原理方案设计论文.pdf

第五章原理方案的创新设计

引言：设计一般分为产品规划、方案设计、技术设计、施工设计等四个阶段。

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在原理

方案设计过程中往往利用系统工程的观点、方法解决复杂的问题。

系统工程方法是将事物当作一个整体系统来研究，分析系统各组成部分之间

的有机联系和系统与外界环境的关系，是较全面的综合研究方法。

原理方案的设计是“发散-收敛”的过程。从功能分析入手，通过创新构思

探求多种方案，然后进行技术经济评价，经优化筛选，求得最佳原理方案。其步

骤和各阶段运用的方法如下图

1功能设计法

19世纪40年代，美国通用电气公司的迈克斯首先提出Function的概念。

功能是产品或技术系统特定工作能力抽象化的描述。

描述功能要准确、简洁，合理抽象，抓住本质。

黑箱法（BlackBox）

机电系统一般由驱动、传动、执行、测控四部分组成。

根据机械方案设计阶段的一般过程，其主要任务是建立设计系统的功能结

输入接输出接

构，通过选择相应于功能结构中的每个功能的功能载体，并组合这些被选择的功

能载体从而形成整个设计系统的设计方案.功能载体的选择与组合，实际上是所

建立的功能结构中的每一个分功能与能实现该分功能的结构进行匹配，而设计系

统的总体功能一般包含着很多分功能，而每一功能可以由不同的结构（功能解）

来实现，因此，机械运动方案设计就存在选择问题，在机械设计理论基础上，经

过相关科学的交叉、渗透与综合，所得到的机械创新设计方法可实现功能解的组

合、协调和评价，最终获得最佳创新设计方案。

输入接输出接

电净衣

能能物

技

接料污

术

分

物物脏衣离切

机

器

信设信

2资源的分析与利用

设计系统是属于超系统的一部分，合理地利用资源会对原理解产生更好

资源的主要类型

（1）自然资源

（2）时间资源

（3）空间资源

（4）信息资源

（5）系统资源

3功能分解

总功能是该系统中各子系统乃至各个元件共同完成的。子系统分担各自的

分功能或功能元。各分功能的类型不完全相同，有联系，也有区别。为确定实现

的工作原理，需要将系统的总功能进行分解。另外有些分功能可能己经有定型化

的产品，可以直接使用。

功能分解图的结构形状有树状结构，也有串联结构、并接结构以及环形结

构。

(1)技术冲突原理（TRIZ理论）

TRIZ理论是由前苏联工程技术专家Altshuller创建的，认为发明的核心

问题是解决冲突。设计人员在设计过程中不断地发现冲突，并利用相应的发明不

解决这些冲突，使产品向理想化的方向进化。设计中的技术冲突，是设计人员为

改善或提高某些子系统的性能，而导致系统中的其他子系统或系统性能变坏与降

低。例如，为了使轴上的零件的固定，采用螺母固定，需在轴上加工螺纹，达到

了固定的目的，但是也削弱轴的强度。

TRIZ理论的研究人员通过对250万项的技术专利进行研究后，提出了用39

个抽象的工程参数来描述技术冲突问题。

通用工程参数名称表

序号通用工程参序号通用工程参