机电产品设计实例及分析

图 １Ｆ Ｅ模 型 Ｅ
２ 效应 的基本理论
２１ ． 关联 、 控制效应
应 相对 应 。
ｔ
３ 基于关系数据库的效应知识库的建立
效应知识库是 Ｔ Ｉ ＲＺ中最容易使用的一种工具。 在对其进行研 种物理 、化学和几何效应可以使解决方案更理想和简单地实现 ， 而
单一效应模式 ： 是基本的功能实现形式 ， 一个功能与一个效 究的早期阶段 ，ｈ ｈｌ ｒ Ａ ｓｕ ｅ 就己验证目对于—个给定 的难题 ， ｌ ： 运用各
功能标识
功能作用标识 状态标识
效应标 囫 识
效应描述 前提条件
实例标 识
问题 分析
囫
需求功能定义
功 能 原 理 解
备 茬＼
功能作用表＼
功能作用标识
功 能 作 用
公 及参数
输
＼
效应标识
输 出量 功能标识
对 象 状
３１数 据库 概念 设 计 பைடு நூலகம்．
在 Ｅ Ｒ模 型 图 中 ， 方 框 表 示 实 体 ， 菱 形 表 示 联 系 ， 椭 — 用 用 用
第 ７期
苗新 强等 ： 于 Ｔ Ｉ 基 ＲＺ效应 理论 的机 电产 品创新设 计研 究
功 能 表 效应表
２５ ５
实例表
对数据进行存储 和管理 ， 因此它们 在功能上是相似 ， 在处 理对象 上则有所不 同。数据库的大部分管理技术对知识库同样适用 ， 例 如知识库将 知识从应用程序 中分离出来 ，交给知识 系统程序处 理。数据库则是将数据从应用程序中分离 出来 ， 交给数据库 系统 程序处理。两者都需研究大容量信息处理 的理论和技术 ， 诸如可 恢复性 、 安全 ｌ 保密性和一致性等内容 。 生、

2.热力学应力分析
应力分析是设计分析中的一个重要部分。对 微系统而言，在加工过程中有高温,也会在高温环 境中工作，所以热分析应该在应力分析之前。
微系统的热力学应力分析与宏观系统的分析 有非常大的差异。微系统中有很强的微加工工艺 导致的固有应力出现，这些固有的残余应力必需 被计算并包括进随后的应力分析。
谐振器
使用谐振器的信号传输的技术在微压力传 感器信号转换中能提供更高的分辨率和精 度，但是它的加工复杂程度，例如类似压 力传感器中的将硅梁键合在基底上，限制 了它在其它微器件上的应用。振子所需要 的空间是这种转换方法的另一个缺陷。
电阻加热
这一技术在微致动器中广泛应用，例如微流体 中的微型阀和泵。这种技术比较简单和直接。 然而，这一技术需要精密控制对有热惯性的致 动元件的加热，会影响所选择的致动方式的时 间响应。另外，热元件和工作介质的接触会引 起局部热传输，导致在微型阀中工作介质改变 流动模式。这一技术在液体微流体系统中有严 重的缺陷。对热传输流体密封会引发微系统的 封装和运行问题。
砷化镓：
对外部影响（例如光线中的光子），即使在高温 情况下，响应快； 可用于热绝缘；
它的高压电性使得这种材料适合精密致动；
适合表面微加工； 是光学快门、斩波器和致动器的优良备选材料； 是微器件和微电路所需要的材料； 缺点是价格比硅等其它基底材料高的多。
石英：
即使在高温下，比硅和硅族化合物有更 好的机械稳定性； 热延展率极小，所以是高温应用的理想 材料； 具备精密微致动器需要的出色的谐振能 力； 缺点是难以加工成所需要的形状。
形状记忆合金
形状记忆合金（SMA）在与电阻加热 一起使用的时候是一种很好的致动材 料。它的主要缺点是形状记忆合金适 用性是有限的，而且形状记忆合金的 温度敏感性使得变形经常无法精确预 测。

