機械創新原理

1、機械創新設計發展史

機械發展本身只是在結構上創新，從本質上沒有變化，離不開傳動的原理及傳動方式，鏈傳動、帶傳動、齒傳動等，現在機械發展自動化越來越高，說機械的創新還不如說是領域內的聯合創新，自動化程度是在液壓、氣動、與電氣自動控制相結合上表現出來的。現在機械不斷發展成緊湊、精細、體積小等，自動化程度越來越高。隨著發展機械對電氣元件依賴性越來越高。

2、機械創新設計的機械創新設計（張有忱）

書名：機械創新設計
書號：9787302242048
作者：張有忱
定價：25元
出版日期：2011-1-1
出版社：清華大學出版社 本書共分為9章。第1章為緒論，介紹了創造、創新和設計的基本概念，創新教育與創新人才的培養，機械創新設計與社會發展的關系。第2章為創新思維與技法，主要以創造學的理論為依據，結合實際問題分析了創新思維的特點與創新思維的過程，並分析介紹了幾種常用創新的技法。第3章為機械繫統方案與創新設計，重點論述了技術沖突解決原理（TRIZ理論）、建立原理解法目錄、資源的分析與利用等系統方案創新的基本方法，以及構型的綜合問題。第4、5、6章為機構的各種創新方法，分別就機構的變異與演化、機構的組合、機構的再生等創新設計技法進行分析與論述。第7章為機械結構設計與創新，介紹了在機械結構設計過程中，要充分考慮的基本要求，並分別從機械結構的功能，結構元素的變換，模塊拼接與結構復用，以及材料、加工、裝配、輸送等方面，討論了機械結構創新的要求與實現途徑。第8章為反求設計與創新，介紹了反求設計的基本概念、反求設計的內容與基本過程，並對幾個典型案例進行了反求設計分析。第9章為創新實例與分析，以全國大學生機械創新大賽的參賽作品為例，分析了創新基本理論在作品中的實際應用。各章後附有習題，可供讀者練習。
本書可作為高等學校教材，也可供有關教師及工程技術人員或科研人員參考。 第1章緒論
1.1創新設計概述
1.1.1創造、創新與設計
1.1.2創新設計
1.1.3創新的風險
1.2創新人才的培養
1.2.1人才培養與創新教育
1.2.2創新人才的特點
1.2.3創新人才的培養
1.3機械創新設計與社會發展的關系
習題
第2章創新思維與技法
2.1創新思維
2.1.1思維及類型
2.1.2創新思維的特點
2.1.3創新思維的過程
2.1.4創新思維的方式
2.2創新技法
2.2.1觀察法
2.2.2類比法
2.2.3移植法
2.2.4組合法
2.2.5換元法
2.2.6還原法
2.2.7窮舉法
2.2.8集智法
2.2.9設問探求法
2.2.10逆向轉換法
習題
第3章機械繫統方案與創新設計
3.1概述
3.1.1機械繫統的基本概念
3.1.2機械繫統設計的主要過程
3.1.3機械繫統方案設計
3.2功能綜合
3.2.1功能分析
3.2.2功能分類
3.2.3功能分解
3.3原理綜合
3.3.1技術沖突解決原理（TRIZ理論）
3.3.2建立原理解法目錄
3.3.3資源的分析與利用
3.4構型綜合
3.4.1機構構型
3.4.2機構選型
3.4.3構型綜合的注意問題
習題
目錄
第4章機構變異與創新設計
4.1機構的倒置
4.1.1平面連桿機構
4.1.2凸輪機構
4.1.3其他傳動機構
4.2運動副的變異與演化
4.2.1運動副元素尺寸的變異
4.2.2運動副元素形狀的變異
4.3構件的變異與演化
4.3.1構件形狀的變異
4.3.2構件的合並與拆分
4.4機構的擴展
4.4.1引入虛約束
4.4.2變換運動副
4.4.3增加輔助機構
4.5機構的等效代換
4.5.1利用運動副的替代原理進行等效代換
4.5.2利用瞬心線構造等效機構
4.5.3周轉輪系的等效代換
4.5.4機構功能的等效代換
4.6運動原理的移植
4.6.1差動原理的移植
4.6.2諧波傳動的移植
習題
第5章機構組合與創新設計
5.1串聯式組合
5.1.1組合的基本方法
5.1.2實例分析
5.2並聯式組合
5.2.1組合的基本方法
5.2.2實例分析
5.3封閉式組合
5.3.1組合的基本方法
5.3.2實例分析
5.4裝載式組合
5.4.1單聯式裝載組合
5.4.2雙聯式裝載組合
習題
第6章機構再生與創新設計
6.1一般化運動鏈
6.1.1一般化原則
6.1.2實例分析
6.2桿型類配
6.2.1問題的提出
6.2.2桿型類配
6.3運動鏈組合
6.3.1圖的概念
6.3.2圖的組合
6.3.3運動鏈的組合
6.4機構再生設計
6.4.1飛機起落架的再生設計
6.4.2縫紉機送布機構的再生設計
習題
第7章機械結構設計與創新
7.1機械結構設計的基本要求
7.2實現零件功能的結構設計與創新
7.2.1功能分解
7.2.2功能組合
7.2.3功能移植
7.3結構元素的變異與演化
7.3.1改錐結構元素的變異
7.3.2軸榖連接的結構元素變異與演化
7.3.3離合器的結構元素變異與演化
7.3.4棘輪傳動的結構元素變異
7.3.5各種槽銷結構元素的變異
7.3.6新型聯軸器的結構特點
7.3.7導軌的結構形式及其特點
7.3.8改善工作性能的結構變異
7.4適應材料性能的結構設計與創新
7.4.1揚長避短
7.4.2性能互補
7.4.3結構形狀變異
7.5方便製造與操作的結構設計與創新
7.5.1加工工藝的結構構型
7.5.2裝配輸送的結構構型
7.5.3簡單結構
7.5.4宜人結構
7.6用模塊拼接與結構復用進行結構的創新
7.6.1模塊拼接
7.6.2結構復用
習題
第8章反求設計與創新
8.1概述
8.1.1反求問題的提出
8.1.2反求設計的含義
8.1.3反求設計的研究對象
8.2反求設計的內容與過程
8.2.1反求設計的主要內容
8.2.2反求設計的主要過程
8.3反求實例分析
8.3.1原理方案的反求實例
8.3.2機構構型的反求實例
8.3.3精度反求實例
8.3.4圖像資料的反求設計實例
8.3.5計算機輔助反求設計實例
8.3.6材料反求實例
習題
第9章創新實例與分析
9.1創新思路的分析
9.2創新實例
9.2.1多功能齒動平口鉗
9.2.2機械式停水自閉水龍頭
9.2.3防傾翻輪椅
9.2.4省力變速雙向驅動殘疾人車用驅動裝置
9.2.5自由輪椅
9.2.6飲料瓶撿拾器
9.2.7地震應急床
9.2.8新型大力鉗
習題
參考文獻

