創(chuàng)新技法在畢業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

肖敏 曹鵬彬 肖莉

【摘 要】創(chuàng)新技法是解決創(chuàng)新設(shè)計(jì)問題的創(chuàng)意藝術(shù)，是人們對創(chuàng)造性思維和創(chuàng)造性理論加以具體化應(yīng)用的技巧。將創(chuàng)新技法中的功能分析法和形態(tài)分析法運(yùn)用到畢業(yè)設(shè)計(jì)中，從系統(tǒng)功能出發(fā)設(shè)計(jì)產(chǎn)品，而不是首先從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)著手，這是一種設(shè)計(jì)方法的轉(zhuǎn)變，啟迪和拓寬了學(xué)生的思路，取得了較好的效果。

【關(guān)鍵詞】創(chuàng)新技法 ? ?畢業(yè)設(shè)計(jì) ? ? 功能分析法 ? ?形態(tài)分析法

畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生學(xué)完所有課程之后，最后一次實(shí)踐性環(huán)節(jié)。其目的在于進(jìn)一步鞏固學(xué)生所學(xué)的理論知識，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決工程實(shí)際問題的能力、設(shè)計(jì)計(jì)算的能力、計(jì)算機(jī)運(yùn)用的能力、查閱和使用資料的能力以及初步創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力。將在設(shè)計(jì)方法學(xué)課程中學(xué)習(xí)到的功能分析法和形態(tài)分析法等創(chuàng)新技法運(yùn)用到畢業(yè)設(shè)計(jì)中，旨在啟迪學(xué)生的設(shè)計(jì)思路，把機(jī)械設(shè)計(jì)與創(chuàng)新方法結(jié)合起來，運(yùn)用創(chuàng)新技法來探求機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)中的原理方案解。

一、功能分析法

功能分析法起源于1947年。美國工程師麥爾斯首先提出了產(chǎn)品“功能”的概念，他認(rèn)為“顧客購買的不是產(chǎn)品的本身，而是產(chǎn)品具有的功能”，即產(chǎn)品是功能的載體，是功能的實(shí)現(xiàn)方式。既然人們購買的是產(chǎn)品具有的功能，那么任何一種產(chǎn)品在保證實(shí)現(xiàn)功能的前提下，可以采用任何原理和任何形式。也就是說，功能是產(chǎn)品的本質(zhì)，而具體內(nèi)容只是一種形式，只要本質(zhì)不變，形式可以是各種各樣的。滿足產(chǎn)品的功能要求是設(shè)計(jì)的核心。從那時起，“功能”思想成為設(shè)計(jì)學(xué)最重要的概念。

采用對產(chǎn)品進(jìn)行功能分析的方法，可以把常規(guī)設(shè)計(jì)時首先從產(chǎn)品具體結(jié)構(gòu)的思考轉(zhuǎn)化為對產(chǎn)品功能的思考，從而可以擺脫產(chǎn)品現(xiàn)有結(jié)構(gòu)形式對思維的束縛，尋求一切能滿足產(chǎn)品功能要求的工作原理，探索滿足這些工作原理的技術(shù)裝置——功能載體，并且通過對各種功能載體的組合和選優(yōu)，找到能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能要求并具有創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)方案。這種緊緊圍繞產(chǎn)品功能進(jìn)行分析、分解、求解、組合和選優(yōu)的方案設(shè)計(jì)方法稱為功能分析法。

功能分析法的重點(diǎn)在于提出創(chuàng)新構(gòu)思，使思維盡量“發(fā)散”，力求提出較多的解法供比較選擇。對構(gòu)件的具體結(jié)構(gòu)、材料和制造工藝等則不一定要有成熟的考慮，因此，常只需用簡圖或示意圖表達(dá)所構(gòu)思的內(nèi)容。

二、形態(tài)分析法

形態(tài)分析法是一種系統(tǒng)搜索和程式化求解的創(chuàng)新技法。其出發(fā)點(diǎn)是：創(chuàng)新并不是一定要創(chuàng)造一種完全新的東西，也可以是已知事物的新組合。這種方法以建立形態(tài)學(xué)矩陣為基礎(chǔ)，通過對創(chuàng)造對象進(jìn)行因素分解，找到因素可能的全部形態(tài)（技術(shù)手段），再通過形態(tài)學(xué)矩陣進(jìn)行方案綜合，得到方案的多種可行解，從中篩選出最佳方案。所謂因素，指構(gòu)成事物的特性，如產(chǎn)品用途和功能等。形態(tài)指實(shí)現(xiàn)相應(yīng)用途或功能的技術(shù)手段。

