同济大学 机械设计创新考题答案.docx

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同济大学机械设计创新考题答案

同济大学机械创新设计

一、摆脱习惯性思维训练题

1、某人的衬衣纽扣掉进了已经倒入咖啡的杯子里，他赶紧从杯子里拾起纽扣，不但手不湿，连纽扣也是干的，这是怎么回事？

（只倒了咖啡没倒水）

2、汽车司机的哥哥叫李强，可是李强并没有弟弟，这是怎么回事？

（汽车司机是女的）

3、如果你口袋里的火柴盒中只剩下一根火柴，黑夜里你走进房间，房间里有蜡烛、油灯及煤气灶，那么，你先点燃什么？

（先点燃火柴）

4、广场上有一匹马，马头朝东站立着，后来又向左转270°，请问，这时它的尾巴指向哪个方向？

（指向下边）

5、一天晚上，老王正在读一本很有趣的书，他的孩子把灯关了，尽管屋里一团漆黑，可老王仍在继续读书，这是怎么回事？

（盲文书）

6、天花板下悬挂两根相距5米的长绳，在旁边的桌子上有些小纸条和一把剪刀，你能站在两绳之间不动，伸开双臂，两手各拉住一根绳子吗？

（先用一根绳子把剪刀缚住，推动剪刀使它移动，然后走过去用一只手抓住另一根绳，另一只手接过移动来的剪刀）

发散性思维——GPS的功能

1.确定移动物的确切位置；

2.追踪小偷；

3.测速；

4.为盲人指路；

5.研究地质（地质灾害预测）；

6.找离家出走的人（小孩、痴呆老人，嫌疑人）

7.测量湿度；

8.监测路面施工状况，起重大件位移、速度控制；

9.绘制地图；

10.导航;

11.考古。

针对以下信息，运用逆向思维提出新设想（填表）。

基本信息

逆向思维结果（新设想）

水龙头

抽水泵

跑步锻炼

跑步机

为防尘室内脱鞋

鞋套机

二、用缺点列举法、希望点列举法提出设想

1.列举体温计诸缺点

1）现有的体温计必须接触人体才能测量，在医院同一支体温计先后来测量不同人的体温，有时可能会引起疾病传染；

2）体温计不能测量人体内脏的温度；

3）体温计不便于儿童测量体温；

4）体温计不便于测量人的额头温度；

5）体温计不便随身携带，随时测量；

6）体温计不能弯曲。

2.分析、鉴别缺点，确定创新主题，进行创新设计。

1）防传染，研制非接触体温计（红外辐射式）；

2）为测内脏温度，设计微型肠道温度计；

3）为便于儿童测量温度，设计汤匙型体温计；

4）针对不能弯曲和测额头温度，开发出额头薄片温度计；

5）为便于随身携带，研制戒指式温度计。

2希望点列举法

缺点列举与希望点列举区别

原理:

提出希望,经过归纳,实现创造。

步骤：

1）了解人们的需求心理（生理、安全、社交、自尊、自我实现、生产和科研需求）【求新、求美、求异、求实、求全、求奇、求快、求廉、求健、求胜、求稳】“方便”（面、粥、净菜）；“肥胖”（减肥茶、健身，医疗）；“省电”