3、機械創新設計中的創新思維有哪些形式？

機械創新設計是人類創造活動的具體領域，需要設計者對創新思維的特點、本質、形成過程有所掌握，認識創新思維與其他類型的思維、創新原理、創新技法的關系等。創新設計不是簡單的模仿或技術改造，而應具有突破性、新穎性、創造性、實用性以及帶來的社會效益性。
創新思維是一種高層次的思維活動，它是建立在常規思維基礎上的人腦機能在外界信息激勵下，自覺綜合主觀和客觀信息後產生新的客觀實體(如工程領域中的新成果，自然規律或科學理論的新發現等)的思維活動和過程。創新思維的主要特點有：綜合性、跳躍性、新穎性、潛意識的自覺性、頓悟性、流暢靈活性等。
人類現代文明的一切成果，無不是人的創新思維的結果。創新思維是人們從事創造發明的源泉，是創造原理和創新技法的基礎。例如，逆反創造原理源於有序思維、綜合創造原理源於發散一收斂思維、迂迴創造原理源於創新思維的形成過程原理等。了解和掌握創新思維的基本知識有助於創新思維的培養，有利於學習、掌握創造原理和創新技法。有利於人們從事各類創新活動。
創新思維的形成過程大致可分為3個階段。
1、儲存准備階段
這一階段就是明確要解決的問題，圍繞問題收集信息，並試圖使之概括化和系統化，使問題和信息在腦細胞及神經網路中留下印記。大腦的信息存儲和積累是誘發創新思維的先決條件，存儲愈多，誘發愈多。任何一項創造發明都需要一個准備過程，只是准備的時間長短不同。
2、懸想加工階段
在圍繞問題進行積極的思索時，大腦會不斷地對神經網路中的遞質、突觸、受體進行能量積累，為產生新的信息而運作。這一階段人腦能總體上根據各種感覺、知覺、表象提供的信息，認識事物的本質，使大腦神經網路的綜合創造力有超前力量和自覺性。在准備之後，一種研究的進行或一個問題的解決，難以一蹴而就，往往需經過探索嘗試，故這一階段也常常叫做探索解決問題的潛伏期、孕育階段。
3、頓悟階段
人腦有意無意地突然出現某些新的形象、新的思想，使一些長久未能解決的問題在突然之間得以解決。進入這一階段，問題的解決一下子變得豁然開朗。創造主體突然間被特定情景下的某一特定啟發喚醒，創新意識猛然被發現，以前的困擾頓時一一化解，問題順利解決。這一階段是創新思維的重要階段，被稱為「直覺的躍進」，「思想上的光芒」。這一階段客觀上是由於重要信息的啟示、艱苦不懈的思索。主觀上是由於孕育階段內，研究者未全身心投入去思考，從而使無意識思維處於積極活動狀態，不像專注思索時思維按照特定方向運行，這時思維范圍擴大，多種信息相互聯系並相互影響，從而為問題的解決提供了良好的條件。

4、機械創新設計都有哪些原則？

機械創新設計的原則：
(1)科學性原則
設計方案是某種或某些科學技術原理的體現，因此，任何設計方案都不能違背科學技術原理。
違背這一原則的設計以「永動機方案」為最典型。自古以來，有無數發明家絞盡腦汁地設計了一個又一個永動機，但都因直接違背能量守恆定律而徒勞無益，沒有任何結果。設計方案除了不違反科學原理外，還應能達到預期的性能。大多數發明的目的都是要超過已有技術。
如果效果並不那麼理想，該發明也就失去了存在的意義。因此，多方面地對設計的技術性能進行論證很有必要。
例如，有人曾設計出一種「液壓傳動和變速的自行車」。他的目的是使車子騎起來更為輕快和靈便。這就要有一個前提，即液壓傳動系統要與鏈條傳動的效率相近或更高。但是如果認真進行核查的話，我們就會發現事實正好相反，在功率傳送上液壓傳動的效率較低，因此該項發明的預期目的很難實現。
對於一項本身作用原理沒有問題的發明，還應考慮它在製造過程中是否存在特殊的困難。假定你想發明一種「撲翼式人力飛機」，如果你的設計有賴於一種極輕然而又很堅固、彈力又極好的材料，大概就有問題了。你必須首先調查一下你所需要的這種材料目前是否可能製造出來，然後再去考慮你的發明是否有意義。
另外一個必須考慮的問題是，你設計的東西如果如願以償地製造出來了，在實際使用中是否會遇到特殊的困難。
例如，一種像帆船那樣由風驅動的運輸車輛並不是製造不出來，但是如果我們真要使用這樣一種「風動車輛」，就會遇到許多麻煩。我們必須在很窄的道路上行駛，然而，陸地上的風遠不像海上那樣穩定，因此，我們的車輛就會陷入時快時慢、時走時停的狀態。這在公路運輸上是不能允許的，會大大妨礙其他車輛的行駛和安全。
(2)獨特性原則
創新設計者往往別具匠心，常常以不同於一般設計師的方式提出一些奇特的構思，使技術方案具有突出的實際效果。
例如，轉子發動機的設計，磁懸列車的設計等，都是別具匠心的設計。
出色的設計往往具有獨特的構思，但獨特的構思未必能成為有實際效果的為人們所急需的產品。例如，有人曾設計了一種「能噴水的鬧鍾」，他用噴頭射水代替鈴聲來澆醒沉睡的主人，但是，這樣的設計由於人們不那麼需要，所以很難商品化。
(3)求優性原則
要想直接估計出一項設計的實用價值是十分困難的。實際上，人們往往採取比較法來進行估計，也就是將新方案的可能效果與那些要解決同樣問題的全部已有技術相比較，看它是否處於比較優越的地位。
一般說來，追求完全相類似功能的不同技術是可以進行比較並分出優劣的。例如，愛迪生設計的碳鈕電話話筒與原來貝爾所用的液體變阻器話筒是兩種技術，但它們所要達到的功能完全相同，即把聲音變成相應的波動電流。在這種情況下，人們可以清楚地看出，前一種技術比後一種更為簡單、方便、耐用，明顯優於後一種。實際上，貝爾公司很快就買下了愛迪生的專利權。
想出一個優於已有技術的設計方案當然是很值得高興的事，但是，我們也應該意識到，技術在不斷發展進步，新的設計也會層出不窮。因此，我們還必須考慮可能出現的其他種種技術方案，考慮到各種可能的改進方案，這樣才能使自己的設計在稍長的時間內處於相對最優地位，在較長時間里保持其使用價值。從中可以看到，創新才是技術設計永保青春的秘訣。
(4)簡捷性原則
技術方案是否簡捷，也是判斷一項設計能不能獲得成功的一項設計原則。
有一種模糊的錯覺認為，一項設計的原理和構造越復雜，就說明它的水平越高。誠然，把一件構造復雜的東西製造出來絕非易事，但這僅僅是對製造者而言。如果設計者使其構造的復雜性超越了一定的限度，那麼這就是一件蹩腳的或失敗的設計。因此，創新設計者應追求功能明確、性能可靠且機理簡單的技術方案。
(5)市場性原則
符合科學原理和技術原理的產品設計，通常可以製造出來。那麼，是否就能認為這一項設計已經取得了成功呢?事實上未必如此。除了極少數特殊情況(如作為一項科學研究的實驗)以外，一般的設計要獲得最後成功，必須證明自己具有突出的實用性，必須經受住市場的嚴峻考驗。
愛迪生曾這樣說：「我不打算發明任何賣不出去的東西，因為不能賣出去的東西都沒有達到成功的頂點。能銷售出去就證明了它的實用性，而實用性就是成功。」這對任何有志於創新設計的人來說是金玉良言，是判斷設計價值的最高標准。有人可能錯把專利局審查批准看作設計成功的標志。誠然，這確實是一個可喜的標志，標志著你的設計有了起碼的水平，然而這並不是最重要的標志。有人可能要問，專利審查不是已經包括實用性的內容了嗎?實際上，專利局僅僅是把那些明顯不實用的設計加以剔除，並不對獲准專利的商業價值作任何保證。從世界上發達國家獲准專利的實施情況來看，真正獲得效益的僅占總數的15％左右。
那麼，什麼樣的東西能獲得市場呢?一般地說，要求該設計者的使用價值超過出售價格。
一種商品的售價總是受成本制約的。一般情況下產量越多，成本就越低。而同一種設計對於不同的人來說，其使用價值往往是不同的。通常只有少數人認為其使用價值很高，而多數人則不這樣認為。
例如，同樣一種太陽能利用設備，在陽光充足而燃料貧乏的地區(如青藏高原)就有較高的使用價值；而在燃料非常豐富的地區則沒有很重要的使用價值。因此，對於特定的某一產品來說，考慮的銷售面越廣，其平均使用價值就越低。
對熟悉工程技術的人來說，估計一種新產品的成本並不感到十分困難，而估計一項新設計的使用價值卻常常感到是十分困難的事情。盡管如此，我們仍可以從下面幾個方面來考慮使用價值：
1)該設計解決的問題是否迫切?一般說來，如果一項設計解決了人們迫切需要解決的問題。它的使用價值就比較高。例如，在電報發明之前，火車和輪船已在世界上得到應用，運輸的速度已大大加快，但通訊速度受運輸速度所限制，遠遠不能適應當時工業和商業迅速發展的需要。因此，電報被莫爾斯發明出來以後不到10年，就在許多國家得到廣泛應用。但是，人們在短距離通訊上，使用電報仍不夠方便，需要專人收發報和翻譯電碼，往往還不如派人送信省事，然而，電話的發明，掃除了這些麻煩，因而以更快的速度得到普及。
2)是否容易使用?一項能夠解決某一問題的設計還必須保證本身使用起來是方便的，否則，它將會帶來新的問題。例如，許多人在做飯時感到剁肉末十分費事，有人設計出了一種家用手搖絞肉機，用起來確實比剁肉省力。但是，這種絞肉機需要經常清洗，十分麻煩，結果不少人都棄之不用。
3)是否耐用、可靠?耐用與可靠直接關繫到使用價值，需要特別注意。例如，目前市場上可以看到一種名叫「熱得快」的電熱器，可以方便地用來加熱杯子里的水或奶，構造簡單，價格便宜。但是它的設計不盡合理，很不耐用，稍有不慎就會燒壞，甚至有漏電的危險，因此銷路大減。
4)是否令人喜歡?應該理解到這一點，即外觀美也是使用價值的一部分。例如，鍾表是用來指示時間的，但不能認為只要走時准，外觀不用考慮。實際上，許多物品都兼有裝飾房間或其他場所的作用，至少不應該破壞環境的美感。即使是工，一里的機器，適當的外觀也常有助於減輕操作者的疲勞感，並讓人產生愛惜的心情。除了以上幾點，使用價值還應包括安全，不妨礙他人，無公害，等等。
機械創新設計是指充分發揮設計者的創造力，利用人類已有的相關科學技術成果(含理論、方法、技術、原理等)，進行創新構思，設計出具有新穎性、創造性及實用性的機構或機械產品(裝置)的一種實踐活動。它包含兩個部分：一是改進完善生產或生活中現有機械產品的技術性能、可靠性、經濟性、適用性等；二是創造設計出新產品、新機器，以滿足新的生產或生活的需要。

