功能原理创新设计教材
基于功能原理创新的《机械设计学》课程教学改革
了较 好 的 效 果 。
［ 关键词］机械设计学 ；创新教 育；功 能原理设计 ［ 中图分类号］Ｎ ４ ［ 文献标识码］Ａ ［ 文章编 号］ １７ —１０ ２ １ ）０ 一Ｎ３０一 ２ ６ ３ ４ ９（０ ０ １ ３ ｏ
第 ７ 第 １期 ：理 工 卷
张小明等 ：基于功 能原 理创新的 《 机械设计学 》课 程教学改革
・３ １・ ３
过 人机 交互 方式 ，为学 生创 造一 种轻 松 、活 泼 、 自主学 习 的环境 ，从 而培 养 学生 的形 象思 维 能力 、创新
能力 ，提高 教学 质量 和教 学效 果 。
《 机械设 计学 》是机 械设计 及制 造 业 教 学指 导 委员 会规 定 的 第 一 门专 业 主 干课 ，以功 能 原理 设 计 、
实用化 设计 、商 品化 设计 为核 心 内容 ，强 调 了设 计学 中最重 要 的概 念 “ 功能 ”１。功能 原 理设 计是 产 品 ［ ］ 具 有市 场竞争 力 的关 键性设 计环 节之 一 ，是 产 品最 根本 的创 新途 径 ，对产 品的成 败 起着 决 定性 的作用 。 功能原理 设计从 其本质 上来 讲是 一种创 新构思 过程 ，设 计者通 过创 新思维 来形 成创新 构思 。设计 者要进 行创 新构 思 ，就要有强 烈 的创新 意识 ，坚实 的创造 性知识 基础 ，灵 活 的思 维方 法及对 创造性 机理 的认识
基 于 功 能 原 理 创 新 的 《 械 设 计 学 程 教 学 改 革 机 课
《室内设计原理教案》
《室内设计原理教案》一、教学目标1. 知识与技能：（1）了解室内设计的概念、发展历程和基本原则。
（2）掌握室内设计的基本要素，包括空间、色彩、材质、照明和家具等。
（3）学会运用设计原理进行室内空间布局和设计创新。
2. 过程与方法：（1）通过案例分析，培养学生对室内设计的感性认识和审美能力。
（2）运用实践操作，培养学生室内设计的基本技能。
（3）以小组合作为载体，培养学生的团队协作能力和沟通表达能力。
3. 情感态度与价值观：（1）培养学生对室内设计的兴趣和热情，提高审美品位。
（2）培养学生关爱环境、注重可持续发展的意识。
（3）培养学生勇于创新、积极进取的精神风貌。
二、教学内容1. 室内设计的概念与发展历程（1）室内设计的定义（2）室内设计的发展历程（3）我国室内设计现状与趋势2. 室内设计的基本原则（1）功能性与舒适性（2）安全性与环保性（3）美观性与个性化3. 室内设计的基本要素（1）空间布局（2）色彩搭配（3）材质选择（4）照明设计（5）家具配置4. 室内设计的设计原理（1）对比与统一（2）对称与平衡（3）层次与序列（4）节奏与韵律（5）创意与独特性5. 室内设计案例分析与实践（1）案例分析：解析经典室内设计案例，了解设计理念和手法。
（2）实践操作：以小组为单位，进行室内设计方案的制作与展示。
三、教学方法与手段1. 讲授法：讲解室内设计的概念、原则、要素和设计原理。
2. 案例分析法：分析经典室内设计案例，提高学生的审美能力和设计思维。
3. 实践操作法：以小组为单位，进行室内设计方案的制作与展示。
4. 互动讨论法：引导学生积极参与课堂讨论，培养团队合作精神和沟通能力。
5. 参观考察法：组织学生参观室内设计展览或实际项目，增强实践经验。
四、教学评价1. 过程性评价：关注学生在课堂讨论、实践操作和团队协作中的表现。
2. 成果性评价：评价学生设计的室内方案的创新性、美观性和实用性。
3. 综合性评价：结合学生的课堂表现、实践成果和团队协作能力，进行全面评价。
《机械创新设计》课程教学大纲