2）列举、收集希望点

a多观察、多联想，紧扣人们的需求b广泛征求意见或进行抽样调查c采用智力激励法实施列举

3）希望点的分析与鉴别

运用希望点列举法改进手机

1）希望手机与GPS联接，迷路时充当向导。

2）希望手机高度智能化、情感化，它是人的工具又是朋友，烦闷时谈心，孤寂时聊天。

3）希望手机配医学专家系统，病时获诊断、处方。

4）希望可以利用手机记帐和个人理财。

5）希望手机在夜行时充当手电筒。

6）希望手机上网像计算机上网一样方便。

7）希望手机能接受电台、电视台的节目。

8）希望生产出适合各种性格和年龄的人们使用的具有不同色彩的手机。

9）希望手机的形状和体积像手表，可以轻松地戴在手上。

10）希望手机的体积大幅度减少，从而将之设计为各种的服饰（如项链、领带夹、耳坠），悬挂、镶嵌或佩带在身上或服装上。

11）希望手机同时也是一支精致的钢笔。

12）希望手机没有电辐射的危害。

13）希望手机具防窃、遗失提醒功能。

14）希望手机可视通讯，采集、交换数据。

15）希望手机具遥控器功能，甚至通讯控制家用电器。

16）希望手机家庭、社会治安网连通。

IBM公司2000年8月在一次高科技展览会展示：

耳环（耳机），项链（话筒），戒指（呼叫时灯闪烁），手表（拨入拨出号码显示，接入呼出按钮）

用属性列举法提出改进电风扇的新设想

1.对现有的电风扇进行分析，并列举属性

组成：

电动机、扇叶、立柱、开关等；驱动：

电力；功能：

送风。

1）名词属性

整体：

台式、落地式、吊式、壁式；部件：

电动机、扇叶、网罩、立柱、底柱、控制器；材料：

钢、铝合金、铸铁、塑料；制造方法：

铸造、机加工、手工装配；

性能：

风量、转速、转角范围。

2）形容词属性

外形：

圆形网罩、圆形截面立柱、圆形或方形底座；

颜色：

浅蓝、米黄、象牙白。

3）动词属性功能：

扇风、摇头、升降。

2.提出改进

针对名词属性思考

1）双轴电动机，双组扇叶，电动机座转180°，风扇送风360°。

2）扇叶材料改成经中药浸泡的檀香木，制成保健扇。

3）调节风速大小和转速高低的控制按钮能否改进？

能否改遥控？

能不能加微电脑，使电风扇智能化（与室温相关，人在即开）？

4）栅页扇，将网罩设计成栅页状且可回转，使风受到栅页干扰后排出，从而保证送风角度大、风力柔和，同时可以实现环绕式立体送风。

5）能否作成“衣帽架”式落地扇？

冬天闲置不用时将网罩、电动机取下，换上配套的衣帽架，可挂冬天的衣帽。

针对形容词属性思考

1）装饰扇，外型设计新颖，网罩克服清一色圆形（如椭圆形、方形、菱形、动物造型），或者与华丽的灯饰融为一体作为室内装饰品。

2）电风扇的外表涂色能否多样化？

将单色变为彩色，让其有个性化特点，或用变色材料使之成为迷幻式，吸引消费者眼球。

针对动词属性思考

1）除尘扇，能有效清除空气中的尘埃。

2）空调扇，具有空调的制冷与制热功能，但价格比空调便宜几倍3）消毒扇，能定时喷洒空气净化剂，消除空气中有害病毒，尤其适用大众流通场合及医院病房。

4）理疗风扇，不仅带来凉意，而且能保健按摩，具有理疗功能。

5）加湿/除湿风扇，能监测室内空气中水分的含量，自动实现加湿/除湿功能。

6）安全扇，增加“倾倒即停”,“触手就停”装置，保证使用安全。

7）无级调速扇，将现有的“强、弱、微”三裆有级调速改为无级调速。

运用特征列举法提出改进普通自行车的若干新设想。

名词：

整体（自行车）;部分（车把、车身、车闸、链传动、脚蹬、鞍座、车轮、动力等）;材料（碳钢、锰钢、全塑料、碳纤维、铝合金等）制造方法（螺纹连接、焊接、粘接；模压成型等）