5、TRIZ培訓理論在機械產品創新設計的案例有嗎？

TRIZ理論，即發明問題解決理論，是1946年由前蘇聯科學家阿奇舒勒團隊從10多萬個已注冊專利中尋找規律，總結出來的理論。創新從最通俗的意義上講就是創造性地發現問題和創造性地解決問題的過程，TRIZ理論的強大作用正在於它為人們創造性地發現問題和解決問題提供了系統的理論和方法工具。

而由網路上的資料，TRIZ理論有以下幾方面內容，
1.創新思維方法與問題分析方法
2.技術系統進化法則
3.技術矛盾解決原理
4.創新問題標准解法
5.發明問題解決演算法ARIZ
6.基於物理、化學、幾何學等工程學原理而構建的知識庫
混合動力汽車為本世紀重大機械創新之一，混合動力汽車比傳統汽車更環保，這也正是專家支持混合動力車的原因。

1. 創新思維方法與問題分析法。分析混合動力汽車，通過物-場分析法，發動機和燃料之間有一個「空氣場」，而發動機的效率和燃料燃燒後排放的廢氣都影響著全球的大氣污染度及氣候變暖的情況，而核心問題就在於此，所以提高發動機效率和降低尾氣排放就是解決根本矛盾所在。
2. 技術系統進化法則。針對技術系統進化演變規律，在大量專利分析的基礎上TRIZ理論總結提煉出八個基本進化法則。
（1）由技術系統的S曲線進化法則，現代汽車正處於成熟期（各種功能美觀實用的現代型汽車）。
（2）由提高理想度法則，汽車發動機效率不夠高就會消耗更多的燃料，而現階段汽車主要還是運用汽油動力的內燃機，過多的尾氣排放就會污染大氣。故現在需要解決的就是提高發動機動力和尋找可以替代汽油的低排放清潔能源。
（3）由子系統不平衡進化法則，汽車的發明和使用給人類帶來了極大的便利，但是人們不均衡地著重發展其中的某些功能（可以獲得更高啟動加速度和極限速度的跑車或為了運送貨物的重型卡車），使其成為某種特定功能型汽車，而此時的汽車燃油及尾氣排放被放在次要位置。
（4）由動態性和可控性進化法則，考慮到汽車的外形與行進時所受的空氣阻力，現代汽車不斷的優化外形，優化曲線使汽車既美觀又能減小所受風阻，進而減少燃油。
（5）增加集成度再進行簡化法則。
（6）由子系統協調性法則，發動機工作時候，內部各構件相互協調。
（7）由減少人工介入的法則，汽車的自動化。

