功能原理创新设计57页PPT

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矛盾
理想度 资源 效应
技术系统 功能
术语
术语
……
TRIZ理论介绍—TRIZ理论基本体系
冲突分析 技术 系统 进化 模式
矛盾矩阵
40条发明创新 原理
问 题 分 析
ARIZ
物质
–场
算法 分析
76个标准解
建议方案
分析
需求功能 分析
效应知识库
理论基础
分析工具
基于知识的工 具
结论
TRIZ进化理论—三大进化论
ARIZ
……
九步法
九屏幕法 小人法 金鱼法 STC算子 IFR
算法
自己的算法
S曲线 完备性法则 能量传递法则 协调性法则 动态性法则 子系统不均衡进化法则
……
创新的思 维 创新的方法
技术矛盾 创新原理
工具
创新的规律
向超系统进化法则 向微观型进化法则 提高理想度法则
物理矛盾 分离方法 物场模型 标准解法 根本原因分析 功能分析 …… 知识库
近三年各国 PCT （专利合作条约国际专利）申请量
6 5 4
2.98 3.22
其中：华为和中兴两公司的PCT占中 国申请总量分别为1/2（2007年）、 1/3（2008年）、1/4（2010年）， 其他公司申请量较少。
5.23 4.58 4.49
2007年 2009年 2010年
ห้องสมุดไป่ตู้
3
2.77
1.67 我国现有专利的转化率不足10%，而发达 1.81 1.72 2 国家60%~80% 0.81 0.79 1.23 0.71 0.97 1 （垃圾专利多；国家专利政策导向偏差；专利 0.55 审查不严等） 0 我国科技对经济的贡献率不足30%，一半 美国 日本 德国 韩国 中国 以上的技术是引进，具有核心知识产权的 企业不足万分之三，须支付大量的专利使 国内的专利交易较少。 用费。 （手机售价的20%、计算机售价的30%、数控 机床售价的20%~40%、DVD售价的50%用 于专利使用费）

成电路的技术。
光电子学
光电子学是利用光电效应等原 理，实现光信号的转换和传输
。
04 生物功能原理
生物功能原理概述
生物功能原理是研究生物体如何实现 其功能的科学原理，包括细胞、组织 、器官和系统等不同层次的功能原理 。
生物功能原理的研究涉及到多个学科 领域，如生理学、生物化学、分子生 物学、遗传学等，需要跨学科的合作 与交流。
当光照射在物质上时，物质可以吸收 光能并将其转换为电能的现象称为光 电效应。
电子功能原理的应用
01
02
03
04
半导体器件
利用隧道效应和光电效应等原 理，可以制造出半导体器件如
晶体管、太阳能电池等。
集成电路
集成电路是将多个电子器件集 成在一个芯片上，通过电子功 能原理实现各种电路功能。
微电子学
微电子学是利用电子功能原理 制造微小尺寸的电子器件和集
通过深入了解疾病的生物功能原理，可以 制定更为有效的诊断和治疗方法。
生物工程与农业
环境保护与生态修复
利用生物功能原理可以改良农作物品种、 提高农产品产量和品质，同时也可以用于 工业微生物的改造和利用。
通过研究生物在环境中的适应机制和生态 系统的平衡机制，可以制定更为合理的环 境保护和生态修复方案。
05 功能原理的发展趋势
在建筑工程中，机械功能原理 被用于设计和制造各种建筑机
械和施工设备。
在日常生活中，许多常见的工 具和设备也应用了机械功能原 理，如剪刀、扳手和钟表等。
03 电子功能原理
电子功能原理概述
电子功能原理是研究电子在物质 中的行为和作用的科学原理，是 电子工程和物理学的重要基础。
电子功能原理主要涉及电子的运 动状态、相互作用和能量转换等

第三章 功能原理创新设计
该理论总结了常用的39个工程参数：
通用工程参数名称 ——七类
序 号
名称
1 运动物体的重量
2 静止物体的重量
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
10 力
11 应力或压力
12 形状
13 结构的稳定性
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
32 可制造性
33 可操作性
34 可维修性
35 适应性或多用性
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 功能原理创新设计
并总结了常用来解决技术冲突的40条发明原理：
发明原理
序号
名称
1 分割
2 分离 3 局部质量
4 不对称
5 合并
6 多用性
7 套装
序号
名称
11 预补偿
28 机械系统的替代
29 启动与液压结构
30 柔性壳体或薄膜
序号
名称
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 加速强氧化 39 惰性环境 40 复合材料

