同濟大學機械創新設計一、擺脫習慣性思維訓練題1、某人的襯衣紐扣掉進了已經倒入咖啡的杯子里，他趕緊從杯子里拾起紐扣，不但手不濕，連紐扣也是干的，這是怎么回事？（只倒了咖啡沒倒水）2、汽車司機的哥哥叫李強，可是李強并沒有弟弟，這是怎么回事？（汽車司機是女的）3、如果你口袋里的火柴盒中只剩下一根火柴，黑夜里你走進房間，房間里有蠟燭、油燈及煤氣灶，那么，你先點燃什么？（先點燃火柴）4、廣場上有一匹馬，馬頭朝東站立著，后來又向左轉270°，請問，這時它的尾巴指向哪個方向？（指向下邊）5、一天晚上，老王正在讀一本很有趣的書，他的孩子把燈關了，盡管屋里一團漆黑，可老王仍在繼續讀書，這是怎么回事？（盲文書）6、天花板下懸掛兩根相距5米的長繩，在旁邊的桌子上有些小紙條和一把剪刀，你能站在兩繩之間不動，伸開雙臂，兩手各拉住一根繩子嗎？（先用一根繩子把剪刀縛住，推動剪刀使它移動，然后走過去用一只手抓住另一根繩，另一只手接過移動來的剪力發散性思維一一GPS的功能1,確定移動物的確切位置；.追蹤小偷；.測速；4,為盲人指路;.研究地質（地質災害預測）；.找離家出走的人（小孩、癡呆老人，嫌疑人）.測量濕度；.監測路面施工狀況，起重大件位移、速度控制;.繪制地圖；.導航；.考古。針對以下信息，運用逆向思維提出新設想（填表）。基本信息逆向思維結果（新設想）水龍頭抽水泵跑步鍛煉跑步機為防塵室內脫鞋鞋套機二、用缺點列舉法、希望點列舉法提出設想.列舉體溫計諸缺點1）現有的體溫計必須接觸人體才能測量，在醫院同一支體溫計先后來測量不同人的體溫，有時可能會引起疾病傳染；2）體溫計不能測量人體內臟的溫度；3）體溫計不便于兒童測量體溫；4）體溫計不便于測量人的額頭溫度；5）體溫計不便隨身攜帶，隨時測量；6）體溫計不能彎曲。.分析、鑒別缺點，確定創新主題，進行創新設計。1）防傳染，研制非接觸體溫計（紅外輻射式）；2）為測內臟溫度，設計微型腸道溫度計；3）為便于兒童測量溫度，設計湯匙型體溫計；4）針對不能彎曲和測額頭溫度，開發出額頭薄片溫度計；5）為便于隨身攜帶，研制戒指式溫度計。2希望點列舉法缺點列舉與希望點列舉區別原理：提出希望，經過歸納，實現創造。步驟：1）了解人們的需求心理（生理、安全、社交、自尊、自我實現、生產和科研需求）【求新、求美、求異、求實、求全、求奇、求快、求廉、求健、求勝、求穩】“方便”（面、粥、凈菜）；“肥胖”（減肥茶、健身，醫療）；“省電”2）列舉、收集希望點a多觀察、多聯想，緊扣人們的需求b廣泛征求意見或進行抽樣調查c采用智力激勵法實施列舉3）希望點的分析與鑒別運用希望點列舉法改進手機1）希望手機與GPS聯接，迷路時充當向導。2）希望手機高度智能化、情感化，它是人的工具又是朋友，煩悶時談心，孤寂時聊天。3）希望手機配醫學專家系統，病時獲診斷、處方。4）希望可以利用手機記帳和個人理財。5）希望手機在夜行時充當手電筒。6）希望手機上網像計算機上網一樣方便。7）希望手機能接受電臺、電視臺的節目。8）希望生產出適合各種性格和年齡的人們使用的具有不同色彩的手機。9）希望手機的形狀和體積像手表，可以輕松地戴在手上。10）希望手機的體積大幅度減少，從而將之設計為各種的服飾（如項鏈、領帶夾、耳墜），懸掛、鑲嵌或佩帶在身上或服裝上。11）希望手機同時也是一支精致的鋼筆。12）希望手機沒有電輻射的危害。13）希望手機具防竊、遺失提醒功能。14）希望手機可視通訊，采集、交換數據。15）希望手機具遙控器功能，甚至通訊控制家用電器。