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单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,产品创新设计,课程说明,专业选修课,研究式学习,适当增补内容,参考书,高楠 工业设计创新的方法与案例 化学工业出版社,赵新军 技术创新理论（,TRIZ,）及应用 化学工业出版社,杨建华 产品技术创新 中南大学出版社,上篇 创新设计基础,第一章 创新概述,一、,创新,的概念与领域,创造现在及以往没有的,新事物、新思想、新理论、新技术、新制度,技术创新 产品创新 工艺创新 工业设计创新,技术创新,工艺创新,设计创新,第一章,二、,创新,的历史,蒸汽机,铁路机车,火轮船,加工机床,内燃机车,轮船,螺旋桨飞机,汽车,内燃机,电器机车,电动机床,电动机械,电磁转换,发电机,电动机,变压器,电报,电话,第一章,三、,创新,的意义,满足人们的物质、文化生活需要,提高生活水平，改善生活方式,发展经济，富民强国,技术创新 非技术创新,工业设计的核心,第二章 设计创新的引发,一、,需求引导,生活需求：生活体验，用户调查，用户引导,生产需求：改善方式，降低成本，提高质量，提高效率,二、,商业（竞争）引导,市场,用户群,市场份额 定位理论,挤入市场，巩固市场，扩大市场，开发市场,市场调查：对手调查、商业调查、用户调查,第二章,三、科学,技术引导,科学新认知：如健康、低碳、臭氧层问题,科技新发现：如生态圈、基因、超导、纳米等,技术创新：如转基因、,LED,、纳米技术、蓝牙、无线供电、,PCL,、触摸屏、互联网等,四、,思想、观念引导,人机工程学,人性化设计,UCD,设计 无障碍设计 通用设计,绿色设计 生态设计 可持续发展设计,第三章 创新设计方案的获得,一、,常用技法,试误法，组合尝试法，智暴法，,5W2H,提问法，信息交合法，形式分析法，奥斯本检核表法,二、,系统的设计理论方法,价值工程，感性设计，优化设计，可靠性设计,情感设计，语意设计,公理设计，,TRIZ,理论,第三章,三、一般设计程序注意点,前提：明确问题描述、概括，类别、方向,一）背景研究：技术、经济、人文,二）行业研究：如手机、奢侈品,三）设计调查：,四）领域外寻找,向自然学习,作业：,一、以无线供电技术为基础设计产品,要求：,1,深入研究相关技术,2,设计基本方案个人提出，不得雷同,3,纸本形式提交,二、找到一个科技创新信息，规划创新产品,三、通过资料收集，做一篇关于奢侈品或手机的设计研究报告。,下篇,TRIZ,理论及其应用,第一章 概述,一、,Triz,的产生,事例：坚果去皮与辣椒去籽,共同点,概括,抽象,Triz,（,Altshuler,）,的重要发现,发明的原理或方法数量并不多,发明的原理或方法适用于不同领域,类似问题及其解决方法在不同领域交替出现,技术进化模式在不同领域交替出现,创新设计所依据的科学原理往往属于其他领域,二、,TRIZ,的来源及内容,概念与观点：,资源分析与描述,发明级别划分,金属进化模式,理想化与理想设计,工具及模型,39,个工程参数,40,条发明原理,分离原理,物,场分析模型,解决程序,ARIZ,TRIZ,世界专利及,技术信息,解决问题的,过程分析,自然科学,知识,分析、总结、抽象,三、,Triz,的一般方法,需解决的,特殊问题,解决问题的,具体方法,类似的,标准问题,概括,抽象,39,个工程参数,标准问题的,解决方法,40,条发明原理,应用技术知识,？,四、,Triz,的发展及应用,处于“婴儿期有待发展、完善、成熟,擅长工程领域问题，需扩大受益面,解决如何做，不知做什么,进一步软件化,美、俄工程领域（如汽车）广泛应用,新加坡防止“非典”,摩尔多瓦总统竞选,美、俄中、小学生教育,第二章 情景分析与描述,情境：指问题所处的技术、生产、研究、使用、影响及资源等背景状态或境况。