《设计方法学-原理设计ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《设计方法学-原理设计ppt课件（35页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、.,原理方案设计,2-1 创造性思维与方法 2-2 系统功能分析法,.,2-1 创造性思维与方法,1.创新性设计 创造性设计就是要在设计中采用新的技术手段，技术原理及非常规方法，目的是提供具有社会价值的，新颖而独特成果的设计。原因： 市场竞争：要求降低生产材料及能源消耗，改进加工工艺等。 产品平均寿命：国际市场平均寿命只3年，要求加快设计更新速度。 消费需求：新产品的大量问世，使人们对产品需求层次越来越高。 生产特点：小批量、多品种、多规格、生产工艺及工作环境显著变化。,.,2. 工程设计的基本特征 (1) 约束性 即设计是由一定的环境限制，如科学技术水平、经济发展状况、社会心理、地域文化以及
2、生产厂家提出的要求等，这要求一个优秀的设计师能充分发挥创造力，在该“设计空间”内协调这些关系，来完成设计。 (2)多解性 达到同一设计要求的方法和方案都是很多的，同一种方案下，技术系统的参数，尺寸及结构也有很多种选择。 (3)相对性 设计结果总是相对优秀的，如:降低成本和安全性可靠性，功能全与体积小等问题都是矛盾的统一体，这些矛盾的出现给设计带来了困难，因此，设计者对设计结果的评价，只能达到一定条件下的相对满意和最优。,.,3. 创造力 构成：由智力因素与非智力因素构成，智力因素是创造力的基础，非智力因素是创造力的导向、催化与动力因素，同时也促进创造力由潜变显的制约因素。智力因素主要有思考力、
3、观察力、记忆力、想象力、表达力及自控能力。非智力因素有理想信念、兴趣和爱好、意志、性格等。,智力结构图,创造力的开发 (1)破除对发明创造的神秘感，增强自信心，认识到创造是一种人人可为的活动。积极去创造。 (2)要树立创新意识，经常保持创造冲动。 (3)加强创造性思维的训练，掌握必要的创造技法。,.,4. 创造性思维部分思维类型 形象思维与抽象思维 例如行星轧压法的提出 和 伽利略设想的提出 发散思维与集中思维 直达思维与旁通思维 逻辑思维与非逻辑思维,(a)发散思维,(b)集中思维,5. 创造性方法与技法 (1)创造性原理 主动原理，保持有问题意识，勇于探索，打破传统束缚。 刺激原理(触发原
4、理)，建立大脑知识库，对外来刺激有积极反映。 希望原理(发散原理)，不要安于现状，追求产品的完美化与理想化。 环境原理，有自由良发好的心境，有允许失败的社会环境。 多多益善原理，即创造性设想越多，成功率越大。,.,(2)创造性技法 智力激励法: 基于:1.人人都有创造力，集体的智慧高于个人；2.创造性思维需要引发，互相激励能够活化思维；3.摆脱定势和框架有助于新想法的出现，过早的判断会扼杀新想法。,智暴法(群体集智法，头脑风暴) :（a）准备问题（b）确定人选（c）明确会议规则（d）启发思维，充分发散，畅所欲言（e）整理和评价 635法:6个人，3种方案，5分钟为一轮。书面方式的头脑风暴，避免
5、争论和遗漏。 德尔菲法（函询法）：（a）选择专家（b）整理征询内容（c）设计调查表，发函征询（d）整理回函，得到新的意见和问题（e）再次函询（共三到四轮）（f）整理结果,.,(2)创造性技法 系统探求法 用系统的提问方式打破思维定势，寻找同常被忽视的思路,设问探求法(5W2H)：why, what, who, when, where, how to do, how much; 奥斯本设问法（检核表法，分项检查法）：能否它用，能否借用，能否改变，能否增扩，能否缩减，能否代用，能否调整，能否颠倒，能否组合； 缺点探求法：现有哪些缺点？这些缺点有哪些影响？这些缺点是如何产生的？如何消除或回避这些缺点
6、？消除或回避缺点会带来哪些新的问题？,.,(2)创造性技法 组合创新法: 组合法，综摄法,组合法：性能组合，功能组合，结构组合，原理组合（组合机床、瑞士军刀） 综摄法（类比法）：外部事物或已有的发明成果为媒介，并将它们分成若干要素，对其中的元素进行讨论研究，综合利用激发出来的灵感，来发明新事物或解决问题的方法。 1）拟人类比（挖掘机） 2）直接类比（扑翼飞行器） 3）象征类比,.,2-2 系统功能分析法,一、技术系统 其实质是产品，即以一定的技术手段来实现社会特定需求的人造系统。技术系统的任务是将输入量(包括能量、物料、信号)经过转换和变化后输出(包括能量、物料、信号)。,系统的输入与输出 1
7、)物料：如材料、毛坯、半成品、液体、气体等 2)能量：如机械能、电能、热能、光能、化学能、核能、生物能等 3)信号：体现为数据和控制信号，如数字量、模拟量、测量值、指示值、控制信号等 4)此外还存在伴生输入与伴生输出,如振动、温度、噪声、灰尘、边角料等。,.,例1:电动磨粉机,将小麦磨成面粉,则用上述技术系统图可表示为,技术 系统,振动、噪声和热量,输入,小麦,电能,控制信号,面粉 麸皮,输出,例2:汽车内燃机的技术系统图可表示为,技术 系统,振动、噪声和热量,空气,燃油,控制信号,输入,机械能,废气,冷却液、润滑油,输出,.,二、功能分析法 功能 1)定义:由输入到输出变换的抽象化描述，一般