16）希望手機家庭、社會治安網連通。IBM公司2000年8月在一次高科技展覽會展示：耳環（耳機），項鏈（話筒），戒指（呼叫時燈閃爍），手表（撥入撥出號碼顯示，接入呼出按鈕）用屬性列舉法提出改進電風扇的新設想1.對現有的電風扇進行分析，并列舉屬性組成：電動機、扇葉、立柱、開關等；驅動：電力；功能：送風。1）名詞屬性整體：臺式、落地式、吊式、壁式；部件：電動機、扇葉、網罩、立柱、底柱、控制器；材料：鋼、鋁合金、鑄鐵、塑料;制造方法：鑄造、機加工、手工裝配;性能：風量、轉速、轉角范圍。2）形容詞屬性外形：圓形網罩、圓形截面立柱、圓形或方形底座；顏色：淺藍、米黃、象牙白。3）動詞屬性功能：扇風、搖頭、升降。2,提出改進針對名詞屬性思考1）雙軸電動機，雙組扇葉，電動機座轉180°,風扇送風360°。2）扇葉材料改成經中藥浸泡的檀香木，制成保健扇。3）調節風速大小和轉速高低的控制按鈕能否改進？能否改遙控？能不能加微電腦，使電風扇智能化（與室溫相關，人在即開）？4）柵頁扇，將網罩設計成柵頁狀且可回轉，使風受到柵頁干擾后排出，從而保證送風角度大、風力柔和，同時可以實現環繞式立體送風。5）能否作成“衣帽架”式落地扇？冬天閑置不用時將網罩、電動機取下，換上配套的衣帽架，可掛冬天的衣帽。針對形容詞屬性思考1）裝飾扇，外型設計新穎，網罩克服清一色圓形（如橢圓形、方形、菱形、動物造型），或者與華麗的燈飾融為一體作為室內裝飾品。2）電風扇的外表涂色能否多樣化？將單色變為彩色，讓其有個性化特點，或用變色材料使之成為迷幻式，吸引消費者眼球。針對動詞屬性思考1）除塵扇，能有效清除空氣中的塵埃。2）空調扇，具有空調的制冷與制熱功能，但價格比空調便宜幾倍3）消毒扇，能定時噴灑空氣凈化劑，消除空氣中有害病毒，尤其適用大眾流通場合及醫院病房。4）理療風扇，不僅帶來涼意，而且能保健按摩，具有理療功能。5）加濕/除濕風扇，能監測室內空氣中水分的含量，自動實現加濕/除濕功能。6）安全扇，增加“傾倒即?！?，“觸手就?！毖b置，保證使用安全。7）無級調速扇，將現有的“強、弱、微”三襠有級調速改為無級調速。運用特征列舉法提出改進普通自行車的若干新設想。名詞：整體（自行車）；部分（車把、車身、車閘、鏈傳動、腳蹬、鞍座、車輪、動力等）；材料（碳鋼、錳鋼、全塑料、碳纖維、鋁合金等）制造方法（螺紋連接、焊接、粘接；模壓成型等）形容詞：尺寸大小；速度快慢；單人騎多人騎；宜人（舍予適、省力）；造型、色彩等動詞：功能（單功能：交通工具、健身、比賽用；多功能：巡警用，旅游用等）設想：1）巡警用自行車（車載通訊設備，GPS定位，警用械器，碳纖維粘接成，多速）2）小型家庭型旅游自行車（兩人驅動，設前后蹬踏，中間設置孩子座位，分別設有單向離合器使驅動力同時推動車輪而不互相干涉；袖珍：可放在車后備箱，帶入位高層居家。3）賽車（流線型，躺式手搖驅動無鏈傳動，用全塑料制成的高速自行車。）三、用組合法設計.信息組合法火腿腸新產品開發主料：6種（豬、牛、羊、魚、雞、水果）味道：8種（火腿、烤雞、烤鴨、叉燒、香菇、清香、甜咸、水果味）形狀：4種（圓、長方、方、環形）192種用信息組合法分析公園游船的設計問題船體外形：龍、魚、鵝、鴛鴦、畫舫、飛碟；船的推進動力：手劃漿、腳踏漿、噴水、電動螺旋槳、明輪；船體的材料：木、鋼、水泥、塑料、玻璃鋼、鋁合金。.形態分析步驟：1）明確研究對象；（功能、性能、使用、可靠性、成本、尺寸、外形、產量要求）2）組成因素分析；（各個部分、裝置、成分、過程、狀態；列出全部、彼此獨立。）