（8） 向微觀級和增加場應用的進化法則。
3.技術矛盾解決原理。不同的發明創造往往遵循共同的規律。TRIZ理論將這些共同的規律歸納成40個創新原理，針對具體的技術矛盾，可以基於這些創新原理、結合工程實際尋求具體的解決方案。
4. 創新問題標准解法。針對汽車發動機的物-場模型特徵，分別對應有標準的模型處理，包括優化發動機結構提高效率，採用傳統的內燃機（柴油機或汽油機）和電動機作為動力源，也有的發動機經過改造使用其他替代燃料，例如壓縮天然氣、丙烷和乙醇燃料等。
5. 發明問題解決演算法ARIZ。
6. 基於物理、化學、幾何學等工程學原理而構建的知識庫。基於物理、化學、幾何學等領域的數百萬項發明專利的分析結果而構建的知識庫可以為技術創新提供豐富的方案來源。混合動力汽車使用的電動力系統中包括高效強化的電動機、發電機和蓄電池。蓄電池使用的有鉛酸電池、鎳錳氫電池和鋰電池，將來應該還能使用氫燃料電池。這些都是應用已有專利基礎上對發動機做出的優化。
TRIZ理論對產品創新設計有明確的指導性，可以避免高成本的盲目的試錯，減少人力、物力、財力的投入。它總結分析了無數發明專利以增加工程人員的創造力和解決問題的能力，給創新性問題或者矛盾提供了更好的解決方案和創意。它是在技術的發展進化規律及整個產品發展過程的基礎上進行創新的，可大大加快發明創造的進程，提高產品創新速度。

6、機械創新設計的方法都有哪些？

創新設計的正常開展和完成，必須正確運用創新設計方法。常用的創新設計方法主要有下面幾種：
一、智力激勵法
智力激勵法又叫集思廣益法，它是由美國創造學家A．F．奧斯本提出的。人的創造性思維特別是直覺思維在受激發情況下能得到較好的發揮。一批人集合在一起，針對某個問題進行討論時，由於每個人的知識和經驗不同，觀察問題的角度和分析問題的方法各異，提出的各種意見能互相啟發，從而誘導出更多創意。通過激智、集智、交流，可實現創新的目的。智力激勵法可以通過召開會議，也可以通過信函、書面等形式，達到互相啟發、補充和完善見解，或發展為新的見解。
二、提問追溯法
提問追溯法是有針對性地、系統地提出問題，在回答問題過程中，便可能產生各種解決問題的設想，使設計所需要的信息更充分，解法更完善。提問追溯法提出的問題如下：
1)有沒有其他用途？有沒有新的用途？稍加改進有沒有其他用途？
2)能否借用其他經驗或發明？是否有相似的東西？是否有可模仿或可借用的東西？3)能否在結構、造型或其他方面變化一下？能否增加或減少什麼？能否加高或降低一點？能否加長或縮短一點？能否加厚或減薄一點？能否減輕或加重一點？能否擴大或縮小一點？能否重新組合或再分解？
4)能否用其他東西代替？能否用代用的原材料、半成品或其他的代用製造方法？
5)能否增加或減少功能？
6)能否在成本不變的前提下提高產品的性能？
7)能否採用廉價代用材料、簡化結構、使用簡單而高效的製造工藝、提高零部件的標准化程度來降低成本？
通過一連串從不同角度的發問，可啟發思維，提出新的設計方案。
三、缺點列舉法
運用缺點列舉法始於發現事物的缺點，挑出事物的毛病。在明確需要克服的缺點後，有的放矢地進行創造性思考，並通過改進設計去獲得新的設計方案。例如，一家生產汽車喇叭繼電器的小廠，為了改變產品銷路不暢的被動局面，廠長和技術人員、銷售人員一起對有關產品進行分析，在廣泛收集用戶意見的基礎上，分析產品的缺點，然後針對缺點採取各種不同的措施，改進了原有的產品，很快打開了銷路，銷售量一年內便增長了一倍。
四、希望點列舉法
希望點列舉法從設計者(發明者)或用戶的意願出發提出新設想、新要求，從而激發人們去開發新產品或改進原有的產品。例如有了黑白電視機，還希望有彩色的、遙控的。又如人們希望在給別人打電話時不僅能聞其聲，而且能見其人，為適應這種要求，開發了可視電話。
希望點列舉法與缺點列舉法都是將思維收斂於某「點」，然後發散思維，最後又集中於某種創意。但希望點列舉法比缺點列舉法涉及的目標更廣，而且更側重自由聯想。
五、聯想類比法
聯想是由一個事物想到另一個事物的心理過程。對應聯想由一件事物聯想到與其對立的另一事物。例如由小想到大，由集中想到分散等。要增強聯想能力，必須注意增加知識和經驗，不但注意吸納本專業及其他專業的學科知識，更要重視參加各種實踐活動。利用聯想進行發明創造是一種常用而且十分有效的方法，很多發明家都善於聯想，也得益於聯想的妙用。例如，貝爾發明電話，開始沒有成功，以後從吉他的聲音中想到了共鳴原理，改進了裝置，才使電話發明成功。又如布拉特從看到蜘蛛織網聯想到可以從上到下造橋，從而發明了吊橋，突破了傳統的造橋模式。
聯想類比由一事物或現象聯想到與其有類似特點(如性質、外形、結構、功能等)的其他事物或現象。例如，由水波想到聲波、光波；由水波可出現干涉現象，想到光也有干涉現象等。
六、反向探求法
反向探求將人們通常思考問題的思路反轉過來，從背逆常規的途徑探尋新的解法，因此反向探求法亦稱為逆向思維法。例如在鎢絲燈泡發明初期，為了避免鎢絲在高溫下的氧化，需要將燈泡內抽真空，但是使用後發現抽真空後的燈絲通電後仍會變脆。為了解決這個問題，當時多數人的意見是繼續提高燈泡內的真空度。而美國科學家蘭米爾卻應用反向探求法提出向燈泡內充氣的方法，他分別試驗了將氫氣、氧氣、氮氣、二氧化碳氣、水蒸氣等充入燈泡，試驗結果表明氮氣有明顯的減少鎢蒸發的作用，可使鎢絲在其中長期工作，因而發明了充氣燈泡。又例如：化學能為什麼不能變成電能？聲音既是振動，那麼振動為什麼不能復現原聲？根據這些反問，相繼發明了電池、留聲機。
七、組合創新法
組合創新法是將現有技術或產品通過功能、原理、結構等方面的組合變化形成新的技術思想或新產品。組合法的優點是組合形式多樣，應用廣泛，便於操作，經濟有效。組合創新法應用的技術單元一般是已經成熟或比較成熟的技術，不需要從頭開始，因而可以最大限度地節約人力、物力和財力。在當代社會生產和生活中，存在著大量已經開發出來的技術，只要合理組合，就能創造出適合需要的技術系統。例如，美國的「阿波羅」宇宙飛船由700萬個零件組成，但沒有一個零件是新研製的，用這些已有的零件組合出把人送上月球又重返地球的神奇系統。同樣「阿波羅」宇宙飛船技術中的全部技術都是現有技術的組合。
組合創新法的類型很多。常用的有性能組合、原理組合、功能組合、結構重組、模塊組合等。雖然組合創新法所使用的技術是已有的技術，但適當組合後，同樣可以做出重大的發明。

