工程导论 教案第4章 工程创新.docx

工程创新教案各位同学，大家从小就知道我国的四大创造，创新是中华民族最深沉的民族 禀赋从传统的四大创造到高铁、共享单车、移动支付、网络购物的新四大创造那么，今天我们就来讨论工程中的创新问题本章包括：引言、TRTZ的概念、TRTZ方法及应用案例、专利与知识产权保 护、爱国与创新等局部引言创新是开发一种新事物的过程这一过程从发现潜在的需求开始，经历新事 物的技术可行性研究阶段的检验，到新事物广泛应用为止因此，创新是运用知 识或相关信息创造和引进某种有用的新事物的过程，是对一个组织或相关环境的 新变化的接受创新是指新事物本身，具体来说就是指被相关使用部门认定的任 何一种新的思想、新的实践或新的制造物1. 1创新的概念创新(Innovation)一词起源于拉丁语，它原意有三层含义，第一，更新；第 二，创造新的东西；第三，改变创新从哲学上说是人的实践行为，是人类对于 发现的再创造，是对于物质世界的矛盾再创造人类通过物质世界的再创造，制 造新的矛盾关系，形成新的物质形态从社会学的角度来看，创新是指人们为了 开展的需要，运用的信息，不断突破常规，发现或产生某种新颖、独特的有 社会价值或个人价值的新事物、新思想的活动。

创新的本质是突破，即突破旧的 思维定式、旧的常规戒律创新活动的核心是“新”，它或者是产品的结构、性 能和外部特征的变革，或者是造型设计、内容的表现形式和手段的创造，或者是 内容的丰富和完善经济学上，创新的概念起源于美籍经济学家约瑟夫•熊彼特(Joseph Alois Schumpeter)在1912年出版的《经济开展概论》熊彼特认为，创新就是把一种 从来没有过的关于生产要素和生产条件的“新组合”引人生产体系，可以从5 个方面进行组合：(1)引入一种新产品或提供一种产品的新质量；(2)采用一种新的生产方式；(3)开辟一个新市场；(4)获得一种降低本钱的新来源；(5)实行一种新的企业组织形式从工程的角度来看，创新就是从新思想、新概念开始，通过不断地解决所面 临的各种问题，拓展思维模式，积累经验的过程其目的是设计出一个新的产品 或将新技术、新工艺、新的管理方法等应用到实际工作中去，并产生良好的经济 价值和社会价值迈尔斯(Myers)和马奎斯(D. G. Marquis)在《1976年:科 学指示器》的报告中，将创新定义为“技术创新是将新的或改进的产品、过程或 服务引入市场”3)楼顶常有很多鸟。

为什么鸟愿意在这个大厦上聚集？(4)大厦上有一种鸟喜欢吃的蜘蛛为什么这个大厦的蜘蛛特别多？(5)楼里有一种蜘蛛喜欢吃的虫为什么这个大厦会滋生这种虫？问题的根源是因为大厦采用了整面的玻璃幕墙，阳光充足，温度适宜至此，解决方案就简单了：拉上窗帘！从以上两个例子来看，5W分析法的目的是：鼓励解决问题的人要努力避开主观 或自负的假设和逻转陷阱，从结果着手，沿着因果关系链条，顺藤摸瓜，找出 问题的根本原因功能分析20世纪40年代，美国通用电气公司的工程师Miles在寻求石棉板的替代材料的 研究过程中，通过对石棉板的功能进行分析,发现其用途是铺设在给产品喷漆的 车间地板上，以避 免涂料玷污地板引起火灾Miles认为，只要能够找到某种 价格更廉价同时具有良好防火性能的材料，就可以用其取代石棉板后来,Miles 在市场上找到一种防火纸，这种防火纸同样可以起到防火'作用，本钱很低且 货源稳定1947年，Miles提出了功能分析、功能定义、功能评价以及如何区 分必要和不必要功能并消除后者的方法，最后形成了以最小本钱提供必要功能， 获得较大价值的科学方法一价值工程(Valve Engineering, VE)。

