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1、第三章 原理方案的创新设计1原理方案设计步骤 功能是产品或技术系统特定工作能力抽象化的描述。功能的描述要准确、简洁、合理抽象，抓住本质。一般不同的功能描述有不同的原理解法例：取核桃仁的问题功能描述功能描述原理解法原理解法砸壳砸壳外部加压：砸、外部加压：砸、夹、压、冲、射夹、压、冲、射压壳压壳外部加压外部加压内部加压：通入内部加压：通入高压气体内部加高压气体内部加压；整体加压，压；整体加压，外压骤减，内压外压骤减，内压破壳破壳壳仁分离壳仁分离外部加压外部加压内部加压内部加压去壳：培养薄壳去壳：培养薄壳核桃、化学方法核桃、化学方法溶壳溶壳螺纹加工机总体方案分析激光分层实体制造设备的功能分析 激光分
2、层实体制造设备利用激光对箔材进行切割获得一个层面的形状，将层面叠加胶接起来获得三维实体。经过广义范围的方案搜索，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成型。功能分解（功能树）激光分层实体制造设备功能元求解u参考、借鉴相关产品的资料或专利u利用“设计目录”u运用各种创造技法探索新的解法例“分纸”功能元解例 手动除须刀原理方案设计要求:设计便携式手动微型除须刀，要求体积小、使用方便，价格低廉解：功能分析 总功能：须肤分离 工作原理分析须肤分离类似草地去草、切削工作，但是皮肤需要保护。机械式去须可用拔须、剪须、剃须（移动刀剃须和回转刀剃须）。要求刀具运动
3、均匀，以提高去须效果并保护皮肤。功能分解 动力：往复手动 往复运动 单向连续回转 运动转换回转剃须 刀片运动 升速 运动调节 贮须 功能求解 功能元解 功能元123手动方式往复移动往复摆动1往复移动-连续回转齿条齿轮滑块曲柄2往复摆动-连续回转扇形齿轮摇杆曲柄升速定轴轮系周转轮系摩擦轮系运动调节离心调速飞轮贮须盒式袋式原理方案N=22 3 2 2=48 种 选择：往复移动（1）-齿条齿轮（1 1）-定轴轮系（1）-飞轮（2）-盒式（1）组合，该设计已为专利产品。2 设计目录 设计目录是一种设计信息库。把设计过程中所需的大量信息有规律地加以分类、排列、存储，以便设计者查找和调用。采用系统方法建立
4、目录，针对对象进行系统分析和系统搜索。例 机械传动系统的目录编制运动形式变换基本机构其他机构原动运动从动运动连续回转连续回转变向平行轴同向圆柱齿轮机构（内啮合）带传动机构链传动机构双曲柄机构回转导杆机构反向圆柱齿轮机构（外啮合）圆柱摩擦轮机构交叉带传动机构反平行四边形机构相交轴锥齿轮机构圆锥摩擦轮机构交错轴蜗杆机构交错轴邪齿轮机构双曲柱面摩擦轮机构半交叉带传动机构变速减速增速齿轮机构 蜗杆机构带传动机构 链传动机构摩擦轮机构绳、线传动机构变速齿轮机构 无级变速机构塔轮带传动机构塔轮链传动机构运动形式变换基本机构其他机构原动运动从动运动连续回转间歇回转槽轮机构不完全齿轮机构摆动无急回性质摆动从动
5、件凸轮机构曲柄摇杆机构有急回性质曲柄摇杆机构摆动导杆机构摆动从动件凸轮机构移动连续移动螺旋机构 齿轮齿条机构带、绳、线及链传动机构中的绕性件往复移动无急回对心曲柄滑块机构移动从动件凸轮机构正弦机构不完全齿轮齿条机构 有急回偏置曲柄滑块机构移动从动件凸轮机构间歇移动不完全齿轮齿条机构移动从动件凸轮机构平面复杂运动特定运动轨迹连杆机构（连杆运动）连杆上特定点的运动轨迹3 方案评价（一）评价目标1评价准则技术评价：工作性能指标 加工装配工艺性 使用维护性 技术先进性经济评价：成本 利润 投资回收期社会评价：社会影响 市场效应 节能 环保 2加权系数 根据各目标的重要程度，加权系数评价。系数越大意味着