7、機械創新設計大賽作品簡介怎麼寫？

作品內容簡介 本作品是一張方便老年人或者腿腳不便的人站立的椅子。主要是通過使用者上肢的運動來帶動一面的動作，從而可以調整人的坐姿與重心，來減少下肢的運動來實現站立姿勢。本機構主要用到了平面連桿以及其它一些機械結構來實現椅面的調整，來帶動使用者的行動。並且如果使用者需要的話，在坐下來的時候也可以起到減少其下肢運動的作用。
主要創新點 我們主要是考慮到老年人或者其他腿腳不方便的人群，在站起來的時候總是很費力；而且往往在坐下來的過程中也是一屁股就坐了下去。為了改變這樣的狀況，我們將人站立過程中的手腳並用，該為手起到主要作用，方便特殊人群。
推廣應用價值 我們的社會對老年人的關愛漸見凸現，在這樣的背景下，對老年人日常行動的關愛也就更為重要了。而且對於特殊群體，比如下肢受傷，殘疾等等的人群，我們的設計也可以助他們一臂之力。方便了使用者日常行動，而且也減輕了子女或者看管人的看護負擔。這樣的話，他們坐下就不愁再站起來了。
2 自動攙扶助步車
參賽學校：青島大學
參 賽 者：王新剛、曹志強、鄭虎階、徐晟、孫海峰，指導教師：師忠秀、龐嚴英
作品內容簡介 本產品主要應用於腿部殘疾、腿部骨折處於恢復期的病人。主要運用了自動檢測和電器控制的原理；巧妙地將助步車和動力裝置結合起來，實現了動力助步；並添加了單片機系統、光電檢測裝置以及繼電器，可以自動檢測病人的行動意圖，並且實現了車隨人動。該車充分考慮了不同使用者的需要，設置了多種不同的工作模式；另外，本車增添了多處人性化設計及安全保護措施，結構簡單、操作方便、產品的可靠性高；創新地利用支撐板代替雙拐，這樣可以減輕病人長時間拄拐帶來的勞累；由於該車操作的方便性以及車身對人體的攙扶作用，病人可以獨立使用，從而大大減輕家人及護士的負擔。基本技術指標：1、整車指標：速度0~0.5m/s連續可調；電機：DC12V、46rpm、P=15W。電源：12V、14Ah； 光電開關：檢測距離：0.1m/0.3m、DC 6～36V。
主要創新點 （1）系統能夠自動檢測人體的行動意圖並自動啟動相關系統進行動力助步；（2）本車實現了車隨人動，提高了使用者的方便性和舒適性；（3）本車實現了在一定范圍內的無級變速；（4）本車採用了多種工作模式以適應不同的使用人群；（5）獨特的控制電路大大簡化了控制系統；（6）多處人性化設計和安全措施，使本車更安全實用；（7）病人可以獨立使用，從而減輕了家人及護士的護理負擔。
推廣應用價值 該車的應用前景非常廣闊，可應用於醫院的康復中心、也可提供給殘疾人使用、還可以應用於行動不便的老年人，用於攙扶助步。
3 語音識別控制的多自由度欠驅動助殘機械手
參賽學校：上海交通大學
參 賽 者：李順沖、揚飛鴻、陳侃、黃俊傑，指導教師：高雪官
作品內容簡介 為了盡量能使機械手與人手大小相仿，同時也為了體現欠驅動手的優勢，機械手將通過一個電機驅動，通過差分機構自適應地分配動力，差分機構與電動機可藏入手掌和手腕內。手指的結構：我們的機械手共使用4個手指，分別為拇指、食指、中指和小指。除拇指外，其他每個手指尺寸均相同，這樣就可以模塊化設計、加工，可以互換，也可以根據實際需要增減機械手的手指數。食指、中指和小指這三個手指每個手指都由三個指節組成。拇指結構與其他三指基本相同，但只有兩個指節。彈性推桿差分機構：由於只使用一個電機驅動各個手指，為了使驅動力可以自適應地分配到各手指，需要一套驅動力差分機構。我們的方案是這樣的。滑塊安裝於手掌內的導軌中，通過一個絲杠-螺母機構驅動，可以沿導軌做往復運動。滑塊與手指間通過彈性推桿來連接。在滑塊向前運動過程中，當各個手指沒有接觸物體時，彈性推桿不收縮，可以看作是一剛性桿，驅動各手指運動。
主要創新點 所謂的欠驅動就是指機構的驅動數目少於自由度數目。我們的機械手就運用了欠驅動抓握原理，由一個電機驅動全部的四個手指（共11個關節）實現對物體的抓握，這種機械手在抓握時能夠很好地適應物體的形狀。機械手的大小與人手相仿，同一般的靈巧機械手相比雖然功能有所減少，但在同樣完成抓握動作的情況下，它的結構更簡單，重量更輕，體積更小。
推廣應用價值 能夠採用語音進行控制的欠驅動機械手，操作簡單，使用方便，價格低廉，必然能為手部殘疾的人士帶來福音。
4 多功能助食裝置
參賽學校：廣東工業大學
參 賽 者：陳其慶、陳志忠、劉智勇、賴錦濤、何影冰，指導教師：傅惠南、呂志強