Mi les首先明 确地把“功能”作为价值工程研究的核心问题，他认为“顾客购买的不是产品本 身，而是产品所具有的功能”因此，功能思想的提出极大地促进了产品创新过 程功能分析是价值工程的核心内容，是对价值工程研究对象的功能进行抽象的描述, 并分类、整理、系统化的过程，通过功能与本钱K配关系定量计算对象价值大小， 确定改进对象的过程功能分析应用在产品概念创新设计阶段，其主要目的是 将抽象的系统或设计创意转化成具体的系统组件之间的相互作用关系，以便于 设计者了解产品所需具备的功能与特性基于价值工程的功能分析分为三个步 骤：(1)功能定义功能定义要求简明扼要，通常采用一个动词加一个名词的组合表 达方 式如传递信息、连接物体等2)功能分类功能按发挥作用的具体内容与其所处地位不同，一般可从以下4 个方面分类，分别为基本功能与辅助功能、上位功能和下位功能、使用功能和品 味功能以及必要功能与不必要功能3)功能整理功能整理从系统分析的角度，寻找、区分、弄清它们之间所存在 的相互关系，并以系统图的形态说明这些关系之间所存在的内在联系因此， 功能整理的过程就是建立功能系统图的过程功能分析系统技术(Function Analysis System Technique, FAST)是分析功能相互关系的强有力的图形工具， 能准确地虱示所有功能之间的特殊关系，检查所研究的各功能的有效性.帮助确 定遗漏的功能，开拓价值工程团队成员的思维。

如果技术系统需要删减其某些组件.同时保存这些组件的有用功能，从而实 现降低本钱，提高系统理想度，称此类问题为技术系统的裁剪问题对技术系统实施裁剪的关键在于“确保被裁剪的组件有用功能得到重新分配”裁剪问题也属于一类创造问题针对技术系统实施裁剪，可以简化系统结构，提 高理想度在企业实施专利战略的过程中，裁剪方法也是进行专利规避的重要 手段*有用功能得以保存和加强，降低本钱，产生新的设计方案裁剪的作用： (1)精减组件数量，降低系统的组件本钱；(2)优化功能结构，合理布局系统架构；(3)表达功能价值，提高系统实现功能效率；(4)消除过度、有害、重复功能.提高系统理想化程度图为摩托车系统的简易功能模型，为了将摩托车的本钱降低，可以假定现有 摩托车系统没有大的技术问题，只是期望通过裁剪来降低摩托车的本钱如果裁 剪发动机组件.本钱可以降低非常大,但是系统缺少了动力系统，变成了 “单 车”，原有系统的性能大幅降低了，显然裁剪发动机不合适如果裁剪油箱的 话,发动机需要的汽油储存在哪个剩下的组件中，即原来油箱“储存汽油”的功 能转移到哪一个系统组件中去通过资源分析.需要分析剩余组件中，哪些组件 可以提供足够的空间来储存汽油且平安性良好。

那么车架、座位等可以进行结 构改变，即保存原来组件的功能，同时增加封闭空间可以储存汽油另外，也可 以考虑裁剪一个摩托车轮，获得单轮摩托车的创意设计(此时系统的主要问题 是单轮的前后平衡)，两种裁剪得到的创新设计如下图无轮辐自行车：类似，裁剪了辐条戴森电风扇：有叶电风扇主要的问题是高速旋转的叶片可能对人造成伤害，为解决这个 问题，目前有叶电风扇增加了前后栏栅罩盖，但手指或其他小物件还是有可能不 小心伸进前后栏栅罩盖内被高速叶片伤害如果能将风扇的叶片裁剪，前后拦 栅里盖也就可以裁剪了(规那么A)如果栽剪了叶片，叶片“产生气流”的功能 需要由剩下的组件或新增一个组件来完成(规那么C)2009年10月12日，由英国人詹姆斯•戴森创造的第一台无叶风扇问世， 如图2. 21(b)所示戴森风扇在普通有叶电风扇的基础上，裁剪了叶片和前后 栏栅罩盖，将叶片“产生气流”的功能转移到戴森风扇的出风环来完成(见图 2. 21(c))o戴森风扇的出风环如何产生气流那么是裁剪了叶片和前后栏栅罩盖之后 的裁剪问题詹姆斯•戴森借用了很多在飞机构造上应用到的空气动力学知识，利用涡轮 增压原理，空气从基座进入，形状似机翼的环高速转动，由于离心作用，基座 内的空气从环中一条裂缝中高速喷出环外，同时带动环内的空气流动，从而能 将周围比喷出气流大最高16倍量的空气加压并带动喷出，而由于环内空气被甩 出环外，形成负压，也使空气不断从基座吸入，进入环体内补充。

