功能原理创新设计教材

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
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
循环进行
搓丝——滚丝
第三章 功能原理创新设计
原理21：紧急行动—减少有害作用时间
• 以最快速度完成有害操作——
激光焊接法——加温时间短，影响范围小
——减少焊接变形
热处理——高频或中频电流——加热零件表面
第三章 功能原理创新设计
原理22：变有害为有益
• 机器报废——零件方便拆卸—— • 垃圾分离设备——回收有用物质
• 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
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
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
原理13：反向—逆向思维
• 采用与通常动作方向相反的动作，达到相同的目的—— ——配对齿轮的材料不同——一软一硬 模具硬材料—凸模——软材料—凹模 结果——软材料塑性对磨损补偿，延长模具寿命
使原来静止的物体运动，原 来运动的静止，保持两个物 体间原有的相对运动关系
车床——刀具固定—— 工件运动
改变——工件固定— —刀具运动——镗床或铣床
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
• 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——— 船——水的浮力——
• 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+——
• 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
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
洗衣机甩干 离心铸造——减少铸件外表面缺陷
第三章 功能原理创新设计
原理15：动态化—灵活性
• 使物体各个部分之间、动作之间自 动调节，实现最佳工作状态—— ——形状记忆弹簧——随温度变 化——伸缩开闭温室天窗 ——柴油机调速器——
——像超越离合器
用垫片调节轴 向间隙
• 将物体分解为既互相连接
• ，又可以相对运动的多个部分
• 复印机布墨粉——玻璃球静电吸墨粉 ——硒鼓强静电再吸布墨粉到硒鼓上——形成墨粉图像
• 机器安装底座上的减震垫——减少振动对环境的影响 • 大型风机——减震问题
第三章 功能原理创新设计
原理25：自服务——自我保护意识
• 自润滑轴承——自身材料孔隙含润滑剂——随温度应力变化渗
出润滑——省略了特别的润滑措施.
第三章 功能原理创新设计
原理20：有效作用连续性—提高效率
• 系统连续性工作——所有部件满负荷—— —消除动作过程中的间隙——连续旋转代替往复直线 运动
计算机打印机——打印头连续往复打印 内燃机——爆发行程——做功——飞轮储能—输
出——保证内燃机持续运动
卡尔逊复印机——平板上—布静电+曝光+显影+定影 现代复印机——多个工作头围绕硒鼓——复印可以
原理17：维数变化—多维—增加
• 将一维线性运动改为二维平面运动或三维空间运动—— 计算机储存方式——纸带（一维）——磁盘/光盘（二维）
——将来三维存储技术—飞跃
• 将单层排列的物体变为多层排列
光盘库——多层叠放光盘——方便抓取 立体车库——增加存储量
• 利用给定表面的反面
磁盘由单面——双面
第三章 功能原理创新设计 原理18：振动—
第三章 功能原理创新设计
原理14：曲面化—圆弧与旋转
• 用曲线代替直线，用曲面代替平面，用球代替立方体—— ——倒角、圆角——减少应力集中 ——拱形梁——提高强度 ——等强度梁——特殊母线形状使圆轴各截面弯矩相等
• 用回转运动取代直线运动
机械设计——旋转运动 更简单 旋转运动产生的离心力——特殊作用——
• 高压容器灌口密封结构——外侧消弱——内侧加强
第三章 功能原理创新设计
原理23：反馈——纠正 补偿
• 反馈系统——有效纠正偏差——保证系统工作正常 • 自行车前轮转向——把延长线在轮子与地面接触点前面
——向心力形成回位力矩
第三章 功能原理创新设计
原理24：中介物——传递 减缓
• 带（链条）——机械传动的中介物——长距离传动
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
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，随着一批原
苏联科学家移居国外，将该理论介绍给其他国家，对全世界的
创新设计领域产生重要影响。
CIA 中央情报局
PK
克格勃
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
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
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
• 使物体处于振动状态—增加振动频率—共振
• 电磁振动或压电振动替代机械振动
——刀具振动——切削工艺——
电动剃须刀、电动雕刻刀、振动式电动剪刀
振动上料机——均匀定向上料（移动物体）
筛子筛物料——
电子表——石英振荡器——更准确
第三章 功能原理创新设计
原理19：周期性作用—周而复始
• 用周期性动作代替连续动 作；已有的改变动作频率 过盈装配——压入法— —周期性敲击法 内燃机——活塞等周期性 工作 自动装配线上——传送 带（链） ——周期性装配操 作
飞机机翼——空气——升力
第三章 功能原理创新设计
原理9：预加反作用—抵消有害作用
• 梁——预加反载荷——— 机床导轨——做成中部凸起—— 延缓寿命
火车铁轨——中凸——加长寿命
第三章 功能原理创新设计
原理10：预操作—预防措施—杜绝意外事件
• 螺栓——预紧+放松措施 • 轴承——预紧 • 零件装配前的防腐处理———
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。
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。
• 铸铁——润滑性
第三章 功能原理创新设计
原理26：复制——替代物
• 用简单、廉价的复制品代替复杂昂贵的物体
• 虚拟设计——动态虚拟仿真——虚拟装配——干涉 检查——虚拟应力分析
• 模拟训练——虚拟现实
• 仿生法（仿生学）——人工心脏
——机器人 ——机器动物
第三章 功能原理创新设计
原理27：低成本、不耐用的物体代替昂 贵、耐用的物体——低替代物
• 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