形容词：

尺寸大小；速度快慢；单人骑多人骑；宜人（舒适、省力）；造型、色彩等

动词：

功能（单功能：

交通工具、健身、比赛用；多功能：

巡警用，旅游用等）

设想：

1）巡警用自行车（车载通讯设备，GPS定位，警用械器，碳纤维粘接成，多速）

2）小型家庭型旅游自行车（两人驱动，设前后蹬踏，中间设置孩子座位，分别设有单向离合器使驱动力同时推动车轮而不互相干涉；袖珍：

可放在车后备箱，带入位高层居家。

3）赛车（流线型，躺式手摇驱动无链传动，用全塑料制成的高速自行车。

）

三、用组合法设计

1.信息组合法

火腿肠新产品开发

主料：

6种（猪、牛、羊、鱼、鸡、水果）味道：

8种（火腿、烤鸡、烤鸭、叉烧、香菇、清香、甜咸、水果味）形状：

4种（圆、长方、方、环形）192种

用信息组合法分析公园游船的设计问题

船体外形：

龙、鱼、鹅、鸳鸯、画舫、飞碟；船的推进动力：

手划浆、脚踏浆、喷水、电动螺旋桨、明轮；船体的材料：

木、钢、水泥、塑料、玻璃钢、铝合金。

2.形态分析

步骤：

1）明确研究对象；（功能、性能、使用、可靠性、成本、尺寸、外形、产量要求）2）组成因素分析；（各个部分、装置、成分、过程、状态；列出全部、彼此独立。

）3）形态分析；（每个因素有若干个形态，Pni中n为第n个因素，I为第I个形态；用图、表反映）4）形态组合；（对各因素各形态进行排列组合；总方案数）5）方案初评；6）选择最佳方案。

A英国厄威克技术管理公司运用形态分析法探讨生产金属零件的新工艺。

形态组合：

5184种可能方案

发现已有技术：

P13P22P34P43P53P62P71=冷轧

P12P22P33P43P54P62P71=粉末轧制

P13P21P34P43P53P62P72=真空压铸

新颖工艺方案：

P11P21P31P42P53P62P71=对悬浮在流体介质中的液体材料进行（电）化学加工，利用稳定的外部能源。

C.运用形态分析法剖析中国古典爱情小说，为文学创作构思提供帮助。

现归纳故事模式“书生落难，小姐搭救；后花园中，私订终身；金榜题名，衣锦团圆。

”试分析要素有哪些？

并写出对应形态。

（1）书生

①旧式太学生；②新式大学生；③久试不第的书生；④怀才不遇的书生；⑤未出名的音乐家；⑥未发达的企业家；⑦未成功的科学家；⑧未发迹的文学家；⑨远赴异国他乡的移民；⑩初踏社会征途的青年等。

（2）落难

①囊空如洗；②饥寒交迫；⑧重病缠身；④路途遇险；⑤演奏会无人光顾；⑥新理论无人承认；⑦作品无人问津；⑧产品无人购买；⑨满腹经纶，却横遭排斥和打击；⑩一腔豪情，却从无伸展的机会等。

（3）小姐

①大家闺秀；②名门千金；⑧影视明星；④歌坛新秀；⑥航空小姐；⑥著名模特；⑦声名远播的校花；⑧容貌艳丽的女郎；⑨闯荡商场的女强人；⑩腰缠万贯的新富姐等。

（4）搭救

①慷慨赠金给予财物上帮助；②大胆示爱给予精神上鼓励；③细心看护给予病体上照顾；④主持公道给予道义上支持；⑤耐心启发给予方法上指点；⑥创造条件给予事业上帮助；⑦恳请亲友大力扶持；⑧呼吁同事多方理解；⑨请求上级加以善待；⑩发动社会进行捐助等。

（5）后花园

①世界名城巴黎；②豪华之都纽约；③东方明珠上海；④富丽堂皇的演奏厅；⑤流光溢彩的歌舞场；⑥肃穆神秘的实验室；⑦花朵盛开的山野；⑧月色笼罩的湖畔；⑨豪华别墅；⑩幽静花园等。