矛盾分析方法工程师在解决问题时，最为有效的解决方案就是解决技术难题中的矛盾(有 时也称作“冲突”)矛盾是客观社会中普遍存在的现象，对矛盾(冲突)的认 识以及如何解决矛盾（冲突）问题是TRIZ理论中非常重要的基础思想之一矛盾是指内在要素、作用或主张彼此不一致或相反的情境TRTZ理论认为： 创造问题的核心是解决矛盾，未克服矛盾的设计不是创新设计即TRIZ理论认 为创新必须克服冲突，而产品进化的过程就是不断解决产品中所存在冲突的过 程并且认为，当产品因前一个冲突的解决而获得进化后，产品的进化又将出 现停滞不前的现象，直到另一个冲突被解决TRIZ理论将常见的矛盾分为三种： 管理矛盾、技术矛盾和物理矛盾,管理矛盾指为了防止某些现象或希望取得某 些结果，需要做一些事情，但不知如何去做管理矛盾本身具有暂时性，无启 发价值，不能表现出问题的解的可能方向因此，TRIZ主要考虑的是后两类矛 盾，即技术矛盾和物理矛盾本章将对创新问题中的技术矛盾、物理矛盾以及如 何定义矛盾、解决矛盾问题的流程和方法进行详细的论述当改善技术系统中某一特性或参数时，同时引起系统中另一特性或参数的恶 化，这种矛盾就称为技术矛盾技术矛盾是我们常见的一类矛盾，在生活中普遍存在。

如在雨天撑伞走路时，我们喜欢比拟大的伞，这样可以更好地挡雨但同时 大伞一般较重.撑起来十分费力这个例子中，改善的参数是雨伞的面积，面积 是我们希望提高的参数，恶化的参数是雨伞的重量，这是我们不希望看到的结 果所以，面积和重量这两个参数就构成了技术矛盾又如，对于一个测 量系 统，我们希望这个测量系统的精度高以减小测量误差，可要使精度高那么要花费更 多的时间以及更复杂的流程来制造它这里，改善的参数是测量系统的精度， 恶化的参数是制造该系统所需的时间及流程的复杂性从上面的例子中，我们可以看出技术矛盾描述的是两个参数的矛盾，是存在 于技术系统内部的矛盾改善的一方在很多情况下就是指技术系统或产品的功 能、目的或效果等，而恶化的一方对于一个具体的技术系统一般也是可以客观 判断的阿奇舒勒分析了大量专利后发现工程中存在大量的工程参数，每个行业、每 个领域都有各肖的工程参数为了方便、准确地描述出工程领域中的技术矛盾. 阿奇舒勒通过对大量的专利文献进行分析，陆续总结出39个参数，把它们称为 39个通用技术参数他分析，利用39个技术参数，就足以描述工程领域中出现 的绝大多数技术矛盾可以说，通用技术参数 是连接具体问题与TRIZ的桥梁, 是开启问题之门的第一把“金钥匙”。

借助39个通用技术参数可以将一个具体 的实际问题转化并表达为标准的TR1Z问题为了便于理解及应用，可以对上述的39个通用技术参数分类依据不同的 方法町有不同的分类⑴根据39个通用技术参数的特点，可分为物理及几何参数、技术负向参数、 技术正向参数三大类①通用物理及几何参数：1〜12、17、18、21o&通用技术负向参数：15、16、19、20、22〜26、30、310③通用技术正向参数：13、14、27〜29、32〜39负向参数（negative parameters）是指这些参数的数值变大时，使系统或子 系统的性能变差如子系统为完成指定的功能时，所消耗的能量（No. 19和No.20)越大,那么说明子系统设计得越不合理正向参数(positive parameters)是指这些参数的数值变大时，使系统或子 系统的性能变好如子系统的可制造性(No. 32)指标越高，那么这个子系统的制 造本钱就越低2)根据系统改进时工程参数的变化，可分为改善的参数和恶化的参数两大 类①改善的参数：系统改进中将提升或加强的特性所对应的通用技术参数当 这些参数提高时.系统的性能变好②恶化的参数。