《机械创新设计》课程教学大纲一、课程名称中文名称：机械创新设计英文名称：Machinery Innovation Design二、课程代码11113103三、课程属性专业必修课四、学时数、学分数48（理论学时：44实验学时：4）、3学分五、适用专业四年制本科机械电子工程专业、机械设计制造及其自动化专业、机械工程专业。
六、编制者编制：唐剑兵七、编制日期2015年7月八、本课程的目的和任务本课程是本科机械设计制造及其自动化、机械电子工程、机械工程等专业的一门必修课。
创新设计的目标和任务是训练创新思维、学习创新方法、培养创新设计能力。
通过国际化创新思维的比较，帮助学生建立创新设计的思想，培养学生国际化创新意识和能力，打好创造发明的理论和实践的基础。
中国应该学习和改进创新思维，走向世界的前列。
创新是全世界的基本行为，创新教学适合双语教学，打破国际界限，进入英语讨论环境，在通用语言环境下比较优秀创新思想，树立自己的先进创新理念。
本课程通过阐述国际创新设计思想，达到创新理念的树立；创新思维的形成；创新方法的使用；创新活动的指导四大目的，带领学生一边学习，一边创造性实践。
在系统阐述设计创新和创造的基本原理基础上，介绍了设计问题、创新设计策略、设计创新过程、创新产品特性，创新人文特性等内容，用对比的方法，强调创新不只是技术改进，而是技术，市场，社会效益的综合改进，搭建创新与应用的桥梁。
并联系实例构建了“机械创新设计大赛”、“工程训练综合能力大赛”、“机器人大赛”和“创新创业训练计划”等4大实际任务模块，以项目为导向分析和引导相关课程内容的讲授，并结合实验和实训，最终实现学以致用，手脑并用，以大赛的实际创新产品体现教学的效果。
九、课程的基本要求和特点本课程的学习，要求学生具有活跃的思维能力和较强的动手能力，在掌握正确的创新思维和创新方法后，能开动脑筋，按照一定的功能要求，自己动手设计出新型的机构或装置，并加以实验验证。
汽车工程创新课程设计
汽车工程创新课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解汽车工程基本原理，掌握汽车各系统结构与功能，并了解现代汽车技术的发展趋势。
2. 学生能掌握汽车设计的基本流程和方法，了解人机工程学在汽车设计中的应用。
3. 学生了解新能源汽车的类型及优缺点，并掌握其基本工作原理。
技能目标：1. 学生具备运用CAD软件进行汽车零部件设计和三维建模的能力。
2. 学生能运用仿真软件对汽车各系统进行性能分析和优化。
3. 学生能够针对特定需求，设计出具有创新性的汽车方案，并进行简要的技术论证。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对汽车工程的兴趣和热爱，增强对国家汽车产业的自豪感和责任感。
2. 学生形成团队合作意识，学会在项目中承担责任和分工合作。
3. 学生培养创新思维和勇于尝试的精神，提高面对挑战的自信心。
课程性质：本课程为选修课程，以项目为导向，注重理论与实践相结合。
学生特点：初三学生，具备一定的物理、数学和科学素养，对汽车感兴趣，具备初步的动手能力和创新意识。
教学要求：教师需引导学生运用所学知识解决实际问题，鼓励学生积极参与讨论和实践活动，培养其创新能力和团队协作精神。
教学过程中注重评估学生的知识掌握程度、技能运用能力和情感态度价值观的发展。
二、教学内容1. 汽车工程基础理论：包括汽车发展史、汽车分类、汽车基本构造及各系统功能，对应教材第一章内容。
- 汽车发动机原理与结构- 汽车传动系统原理与结构- 汽车制动系统原理与结构- 汽车电气系统原理与结构2. 汽车设计流程与方法：以人机工程学为基础，学习汽车设计的基本流程、原则和方法，对应教材第二章内容。