,创新与发明从分析和描述情境开始,一、资源分析与描述,直接资源：当前状态可用资源，物质、能量、信息、空间和时间等。,导出资源：通过变换、处理得道的可用资源，如废弃物、变换的信息等,差动资源：物质与场的不同特性、特征。,资源利用举例,1.,餐馆清洗盘子，使用肥皂水等清洗剂。,餐具上的残余脂肪,+,碳酸氢钠,=,脂肪酸盐（肥皂）,2.,射击用飞碟，用后需清理。,用冰作飞碟；用肥料作飞碟。,3.,测量异形陶瓷容器（茶壶）壁厚。,容器内盛装导电介质，测得电阻反映壁厚。,4.,零件整理装置（灌装机封口瓶盖）。,异形传输轨道，利用零件特征剔出不同向零件。,二、情境分析与描述,情境分析具有复杂性、多重性，情境描述具有多变性。可获得多种解决问题的方向、思路和方法。,例：夏季防蚊虫叮咬。通过分析、描述相关情境，可以采用：治理环境，铲除滋生地；纱窗遮挡，保护室内环境；喷洒杀虫剂、用工具杀蚊虫；使用蚊帐封闭小环境；身体涂抹驱蚊香水。,最小化问题：改变原系统并加以最大限制。,最大化问题：采用新系统，取消限制。,三、理想化及其描述,一）理想化的概念,思维的方法，真实存在的一种极限状态抽象。,理想方法：不消耗能量和时间，通过自身调节获得所需效应。,理想物质：没有物质，功能得以实现。,理想过程：无过程，只有结果。,理想资源：无不良影响和作用，完全有效、可用。,理想化,=,有用功能之和,/,有害功能之和,二）理想化的方法,1.,极限效应,例：平板玻璃生产中，压制后玻璃板冷却、输送过程在重力作用下松弛变形 缩小托辊,缩至分子 液体托辊（浮法生产）,2.,去除辅助,例：油墨、油漆使用时，液体溶剂起辅助作用。去除溶剂 颜料加热溶化、固定,3.,替换、替代,例：滑动轴承,滚动轴承,塑料轴承,雨雪天气飞机降落,地面模拟,二）理想化的方法,4.,分离、组合,例：船自身影响声纳信号 声纳与船体分离,提高混凝土制件生产效率 运输搅拌一,体化（搅拌车）,5.,转换,例：大型转子运输过程震动造成轴承局部凹痕。,震动 轴转动（钟摆棘轮机构驱动）,三）理想化的步骤,1.,描述待解决的问题（待改进的性能）,如：暖气、自来水管连接件密封,2.,描述理想的性能,无连接件、密封件，自密封。,3.,分析、提出实现理想性能的方法,软管连接、内压自密封,4.,找到解决问题的障碍,软管强度，内压变形结构,作业：,一、利用情境分析法设计一蚊叮咬防护产品或家庭用卫生清洁产品,要求：,1,分析、描述情景提出问题,2,设计方案具有创新性，不得雷同,3,提交原理或结构设计草图,二、利用理想化方法提出一款创新产品设计方案（容器盖、鼠标、洗衣机）,要求：,1,设计方案具有创新性，不得雷同,2,提交原理或结构设计草图,第三章 冲突解决原理,设计或改进时，处理或引起互相矛盾的两个或多个方面，,TRIZ,成为冲突。创新即解决冲突的过程。,技术冲突,物理冲突,数学冲突,组织冲突,文化冲突,个性冲突,自然冲突,社会冲突,工程冲突,宇宙定律冲突,自然定律冲突,冲突,第三章 冲突解决原理,一、物理冲突及解决原理,为实现某一功能，一子系统或元件应具有一特性，同时出现相反特性。,一）表述方式,有害功能降低的同时有用功能降低；有用功能加强的同时有害功能加强。,Teminko,（,1988,）表述,实现关键功能，应具有一有用功能，但同时出现有害功能；关键子系统特性值大，,UF,和,HF,都大；有子系统，则同时出现,UF,和,HF,。,第三章 冲突解决原理,二）解决原理,20,世纪,70,年代，,Altshuller,总结出,11,种；,80,年代，,Glazunov,提出,30,种，,90,年代,Savransky,提出,14,种。