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1、国培计划-通用技术课程培训,技术设计的过程与创新,一.技术设计的一般过程,1.1 设计及其含义：,国培计划-通用技术课程培训,1. 设计（Design）：设计是基于一定的设想，有目的的规划和创造活动，是人类的一种创造性劳动，是将各种先进技术成果转化为生产力的一种手段和方法。,2. 设计与技术之间的关系： （1）设计是技术发展的重要驱动力； （2）技术目标需要通过设计实现； （3）设计与技术相互促进。,国培计划-通用技术课程培训,3.设计的类型及特点：,（1）技术设计：是围绕技术目的而开展的设计，注重于功能、机构、结构、材料、流程、工艺等具体的技术问题。,（2）艺术设计：是围绕艺术目的而展开的设
2、计，注重于色彩、造型、质感、布局、构图等视觉感觉的需要。,（3）技术设计与艺术设计的界限：技术设计与艺术设计之间并没有明显的界限，技术设计中需要考虑人们审美的需要，考虑技术产品外在质量对使用功能的影响；而艺术设计中也广泛应用了一些技术手段。,国培计划-通用技术课程培训,1.2 技术设计的一般步骤,国培计划-通用技术课程培训,二.原理方案的创新设计,2.1 原理方案创新设计步骤（功能设计法）：,1.功能设计法： 是用系统工程的原理，从产品的功能分析入手，通过创新构思，探求众多的方案，而后进行技术经济评价，优化筛选出最优的原理方案的一种方法。这种方法是先发散后收敛的过程。,国培计划-通用技术课程培
3、训,（1）功能：功能是产品或技术系统特定工作能力抽象化的 描述，与产品的用途、能力、性能等概念是不同的。,（2）功能的概念是1946年由美国工程师L.D.麦尔斯提出的， 把它作为价值工程研究的核心问题。其认为顾客购买的不是 产品本身，而是产品的功能。,（3）在产品设计时，产品的机构或结构是由工作原理确定，而工作原理的构思又由产品的功能来确定，所以正确描述产品的功能是决定创新设计的关键。,（4）产品功能的描述，力求准确、简洁，并合理抽象，体现其本质，避免带有倾向性的提法而形成种种框框。,国培计划-通用技术课程培训,（5）黑箱法：是系统工程研究分析问题的一种常用方法。其将一个未知系统看作一个不知道
4、内部结构的不透明黑箱，而后通过对外部的输入输出分析，了解其功能、特性，从而再进一步探求其内部原理和结构。,国培计划-通用技术课程培训,2.原理方案设计一般步骤：,国培计划-通用技术课程培训,2.2 原理方案创新设计举例,根据市场调查，设计一个结构简单、便携、价廉的手 动剃须刀。,1.明确设计任务： 结构简单、体积小、价格低廉、不用电的剃须工具。,2.总功能设计： 采用黑箱法求解所设计产品的总功能。对于手动剃须 刀，其总功能分析为：,国培计划-通用技术课程培训,3.总方案设计分析： 是在总功能基础上对系统原理方案进行设计和分析，确定原理方案的过程。具体实施可先在较大领域内进行工作原理的搜索，而后
5、采用一些创造技法求得满足功能要求的总原理方案。,国培计划-通用技术课程培训,对于“形成螺纹”的总功能，在机械加工范围内可得到5种方案：,国培计划-通用技术课程培训,对于剃须刀“须肤分离”的总功能，采用机械式、化学式等多种原理，而机械式又可采用拔须、剪须、剃须等原理，剃须又可采用移动式、回转式等结构。由于剃须时要对皮肤进行良好保护，所以要求刀具运动平稳、运行速度高，因此选择回转式结构。,国培计划-通用技术课程培训,4.功能元分解： 对于比较复杂的技术系统，很直接求得满足总功能的原理解，这时可利用系统工程分解性原理，将系统按总功能、分功能、功能元（是指不能再分解的功能）进行分解，化繁为简，以便通过
6、各功能元的组合求得大量的技术系统原理方案。功能元分解一般采用树状结构图表达。,国培计划-通用技术课程培训,激光分层实体制造设备的功能分析：,激光分层实体制造原理图,国培计划-通用技术课程培训,回转式剃须的总功能分解为以下分功能和功能元：,国培计划-通用技术课程培训,5.功能元求解： 是对所分解的功能元进行求解，获得尽可能多的解决方案。 常用的方法有： （1）参考借鉴有关产品资料和专利文献； （2）利用“设计目录”法； （3）运用各种创新技法。,国培计划-通用技术课程培训,“分纸”的功能元的多种功能解：,国培计划-通用技术课程培训,对于回转式剃须的功能元有：,驱动（A）、运动转化（B）、速度提升
7、（C）、速度调节（D）、贮须（E）。每一个功能元均可求得若干功能解。如手动驱动可采用往复移动和往复摆动；速度提升可采用定轴轮系和周转轮系；速度调节可采用离心调速和飞轮调速等。,国培计划-通用技术课程培训,6.求系统原理解： 将功能元解合理组合得到多个系统原理解，一般采用 “形态学” 矩阵进行组合，具体方法是将各功能元和相应的 功能元解作为纵、横坐标，列出形态学矩阵，而后进行合 理的组合，最多可得到N种解： N=n1n2njnm,国培计划-通用技术课程培训,剃须刀形态学矩阵：,则可组合的方案数为： N=24322=96,国培计划-通用技术课程培训,7.最佳系统原理解： 在多个系统解中，根据不相容
8、性和设计边界条件的限制删去不可行的方案和明显不理想的方案。对剩余的方案通过定量评价、优化，得到最佳原理方案。,（1）评价目标及内容： a.技术评价目标：包括工作性能、加工工艺性能、装配工 艺性能、人机关系性能、使用维护性能、技术先进性指标； b.经济评价目标：包括成本、利润、投资回收期等指标； c.社会评价目标：包括对社会的影响、市场效应、环境保 护、节能、报废后可挥手利用价值等指标。,国培计划-通用技术课程培训,（2）评价方法： a.直接评分法：评分者根据 b.加权平分法： c.模糊评价法：,-盒式贮须（F1）,-盒式贮须,（3）手动剃须刀通过对多个方案的评价、优化得到一种较理 想的原理方案： 往复移动（A1）-齿轮齿条传动（B1） -定轴轮系变速（C1）-飞轮调速（D2）-盒式贮须（F1）,国培计划-通用技术课程培训,国培计划-通用技术课程培训,三.机构原理创新设计方法,四.结构原理创新设计方法：,五.技术设计中常用创新方法,