作品內容簡介 為了填補市場上並沒有靠用腳控制來實現進餐的器械的空缺，我們設計出本裝置，同一種動力輸入，輸出多種功能。由腳控制，能夠幫助進餐，翻書等功能。它由底座、支撐柱、桌面、轉台、遞送裝置、自動復原機構、翻書裝置和腳踏組成。助食的操作步驟有：1、對轉台控制腳踏施力，通過軟剎線傳動，驅動分度機構旋轉帶動餐桌轉動，實現食物選取；2、對遞送裝置的控制腳踏持續輸入動力，通過軟剎線傳動，令遞送裝置上的機械臂先往下擺動一定角度再下降到菜的位置；3、對夾子控制腳踏施力，控制夾子的張開與夾緊，使其夾住食物；4、緩慢撤消對遞送裝置的動力，機械臂回復到原來位置，實現送菜；5：對夾子控制腳踏施力，使夾子松開食物。翻書的操作步驟是：首先利用手臂中滑塊的直線向下運動使吸盤吸緊書，然後利用吸盤的吸力和滑塊向上運動使書提到一定高度，接著利用裝在轉台下的翻書桿和轉台的轉動使書翻過。
主要創新點 （1）理念新：是獨特的靠腳控制進餐的新裝置。且同一動作輸入，輸出多種功能。（2）實現方式新：採用簡單的機構實現復雜的功能，結構巧妙，操作簡便，表現在：設計出僅由一控制項分時序控制兩個自由度動作的新機構，取代傳統的一個控制對應一個自由度的做法；採用轉台旋轉來食物代替傳統的用機械手選取食物；使用集夾菜夾飯兩個功能於一體的夾子，取代傳統的筷子和勺子；使用軟剎線傳動代替復雜的傳動機構；採用彈簧復原，實現一控制項控制兩個相反方向的運動。
推廣應用價值 目前，市場上並沒有靠用腳控制來實現吃食物的器械，為了填補市場空缺，同時克服現有助殘裝置功能單一、結構復雜的缺點，我們設計出本裝置，用腳控制，不僅能夠幫助進餐、翻書、和練習玩打擊樂器等多種功能，而且結構簡單，操作簡便。它能幫助雙手殘疾人解決「吃飯難」和翻書難的問題，避免直接用腳吃飯和翻書的尷尬與不便，美化了他們的生活，以及豐富了他們的精神生活。總之，它的出現，將會為雙手不便利的人帶來了另一種新生活。
5 基於角度主動控制的機械助殘腿
參賽學校：上海交通大學
參 賽 者：徐立文、盧天明、盧煒、袁興亮、毛文超，指導教師：殷躍紅
作品內容簡介 現在市面上銷售的智能假肢大多非常昂貴，而且適應性和穩定性都不理想。對於原本就肢體殘疾且生活困難的殘疾人，他們更需要一種簡單易用價格便宜的假肢。我們的作品就是定位於給這個特殊人群提供的廉價，且相對功能強大的假肢。我們製作的是膝關節離斷的下肢，主要包括大腿，膝蓋，小腿。市面上被動的多軸假肢已經非常成熟，且有相對標准化的零配件。所以我們的作品即是在現有的成熟產品基礎上，添加電自鎖及自動釋放的功能。
主要創新點 膝關節我們採用四連桿機構，可以非常逼真的模仿出人體膝關節軟組織的運動軌跡，並且在運動角度最大的軸上安裝電磁多片離合器，通過安裝在小腿上的壓力感測器，控制其開啟或閉合。當壓力感測器感覺到人體重量時，離合器閉合，關節鎖死，無法繼續彎曲，但通過軸上的單向軸承可以繼續伸直。當壓力感測器沒有壓力時，離合器打開，關節放鬆，同時由一根彈簧使小腿抬起一個小角度，假肢可以完成步行中的甩腿動作。這樣可以最大程度的改善假肢行走時的不自然動作，使行走姿態盡可能接近正常人。
推廣應用價值 假肢的行走姿態最大限度地接近正常人運動，對於殘疾人輔助行走可謂意義重大，市場前景看好。
6 全自動翻書機
參賽學校：海軍工程大學
參 賽 者：蘇傑、閻洪波、龍坤雄、侯文姝，指導教師：嚴承華、金傳喜
作品內容簡介 本產品主要為不方便用手翻書的殘疾朋友設計。該翻書機由載書台、控制箱組成。載書台由電磁式書夾和載書板構成。控制箱由吸紙裝置、翻頁裝置（同步帶、同步帶輪、翻書棒）、電動機和控制電路構成。控制電路以AT89s52單片機為核心。工作原理：以順序翻書為例，控制腳動開關或聲控裝置，則右邊的書夾松開，吸紙裝置吸起書的一角，然後由同步帶的傳動帶動翻書棒翻起一頁紙，右邊的書夾合上。翻書棒將該頁紙翻到左邊時，左邊的書夾打開再合上，完成一次翻頁，裝置回到初始位置准備下次翻頁。反向翻書時，原理相同。本產品使用220伏交流電源即可。
主要創新點 （1）吸頁裝置是根據流體力學的「負壓原理」，使用電腦散熱風扇製作出來的，效果非常好；（2）翻書棒的動作設計：使用同步帶傳動帶動固定在同步帶上的翻書棒平動，翻頁平穩，正反向傳動比較可靠；（3）在書夾的設計上妙地將夾子的機械部分和電磁鐵結合在一起，只需通斷電就可以控制書夾的開合，簡單好用；（4）相對於純機械的翻書機，該設計採用單片機控制，實現了自動化、機電一體化。殘疾朋友只需用腳或者其他部位觸動開關，即可完成翻書動作。
推廣應用價值 第一、該作品可以實現自動翻不同大小，不同厚度的書籍。能夠很好地滿足雙手殘疾的人看書學習的需求。第二、該作品全部由簡單的零部件組成，加工工藝要求不高，且部分使用標准件，互換性好。第三，該設計成本低廉，廠家有一定的利潤空間。另外，該作品不僅可以供手臂殘疾者使用，也可以供那些因某種原因不方便用手的人使用，如因病暫時不方便用手的人。而且其原理可以推廣到翻譜、復印等產品里。因此該作品具有非常廣闊的應用前景。