- 汽车设计的基本流程- 人机工程学在汽车设计中的应用- 汽车外观与内饰设计原则3. 新能源汽车技术：介绍新能源汽车的分类、优缺点及工作原理，对应教材第三章内容。
- 新能源汽车概述- 电动汽车原理与结构- 混合动力汽车原理与结构- 燃料电池汽车原理与结构4. 汽车设计实践：运用CAD软件进行汽车零部件设计与三维建模，对应教材第四章内容。
技术创新方法(TRIZ理论)培训教材
维障碍。
小明家有三个小孩，老大叫大毛，老二叫二毛，老三叫什么？ 如何用6根火柴组成4个等边三角形？ 如何用4根火柴组成一个“田”字？ 在荒芜人迹的河边停着一个小船，这只小船只能容纳一个人，有 两个人同时来到河边，并且这两个人都坐着这条船过了河，请问： 他们是怎样过河的？
1.2、TRIZ的由来
TRIZ理论是由根奇· 阿奇舒勒（G.S.Altshuller 1926~1998)(前苏联的一位伟大发明家和创造学家）通过 对4万 份（后来扩展到250万份）高水平发明专利的研究、分析、归 纳总结，揭示出隐藏在专利之中的奥秘，萃取发数以百万计发 明家的智慧而创建的卓越成果。被喻为“神奇点金术”。 TRIZ理论是一种创新方法，它使创新思维从发散走向收 敛；它利用创新的规律，使创新走出了盲目的、高成本的试错 和灵光一现式的偶然。
技术创新方法（TRIZ理论） 培训教材
目录
一、TRIZ概述
二、TRIZ的技术系统八大进化法则＋S曲线
三、最终理想解(IFR) 四、技术矛盾 五、40个创新原理 六、39个工程参数及矛盾矩阵 七、物理矛盾和四大分离原理
一、TRIZ概述
1.1何谓创新
创新就是稀奇古怪的事
创新源于敢吃螃蟹的人
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
创新是灵光一现式偶然
技术系统应该沿着使能量流动路径缩短的方向进化，以减少能量 损失；
如果某个元件接收不到能量，就不能发挥作用，这会影响到技术 系统的整体功能。
实例：手摇绞肉机替代菜刀 用刀片旋转运动代替刀的垂直运 动，能量传递路径缩短，能量损失减 少，同时提高了效率。
技术系统法则3：协调性法则
技术系统是沿着各个子系统之间更协调的方向进化，这也是整个 技术系统能发挥其功能的必要条件； 子系统间的协调性主要表现在： • 结构上的协调 • 各性能参数之间的协调 • 工作节奏/频率上的协调
《功能原理》课件
2 原型设计
基于功能原理开发产 品原型，快速验证概 念和功能。
3 性能测试
通过功能原理确定产 品的关键性能指标， 进行性能测试和调优。
功能原理在工业生产中的应用
工业生产中，功能原理用于解析现有系统的功能机理，优化生产过程和提高生产效率。 通过合理应用功能原理，工业企业可以实现自动化和智能化生产，提升竞争力。
优化功能原理的方法
1
降低能量消耗
优化功能原理，减少系统能量损耗和浪费，提高能源利用率。
2
提高效率
寻找并改进功能原理中的瓶颈和低效性，提高系统整体效率。
3
优化交互
改善系统元素之间的交互方式，提高系统协调性和响应性。
功能原理与系统设计
功能原理在系统设计中起到关键作用，帮助工程师理解和优化系统的功能和 性能。
功能原理在工业设计中的应用
人机工程学
美学设计
用户界面设计
功能原理在工业设计中应用， 可以将产品设计与人体工程 学相结合，提供更好的用户 体验。
功能原理也应用于美学设计， 帮助设计师理解产品功能和 外观之间的关系。
通过功能原理，工业设计师 设计出直观而易用的用户界 面，提升产品的易用性和用 户满意度。
功能原理在制造业中的应用
