和机械创新设计流派及TRIZ理论.ppt

第五讲开始 4-3 发明的级别 ——TRIZ新概念分级 人类的新设想，仅有极少数经过不断完善构成一种新概念，经过后续的实现变成一种新产品。 机械工程领域所谓的新概念是指新的工作原理，按照该原理工作的机器、设备、仪器具有市场竞争力，能为生产企业带来效益，能为用户提高生产效率、或降低生产成本、或减少生产周期。 传统的设计方法产生新的工作原理的过程，为试凑法或试验纠错法。 第一个新的工作原理往往不一定采用，需要不断产生新工作原理的设想，最终选定一种工作原理。复杂程度不同、技术含量不同的产品所需的设想数也不同。 传统设计方法的一项成功的设计往往历时较长、花费较多，且主要取决于设计人员的经验和素质等因素。 TRIZ根据产生工作原理的设想数对产品进行分级。 TRIZ的新概念分级 TRIZ的一个重要成果是认为产品有级别，产品由低级向高级的方向发展。由于这种发展，产品才一直占领老市场或又赢得新市场。 Altshuller通过研究表明，问题的解或概念分为5个级别。设计人员采用试凑法，从产生最初的工作原理，到最终选定工作原理，根据所产生工作原理的个数，即解的个数决定解的级别。 产品从低级向高级进化的过程中，高级别解的产生需要更多的知识。 产品的级别还与问题的难易程度、知识来源等有密切关系。 通常的设计问题，或对已有系统的简单改进。 凭设计人员自身经验即可解决，不需要创新。 大约32%的解属于该范围。 如用厚隔热层减少热量损失，用载重量更大的卡车改善运输的成本与效益比。 (1)1级（Level 1） 如小型混凝土搅拌机的滾筒转速较低，如果搅拌机采用电动机驱动，电动机转速较高，需要将电动机的转速降低到与滾筒的转速相匹配。试解决该问题。 该例中设计需要解决的问题是如何实现减速。根据经验及已有的研究成果可知，减速器就是该问题的解，设计人员可以借助手册或机械设计教材完成减速器的设计，也可向有关减速器生产企业直接定购与该设计相匹配的产品。 该例所示问题求解过程的每一步都是已知的，问题本身是常规问题，设计也属于常规设计。 (2)2级 通过解决一个技术冲突对已有系统进行少量的改进。 采用行业中已有的方法即可完成。 解决该类问题的传统方法是折衷法。 大约有45%的解属于该范围。 如Boeing737飞机发动机罩的改进。 (3)3级 对已有系统有根本性的改进。 要采用本行业以外已有的方法解决，设计过程中要解决冲突。 大约有18%的解属于该范围。 如计算机鼠标，山地自行车。 (4)4级 采用全新的原理完成已有系统基本功能的新解。 解的发现主要是从科学的角度而不是从工程的角度出发。 大约有4%的解属于该类。 如内燃机，集成电路，个人计算机，充气轮胎，虚拟现实。 如飞行汽车：世界各大城市，特别是亚洲某些国家的大城市，交通拥挤是常见的问题，需要一种能在公路上起飞的汽车，以躲过塞车带。莫勒正在开发飞行汽车M400，该型号汽车能垂直起降，能运载4名乘客，时速达500公里，爬高10000米，使用普通的汽油。 该产品在世界首次开发，设计制造过程中要遇到很多世界上从未解决的问题。 (5)5级 罕见的科学原理导致一种新系统的发明。 大约有1%属于该类。 如飞机，计算机，形状记忆合金，蒸汽机。 解的级别越高，获得该解所需知识越多，知识所处的领域越宽，搜索有用知识的时间就越长。 产品设计中所遇到的绝大多数问题或相似问题已被前人在其它地方或领域解决了。 假如设计人员能按正确路径，从低级开始，依据自身的知识与经验，向高级方向努力，可从本企业、本行业及其它行业已存在的知识与经验中获得大量的解，有意识地去发现这些解，将节省大量时间，降低产品开发成本。 例1 为压缩空气的储气罐设计一新型防护罩。目前的防护罩是金属制成的，成本高。 新罩在满足安全性要求的前提下，要降低成本。——1级 例2 波音公司改进737的设计时，需要将发动机改为功率更大的发动机。 发动机功率越大，工作时需要的空气越多，发动机罩的直径相应要增大。发动机罩增大，机置离地面的距离就会减小，而距离的减小是不允许的。 增加发动机功率产生了技术冲突，要求解决该问题。——2级 例3 自行车链条必须做环行运动，又必须有足够的刚度以传递来自脚蹬的力。——3级 例4 制造金刚石刀具时，不希望金刚石内部有微小裂纹。 需设计一种设备，将大块金刚石沿已存在的微小裂纹的方向将其分解为小块。——4级 半主动悬架 例5 Karnopp于20世纪70年代提出汽车半主动悬架的概念。该悬架主要由弹簧及可控减振器组成，可控减振器按某种控制律输出控制力。 与传统的被动悬架相比，该类悬架可以提高汽车的乘坐舒适性、操纵稳定性、减少车轮动载。 经过近30年的努力，基于该原理的半主动悬架已成功用于高档商品轿车、赛车、重要的载重汽车之中。 该原理属于