8、triz理論的40個發明/創新原則是什麼？

一、分割原則

1、將物體分成獨立的部分。

2、使物體成為可拆卸的。

3、增加物體的分割程度。

二、拆出原則

1、從物體中拆出"干擾'部分("干擾"特性)或者相反。

2、分出唯一需要的部分或需要的特性。

三、局部性質原則

1、從物體或外部介質(外部作用)的一致結構過渡到不一致結構。

2、物體的不同部分應當具有不同的功能。

3、物體的每一部分均應具備最適於它工作的條件。

四、不對稱原則

1、物體的對稱形式轉為不對稱形式。

2、如果物體不是對稱的，則加強它的不對稱程度，

五、組合原則

1、把相同的物體或完成類似操作的物體組合合起來。

2、把時間上相同或類似的操作聯合起來。

六、多功能原則

1、一個物體執行多種不同功能，因而不需要其他物體。

七、『瑪特廖什卡'原則

1、一個物體位於另一物體之內，而後者又位於第三個物體之內，等等。

2、一個物體通過另一個物體的空腔。

八、重量補償原則

1、將物體與具有上升力的另一物體結合以抵消其重量。

2、將物體與介質(最好是氣動力和液動力)相互作用以抵消其重量。

九、預先反作用原則

1、如果按課題條件必須完成某種作用，則應提前完成反作用。

十、預先作用原則

1、預先完成要求的作用(整個的或部分的)。

2、預先將物體安放妥當，使它們能在現場和最方便地點立即完成所需要的作用。

十一、"予先放枕頭"原則

1、以事先准備好的應急手段補償物體的底可靠性。

十二、等勢原則

1、改變工作條件，使物體上升或下降。

十三、"相反"原則

1、不實現課題條件規定的作用而實現相反的作用。

2、使物體或外部介質的活動部分成為不動的，而使不動的成為可動的。

3、將物體顛倒。

十四、球形原則

1、從直線部分過渡到曲線部分，從平面過渡到球面，從正六面體或平行六面體過渡到球形結構。

2、利用棍子、球體、螺旋。

3、從直線運動過渡到旋轉運動，利用離心力。

十五、動態原則

1、物體(或外部介質）的特性的變化應當在每一工作階段都是最佳的。

2、將物體分成彼此相對移動的幾個部分。

3、使不動的物體成為動的。

十六、局部作用或過量作用原則

1、如果難於取得百分之百所要求的功效，則應當取得略小或略大的功效。此時可能把課題大大簡化。

十七、向另一維度過渡的原則

1、如果物體作線性運動（或分布）有困難，則使物體在二維度(即平面)上移動。相應地，在一個平面上的運動(或分布)可以過渡到三維空間。

2、利用多層結構替代單層結構。

3、將物體傾斜或側置。

4、利用指定面的反面。

5、利用投向相鄰面或反面的光流。

十八、機械振動原則

1、使物體振動。

2、如果巳在振動，則提高它的振動頻率(達到超聲波頻率)。

3、利用共振頻率。

4、用壓電振動器替代機械振動器。

5、利用超聲波振動同電磁場配合。

十九、周期作用原則

1、從連續作用過渡到周期作用(脈沖)。

2、如果作用已經是周期的，則改變周期性。

3、利用脈沖的間歇完成其他作用。

二十、連續有益作用原則

1、連續工作(物體的所有部分均應一直滿負荷工作)。

2、消除空轉和間歇運轉。

二十一、躍過原則

1、高速躍過某過程或其個別階段(如有害的或危險的)。

二十二、變害為利原則

1、利用有害因素(特別是介質的有害作用)獲得有益的效果。

2、通過有害因素與另外幾個有害因素的組合來消除有害因素。

3、將有害因素加強到不再是有害的程度。

二十三、反向聯系原則

1、進行反向聯系。

2、如果已有反向聯系，則改變它。

二十四、"中介"原則

1、利用可以遷移或有傳送作用的中間物體。

2、把另一個(易分開的)物體暫時附加給某一物體。

二十五、自我服務原則

1、物體應當為自我服務，完成輔助和修理工作。

2、利用廢料(能的和物質的)。

二十六、復制原則

1、用簡單而便宜的復製品代替難以得到的、復雜的、昂貴的、不方便的或易損壞的物體。

2、用光學拷貝(圖像）代替物體或物體系統。此時要改變比例(放大或縮小復製品)。

3、如果利用可見光的復製品，則轉為紅外線的或紫外線的復制。

二十七、用廉價的不持久性代替昂貴的持久性原則

1、用一組廉價物體代替一個昂貴物體，放棄某些品質(如持久性)。

二十八、代替力學原理原則

1、用光學，聲學、 『味學"等設計原理代替力學設計原理。

2、用電場．磁場和電磁場同物體相互作用。

3、由恆定場轉向不定場，由時間固定的場轉向時間變化的場，由無結構的場轉向有一定結構的場。

4、利用鐵磁顆粒組成的場。

二十九、利用氣動和液：壓結構的原則

1、用氣體結構和液體結構代替物體的固體的部分，如充氣和充液的結構，氣枕，靜液的和液體反沖的結構。

三十、利用軟殼和薄膜原則

1、利用軟殼和薄膜代替一般的結構。

2、用軟殼和薄膜使物體同外部介質隔離。

三十一、利用多孔材料原則

1、把物體作成多孔的或利用附加多孔元件(鑲嵌，覆蓋，等等)。

2、如果物體是多孔的，事先用某種物質填充空孔。

三十二、改變顏色原則

1、改變物體或外部介質的顏色。

2、改變物體或外部介質的透明度。

3、為了觀察難以看到的物體或過程，利用染色添加劑。

4、如果已採用了這種添加劑，則採用熒光粉。

三十三、一致原則

1、同指定物體相互作用的物體應當用同一(或性質相近的)材料製成。

三十四、部分剔除和再生原則

1、已完成自己的使命或已無用的物體部分應當剔除(溶解．蒸發等)或在工作過程中直接變化。

2、消除的部分應當在工作過程中直接再生。

三十五、改變物體聚合態原則

1、這里包括的不僅是簡單的過渡，例如從固態過渡到液態，還有向"假態"(假液態)和中間狀態的過渡，例如採用彈性固體。

三十六、相變原則

1、利用相變時發生的現象，例如體積改變，放熱或吸熱。

三十七、利用熱膨脹原則

1、利用材料的熱膨脹(或熱收縮)。

2、利用一些熱膨脹系數不同的材料。

三十八、利用強氧化劑原則

1、用富氧空氣代替普通空氣。

2、用氧氣替換富氧空氣。

3、用電離輻射作用於空氣或氧氣。

4、用臭氧化了的氧氣。

5、用臭氧替換臭氧化的(或電離的)氧氣。

三十九、採用惰性介質原則

1、用惰性介質代替普通介質。

2、在真空中進行某過程。

四十、利用混合材料原則

1、由同種材料轉為混合材料。

現代TRIZ理論體系主要包括以下幾個方面的內容：

1、創新思維方法與問題分析方法

TRIZ理論中提供了如何系統分析問題的科學方法，如多屏幕法等；而對於復雜問題的分析，則包含了科學的問題分析建模方法——物-場分析法，它可以幫助快速確認核心問題，發現根本矛盾所在。

2、技術系統進化法則

針對技術系統進化演變規律，在大量專利分析的基礎上TRIZ理論總結提煉出八個基本進化法則。利用這些進化法則，可以分析確認當前產品的技術狀態，並預測未來發展趨勢，開發富有競爭力的新產品。

3、技術矛盾解決原理

不同的發明創造往往遵循共同的規律。TRIZ理論將這些共同的規律歸納成40個創新原理，針對具體的技術矛盾，可以基於這些創新原理、結合工程實際尋求具體的解決方案。

4、創新問題標准解法

針對具體問題的物-場模型的不同特徵，分別對應有標準的模型處理方法，包括模型的修整、轉換、物質與場的添加等等。

5、發明問題解決演算法ARIZ

主要針對問題情境復雜，矛盾及其相關部件不明確的技術系統。它是一個對初始問題進行一系列變形及再定義等非計算性的邏輯過程，實現對問題的逐步深入分析，問題轉化，直至問題的解決。

6、基於物理、化學、幾何學等工程學原理而構建的知識庫

基於物理、化學、幾何學等領域的數百萬項發明專利的分析結果而構建的知識庫可以為技術創新提供豐富的方案來源。

9、大學生如何進行機械創新設計？+200分

機械創新設計是一個極其重要而又困難的實踐性較強的研究課題。目前創新設計方法研究雖然已取得一些成果，但創新學還處於發展初期，各種不同理論及工具不斷涌現，遠沒有形成普遍可以接受的統一的理論體系。

本文認為，要進行機械創新設計要有兩個必要條件：一是充分獲取適用的知識；二是要使用符合創新設計思維並能激發創新思維的設計系統。設計過程充滿了矛盾，所獲取的知識應有助於矛盾的迅速解決，這就要求知識獲取工具緊密集成到設計過程中，因此要統一研究知識獲取工具與設計系統。另外，人類的創新設計思維模式是在長期的成功設計經驗中總結形成的，因此設計系統必需符合創新設計思維規律。創新設計思維規律應作為算機輔助創新設計系統的理論基礎。

基於上述考慮，本文從創新設計思維的研究出發，融合知識獲取方法，研究創新設計理論，進而開發機械產品創新設計系統。

1 機械創新設計思維規律

我們常把思維的過程稱為「思路」，是因為可用路徑問題來說明人類思維過程。本文提出兩個機械創新設計思維原則：

一是最短路徑原則。設計者得到產品的功能要求後，往往首先檢索出最佳設計實例，這樣可以最迅速接近目標，然後運用價值工程方法，找出價值較低的極少數組件作為研究對象，再分析所得對象存在的矛盾，嘗試作最小變動以解決矛盾，如矛盾沒有解決則擬作更大變動或擴大研究對象范圍，最後得出最優結果。通過這樣途徑所消耗的能量最少，體現了最短路徑原則。