在制造业中，功能原理被用于改进产品设计和生产工艺，提高产品质量和生产效率。 功能原理也可以帮助制造业企业进行产品创新和工艺优化，实现持续发展。
功能原理在机械工程中的应用
机械工程领域广泛应用着功能原理，帮助工程师理解机械系统的运动原理和 机构结构。
通过分析功能原理，机械工程师能够优化设计方案，提高机械系统的性能和 可靠性。
通过功能原理，工程师能够更好地规划系统的组成部分和功能模块，确保系 统正常运行。
创新设计
名词解释：反求工程：把别人的先进科技成果加以引进，消化吸收，改进提高，或进行创新设计，近而发展自己的新技术、开发新产品，是发展民族经济的捷径。
称这一过程为反求工程。
功能原理设计：功能原理设计是针对产品所应具有的功能进行原理性设计构思，提出设计方案的设计过程。
功能分析：是指用系统的思想分析各功能之间的内在联系，按照功能的逻辑体系编制功能结构图（关系树图），以掌握必要功能，发现和消除不必要功能，并为“功能技术矩阵”的构造提供功能结构链。
（由总功能分解为分功能，最后做出功能结构图的过程。
）创新设计：创新设计：是指在设计领域中，提出的新的设计理念、新的设计理论或设计方法，从而得到具有独特性和新颖性的产品。
零件安全主要指在规定的载荷和规定时间内，零件不发生断裂、过度变形、过度磨损，不丧失稳定性。
冗余配置原理当技术系统发生故障或失效对会造成人身安全或重大设备事故，为了提高可靠性，常采用重复的备用系统。
变形协调：就是使相联接的两零件在外载荷的作用下所产生的变形的方向相同，并且使其相对变形尽可能小。
疲劳失效：在交变应力与交变应变的作用下．构件因发生疲劳破坏而使其丧失正常工作性能的现象称之为疲劳失效；局部应力应变分析法是在低周疲劳的基础上发展起来的一种疲劳寿命估算方法，其基本设计参数为应变集中处的局部应变和局部应力。
基本机构：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、间歇运动机构等结构最简单且不能再进行分割的闭链机构称为基本机构串联组合：前一个机构(称为前置机构)的输出构件与后一个机构(称为后置机构)的输入构件刚性连接在一起，称之为串联组合。
封闭组合：一个两自由度机构中的两个输入构件(或两个输出构件或一个输入一个输出构件)用单自由度的机构连接起来，形成一个单自由度的机构系统，称为封闭式连接。
工作周期：在运动循环时间内，机器的各执行机构要完成一定的周期运动，执行机构周期性回到初始位置之间的时间间隔稳定性原理：所谓系统的结构稳定是指当出现干扰，使系统状态发生改变的同时，会产生一种与干扰作用相反的、使系统恢复稳定的效应。
设计概论教材知识点
设计概论教材知识点设计概论是设计类专业的一门基础课程。
它主要介绍了设计的基本概念、原理和方法论等知识点。
设计概论的学习对于培养学生的设计思维、创新能力和审美素养具有重要意义。
本文将从设计的概念、设计原则和设计方法三个方面对设计概论的知识点进行简要阐述。
一、设计的概念设计是一种为了解决问题或实现特定目标而进行的创造性活动。
它通常包括产品设计、图形设计、室内设计等多个领域。
设计的核心在于创造，通过运用美学、功能、经济、社会文化等方面的知识来实现问题的解决与创新。
设计的概念也包括设计的基本要素和设计的基本原理。
1.1 设计的基本要素设计的基本要素包括形状、色彩、材质、结构和功能等。
形状是指物体的外形特征，色彩是指物体的颜色特征，材质是指物体的材料特征，结构是指物体的内部组成和连接方式，功能是指物体的使用目的和功能特征。
1.2 设计的基本原理设计的基本原理包括美学原理、功能原理、经济原理和社会文化原理等。