2)功能原理设计中往要引入某种新技术(新材 料、新工艺、……)，这就要求设计人员有一 种新想法(New Idea)、新构思。
3)功能原理设计使机器品质发生质的变化。例如， 机械表不论在技术上如何改进，其定时的精确 性始终不可能和石英电子表相媲美。
二、功能原理设计的任务和主要 工作内容
功能原理设计的主要任务是：寻找一种 物理效应和相应的作用原理，以实现所 追求的功能目标。
第五节 工艺功能及其对应的求解思路
工艺类机器是对被加工对象(某种物料)实 施某种加工工艺的装置，其中必定有一个工作 头(如机床的刀具、挖掘机的挖斗等)，用这个 工作头去完成对工作对象的加工处理。在这里， 工作头和工作对象相互配合，实现一种功能， 叫做“工艺功能”，这里“工艺”是指加工 “工艺”。 这类工艺功能要考虑两个重要因素： 1．采用哪种工艺方法； 2．工作头采用什么形状和动作，而归根结底 是确定工作头的形状和动作。
总结简单动作功能和复杂动作 功能的特点：
1.都是纯机械的功能，是“以形体来实现功 能”。机械动作功能原理实现得好与不好，全 在于形体设计的变化。 2.机械实现动作功能的方式变化无穷。 3.不能像设计电子电路那样用“功能元素”的 串联、并联方法来进行设计。 4.动作功能是人类生活、生产活动不可缺少的 一种最常用的功能，它们永远也不可能被信息 来代替。
功能原理设计是对产品的成败起决 定性作用的工作。一个好的功能原理设 计应该既有创新构思，又应同时考虑其 市场竞争潜力，因为脱离市场需求的盲 目创新是没有意义的。
一、功能原理设计的工作特点
1)功能原理设计往往是用一种新的物理效应来代 替旧的物理效应，使机器的工作原理发生根本 的变化的设计。如用石英技术代替机械表。
第四节 两种动作功能及其对

将一个物体分割成几个独立的部分
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
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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
32 可制造性
33 可操作性
34 可维修性
35 适应性或多用性
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
发明问题解决理论
机械创新设计
并总结了常用来解决技术冲突的40条发明原理：
发明原理
序号
名称
1 分割
2 分离 3 局部质量
4 不对称
5 合并
6 多用性
7 套装
序号
名称
11 预补偿
机器的总功能由机器的多个部分协调实 现，这些互相协调的部分各自所完成的功 能称为机器的分功能。
将总功能分解为分功能，将分功能进
一步分解为更基本的分功能……，直到所有 的分功能（功能单元）都可以直接实现。
2020/10/10
4.4 功能组合方法
机械创新设计
步骤2.求解分功能
每一项分功能（功能单元）通常都有多 种实现方法，求解分功能可以应用各种方
28 机械系统的替代
29 启动与液压结构
30 柔性壳体或薄膜
序号
名称
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 加速强氧化 39 惰性环境 40 复合材料

感受听觉信息，识别听觉信息，转换听觉信 息为电能 感受热能量，识别热能量，转换热能量为电 能 传递电能，存储电能，提供电能，启动电能， 控制电能，转换电能为力矩 改变力矩，传递力矩，定位转动，定位平动




电子宠物头部运动功能分解描述
电子宠物头部运动功能分解描述 （RFB）
机械运动系统设计

平整衣 服（熨 平）
洁净 衣服
水 清洁剂
水 洗衣机功能分析
热空气
调合功能基的提出和应用

从1940s 起源于价值工程的产品功能研究— —针对不同的设计领域提出了“主—谓— 宾”（Active verb object）结构的语句方式 来描述产品的功能——开始，人们逐渐认 识到一致的功能表达词汇对于设计问题的 重要性。


