创新设计研讨.ppt

产品开发一般要经过产品规 划、方案设计、技术设计、施 工设计等几个阶段。 方案设计阶段针对产品的主 要功能提出原理性的构思，探 索解决问题的物理效应和工作 原理，并用机构运动简图、液 路图、电路图等示意表达构思 的内容。 方案设计对产品的结构、工 艺、成本、性能和使用维护等 都有很大影响，是关系产品水 平和竞争能力的关键环节。所 以，原理方案的创新设计有其 举足轻重的意义。 用系统工程方法进行产品的原理方案设计是紧紧围绕功能的分析、求解 和组合实施的。 5.1.1 功能的描述 19世纪40年代，美国通用电气公司的工程帅迈尔斯首先提出功能的概 念，并把它作为价值工程研究的核心问题。他认为，顾客购买的不是产 品本身，而是产品的功能。在设计科学的研究过程中，人们也逐渐认识 到产品机构或结构的设计往往首先由工作原理确定，而工作原理构思的 关键是满足产品的功能要求。 功能是产品或技术系统特定工作能力抽象化的描述。它与产品的用途、 能力、性能等概念不尽相同。例如，钢笔的用途是写字，而其功能是 “存送墨水”；电动机的功能是能量转化—电能转化为机械能。 功能的描述要准确、简洁，合理地抽象。抓住其本质，避免带有倾向性 的提法，这样能避免方案构思时形成种种框框，使思路更为开阔。 解决取核桃仁的问题在不同的功能描述下可能得到不同原理解法，而 “壳仁分离”是其总功能较合理的描述。 系统工程学用“黑箱法”研究分析问题。 5.1.2 功能分类 机电系统一般由驱动、传动、执行、测控四部分组成。 执行部分相当于人的手和足，以不同的执行元件完成执行功能。 驱动部分相当于人的心脏，为系统提供能量。传动功能反映驱动与执 行件间运动和动力的传递。 测控功能包含传感和控制功能 5.1.3原理方案的总体分析 在功能分析的基础上首先应对系统的原理方案进行总体分析。 石墨电极加工设备总体原理方案的分析 根据石墨电极形状复杂和石墨材质的特点可提出以下几种加工原理 1) 数控加工成型法：在数控铣床上，根据石墨电极的形状编程加工。 2) 研磨成型法：石墨材质较软，采用石墨电极的原型，翻制具有强磨削 能力的研具，快速研磨石墨坯而获石墨电极。 3)离散堆积成型法：利用石墨离散材料的特点，通过电极的计算机辅助 设汁三维几何模型，获得堆积的路径和控制方法，分层堆积石墨材料和 胶接剂而直接成型三维立体的石墨电极。这种方法对任意复杂形状的电 极都可进行加工，具有最高的柔性。 4) 激光束聚焦法： 在充满C2H2的密闭容器中采 用檄光束在空间进行三维聚 焦(即聚焦点进行三维运动)。 在聚焦点处C2H2分解，碳原 子沉积下来堆积成电极，氢 原子结合成分子逸去。 5.1.4 功能分解 一般技术系统部比较复杂，难以直接求得满足总功能的原理解。可利用 系统工程分解性原理将功能系统按总功能、分功能、…、功能元进行分 解，化繁为简，以便通过各功能元解的有机组合求得技术系统解。 功能分解可图示为树状的功能结构，称为功能树。 功能树起于总功能，按分功能、二级分功能…分解，其末端为功能元。 功能元是可以直接求解的系统最小组成单元。 激光分层实体制造设备的功能分析 激光分层实体制造设备用激光对箔材 (涂复纸)进行切割获得—个层面的形 状，将层面叠加胶接起来获得三维实 体。 此前已经过广义范围的方案有哪些信誉好的足球投注网站，确 定采用激光束聚焦的能量气化切痕以 得到一定精度轮廓的纸型，并用压辊 加热逐层粘合各层纸 功能分解如下： 5.1.5 功能求解 1. 功能元解 功能元求解是原理方案设计中重要的有哪些信誉好的足球投注网站阶段。一般通过以下几种方法求解： 1) 参考借鉴有关产品资料或专利； 2) 利用“设计目录” ； 3) 运用各种创造技法探索新解法。 例如，对于印刷机点钞机、包装机等都有从成叠纸中“分纸”的功能元，其功能 元解如图5-7所示。 例5-4 输送液体原理解法分析 对于生产中常见的“输送液体”功能元，可以通过各种物理效应和工作原 理的探索，求得多种解法。 1）负压效应 (1) 利用压力P与容积V的关系，增大容积 空间形成负压吸入液体，减小容积空间形 成高压输出液体。 (2) 利用流速与压力的关系即文丘里喉管原理，使流体(液体或气体)流经 变载面喉管，在狭窄处流速增大，形成负压，被输送液体就可从小孔M 抽进喉管，当流速达600-700m/s时，水头可达5-6m。 2) 惯性力效应 (1) 利用离心惯性力将水引 出，一般离心泵、化工系 统的考拉泵都是应用这种 原理。 (2) 利用往复运动的惯性力， 如图所示，将管1置于水中， 在A、B方向往复运动，水 即通过单向阀2、3由管4输 出。 (3) 虹吸原理 将软管1插入盛液桶7中， 反举吸液器缸套使活塞 到A位置，放下缸套使 其位置比液面低，活塞 由位置A落至B，上部 形成真空，盛液