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創新設計的分析與描述

2014-11-01 16:29 作者:管理員14 來源:未知 瀏覽: 字號:

摘要:第3章 創新設計的分析與描述 創新設計過程從揭示和分析發明情境開始。發明情境,指任何一種工程情境,它突出某種不能令人滿意的特點。工程情境一詞在這里是廣義的,泛指技術情境、生產情境、研究情境、生活情境、軍事情境以及各種資源等。 1 創新設計的資源分

第3章   創新設計的分析與描述
    創新設計過程從揭示和分析發明情境開始。發明情境,指任何一種工程情境,它突出某種不能令人滿意的特點。“工程情境”一詞在這里是廣義的,泛指技術情境、生產情境、研究情境、生活情境、軍事情境以及各種資源等。
1  創新設計的資源分析與描述
    設計中的可用系統資源對創新設什起熏要的作用,問題的解越接近理想解(IFR),系統資源越重要。任何系統,只要還投達到理想解,就應該具有系統資源。對系統資源進行必要的詳細分析和深刻理解,對設計人員而言是十分必要的。
    系統資源可分為內部資源與外部資源。內部資源是在沖突發生的時間、區域內存在的資源。外部資源是在沖突發生的時間、區域外存在的資源。內部資源和外部資源又可分為直接利用資源、導出資源及差動資源三類。
1.1直接利用資源
    直接利用資源,指在當前存在狀態下可被應用的資源。如物質、場(能量)、空間和時間資源等都是可被多數系統直接應用的資源,如表35.3-1所示。
直接利用資源
1.2導出資源
    導出資源,指通過某種變換,使不能利用的資源成為可利用的資源。原材料、廢棄物、空氣、水等,經過處理或變換都可在設計的產品中被采用,而變成有用的資源。
    在變成有用資源的過程中.必要的物理狀態變化或化學反應是需要的,如表35.3一所示。
導出資源的種類
1.3  差動資源
    差動資源,指通常情況下當物質與場其有不同的特性時,可形成的某種技術特征的資源。差動資源一般分為差動物質資a和差動場資源。
    (1)差動物質資源
    差動物質資源具有結構各向異性。各向異性,指物質在不同方向上的物理性能不同。這種特性有時是設計中實現某種功能所必需的。如表35.3-3所示。
差動物質資源的種類

例如,合金碎片的混合物可通過逐步加熱到不同合金的居里點,然后用磁性分揀的方法將不同的合金分開。
    (2)差動場資源
    通過場在系統中的不均勻特性可以在設計中實現某些新的功能,表35.3-4列舉了兒個簡單實例。
差動場資源的運動
在設計中認真分析各種系統資源將有助于開闊設計者的眼界,使其跳出問題本身,對于設計者解決問題特別重要。
2     創新設計的理想化描述
2.1   創新設計的理想化概述
    (1)理想化
    把所研究的對象理想化是一種最基本的自然科學方法。理想化,指對客觀世界中所存在物質的一種抽象化,這種抽象的客觀世界既不存在,又不能通過實驗證明。理想化的物體是真實物體存在的一種極限狀態,對于某些研究有很重要的作用。
    在TRIZ中,理想化的應用包括理想系統、理想過程、理想物質、理想資源和理想機器等。理想化的描述如表35.3一5所示。
理想化的描述
 技術系統是功能的實現,同一功能存在多種技術實現形式,任何系統在完成所需的功能時,都產生有害功能。為了對正反兩方面作用進行評價,采用如下
公式:
        理想化=有用功能之和/有害功能之和
    理想化與有用功能成正比,與有害功能成反比。通常把有用功能之和用效益代替,把有害功能分解為代價和危害。代價包括所有形式的浪費、污染、系統所占用的時間、所發出的噪音、所消耗的能最等。因此,系統理想化與其效益之和成正比,與所有代價及所有危害之和成反比。當改變系統結構時,如果公式中的分子相對增加,分母相對減小。系統的理想化就提高,產品的競爭力將提高。
    (2)理想化設計
    現實設計和理想設計之間的差距理論上應該可以減少到零。理想系統可以實現人們理想中的某種功能,而實際上該系統并不存在。所以,這個理想的模型理所應當成為人們追求的目標。理想設計打破了很多傳統認為最有效的系統。
    一個主要的、有用的功能,可以用一個并不存在的系統來實現,這種思維方式可以使創新設計在短時間內完成。
    理想設計可以使設計者的思維跳出問題的傳統解決方法,在更廣泛的空間里尋找最優方案。
例3-1理想的容器就是沒有體積的容器。
    在實驗過程中,需要將待試驗物放人一個盛滿酸的容器里。在預定的時間后打開容器,酸對待試驗物的作用可以被測量出來。酸會腐蝕容器壁,容器壁上應該涂一層玻璃或者其他抗酸材料。但是,這樣的設計將使試驗費用猛增。理想設計是將待試驗物暴露在酸中,而不需要容器。轉化后的問題就是找到一種方法可以保持酸和待試驗物接觸,而不需要容器。一切可利用的資源都是待試驗物,如空氣、重力、支持力等。解決方案是顯而易見的,可以將容器設計在待試驗物上,這樣就不用顧慮酸腐蝕容器壁。這里的容器就是一種理想設計,如圖35.3-1所示。
理想的沒有體積的容器
2.2  利用理想化思想實現發明創造
2.2.1  提高理想化程度的入種方法
例3-2熨斗對于健忘的人來說是一件危險的物品?赡芙洺S捎诔潦谧踊孟牖蛘呙τ谌ソ与娫挾泴㈧俣窂囊挛锷夏瞄_,心愛的衣物就因此留下了一個大洞。在這種情況下,如果熨斗能自己立起來該多好。
    于是出現了“不倒翁熨斗”,將熨斗的背部制成球形,并把熨斗的重心移至該處,經過這樣改進后的熨斗在使用者放開手后能夠自動直立起來。熨衣物時,使用者用手扶著斗背部的把手,使熨斗保持水平狀態,當使用者松開手時,熨斗就自動直立起來,不再同衣物接觸,這樣衣物就不會被燙出洞了。
    有效的增加系統理想化程度的方法可分為八種,如圖35.3一所示。
增加系統理想化的八種方法
(1)去除雙重元件
    如果系統包含雙重元件(子系統),那么可以考慮將其用一個綜合的元件取代,這種系統就會得到簡化。
    例3一將冷卻系統和呼吸系統合并。
    煤礦救生員的工作制服上有一個重20kg的冷卻系統,此外每個救生員還要攜帶一個重20 kg的呼吸器。這些重物在很大程度上妨礙了救生員的工作。
    為了減少重最,冷卻系統和呼吸器可以合并成一個系統,這個新的系統便用液態氧。當液態氧蒸發時,就會產生所需要的制冷效果,而氧氣還可以用來呼吸。改進后的設備僅重20掩。
    (2)利用資x
    資源就是物質、場(能量)、場特性、功能特性和存在于系統或系統環境中的其他屬性,這些資源對一個系統的改進都很有用。資源可以分為幾種,迅速可利用資源就是在其存
在狀態下可以直接利用的資源;衍生資x就是只有經過某種變化后才可以利用的資源。物質資源、場資源,、空間資源和時間資K對大多數系統而言都是有用資源,如表35.3-6所示。
利用資源的種類