6、重要程度越高。加权系数g i1,g i=1。强制判定法（FD法）：目标进行两两比较，同等重要各给2分；某项比另一项重要分别给3分和1分；某项比另一项重要的多分别给4分和0分。g i=k i/k i k i :各评价目标数洗衣机评价目标加权系数 比较目标 评价目标价格洗净度维修性寿命外观耗水量kigi价格34444190.31洗净度13344150.25维修性01234100.17寿命01234100.17外观0011350.08耗水量0000110.02=601洗衣机的评价目标树（二）评价方法1评分法（5分制、10分制）2加权计分法 得分最高的最优 0 01 12 23 34 45 56 67
7、 78 89 91010不能用不能用差差较差较差勉强可勉强可用用可可用用中中良良较好较好好好优优理想理想加权计分法过程1）确定评价目标2)确定各加权目标的评价系数3）按评分制（如10分制）列出评分标准4）对各评价目标评分5）求各方案总分，分值最高者为优 例 评分法对三种汽车发动机进行性能方案比较评分价值特性参数燃料消耗 g/kWh单位功率质量kg/kW铸件复杂性寿命km 04003.5极复杂2010313803.33010323603.1复杂4010333402.96010343202.7中等8010353002.510010362802.3简单12010372602.114010382401
8、.9极简单20010392201.7300103102001.5理想5001033 模糊评分法1）隶属度 隶属度表示某方案对评价标准的从属程度，0-1表达，越接近1，隶属度越高。隶属度可用统计方法求得；也可通过隶属函数求得。梯形分布的隶属度函数图求隶属度带传动要求寿命为10000h以上为优，4000-6000h为良，小于2000h 为差。传动方案1的寿命为6564.5h,求其对三种评价的隶属度。隶属度为0.141,0.859,02）模糊评价步骤：取评价目标集，加权系数集，评价标准集，某方案对评价目标的模糊评价隶属度矩阵，加权系数矩阵，综合模糊评价隶属度矩阵，方案选优两个原则：最高隶属度原则；排
9、序原则（同级中隶属度高者在先）例：对以下个方案进行排序选优已知：评价标准优，中，差综合模糊评价集：，5，按最高隶属度原则评价，方案，为优，方案，为中，方案为差方案排序：，。方案为最优例 对某钢厂高炉上料控制系统方案模糊评价要求：自动化程度高、加工周期短、投资不大于60万解：1）评价目标及加权系数分析2）初步评价 评价目标控制方案y1一次性投资万元y2备用费用y3自动化程度y4维修性能Y5施工周期继电器15低低易短分立逻辑元件30中中难长顺序控制器30中中一般中计算机30高高一般中3）对方案进行模糊评价评价目标集 Y=y1,y2,y3,y4,y5评价集 X=x1,x2,x3=优，中，差加权系数矩
10、阵 A=0.12 0.08 0.33 0.22 0.254个方案模糊评价矩阵B=AR=0.25 0.30 0.33=0.28 0.34 0.38B=AR=0.10 0.33 0.25=0.15 0.48 0.37B=AR=0.20 0.33 0.10=0.32 0.52 0.16B=AR=0.33 0.25 0.12=0.47 0.36 0.17进行归一化处理4）决策 利用最大隶属度原则判断方案优劣顺序为：、决定选用计算机控制的高炉上料系统。作业：手动扫地机原理方案设计要求：设计一款利用手推进行扫地功能的扫地机，要求环保，没有任何电动件或其他能源设备，完全靠人工，可以打扫落叶。作业要求：按照原理方案步骤进行，每一步叙述详细。最后选择最优方案，同时画出原理简图。第8周上交作业（11月8日）