3）形態分析；（每個因素有若干個形態，P;中n為第n個因素，I為第I個形態；用圖、表反映）4）形態組合；（對各因素各形態進行排列組合；總方案數）5）方案初評；6）選擇最佳方案。A英國厄威克技術管理公司運用形態分析法探討生產金屬零件的新工藝。形態組合：5184種可能方案發現已有技術：P13P22P34P43P53P62q產冷軋P2P2P3P3P4P2P產粉末軋制1 2 3 4 5 6 7P3P1P4P3P3P2P2=真空壓鑄1234567新穎工藝方案：P1P1P1P2P3P2P1=對懸浮在流體介質中的液體材料進行1234567(電)化學加工，利用穩定的外部能源。C.運用形態分析法剖析中國古典愛情小說，為文學創作構思提供幫助?，F歸納故事模式“書生落難，小姐搭救；后花園中，私訂終身；金榜題名，衣錦團圓?！痹嚪治鲆赜心男?？并寫出對應形態。⑴書生①舊式太學生；②新式大學生；③久試不第的書生；④懷才不遇的書生；⑤未出名的音樂家；⑥未發達的企業家；⑦未成功的科學家；⑧未發跡的文學家；⑨遠赴異國他鄉的移民；⑩初踏社會征途的青年等。(2)落難①囊空如洗；②饑寒交迫；⑧重病纏身；④路途遇險；⑤演奏會無人光顧；⑥新理論無人承認；⑦作品無人問津；⑧產品無人購買；⑨滿腹經綸，卻橫遭排斥和打擊；⑩一腔豪情，卻從無伸展的機會等。⑶小姐①大家閨秀；②名門千金；⑧影視明星；④歌壇新秀；⑥航空小姐；⑥著名模特；⑦聲名遠播的?；?；⑧容貌艷麗的女郎；⑨闖蕩商場的女強人；⑩腰纏萬貫的新富姐等。(4)搭救①慷慨贈金給予財物上幫助；②大膽示愛給予精神上鼓勵；③細心看護給予病體上照顧；④主持公道給予道義上支持；⑤耐心啟發給予方法上指點；⑥創造條件給予事業上幫助；⑦懇請親友大力扶持；⑧呼吁同事多方理解；⑨請求上級加以善待；⑩發動社會進行捐助等。(5)后花園①世界名城巴黎；②豪華之都紐約；③東方明珠上海；④富麗堂皇的演奏廳；⑤流光溢彩的歌舞場；⑥肅穆神秘的實驗室；⑦花朵盛開的山野；⑧月色籠罩的湖畔；⑨豪華別墅：⑩幽靜花園等。(6)私訂終身①擁抱接吻；②以身相許；③贈送信物；④結伴郊游；⑤鴻雁傳情；⑥網絡聯系；⑦切磋技藝；⑧交流心得；⑨互相勉勵、取長補短；⑩相互促進、共同提高等。⑺金榜題名①高中魁首；②三元及第；③留洋歸來；④博士畢業；⑤獲得巨獎；⑥官運亨通；⑦演奏會盛況空前；⑧新理論引起轟動；⑨生意場如魚得水；⑩新產品大獲成功等。⑻衣錦團圓①花好月圓、終成眷屬；②苦盡甘來、締結連理；⑧舉行盛大婚禮、賀客盈門；④進行環球旅行、歡渡蜜月；⑤家族反對、親事告吹；⑥旁人插足、橫生波折；⑦伊人香消玉隕、空余惆悵；⑧伊人遠走高飛、相思無限；⑨負心變意、喜新厭舊；⑩背信棄義、巴結權貴等。由上述所列因素及其可變形態可以推知，這些形態可聚合出千千萬萬個感人的故事。例如，按(1)⑤f(2)③一(3)③一(4)③一(5)⑩一(6)①一⑺⑦f(8)⑦的順序進行組合，可構造下述故事：一位才華橫溢、命運乖舛的青年演奏家，身患重病，且舉目無親、袋無分文，眼看就要走投無路;這時，一位當紅的影視女明星突然走近他的身邊，從生活上、醫療上給予無微不至的照顧；并在自家幽靜花園里贈送信物，勉勵青年追求事業、追求幸福；該青年經過女明星的悉心照料，身體康復如初，技藝也大有長進，終于在演奏會上一舉成名，獲得國際大賽金獎；當青年手捧鮮花、胸掛金牌趕回女明星家時，聞知女明星在去機場接他的途中，因遭遇車禍而香消玉隕，使青年空余永恒的懷念。D.