（6）私订终身

①拥抱接吻；②以身相许；③赠送信物；④结伴郊游；⑤鸿雁传情；⑥网络联系；⑦切磋技艺；⑧交流心得；⑨互相勉励、取长补短；⑩相互促进、共同提高等。

（7）金榜题名

①高中魁首；②三元及第；③留洋归来；④博士毕业；⑤获得巨奖；⑥官运亨通；⑦演奏会盛况空前；⑧新理论引起轰动；⑨生意场如鱼得水；⑩新产品大获成功等。

（8）衣锦团圆

①花好月圆、终成眷属；②苦尽甘来、缔结连理；⑧举行盛大婚礼、贺客盈门；④进行环球旅行、欢渡蜜月；⑤家族反对、亲事告吹；⑥旁人插足、横生波折；⑦伊人香消玉陨、空余惆怅；⑧伊人远走高飞、相思无限；⑨负心变意、喜新厌旧；⑩背信弃义、巴结权贵等。

由上述所列因素及其可变形态可以推知，这些形态可聚合出千千万万个感人的故事。

例如，按

（1）⑤→

（2）③→（3）③→（4）③→（5）⑩→（6）①→（7）⑦→（8）⑦的顺序进行组合，可构造下述故事：

一位才华横溢、命运乖舛的青年演奏家，身患重病，且举目无亲、袋无分文，眼看就要走投无路；这时，一位当红的影视女明星突然走近他的身边，从生活上、医疗上给予无微不至的照顾；并在自家幽静花园里赠送信物，勉励青年追求事业、追求幸福；该青年经过女明星的悉心照料，身体康复如初，技艺也大有长进，终于在演奏会上一举成名，获得国际大赛金奖；当青年手捧鲜花、胸挂金牌赶回女明星家时，闻知女明星在去机场接他的途中，因遭遇车祸而香消玉陨，使青年空余永恒的怀念。

D.运用形态分析法研究你的求职策略。

1）组成因素分析：

应聘优先考虑；企业类型；最想从事的工作。

2）形态分析：

列表填入每一因素可能的形态3）形态组合：

3×4×4＝48种可能的解。

如自己优先考虑：

①A1+B1+C1（福利待遇好，国企机械电子工程师）

②A2+B1+C3（离家近，公办教师）

③A3+B2+C2（外资，从事光子通讯员工）

四、用类比法（以人、物为参照物）、强制联想法提出创新设想

1作为航天飞机的机械手,"你"是如何工作和生活的?

作为航天飞机的机械手，工作时取物不灵活，夹持物体不知用多大力；工作温度差异过大，有时受严冬煎熬，有时遭炎夏之灾；说不准何时还得挨上生产事故（遭遇流星，宇宙垃圾等袭击）；职业病是骨折（臂太长易变形及折断）；因房子、床铺太小休息不好（空间太窄受挤难受）。

1.空调－冰箱：

两者都制冷，对外对内；“冰箱空调”2.空调－电风扇：

“空调扇”（风扇内放冰块或凉水）3.空调－加湿器：

设计加湿、除湿、除味和灭菌“健康空调”

4.电脑－电饭锅：

“智能电饭锅”（自动加水、淘米、煮饭、刷锅，自动排刷锅水，自动控制水量煮干、稀饭等）5..熨斗－洗衣机：

“全功能洗衣机”做到浸泡、洗衣、漂洗、脱水、展开衣物、熨烫、折叠整齐真正全自动。

6..录像机－VCD－电视机：

一种兼“录、放、接受”功能的新型电视机。

7.电推剪－吸尘器：

“吸尘电推剪”