(3)采用更綜合的子系統
    使用更綜合的子系統和元件重新設計或重建系統.這樣系統的維護和制造費用就會節省很多。
    例3-4一體化汽車發動機〔如圖35.3-3所示)。
    汽車發動機是由很多相互獨立的零件組裝而成的,但是這些零件經常會松動或者泄漏.維修很麻煩。
汽車一體化發動機
如果螺釘和墊圈可以被一個焊接件代替,那么整個發動機就會得到很大程度的簡化,制造簡單,可靠性更高。當然,一旦一體發動機發生故障的話,就需要更換整個發動機。
    (4)通過置換簡化系統
    對千零件、部件或整個系統,考慮用一個模型或復制品來替換,以簡化系統?梢钥紤]用一個簡單的復制品替換一個復雜的零件(或一部分),也可以暫時或長久地使用一個物體的復制品。另外還可以考慮用一個與實物等大或與實物成比例的物體代替功能性不強的元件。應注意特別考慮應用仿制品。
    例3-5棋擬著陸輪胎的牽引力。
    下雨天,飛機在著陸過程中其輪胎上的牽引力是一個不確定的數值。為了得到著陸輪胎牽引力的即時數值,用測試車上的一個車輪模仿飛機著陸輪的運動,測試輪的速度是著陸輪速度的90%。當測試車通過飛機跑道時,傳感器就會從測試輪上采集數據,轉換信號,然后測試結果就會通過無線電裝置傳送給正在著陸的飛機。目前許多飛機場都采用這種測控系統。
    (5)改變操作原理
    為了簡化系統或操作過程,考慮改變最基本的操作原理。
例3-6使軟玻璃片保持平面狀態。
    當玻璃片在傳送帶上運輸時,熱的軟玻璃片總是在輥子中間的空隙地方松弛下垂,這樣玻璃就不能保持平面狀態。理想系統不會產生松弛下垂現象。如果輥子直徑很小,就可以避免出現松弛下垂現象。那么什么樣的輥子直徑最小?一個分子。TRIZ解決方案為:為了運輸熱的玻璃片并保持其平面狀態,把它峨浮在熔化的錫池上,如圖35.34所示。
    (6)去除輔助功能
    輔助功能支持或輔助主要功能的實現。很多時候輔助功能(以及和這些輔助功能相關的元件/部件)可以被去除,同時又不影響主要功能的實現。為了去除輔助功能,有以下幾種方法,如表35.3-7所示。
    (7)自服務
    自服務即系統的自服務功能。為了達到這個目的,可以考慮以犧牲主要操作而實現輔助操作,或者同時實現主要功能?蓪⑤o助功能的實現轉移到主要元件上。
把軟的熱玻瑞片漂浮在熔化的錫池上
去除輔助功能的方法
去除輔助功能的方法
 
 
 
 
 
 

 
 

(責任編輯:laugh521521)
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