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1、产品设计中的效应,目的：初步了解效应在产品概念设计中的 预计用时：120分钟,第七讲,1,2,3,2.1 什么是效应?,2.2 效应的分类,2.3 效应与科学原理,2.4 效应链,2.5 效应模式,2.6 效应解决问题的一般过程,物理,化学,几何,生物,创新中如何应用呢,？,1 概述,功能,产品,市场,产品开发过程,用户需求,1 概述,需求进化定律,1 概述,产品,功能,载体,核心和本质,19世纪40年代，美国通用电气公司的工程师迈尔斯首先提出功能(Function)的概念。,产品是功能的载体； 功能是产品的核心和本质。,1 概述,1 概述,求解实现功能的过程,与创新紧密相关的一个设 计阶段,
2、三个思路障碍,工程师在创新过程中存在,1 概述,心理惯性,有限的知识领域,尝试错误法,这些缺点限制工程师思考创新能力，因而降低产生高品质解决方法的可能性。,问题,方向4,方向3,方向2,方向1,解,如何突破思路障碍呢？,我们需要新的方法 ？,1 概述,功能可以分解；,2 效应,2.1 什么是效应?,瓦解污垢,分离污垢,去除污垢,脱水,烘干,熨烫,洗衣服功 能,去污,？,？,？,？,？,？,2 效应,分解到何种程度为止呢? 设计的“最小组成部分”效应,功能模型,2.1 什么是效应?,2.1 什么是效应?,2 效应,是指应用本领域特别是其它领域的有关定律解 决设计中的问题，即按照定律规定的原理将输
3、 入量转化为输出量以实现相应的功能。,摩擦定律 f=N,摩擦效应,2.2 效应的分类,物理效应,化学效应,几何效应,生物效应,杠杆定律 FaLa=FbLb,杠杆效应,效应,按照包含信息的不同,效应可以通过将输入量和输 出量联系起来的定律来描述。,答案是麦比乌斯带,？,怎样才能加倍皮带的工作时间而不用增加皮带的长度呢？,2.3 效应与科学原理,传统的皮带是环状，皮带的外表面有研磨性物质，皮带安装在机器上。当需要打亮物体时，只要对着移动的皮带压住物体。但是使用过一阵子，皮带上的研磨物会被磨尽，皮带必须更新，这会失去很多的生产时间。,基于上述认识，将所有的物理、化学和几何效应搜集起来，然后以创新性方
4、式整理物理学、化学和几何学，按功能对效应进行分类； 建立和使用已发明为目的效应知识库，将效应作为一种创新工具，以便在寻找实现某种功能的效应时能够迅速地找到它们。,2.3 效应与科学原理,效应是输入、输出之间的关系，如图a所示。 一般而言，每一个效应有一输入和输出，因此效应模型有两个接线（两极），如图b所示。 大多数效应都可以通过一个辅助量来控制，可控制的效应有三个接线（三极），如图c所示。控制流可以控制或调整效应的输出。,2.4 效应链,例如：杠杆效应可以改变力的大小和方向。 如图所示：长度（l）是杠杆效应的控制流，假设力（F1）不变，改变动力臂和阻力臂的长度可以改变力（F2）的大小。,2.4
5、 效应链,具有多个输入流、输出流或控制流的多极效应模型如图所示。图中列出了8种效应模型，每一种效应模型的输入流、输出流或控制流均不多余2个，其他情况可同理类推。,2.4 效应链,将效应链基本组成方式称为效应模式。 效应模式有以下几种形式：,单一效应模式 串联效应模式 并联效应模式 环形效应模式 控制效应模式,2.5 效应模式,单一效应模式：由一个效应直接实现，即内部行为只包含一个子行为，如图所示。,例如，杠杆效应可以改变力 (F） 的大小或方向。,2.5效应模式,串联效应模式：由按顺序相继发生的多个效应共同实现，如图所示。,例如，热传导效应可以改变物体的温度，即实现行为：T1增加T2；当温度（
6、T2）超过形状记忆材料的相变点温度（T0）时，形状记忆材料会恢复原状而产生形变（TF），形状记忆效应可以实现行为：T2产生TF（T2 T0）；热传导效应(E1)和形状记忆效应(E2)可以联结起来构成串联效应模式实现行为，如图所示。,2.5效应模式,并联效应模式：由同时发生的多个效应共同实现，如图所示。,例如，电磁感应效应(E1)和流体效应(E2)与波义尔效应(E3)构成并联效应模式，将电磁感应效应输出的动能和流体效应输出的水结合产生液流实现行为，如图所示。,2.5效应模式,环形效应模式：由多个效应共同实现，后一效应的输出流的一部分或全部通过一定的方式送回到前一效应的输入端，如图所示。,例如，热
7、传导效应(E1)与热力学第一效应(E2)构成环形效应模式，将热力学第一效应输出的水反馈到热传导效应的输入端实现行为 ，如图所示。,2.5效应模式,控制效应模式：由多个效应共同实现，其中一个或多个效应的输出流由其他效应的输出流控制，如图所示。,例如，弹性-塑性形变效应(E1)与形状记忆合金效应(E2)构成控制效应模式，将弹性-塑性形变效应的输出流联结到形状记忆合金效应的控制端实现行为，如图所示。,2.5效应模式,效应连接规则： 在上述效应模式中，邻接效应的输入流与输出流必须相容，以保证效应连接的可行性。 另外，虽然在理论上组成效应链的效应数流可以任意确定，但为使设计的系统简化，组成效应链的效应数
8、量应该尽可能的少。,2.5效应模式,2.6 效应解决问题的一般过程,1）问题分析 功能分析,传统的肾结石提取器无法破坏较大的结石，要实现对较大结石的破碎，必须在较小的空间内产生一个相对较大的力,3 工程实例,肾结石提取器工程实例,2）确定需求的功能,3 工程实例,产生力：胡克效应、电场效应、磁场效应等 产生形变：形状记忆效应、热膨胀效应等,需求功能：产生力,3）查找效应,4）利用效应,3 工程实例,通过流体加热形状记忆合金使其产生形变，利 用形状记忆合金的形变产生力,5) 解决方案,3 工程实例,先用拉力使形状记忆合金产生形变，然后用热水 形状记忆合金使其恢复初始状态，这样就能实现 肾结石提取器在小空间内产生较大的力。,3 工程实例,5) 解决方案,产品概念设计,效应,课 程 回 顾,谢谢大家！,