五、用设问法扩展创新思路

1.5W1H法

2.检核表法

转化、引申、变动、放大、缩小、颠倒、替代、重组、组合。

六、机构演化、变异与方案设计

1画出下面变异机构的原始机构。

2回转手动剃须刀的功能分解如图所示，试求各功能元素解并列出形态学矩阵。

共有方案：

3×4×2×2×2＝96种

选定方案：

往复移动A1+齿条齿轮B11+定轴轮系C1+飞轮D2+盒式E1

七、机构再生运动链

一由运动链绘制运动简图。

二图示六连杆机构，试通过变换演化为凸轮齿轮齿条机构。

三牛头刨床急回机构如图所示，请运用机构再生创新的方法，构造一种新型的牛头刨床急回机构。

四请画出下图所示的缝纫机送布机构的一般化运动链图及相应的拓扑图。

五图示为缝纫机上应用的送料机构，其中M为送料牙，连架杆2的摆动可控制抬牙量，称为抬牙杆；连架杆4的摆动可控制针距，称为送料杆。

请运用运动链再生的创新技法创造一个新机构。

即包括：

分析图示原始机构的结构组成特点；绘制一般化运动链；绘制一般化运动链图谱（2个）；将其中之

一转化为再生创新机构。

1）结构特点：

七杆八副（七个转动副，一个移动副）；杆5和杆6作平面运动

2）绘制一般化运动链

3）绘制一般化运动链图谱

4）将其中之一转化为再生创新机构

八、反求工程

1.反求工程的研究对象是什么？

实物、软件、影像。

2.反求工程研究的主要内容有哪些？

1）探索原产品设计的指导思想；2）探索原产品原理方案设计；2）研究产品的结构设计；4）确定产品的零部件形体尺寸；5）确定产品中零件的精度；6）确定产品中零件的材料；7）确定产品的工作性能；8）确定产品的造型；9）确定产品的维护与管理。

2）实物反求时，在未对实物解体前能完成哪些工作？

a）探索原产品设计的指导思想；

b）探索原产品原理方案设计；

c）研究产品的结构设计；

d）确定产品的零部件形体尺寸；

e）确定产品中零件的精度；

f）确定产品中零件的材料；

g）确定产品的工作性能；

h）确定产品的造型；

i）确定产品的维护与管理。

3、实物反求时，在未对实物解体前能完成哪些工作？

功能分析、性能测试、拍照或画总装图，测量仪器，标准、人员分工等。

4.反求工程的现实意义是什么？

5反求设计与传统设计有何区别？

1）反求工程首先要进行反求分析，反求设计与传统的产品正向设计方法不同，它根据已存在的产品或零件原型来构造产品的工程设计模型或概念模型，在此基础上对已有产品进行解剖、深化和再创造，是对已有设计的再设计。

传统的产品开发过程遵从正向设计的思维，首先要根据市场需求，提出目标和技术要求，进行功能设计，创造新方案，经过一系列的设计活动，变为产品。

概括地说，传统的设计是由未知到已知、由想象到现实的过程。

2）反求设计是从已知事物的有关信息（包括硬件、软件、照片、广告、情报等）去寻求这些信息的科学性、技术性、先进性、经济性、合理性、国产化的可能性等，要回溯这些信息的科学依据，即充分消化和吸收，而更重要的本质是在此基础上要改进、挖潜进行再创造。

