脱习惯性思维的束缚，也是触发灵感的一个重要方面。常有这种情况，把非常复杂的问题，搁置几天不去想它，待过去的思想和联想被遗忘或淡漠与别人讨论和争辩，因大脑处于积极活动状态，思维的灵活性、敏捷性提高，容易产生强化或否定自己观念的思想火花，所以也有助于触发灵感。著名物理学家海森堡、狄拉克、鲍利的许多新思想，灵感并非天赋神赐，它是长期创造性活动升华的结果。只有积极开展创造性活动，才会迸发灵感。2．掌握创新设计技法的必要性设计过程是一个创造过程，设计人员创造能力的高低及发挥如何，将直接影响产品创新程度和设计质量。为此，必须使广大工程技术人员掌握创新设计技法，调动和训一位技术人员与测量打了多年交道，发现专用量规制造成本高，且磨损后就要报废，而通用量规测量效率低。针对这个矛盾，他经过反复琢磨和试验，终于设计出一种游标量规卡尺。在游标量规卡尺上加副游标尺，上下有4个量爪，其中有3个量爪可以移动调整，形成了不同尺寸的过规和不过规。这种卡尺把通用量具的可调性与专用量具的高效性结合起来，解决了多品种批量测量的2.2.21.创新设计方法的基本原理主动原理希望原理刺激原理环境原理多多益善原理压力原理（1）主动原理（2）刺激原理即广泛留心和接受各种外来刺激，善于吸纳各种知识和信息，（3）希望原理即不安于现状，不满足于既得经验和既成事实，追求产品的完善化和理想化。（4）环境原理即保持自由和良好的心境，有容许失败的社会环境。（5）多多益善原理即树立创造性设想越多，创造成功的概率就越大的信念，解决任何问题都要有多个方案，只有设想很多方案，才能在比较鉴别的基础上选择出最优方案。（6）压力原理人不能在高压中生活，但是可以利用高压来为人类服务。从心理学观点来说，人是“有恃无恐”的。“有恃”则有惰性；惰性就不可能有所创造，而且天长日久，意志衰退，智慧枯竭，才干丧失。可见压力是驱散惰性，激发强烈的事业心，使求知欲和永不枯竭的探索精神增加，从而产生所需创造力的最有效的杠杆。人们的智力只有在各种主客观要素结构的1)分析与综合法则就是先把设计所提出的要求，分解为各个层次和各种因素，分别加以研究，分析其本质，然后再按设计要求，综合成为一个新的系统。例如，要求设计一个在方形罐头上自动贴商标的机器。对于这样的工艺动（1）（2）（3）（42所有的创新设计法则都是根据基本法则加以实现的，有的是几个法则的组合运用。常用的创造法则有如下几种。分析与综合法则分移植法则换元法则逆反法则还原法则离散法则迂回法则造型法则对应法则强化法则组合法则群体法则要从一叠商标纸中取出一张，解决这个问题可以参考相同或相似的有关专业机器的动作，如啤酒瓶上贴商标或印刷机械印刷时从大量的纸张中分离出一张纸张的方法，它们都是成熟的工艺动作，可供参考。在商标纸上上胶，可借鉴邮票上胶机的技术，也可采用间接上胶法，即先把胶水刷在胶水辊上，再将胶水辊上的胶水涂到商标纸上并粘取一张商标纸，最后再把带有胶水的商标纸贴到方形罐头上。将罐头自动送入和送出贴商标工位，可根据整机的情况选用传送方式，如采用各式各样的自动传送带(例如采用圆弧形传送带)