系统总体技术还包括很多内容，例如接口 技术、软件开发等。
1.3 机电一体化的相关技术
接口技术 接口：在子系统之间及子系统内部，信息、物质、能 量交换与传递的渠道。
按接口所连接外设的形式和功能的不同，通常可 分为用户交互接口，内务操作接口，传感接口和控制 接口四种。
1.3 机电一体化的相关技术
接口基本功能
现有产品进行局部更改，或用微电子技术代替 原有的机械结构，或为了进行微电子控制对机 械结构进行局部适应性设计，以便产品的性能 和质量增加某些附加价值。 例如电子式照相机采用电子快门、自动曝光代 替手动调整；汽车的电子式汽油喷射装置代替 原来的机械控制汽油喷射装置。
1.4 机电一体化系统设计的方法
传感 检测 单元
动力 单元
控制及 信息处 理单元
机械 本体
执行 单元
计测 功能
动力 功能
控制 功能
构造 功能
主功 能
1.2 机电一体化系统的基本组 成及功能要素
1. 机械本体 机电一体化系统（产品）的基础，
它是所有功能单元的机械支持结构，包 括机身、框架、机械连接部件等。
追求目标：通过采用新工艺、新材 料、新结构，达到高效、可靠、节能、 小型、轻量、美观等要求。
检测到信号，才能进行自动控制。它是实现自 动控制、自动调节的关键环节，其功能越强， 机电系统的功能越强。
研究内容包括两方面：一是研究如何将各 种被测量转换为与之成比例的电量；二是研究 如何将转换的电信号进行加工处理。
1.3 机电一体化的相关技术
3．伺服驱动技术 研究对象：动力单元
伺服驱动技术是在控制指令的指挥下，控制 驱动元件，使机械运动部件按照控制指令要求 运动，并具有良好的动态性能。

2011第3期总第202期现代制造技术与装备ＴＲＩＺ理论在机电产品创新设计中的应用研究丛秀娟（山东松下电子信息有限公司，济南250000）摘要：通过对创新问题的分析研究，阐述了TR IZ对解决创新问题所起到的作用，归纳了TR IZ的理论基础及基本内容，介绍了TR IZ的创新设计过程模型，并将其应用到电源插头的创新设计中。

电源插头创新方案的提出验证了TR IZ创新设计过程模型的正确性及可行性。

关键词：TR IZ机电产品创新设计电源插头1引言随着经济全球化和知识信息化的飞速发展，产品的市场竞争日益加剧。

企业要在激烈的市场竞争环境下得以生存，必须在技术和产品上进行创新。

创新成了企业市场竞争的武器，而创新能力为企业拥有竞争力起到了决定性的因素［１］。

胡锦涛总书记在十七大报告中曾指出，要把我国建设成为一个创新型的国家，而科技创新是实现这一目标的途径之一。

如何以最快、最短的时间提高创新能力来增加科技创新，一直是众多科技工作者研究的热点。

“自主创新，方法先行”，因此应该先从方法上解决创新的问题。

国内外关于技术创新的方法大约有３００多种，而发明问题解决理论（ＴＲＩＺ）是众多创新理论中的一员［２］。

ＴＲＩＺ是解决发明创造问题强有力的方法学，是一套有科学依据、行之有效的解决发明创造问题的工具［３］。

利用ＴＲＩＺ理论进行机电产品的创新设计，能为企业开发新产品、提升竞争力提供一种有力工具。

2基于TRIZ的产品创新设计模型２．１发明问题解决理论（ＴＲＩＺ）［４］（１）ＴＲＩＺ的理论基础ＴＲＩＺ（ＴｈｅｏｒｙｏｆＩｎｖｅｎｔｉｖｅＰｒｏｂｌｅｍＳｏｌｖｉｎｇ）是“发明问题解决理论”俄文首字母的缩写，２０世纪６０年代由前苏联学者Ａｌｔｓｈｕｌｌｅｒ（ＧｅｎｒｉｃｈＳａｕｌｏｖｉｃｈＡｌｔｓｈｕｌｅｒ，１９２６～１９９８）所提出。

被前苏联尊为“国术”，“点金术”、“最高国家机密”等等。

由于Ａｌｔｓｈｕｌｌｅ长期工作在前苏联的专利审查机构，在他对２５０余万件的专利进行了分析和研究后，发现不同领域的各种创新发明问题，普遍地存在着共同的基本问题及解决问题的方法。