反求的目标如果仅限于仿制，那么就会是最原始、低级的模仿，其质量和生命周期不会有竞争力，更严重的是侵权行为，要受产权保护的制裁。

6如何理解创新设计是反求设计的灵魂？

反求设计是消化吸收国内、外先进技术，并在此基础上改进使其达到更高的境界，以实现创新为其最终目的。

反求设计所追求的不应是简单的仿制，而是再提高、再创造。

反求设计不是从实物原型再现直接到实物原型制造的过程，而是将实物原型再现与再设计、再分析、再提高，从而实现改型的创新设计。

九、结构设计：

轴毂联接

十、机构的组合与创新

串联机构组合：

Ⅰ型：

单自由度基本机构顺序联接；Ⅱ型：

前置机构平面运动构件是后置机构的输入件

并联机构组合：

Ⅰ：

各自输入件，共同输出件；Ⅱ：

共同输入件和输出件；Ⅲ：

共同输入，各自输出件。

复合机构组合：

F=2的基础机构和附加机构联接在一起

叠加式机构组合：

输出若干运动的合成：

运动独立式，运动相关式。

1说明图示机构是按照何种形式进行组合的，组合的目的是什么，并将其分解成基本机构。

2图示六杆机构的各杆尺寸为：

AB＝1，BC＝CE＝9，试分析该机构是按照何种形式进行组合的，组合的目的是什么，并将其分解成基本机构。

串联Ⅰ型组合，组合目的是增力；

十一、方案评价

例A、B、C三种电池主要性能及成本值如下表，希望电池寿命较高，试评价并选出较好的电池。

1.下表为有效值法评价手表的三种方案评分结果，试用用矩阵形式表述（列出加权矩阵，评分矩阵，有效值矩阵），确定最优方案，并检查计算结果。

2.为对洗衣机进行评价，选取价格、洗净度、维修性、寿命、外观和耗水量六个指标，用判别表计算法确定各指标的加权系数。

若已知各比较指标，试将各评价指标的总分数ki和加权系数gi填入表内。

十二、TRIZ理论

物理矛盾（物理冲突）:

系统要求1个参数一方面正向发展另一方面负向发展（手机小便携带,屏幕大、键盘大便观看操作）

技术矛盾（技术冲突）:

系统问题由2个参数导致的，2个参数相互促进、相互制约。

管理矛盾（管理冲突）:

子系统之间产生的相互影响。

39个技术特征；40个创新原理；8类技术系统进化法则；76种创新问题标准解法。

1什么是物理冲突?

解决物理冲突的原理有哪些?

系统同时具有冲突相反要求的状态（3类24种），例如，软件应该容易使用，但同时需要许多复杂的功能或选项。

解决物理冲突最根本的法则是分离，分离的原理有：

空间分离、时间分离、整体与部分分离、条件分离。

2什么是技术冲突?

解决技术冲突的原理有哪些?

如何利用冲突矩阵来指导创新设计?

1）技术冲突是指系统中一个部分性能增强导致有用及有害两种结果，也可指有益作用的引入或有害效应的消除导致其他一个或几个子系统的劣化。

2）解决技术冲突的原理有：

3）使用冲突矩阵指导创新设计时，首先明确有利因素与不利因素，再将其转化为39个工程技术参数，最后由冲突矩阵表找出相应的发明原理，并由原理确定相应的解。

失效专利资源在科技创新的作用是什么?

如何获取失效专利?

1.失效专利资源在科技创新中的作用概括起来主要有以下几个方面。

（1）使用失效专利起到辅助完成项目研究的作用，即可以给人启发，从中找出新的生产技术途径，改进现在的产品和工艺，增强产品和服务的市场竞争能力。

（2）为单个失效专利技术领域继续研究的突破提供基础。

（3）基于多个技术诞生新的发明或有些技术在人们无顾虑的重新组合中，会展现出更好的技术效果。

（4）使用失效专利为攻克技术难关项目提供主要参考资料。

（5）使用失效专利技术是技术革新换代的依据。

（6）使用失效专利会诞生新的发明。

所以说失效专利虽然因各种原因使外围法律保护丧失，但其凝结于专利之中的发明创造点不会自行消失，或者自行丧失实用价值，因而它们在科技创新过程中的利用价值和意义仍然是十分重大的。

2.失效专利获取

（1）通过光盘获取失效专利。

在这里对失效专利光盘做——简单介绍。

由专利文献出版社正式出版发行的《中国失效专利光盘数据库》，大约存储了38万条的失效专利信息，是检索中国知识产权局自1985年4月1日以来有关学科失效专利信息的重要文库，具有检索途径多、功能强、速度快的优点，检索结果还显示该专利失效的原因和口期。

（2）通过网络获取失效专利，通过计算机网络查到国家知识产权局，并进入该网站，点击中国专利文献数据库，其失效专利文献便出现，供人们选择利用。

（3）从常规途径获取失效专利，通过印刷型专利文献《中国专利索》、《专利公报》和《专利说明书》获取失效专利。

其中前两种是检索工具，后一种《专利说明书》是一次文献，反映失效专利全文。

（4）国外失效专利的获取，一般是通过WPI、WPA从主题和分类两个途径检索，也可利用CA的专利索引进行检索，EP和WO专利全文等在内的国外专利数据库，并将获得的信息通过《中国专利数据库》进行验证，以证实这些国外专利是否申请了中国专利，以及是否期满等法律状态，从而获得一批相关的国外失效专利。