運用形態分析法研究你的求職策略。1）組成因素分析：應聘優先考慮；企業類型；最想從事的工作。2）形態分析:列表填入每一因素可能的形態3）形態組合：3X4X4=48種可能的解。如自己優先考慮：①A1+B1+C1（福利待遇好，國企機械電子工程師）②A2+B1+C3（離家近，公辦教師）③A3+B2+C2（外資，從事光子通訊員工）四、用類比法（以人、物為參照物）、強制聯想法提出創新設想1作為航天飛機的機械手，〃你〃是如何工作和生活的作為航天飛機的機械手，工作時取物不靈活，夾持物體不知用多大力；工作溫度差異過大，有時受嚴冬煎熬，有時遭炎夏之災；說不準何時還得挨上生產事故（遭遇流星，宇宙垃圾等襲擊）；職業病是骨折（臂太長易變形及折斷）；因房子、床鋪太小休息不好（空間太窄受擠難受）。1.空調一冰箱：兩者都制冷，對外對內；“冰箱空調”2.空調一電風扇：“空調扇”（風扇內放冰塊或涼水）3.空調一加濕器：設計加濕、除濕、除味和滅菌“健康空調”4.電腦一電飯鍋：“智能電飯鍋”（自動加水、淘米、煮飯、刷鍋，自動排刷鍋水，自動控制水量煮干、稀飯等）5..熨斗一洗衣機：“全功能洗衣機”做到浸泡、洗衣、漂洗、脫水、展開衣物、熨燙、折疊整齊真正全自動。6..錄像機一VCD一電視機：一種兼“錄、放、接受”功能的新型電視機。7.電推剪一吸塵器：“吸塵電推剪”五、用設問法擴展創新思路.5W1H法.檢核表法轉化、引申、變動、放大、縮小、顛倒、替代、重組、組合。六、機構演化、變異與方案設計1畫出下面變異機構的原始機構。2回轉手動剃須刀的功能分解如圖所示，試求各功能元素解并列出形態學矩陣。共有方案：3X4X2X2X2=96種選定方案：往復移動A1+齒條齒輪B11+定軸輪系C1+飛輪D2+盒式E1七、機構再生運動鏈一由運動鏈繪制運動簡圖。二圖示六連桿機構，試通過變換演化為凸輪齒輪齒條機構。三牛頭刨床急回機構如圖所示，請運用機構再生創新的方法，構造一種新型的牛頭刨床急回機構。四請畫出下圖所示的縫紉機送布機構的一般化運動鏈圖及相應的拓撲圖。五圖示為縫紉機上應用的送料機構，其中M為送料牙，連架桿2的擺動可控制抬牙量，稱為抬牙桿；連架桿4的擺動可控制針距，稱為送料桿。請運用運動鏈再生的創新技法創造一個新機構。即包括：分析圖示原始機構的結構組成特點；繪制一般化運動鏈；繪制一般化運動鏈圖譜（2個）；將其中之一轉化為再生創新機構。1）結構特點：七桿八副（七個轉動副，一個移動副）；桿5和桿6作平面運動2）繪制一般化運動鏈3）繪制一般化運動鏈圖譜4）將其中之一轉化為再生創新機構八、反求工程.反求工程的研究對象是什么？實物、軟件、影像。.反求工程研究的主要內容有哪些？1）探索原產品設計的指導思想；2）探索原產品原理方案設計；2）研究產品的結構設計；4）確定產品的零部件形體尺寸；5）確定產品中零件的精度；6）確定產品中零件的材料；7）確定產品的工作性能；8）確定產品的造型；9）確定產品的維護與管理。2）實物反求時，在未對實物解體前能完成哪些工作？a）探索原產品設計的指導思想；b）探索原產品原理方案設計；c）研究產品的結構設計；d）確定產品的零部件形體尺寸；e）確定產品中零件的精度；f）確定產品中零件的材料；g）確定產品的工作性能；h）確定產品的造型；i）確定產品的維護與管理。3、實物反求時，在未對實物解體前能完成哪些工作？功能分析、性能測試、拍照或畫總裝圖，測量儀器，標準、人員分工等。4.反求工程的現實意義是什么？5反求設計與傳統設計有何區別？