美学原理是指设计应该满足审美要求，追求艺术和美的目标；功能原理是指设计应该满足产品的使用功能和用户需求；经济原理是指设计应该追求经济性和高效性，实现成本控制和资源利用的最优化；社会文化原理是指设计应该符合社会文化背景和价值观念，具有良好的社会影响力。
二、设计原则设计原则是设计的指导原则，是设计师在进行设计创作时要遵循的基本规律。
设计原则包括统一性原则、对比性原则、平衡性原则、重点突出原则、节奏性原则和比例性原则等。
2.1 统一性原则统一性原则是指设计中要求各个要素之间的关系和谐统一，形成整体性的效果。
在设计中，可以通过颜色、形状、材质和结构等方面的协调搭配来实现统一性原则。
2.2 对比性原则对比性原则是指设计中要通过对比来产生强烈的视觉冲击和表现力。
对比可以通过明暗对比、冷暖对比、大小对比或形状对比等方式来实现，从而增加设计的吸引力和表现力。
2.3 平衡性原则平衡性原则是指设计中要求各个要素之间在视觉上的均衡分配和相互呼应。
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第三章 功能原理创新设计
发明问题解决理论
基本原理是什么？
“发明问题解决理论”认为技术系 统是不断进化的，进化的动力是解决冲 突。“发明问题解决理论”提出消除冲 突的发明原理，建立消除冲突的基于知 识的逻辑方法。——劝架—折中
第三章 功能原理创新设计
发明问题解决理论
基本方法如何？
应用“发明问题解决理论”解决设计 问题时，需要首先将待设计的问题表达 （翻译）为“发明问题解决理论”的标准 问题，利用该理论所提供的工具，可求得 标准解，将标准解表达（翻译）为问题领 域的解答，得到领域解，可以得到关于消 除技术冲突的有益提示。
37 监控与测试的困难程度
38 自动化程度
39 生产率
第三章 功能原理创新设计
并总结了常用来解称
1 分割
2 分离 3 局部质量
4 不对称
5 合并
6 多用性
7 套装
序号
名称
11 预补偿
12 等势性 13 反向
14 曲面化
15 动态化
16 未达到或超过
17 维数变化
•
成像功能+扫描仪=复印机
•
成像功能+计算机=打印机
•
成像功能+通信功能=传真机
• 打印+复印+扫描+传真——一体机
第三章 功能原理创新设计
原理3：局部质量——区别对待
• 零件由均匀结构改为非均匀结构
•
•
——局部发挥最佳效能
• 零件不同部位——热处理方式不同
•
•
——齿轮齿面的表面处理。面硬心软
•
第三章 功能原理创新设计
• 通过物体与环境的作用为物体提供向上的作用力，以平衡 重力作用———
第三章 功能原理创新设计
发明问题解决理论
怎样分类？
“发明问题解决理论”将工程中的冲 突分为两类，一类称为技术冲突，另一类 称为物理冲突。
技术冲突指在一个子系统中引入有 用功能的同时会在另一个子系统中引入有 害功能。
物理冲突指对同一个子系统提出相 反的要求。
第三章 功能原理创新设计
该理论总结了常用的39个工程参数： 通用工程参数名称 ——七类
8 质量补偿 18
9 预加反作用 19
10 预操作
20
振动 周期性作用 有效作用的连续性
序号
名称
21 紧急行动
22 变有害为有益、 23 反馈
24 中介物
25 自服务
26 复制
27 低成本、不耐用的物体 代替昂贵、耐用的物体
28 机械系统的替代
29 启动与液压结构
30 柔性壳体或薄膜
序号
名称
31 多孔材料
• 将时间上相关的物体合并 • • 铅笔+橡皮——便于携带 • • 制冷+加热——夏天制冷——冬天加热
第三章 功能原理创新设计
原理6：多用性——提高性价比
• 多种功能集于一身
•
• 多用工具——
•
• 多功能手机——