二是相似性聯想。湯川秀樹的定同理論認為，聯想能力就是找出事物彼此相似性的創造力，相似性是指事物間的內在聯系。

要用計算機系統來輔助設計師從自然界中發現形態各異的事物的相似性是很困難的，因此本文只研究從機械產品實例中挖掘相似性，以促進機械創新設計。

機械設計過程是從功能要求到作用原理，再到物理結構的映射過程[1]。在CBR系統中，功能要求、作用原理與物理結構可作為實例索引，因此可統稱它們為索引項目。同一索引的不同類索引項目之間的聯想可稱為縱向聯想，而不同索引的同類索引的聯想可稱為橫向聯想。

判斷聯想是否合理的依據是相似性，相似性由已有產品實例確定。比如，「超聲波研磨機產品實例」使「超聲波振動」作用原理與「研磨」功能要求縱向地產生了內在聯系；又如，多種產品實例可滿足同一功能要求，那麼它們用於實現該功能的作用原理及物理結構具有相似性。

功能要求是聯想的起點，經驗豐富的設計師通常記憶有大量的設計實例，因而掌握縱向及橫向相似性，所以能迅速地進行橫向及縱向的聯想，能觸類旁通，得出具有相似作用原理及物理結構的實例（簡稱相似實例）並進行組合優化，最後得到最優解。

這兩項原則已被多種設計方法不自覺地採用了，基於實例推理不但能迅速接近最優解，體現最短路徑原則；物場分析法（簡稱TRIZ）分析了上百萬設計實例，確定功能要求與作用原理及物理載體的內在聯系，以及不同作用原理或物理載體的可替代關系，使設計師可根據功能要求找到適當的作用原理及物理載體，體現相似性聯想原則。

2 計算機輔助創新設計系統

兩項創新設計思維原則充分體現在計算機輔助創新設計系統的設計中，系統還利用了多種創新設計方法及人工智慧技術。計算機輔助創新設計系統的流程如圖1所示，它包含如下關鍵技術：

2.1 實例檢索

利用基於實例推理（CBR）技術時首先要深入研究它的優缺點。CBR是一種以實例為知識載體的知識供應方法。當前它仍有如下不足：首先，系統為了達到實用通常建立龐大的實例庫，這導致管理困難，系統運行效率低；其次，通過檢索得到的只是一個或很少實例，而其它不符合檢索要求但含有適用知識的實例沒有利用，支持創新的力度不夠；最後，實例調整嚴重依賴領域知識，難度大，所以很多CBR系統簡化為實例檢索系統[2]。導致這三項缺點的深層原因是實例是獨立的，不同實例所蘊含的知識難以組合利用。為了克服這個矛盾本文提出通過相似性聯想找出相似實例，並利用遺傳演算法進行組合優化，實現實例知識的重用。

本系統的實例檢索功能用商品化PDM系統IMAN中的產品結構與配置管理功能及搜索功能來實現，實例的可視化表示與管理依靠IMAN的產品結構樹功能實現。

2.2可視化的實例模型表達及矛盾分析

概念設計技術的發展方向為研究一種統一的設計方案表達方法[3]。文獻[4]對日本學者吉川弘之提出的FBS圖進行擴充，使用兩個框架分別描述一個設計方案的功能層次與結構層次，並存儲功能單元與結構單元的對應關系，使計算機理解產品的結構及其功能。這種方法的缺點是結構與功能的關系不夠直觀，因此本系統在功能層次圖與結構層次圖的基礎上增加功能關系圖，以語義網路的方式描述結構及之間的作用關系，使結構與功能處於同一張圖中，設計者可直觀地理解產品原理，根據功能關系圖並運用價值工程方法分析實例存在的矛盾。

實現創新的關鍵是正確分析產品中所存在的矛盾[5]。產品設計中的基本矛盾是產品功能成本比不能滿足用戶要求，它有兩種表現形式，一是未能實現某些產品功能質量目標；二是某些功能質量得到改善而某些功能質量卻惡化。

矛盾分析結果用於指導新作用原理、新物理結構的聯想，進而找出相似實例。

2.3基於WEB的創新設計知識庫

本系統的創新設計知識庫包括作用原理庫、物理結構庫與實例庫。當系統根據相似性搜索到新作用原理或物理結構後，相應的實例自動調出。

作用原理庫與物理結構庫的開發借鑒了TRIZ的成果，再針對機械領域補充整理出二百四十餘種作用原理（其中包括五十餘種基本措施）。在每種作用原理下分別存儲多種物理結構，形成物理結構庫。實例庫主要針對幾種常見的家電產品進行開發。

創新設計知識庫是創新設計系統的核心部件，它是一種WEB文本知識庫，文本經過筆者開發的機械知識XML標記處理，使知識庫建立在國際標准XML文本之上，因此可實現知識資源的異地共享，並且在此知識庫之上可建立基於WEB的機械產品計算機輔助創新設計系統，滿足異地協同設計的需要。

2.4相似性的量化方法及改進的遺傳演算法

每種產品的結構不同，需要不定相同的遺傳演算法編碼。本系統為了提高運行效率，採用浮點數編碼方式。

在傳統的遺傳演算法中，初始群體是通過用隨機的方法來產生的[6]，這具有一定的盲目性。因此本文提出利用實例的作用原理或物理結構的相似性作為篩選實例產生初始群體的依據。

實現該途徑的關鍵在於相似性的量化也即相似度的計算方法。相似度實質是實例的關聯知識，必須以一定的演算法在實例集合中挖掘得到。縱向聯想的相似度實質是功能目標與實現手段的關系程度，橫向聯想的相似度實質是實現手段的可替代關系程度。相似度越高意味著得到已有產品實例的更多支持。根據相似度來篩選初始群體就等於利用以前的設計經歷，使初始群體的產生有合理的基礎，因此能加快遺傳演算法的收斂。本文根據相似性聯想原理提出如下縱向及橫向聯想的相似度計算方法。

設產品實例集合為C，功能元素集合為F，作用原理或物理結構元素集合為G。分別記為：C={Ci|i=1,2,…,n}; F={Fj|j=1,2,…,m}; G={Gk|k=1,2,…,q}。實例集合中的實例Ci以不同的隸屬度uij及uik分別隸屬於Fj及Gk。 設元素Gk到元素Fj的縱向聯想相似度為rkj，則：

rkj =

又設G空間中有元素Gk和Gm。實例Cji分別以隸屬度uik和uim隸屬於元素Gk和Gm，設從Gk到Gm的橫向聯想相似度為rkm，則：

rkm =

隸屬度作為實例對象的一項屬性來存儲。系統根據以上演算法從實例集合中挖掘相似度知識，輔助設計師從相似度較高的方向進行聯想，並用於指導遺傳演算法初始群體的產生，從而促進設計創新。

3 結論

本文研究創新設計思維規律並用於指導機械產品創新設計系統的開發，系統的成功應用證明了關於創新設計思維規律論斷的正確性以及多種新技術的可行性。系統可通過矛盾分析與聯想，搜索到適用的作用原理、措施、物理結構及實例以解決矛盾，完成概念設計階段的功能優化與原理優化，是實現機械廣義優化設計方法的新成果。