1）反求工程首先要進行反求分析，反求設計與傳統的產品正向設計方法不同，它根據已存在的產品或零件原型來構造產品的工程設計模型或概念模型，在此基礎上對已有產品進行解剖、深化和再創造，是對已有設計的再設計。傳統的產品開發過程遵從正向設計的思維，首先要根據市場需求，提出目標和技術要求，進行功能設計，創造新方案，經過一系列的設計活動，變為產品。概括地說，傳統的設計是由未知到已知、由想象到現實的過程。2）反求設計是從已知事物的有關信息（包括硬件、軟件、照片、廣告、情報等）去尋求這些信息的科學性、技術性、先進性、經濟性、合理性、國產化的可能性等，要回溯這些信息的科學依據，即充分消化和吸收，而更重要的本質是在此基礎上要改進、挖潛進行再創造。反求的目標如果僅限于仿制，那么就會是最原始、低級的模仿，其質量和生命周期不會有競爭力，更嚴重的是侵權行為，要受產權保護的制裁。6如何理解創新設計是反求設計的靈魂？反求設計是消化吸收國內、外先進技術，并在此基礎上改進使其達到更高的境界，以實現創新為其最終目的。反求設計所追求的不應是簡單的仿制，而是再提高、再創造。反求設計不是從實物原型再現直接到實物原型制造的過程，而是將實物原型再現與再設計、再分析、再提高，從而實現改型的創新設計。九、結構設計：軸轂聯接十、機構的組合與創新串聯機構組合：I型：單自由度基本機構順序聯接；II型：前置機構平面運動構件是后置機構的輸入件并聯機構組合：I：各自輸入件，共同輸出件；I：共同輸入件和輸出件；111：共同輸入，各自輸出件。復合機構組合：F=2的基礎機構和附加機構聯接在一起疊加式機構組合：輸出若干運動的合成：運動獨立式，運動相關式。1說明圖示機構是按照何種形式進行組合的，組合的目的是什么，并將其分解成基本機構。2圖示六桿機構的各桿尺寸為：AB=1,BC=CE=9,試分析該機構是按照何種形式進行組合的，組合的目的是什么，并將其分解成基本機構。串聯I型組合，組合目的是增力；十一、方案評價例A、B、C三種電池主要性能及成本值如下表，希望電池壽命較高，試評價并選出較好的電池。.下表為有效值法評價手表的三種方案評分結果，試用用矩陣形式表述（列出加權矩陣，評分矩陣，有效值矩陣），確定最優方案，并檢查計算結果。2.為對洗衣機進行評價，選取價格、洗凈度、維修性、壽命、外觀和耗水量六個指標，用判別表計算法確定各指標的加權系數。若已知各比較指標，試將各評價指標的總分數ki和加權系數81填入表內。十二、TRIZ理論物理矛盾（物理沖突）：系統要求1個參數一方面正向發展另一方面負向發展（手機小便攜帶,屏幕大、鍵盤大便觀看操作）技術矛盾（技術沖突）：系統問題由2個參數導致的，2個參數相互促進、相互制約。管理矛盾（管理沖突）：子系統之間產生的相互影響。39個技術特征；40個創新原理；8類技術系統進化法則；76種創新問題標準解法。1什么是物理沖突解決物理沖突的原理有哪些系統同時具有沖突相反要求的狀態（3類24種），例如，軟件應該容易使用，但同時需要許多復雜的功能或選項。解決物理沖突最根本的法則是分離，分離的原理有：空間分離、時間分離、整體與部分分離、條件分離。2什么是技術沖突解決技術沖突的原理有哪些如何利用沖突矩陣來指導創新設計1)技術沖突是指系統中一個部分性能增強導致有用及有害兩種結果，也可指有益作用的引入或有害效應的消除導致其他一個或幾個子系統的劣化。2)解決技術沖突的原理有：3)使用沖突矩陣指導創新設計時，首先明確有利因素與不利因素，再將其轉化為39個工程技術參數，最后由沖突矩陣表找出相