8、用一个动词表示。 2)总功能：技术系统输入到输出变换的抽象化描述，或技术系统的用途及所具有特定能力。 3)总功能分析方法：黑箱法 将待求的系统看作未知内容的“黑箱”，分析比较系统的输入及输出能量、物料和信号，其关系和差别就反映了系统的总功能。,特点：要求设计者不从产品结构着手，而是从产品功能出发，这是设计方法的转变，它有利于抓住设计本质，扩大思路，摆脱传统思想，而取得更有突破性的设计方案。,.,例：台钳的功能表述对解法的影响如下表,4)功能定义的关键：问题的抽象化。,抽象目的：使问题求解有更多的思路，得到更多的求解方法。,由表可以看出，功能表述愈具体思路愈窄，如描述为螺旋加压，必然暗示出采用螺
9、旋机构。若描述为机械加压思路就在机械范围内扩开，若抽象为形成加压，即只要能形成压力均可，必然使思路更为开阔。因此在构思技术系统方案时，从功能观点来研究有利于抓住问题的本质。,.,例：砸开核桃壳取出果仁的功能描述，若用“砸”则已暗示了解法，而用“分离壳仁”的抽象表达，则可能得到思路更开阔的解答,.,功能分析法：步骤如图。 功能分解 1)分解原因：一般系统比较复杂,难以直接求得,常把总功能分解为较简单的分功能。 2)分解原则：输入量与输出量所需的物理原理比较单一,结构简化后零件少,而且较易求解。 3)分解方法 (1)按解决问题的因果关系或手段,目的关系来分解。 (2)按生产的空间顺序或时间顺序来分
10、解 。,.,4)分解结果 功能元:分解的能直接找到解法的分功能称为功能元，它是功能的基本单位。 功能元分类 (1)物理功能元：反映系统中能量、物料、信号转换的基本物理动作7个： 转变复原，缩小放大，结合(混合)分离，接合分开 导通断开，存贮提取，变向变向 在机械零件中有很多典型零件都可以用上述功能表示，如 齿轮传动：转速和转矩的缩小放大 螺旋弹簧：能量的存贮提取 (2)数学功能元：反映基本的数学动作 加、减、乘、除及一些符号运算，如行星齿轮机构和正弦机构等。 (3)逻辑功能元：主要用于控制功能。 “与”，”或”，”非”等逻辑运算，如自锁、互锁机构,.,5)分解结果的表示 (1)功能树：功能分解
11、的结果用功能树的形式平表达比较直观.功能树中前级是后级的目的功能,后级是前级的手段功能.其末端是功能元。 (2)功能结构图 功能之间的关系可以用功能结构图来表示,它有以下三种基本结构形式 A. 串联结构 B.并联结构 C.环形结构,.,例.材料拉伸试验机的功能分析及功能结构图,.,例：汽车内燃机的功能结构图,.,分功能(功能元)求解 分功能求解就是寻求完成分功能的技术实体-功能载体。从基础科学研究揭示的一般科学原理开始，通过应用研究探明具体的原理，然后寻求实现该技术原理的技术手段和主要结构。 1)基本思路 功能工作原理(科学原理和技术原理) 功能载体,.,2)常见求解方法 1)直觉法 直觉法是
12、设计师凭借个人的智慧、经验和创造能力，包括采用几种创造性思维方法加智暴法、类比法和综合法等，充分调动设计师的灵感思维，来寻求各种分功能的原理解。 2)调查分析法 设计师要了解当前国内外技术发展状况，大量查问文献资料，包括专业书刊、专利资料、学术报告、研究论文等，掌握多种专业门类的最新研究成果。这是解决设计问题的重要源泉。,.,3)知识库检索法 (1)物理效应和现象库 (2)功能-载体词典 (3)解法原理目录 4) TRIZ理论(发明问题解决理论 ) (1)无论是一个简单产品还是复杂的技术系统，其核心技术的发展都是遵循着客观的规律发展演变的，即具有客观的进化规律和模式。 (2)各种技术难题、冲突
13、和矛盾的不断解决是推动这种进化过程的动力。 (3)技术系统发展的理想状态是用尽量少的资源实现尽量多的功能。,.,物理效应和现象库,.,功能载体词典,.,解法原理目录：物料分离功能,.,解法原理目录,.,求系统原理解 1)形态学矩阵 组合系统原理解的基本方法，即：将系统的功能元列为纵坐标, 各功能元的解法作为横坐标,构成形态学矩阵,从每个功能元中取一 种解法进行有机组合,则可得到一个系统解,最多可以得到N种方案: N = n1 n2 ni nm 其中:m为功能元个数, nm为第i个功能元的解个数,例1. 液墨书写器的方案求解,.,2) 组合时的注意事项 (1)相容性。分功能解之间必须相容，不得互相排斥，否则不得组合。 (2)优先选用主要分功能的最佳解，由该解出发,选择与它相容的其它分功能解。 (3)剔除对设计要求及约束条件不满足，或不令人满意的解。如：成本偏高，效率低,污染严重，不安全，加工困难等。,.,例2. 电动切割机的系统解组合,总方案数:N=4*2*4*2*2=128(个)。,.,示例图片,.,例3. 露天矿开采挖掘机的原理方案,1. 黑箱示意图,.,.,2.技术过程流程图,.,3.功能树描述,.,4.功能结构图描述,.,5.原理方案解形态学矩阵描述,3X3X2X3X1X4X4X3X4=10368,
