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创新设计作业

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1、在挖土机工作时，它的装土斗上会不断粘上粘土，装土斗容量使用效率下降，怎样才能使泥土不粘在装土斗上呢？请按照物场分析方法进行问题分析、归纳出解决问题的思路和方法、并对解决方案给予必要的描述（要有分析过程和解决问题方案的描述）

答：粘土自身具有较大的黏性，而由于这种黏性的存在，使得挖土机在工作时易粘上粘土。由于挖土过程中包含挖土机和粘土两方面的因素，所以应从这两方面分别入手，对挖土过程进行优化。

首先考虑改善粘土的性质。可以通过改变粘土本身的物、化性质，降低粘土的黏度。但显然这种做法不具有可行性。第一，挖土机所要处理的粘土范围广、深度大，如果试图用某种物理/化学的手段将其黏性全部改变，不仅实施难度大、成本费用高，而且严重影响挖土的进度与效率。第二，即使能够大范围改变粘土的黏性，其对周边环境也将不可避免地造成负面影响。

因此，之后解决问题的思路就是考虑如何改善挖土机。改善挖掘机的途径可分为三种：

①改变装土斗的材料，以减小装土斗与粘土之间的摩擦力；

由于需要保证挖土斗有足够的强度，因此不能改变挖土斗的主体材料。但可以在斗的内表面覆盖一层减摩材料，从而降低粘土与斗的摩擦系数。此外，在减摩材料磨损时，应能实现较为便捷的更换。

②改变某些关键部位的机械结构；

可以通过改变挖土斗的形状，使得粘土更容易脱离挖土斗。或者可以通过在挖土斗上添加“除土机构”，使得每一次的卸土时不仅靠重力和惯性。

③改变挖土的运动形式。

例如在卸土后，挖土机司机可通过某种操作，使得挖土斗做“抖土”的动作。如此一来，通过挖土斗的振动，减少粘附的粘土量。

2、以计算机键盘为例，预测下一代产品是什么？

答：可以预测，下一代计算机键盘的产品将具有：

①无线连接的特性。即，键盘不再用数据线与电脑相连，而是通过电信号实现与电脑的连接。

②柔软、便携的特性。

③软件化、集成化：通过软件对手指动作、位置的分析，将键盘的功能集成

在计算机中，使得键盘不再是一种电脑配件。

3、在拧螺母的问题中，根据创新原理还有什么其它的解决方案？

答：根据“代用品”、“同质性”、“曲面化”可以设计一款扳手部分为手形的扳手，其中手张合的程度是可调节的。在使用扳手时，通过对人手的仿形，可以使接触面积增大。此外，合理改善“手”的形状，还可以实现单向承力。这样一来，相比普通扳手，省去了每旋转一周需要重新调整扳手位置的麻烦。

4、列举一个现实中使用创新原理的例子，要求独立方案。

答：(高压锅)

用锅做菜时，如果放着锅不管，内部膨胀的空气可能会将锅盖顶开。因此长时间的烹饪需要人的监管，定时排气。如果想让锅里的东西快些熟，人们会压住锅盖，增大锅内压力，以提高水的沸点。人们所发明了高压锅可以实现这一点。它应用了“变害为益”、“热膨胀”、“参数改变”的创新原理。高压锅有放气阀，当锅内压力到达一定程度后，会发出鸣响或自行放气，应用了“反馈”、“机械系统替代”的创新原理。

5、请围绕一个典型的日用产品，总结该产品作为一个技术系统在创新过程中所表现出的特征，尝试用进化论进行分析，说明进化的特征过程、步骤、目前技术状况以及将来可能的发展。

答：以汽车为例来说明技术系统的进化。

最初的汽车是以蒸汽为动力驱动的，第一辆蒸汽驱动三轮汽车由法国人N.J.居纽于1769年制造。第一台现代汽车由卡尔.本茨于1885年制成，此车已经具有火花点火、水冷循环、钢管车架、钢板弹簧悬架、后轮驱动前轮转向和制动手把等特点。

1883年，德国工程师戴姆勒制成了汽油发动机，第二年将其装配在各式机车上，制成了汽油发动机汽车，此后很快内燃机驱动的汽车由各国自主发明出来，实现了汽车发明的突破。

美国人安德森在1832到1839年之间发明了世界上第一台电动车，应用了不可再充的蓄电池。1899年，德国人波尔舍发明了一台轮毂，以替代当时在汽车上普遍使用的链条传动。随后开发了Lohner-Porsche电动车，该车采用铅酸作为动力源，由前轮内的轮毂电动机直接驱动。

1902年，波尔舍在Lohner-Porsche改造成的四轮驱动电动车基础上加装了内燃机来发电驱动轮毂电机，这是世界上第一台混合动力汽车。

总而言之，从能源动力上分，汽车的发展经过了蒸汽机驱动、内燃机驱动、电动机驱动、混合动力驱动等发展过程。

目前汽车行业竞争白热化，为了减少成本或提高技术含量，技术革新主要集中在原材料、新能源驱动、零部件及电子配件、汽车制造质量、汽车外形设计等方面。

由于社会对环保的要求越来越高，未来汽车可以预见到最可能也最必需的发展是普及新能源驱动，电能、太阳能、生物质能等能源驱动的汽车均有可能被开发成功。汽车质量上的提升也是一种必然，随着制造技术和加工精度的提高，汽车的耐用性、安全性均会大幅提升。