表1 是RFB 输入输出流集合的描述。流集合的第 一层仍然采用Pahl & Beitz 提出的三个基本类， 即物质流、信息流和能量流。物质流中有5 个二 层目录以及相应的三层扩展；信息流中有2 个二 层目录以及相应的三层扩展；能量流中有13 个二 层目录以及相应的三层扩展。 表2 是调和功能基础RFB 的功能集合的部分描述， 包含8 个基本类以及相应的第二、第三层扩展。 表中的“Correspondents”不是集合的第四层， 而是为了便于设计表达向RFB 的三层结构映射的 辅助信息。
实例分析 －电子宠物狗头部运动功能分解

电子宠物 头部运动 功能分解 描述
用户需求：

感知声音，感知距离，感知触觉 头部反应快速灵敏，头部运动自然逼真 充电时间短，电量维持时间长 尺寸和重量适中，维持费用低，安全可靠， 活泼可爱

功能分析

感受触觉信息，识别触觉信息，转换触觉信 息为电能

（4）审美功能： 审美功能：
即设计物内在和外在形式唤起的人的审美感受，以满足人 的审美需求，体现了设计物与人之间的精神关系。物在使用过程
图4-15
现代灯具设计的审美功能体现
中是否能唤起人的美感，是判断其是否具有审美功能的依据。 （图4-15，现代灯具设计）
第四章 产品功能设计原理
在某一设计物中，实用功能、认知功能和审美功互相渗 透、互相联系，而不能截然割裂；由于设计物实用目的的差 异，它们凝聚于设计中的比例会有所不同。如对于商品包装 来说，轿车的认知功能和审美功能比卡车显得更为重要，这 种比例的大小，并不表示次要地位的功能可有可无，而仅仅
图4-1 现代手机设计中的易用性体现， 除了出色的外观，还需要方便操 作的界面
第四章 产品功能设计原理
4.1功能的由来与发展 4.1功能的由来与发展
4.1.1 功能产生
人类历史文明传承由实践而来的美，人们在实践中探索着 他们的需求。无论是盘古开天劈地之混沌世界，还是主张与时 俱进之文明社会；无论是最初人类制造石器工具，还是以工业 化形式进行批量生产，亦或是在信息时代进行模拟化生产；我 们可以发现：任何社会形态下的人类文明都是伴随着人类需求 的不断满足而产生和发展。 需求，代表着人类最初对用品的功能渴望。在石器时代， 人们烹饪食物的方法很简单,有的是把食物放在石头堆砌的石坑 上烤,有的则是用粘土涂在竹编器皿上煮。经过漫长的不断满足
图4-6 2007年4月最新上市的iriver Clix拥有众多特别的功能
第四章 产品功能设计原理 4.1.3 产品功能的发展
在我国古代就有了对造物功能的探索。提出造物设计的重要前提就是 “致用利人” ，“强调使用技艺、讲求器物功能普遍存在于古代器物和 造物行为中” 。 现代产品功能的发展始于西方的工业革命。功能主义一词早在18世纪 即已作为一种哲学思想出现（如图4-7，约翰·多伦德研制的天文尺）。1 907年成立的德意志工业同盟就开始了功能主义在设计中的积极探索（图4 图 4-8 亨利·凡·德·威尔德设计 的Jardinière银质器皿。 -8，亨利·凡·德·威尔德的设计），涌现了贝伦斯等一批现代工业设计 先驱（图4-9，彼得·贝伦的设计）。20世纪初，“包豪斯”以及后来的 乌尔姆设计学院等都以功能主义作为教育宗旨，并形成独特的教育体系， 从理论和实践两方面结合。简而言之，功能主义就是主张功能至上。其最 具影响力的口号是“形式追随功能”( Form follows Function)，其特征 为严谨，冷静，简洁。芝加哥学派的建筑、柯布西埃的“机器美学”理论、 “包豪斯”、德意志工业同盟等，都为功能主义奠定了不衰的历史地位。 图 4-9 Peter Behrens的设计注重功 能、崇尚简洁，产品设计朴 素实用。 功能主义发展到现代社会，其典型代表是德国功能主义和斯堪的那维亚 “软功能主义”。