•
电话功能+短信+收音机+mp4+照相+GPS导航+蓝牙+
• 上网 ——————
一机多用
32 改变颜色 33 同质性
34 抛弃与修复
35 参数变化
36 状态变化
37 热膨胀
38 加速强氧化 39 惰性环境 40 复合材料
第三章 功能原理创新设计
原理1：分割——断开——独立 把一个整体或有联系的事物强行分 • 将一个物体分割成几个独开立的部分
• 电冰箱——冷冻箱+冷藏箱 • 货运汽车——动力（机车）+装载（拖车） • 将一个物体分割成几个容易组装和拆卸的部分 • 结构设计——构件——多个独立的零件—分别
原理4：不对称——增加范围
• 机械零件多为对称——设计更简单 • 但是可以采用不对称结构——选择范围扩
大 • 轮毂设计的非对称结构 • ——定位 •
第三章 功能原理创新设计
原理5：合并——组合
• 将空间上相同或者相近的物体合并在一起 • • 收音机+录音机=收录机 • • 多功能手机=电话功能+短信+收音机+——
序 号
名称
1 运动物体的重量
2 静止物体的重量
3 运动物体的长度
4 静止物体的长度
5 运动物体的面积
6 静止物体的面积
7 运动物体的体积
8 静止物体的体积
9 速度
10 力
11 应力或压力
12 形状
13 结构的稳定性
序 号
名称
14 强度
15 运动物体作用时间
16 静止物体作用时间
17 温度
18 光照度
第三章 功能原理创新设计
原理7：套装——减小占用空间
• 将某个物体放入另一个物体的空降内 • 地铁车门——嵌入式 • • 建筑、装修布线——墙内 • 地暖——地板下 • • 将第一个物体嵌入第二个物体内，将第二个物体嵌入第三
个物体内—— • • 多层伸缩式天线—— • 伸缩式钓鱼竿—— • 多层油缸—— •
第三章 功能原理创新设计
原理8：质量补偿—减小质量负载
• 使一个向上的力与向下的重力相平衡 • • 氢气球悬挂广告牌——嵌入式 • • 电梯、立体车库——滑轮—起重负载配重 • •
• 精密滑动导轨——机械卸载导轨 • ——滚子分担导轨负载—导轨导向
第三章 功能原理创新设计
原理8：质量补偿—减小质量负载
第三章 功能原理创新设计
第三章 功能原理创新设计
第三章 功能原理创新设计
•基本原理是什么？ •基本方法如何？ •怎样分类？ •技术冲突的40条发明原理
第三章 功能原理创新设计
发明问题解决理论(TRIZ）
如何产生的？
前苏联学者 阿利特舒列尔（G.S.Altshuler） 及其领导的一批研究人员，从1946年开始，花 费1500人•年，在分析研究世界各国250万件专 利的基础上，提出了“发明问题解决理论”。 该理论一直对其他国家保密，直到前苏联解体 后，随着中一央C情批IA报原局 苏联科学P家K 移居国外克格，勃将该理 论介绍给其他国家，对全世界的创新设计领域
制造 • 提高物体的可分性 • 刀具可拆卸结构——刀头+刀杆
第三章 功能原理创新设计
原理2：分离——隔开 ① 从混合物中隔离出来 ② 与其他部分或整体、主体分开
• 将一个物体中的有害部分与整体分离
• 家用空调——主机+散热器（噪音大——移往室外）
• 将一个物体中起某种专门作用的部分与整体分离
• 激光复印机——成像功能分离——独立功能
19 运动物体的能量
20 静止物体的能量
21 功率
22 能量损失
23 物质损失
24 信息损失
25 时间损失
26 物质或事物的数量
序 号
名称
27 可靠性
28 测试精度
29 制造精度
30 物体外部有害因素作用的敏感性
31 物体产生的有害因素
32 可制造性
33 可操作性
34 可维修性
35 适应性或多用性
36 装置的复杂性