,1.,冲突特性空间分离,屏幕、键按键尺寸，翻盖、滑盖手机,2.,冲突特性时间分离,飞机机翼形状可变,3.,不同系统或元件与一超系统相连接,保证轴承孔一致，一次加工,4.,系统改为反系统或与反系统结合,螺母防松加弹簧垫圈、开口销，卡车板弹簧,第三章 冲突解决原理,二）解决原理,5.,子系统具有相反特性,铅合金中锑的作用,6.,微观操作为核心,指纹识别,7.,一部分物质状态交替变化,纠偏装置工作原理,8.,工作条件变化导致状态变化,记忆合金密封,第三章 冲突解决原理,二）解决原理,9.,利用状态变化伴随的现象,制冷压缩机介质工作原理,10.,两相物质代替单相物质,抛光液组成,11.,物化作用使物质状态改变,轴、孔热装配，,PS,版回收再生,第三章 冲突解决原理,二、技术冲突及解决原理,一个作用同时导致有用及有害结果；有用作用的引入或有害作用的消除导致系统或子系统变坏。,一）表述方式,1.,一个子系统引入有用功能后，导致另一个子系统产生或加强了一种有害功能。,2.,一有害功能导致另一个子系统有用功能的变化。,3.,有用功能的加强或有害功能减少使另一个子系统或系统变得更加复杂。,第三章 冲突解决原理,二）通用工程参数,将构成冲突的双方内部性能表示为,TRIZ,概括的,39,个工程参数中的某两个，即变成一般化冲突。,1.,运动物体的质量,2.,静止物体的质量,3.,运动物体的长度,4.,静止物体的长度,5.,运动物体的面积,6.,静止物体的面积,7.,运动物体的体积,8.,静止物体的体积,9.,速度,第三章 冲突解决原理,10.,力 系统间的相互作用，改变物质状态的作用,11.,应力或压力,12.,形状,13.,结构的稳定性,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,第三章 冲突解决原理,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,27.,可靠性,28.,测试精度,29.,制造精度,30.,受外部有害作用的敏感度,第三章 冲突解决原理,31.,产生的有害因素,32.,可制造性,33.,可操作性 完成操作的代价,34.,可维修性,35.,适应性及多用性,36.,装置的复杂性,37.,监控与测试的困难程度,38.,自动化程度,39.,生产率,第三章 冲突解决原理,三）冲突解决原理,TRIZ,在专利分析基础上概括出,40,条发明创造原理。,1.,分割 化整为零 积木化，百叶窗,2.,分离 拆分模块 空调室外机，,3.,局部质量 不均匀结构，局部强化 硬质合金刀头,4.,不对称 形状、结构偏置，电机底座,5.,合并 空间、时间上连接或重叠，平板玻璃运输,6.,多用性 多用途、多功能组合，多功能手机,7.,嵌套 拉杆天线，含油轴承,8.,质量补偿 借用另一物体的,UF,，船载货物,9.,预加反作用 预紧轴承,第三章 冲突解决原理,10.,预操作,11.,预补偿,12.,等势性,13.,反向,14.,曲面化,15.,动态化,16.,未达到或超过的作用,17.,维数变化,18.,振动,19.,周期性作用,20.,有效作用的连续性,第三章 冲突解决原理,21.,紧急行为,22.,变有害为有益,23.,反馈,24.,中介物,25.,自服务,26.,复制,27.,替代,28.,机械系统的替代,29.,气动与液压结构,30.,柔性壳体或薄膜,第三章 冲突解决原理,31.,多孔材料,32.,改变颜色,33.,同质性,34.,抛弃与修复,35.,参数变化,36.,状态变化,37.,热膨胀,38.,加热强氧化,39.,惰性环境,40.,复合材料,第三章 冲突解决原理,四）冲突矩阵,冲突与发明创造原理对应关系的总结。,寻找解决问题方案的步骤,1,定义系统名称、功能等,2,）确定待改善的特性、应消除的特性,3,）描述为一般工程参数形式,4,）描述冲突：,改善,UF,参数，恶化,HF,参数,降低,HF,参数，削弱,UF,参数或加强另一,HF,参数,5,）查矩阵表确定可用原理,6,）结合技术领域应用解决原理,7,）完善、评价设计,若没有答案或问题不能解决，重新描述。,第三章 冲突解决原理,作业：,利用冲突解决原理改进设计一种产品或系统,要求：,1,分析、描述及原理应用等过程齐全,2,设计方案具有创新性,3,与前面作业内容不重复，不得雷同,4,提交原理或结构设计草图,第四章 物,场模型分析法,一、基本概念,物质（,S,）：材料、工具、零件、人或环境。,场（,F,）：完成某种功能的方法或手段。如，,Me-,机械能，,Th-,热能，,Ch-,化学能，,E-,电能，,M-,磁场，,G-,重力场,产品是功能的载体，技术系统存在的目的是实现功能。,理想功能就是场,F,通过物质,S,2,作用于物质,S,1,并改变,S,1,。,Altshuller,认为，所有的功能都可以概括为两个物质和一个场的三元模式（物,场三角形）。,自,1944,年产生物,场分析法至今，已发展有,76,种标准解。物,场分析就是将特殊技术问题标准化，通过模型分析发现存在的问题，通过标准解寻找解决问题的答案。,第四章 物,场模型分析法,二、构建物,场模型,S,2,S,1,FS,2,S,1,F,第四章 物,场模型分析法,二、构建物,场模型,第四章 物,场模型分析法,二、构建物,场模型,第四章 物,场模型分析法,三、问题模型,不完整模型,第四章 物,场模型分析法,三、问题模型,无效完整模型,第四章 物,场模型分析法,三、问题模型,无效完整模型,第四章 物,场模型分析法,三、问题模型,有害完整模型,第四章 物,场模型分析法,三、问题模型,有害完整模型实例,第四章 物,场模型分析法,四、物,场模型转换规则,第四章 物,场模型分析法,四、物,场模型转换规则,第四章 物,场模型分析法,四、物,场模型转换规则,第四章 物,场模型分析法,四、物,场模型转换规则,第四章 物,场模型分析法,四、物,场模型转换规则,第四章 物,场模型分析法,四、物,场模型转换规则,第四章 物,场模型分析法,五、物,场模型建立流程,第四章 物,场模型分析法,五、物,场模型建立流程,第四章 物,场模型分析法,五、物,场模型建立流程,第四章 物,场模型分析法,五、物,场模型建立流程,第四章 物,场模型分析法,五、物,场模型建立流程,第四章 物,场模型分析法,五、物,场模型建立流程,第四章 物,场模型分析法,五、物,场模型建立流程,第四章 物,场模型分析法,五、物,场模型建立流程,第四章 物,场模型分析法,六、物,场分析标准解,第四章 物,场模型分析法,六、物,场分析标准解,第四章 物,场模型分析法,六、物,场分析标准解,第四章 物,场模型分析法,第四章 物,场模型分析法,六、物,场分析标准解,第五章 技术系统进化模式分析,一、技术进化过程（成熟度预测）,第五章 技术系统进化模式分析,一、技术进化过程,第五章 技术系统进化模式分析,二、技术进化定律（模式）和进化路线,第五章 技术系统进化模式分析,二、技术进化定律（模式）和进化路线,第五章 技术系统进化模式分析,二、技术进化定律（模式）和进化路线,第五章 技术系统进化模式分析,二、技术进化定律（模式）和进化路线,增,加,理,想,化,水,平,去除双重元件,采用更综合的子系统,去除辅助功能,自服务,去除元件,合并离散子系统,通过整体置换简化,一体化发动机,校正、预备、防护等,鸡蛋盖印,家庭影院,车削自动断屑,第五章 技术系统进化模式分析,二、技术进化定律（模式）和进化路线,第五章 技术系统进化模式分析,二、技术进化定律（模式）和进化路线,第五章 技术系统进化模式分析,二、技术进化定律（模式）和进化路线,第五章 技术系统进化模式分析,二、技术进化定律（模式）和进化路线,第五章 技术系统进化模式分析,二、技术进化定律（模式）和进化路线,第六章 解决发明问题程序,ARIZ,法,第六章 解决发明问题程序,ARIZ,法,第六章 解决发明问题程序,ARIZ,法,第六章 解决发明问题程序,ARIZ,法,