形態(tài)分析法包括因素分析、形態(tài)分析、方案綜合和方案評選四個步驟。因素分析就是確定創(chuàng)造對象的構(gòu)成因素，它是應(yīng)用形態(tài)分析法的首要環(huán)節(jié)，是確保獲取創(chuàng)造性設(shè)想的基礎(chǔ)，是整個方案創(chuàng)新的關(guān)鍵，它需要設(shè)計(jì)者具有豐富的經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)新產(chǎn)品的極大欲望。形態(tài)分析即按照因素的功能屬性，盡可能多地列出滿足功能要求的各種技術(shù)手段（形態(tài)），這需要發(fā)散思維。同時，收集情報和查閱資料是十分重要的。方案綜合是在因素分析和形態(tài)分析的基礎(chǔ)上，采取形態(tài)學(xué)矩陣進(jìn)行方案綜合。在全部方案中，既包含有意義的方案，也包含無意義或無效的方案。方案評選即在眾多方案中根據(jù)已制定的選優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)，從中選出理想的方案。一般用新穎性、先進(jìn)性和實(shí)用性三條標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行初評，再用技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行綜合評價，好中選優(yōu)。

三、兩種創(chuàng)新技法在畢業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

原理方案的擬定和構(gòu)思從質(zhì)的方面決定了設(shè)計(jì)的水平。因此，原理方案設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新和質(zhì)的躍變的關(guān)鍵階段。原理方案設(shè)計(jì)的一個重要特點(diǎn)是方案具有多解性，即實(shí)現(xiàn)同一功能目標(biāo)可以采用不同的工作原理。采用的工作原理不同，所設(shè)計(jì)出來的機(jī)械產(chǎn)品具有的工藝動作不同，則機(jī)械產(chǎn)品的性能、結(jié)構(gòu)及經(jīng)濟(jì)性也不同。因此，尋找功能齊全、經(jīng)濟(jì)性好、安全可靠，在一定條件下相對滿意或最佳的創(chuàng)造性原理方案解是設(shè)計(jì)者追求的目標(biāo)。

原理方案設(shè)計(jì)是發(fā)散——收斂的過程。從功能分析入手，通過創(chuàng)新構(gòu)思探求多種方案，然后進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價，經(jīng)過優(yōu)化篩選，求得最佳原理方案。

在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，學(xué)生運(yùn)用兩種創(chuàng)新技法進(jìn)行裝載機(jī)原理方案設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的大致程序如下：

1.用黑箱法尋求裝載機(jī)的總功能

裝載機(jī)的總功能：把地面上的物料（沙石、煤等）裝入卡車。

2.總功能分解

將裝載機(jī)的總功能分解為一級和二級分功能：執(zhí)行功能（二級分功能為插入、舉升和卸載）;行走功能;驅(qū)動功能（二級分功能為能量轉(zhuǎn)換和能量傳遞與分配）;控制功能（二級分功能為啟動與停止、變速和儀表顯示）;輔助功能（二級分功能為照明及其他）;支承與聯(lián)接。

3.建立功能結(jié)構(gòu)圖

建立功能結(jié)構(gòu)圖是使技術(shù)系統(tǒng)從抽象走向具體的重要環(huán)節(jié)。通過功能結(jié)構(gòu)圖的繪制，可以明確實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總功能所需要的分功能及其順序關(guān)系。

4.分功能求解

分功能求解就是尋求完成分功能的技術(shù)實(shí)體——功能載體。分功能求解的基本思路可以簡明地表達(dá)為：功能→工作原理→功能載體

5.求系統(tǒng)原理解

將各分功能解合理組合，可以得到若干個系統(tǒng)原理解。即把分功能解合成一個整體以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總功能。

采用形態(tài)分析法進(jìn)行分功能解的組合，應(yīng)將系統(tǒng)的分功能列為縱坐標(biāo)，各分功能的相應(yīng)解法列為橫坐標(biāo)，構(gòu)成形態(tài)學(xué)矩陣。從每項(xiàng)分功能中取一種解進(jìn)行有機(jī)組合，即得一個系統(tǒng)解。按照這種方法，最多能得到數(shù)千種方案。然后根據(jù)任務(wù)書的要求、分功能之間的相容性，優(yōu)先選用主要分功能的較佳解以及剔除對設(shè)計(jì)要求、約束條件不滿足，或令人不滿意的解答等原則組成少數(shù)幾個方案供評價決策使用，最后確定較為滿意的方案。

【參考文獻(xiàn)】

[1]葉元烈.機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法學(xué)[M].北京：中國計(jì)量出版社，2000.

[2]黃純穎，等. 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2000.

[3]肖敏，劉向明，羅圓智.機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)課程教學(xué)的改革實(shí)踐[J].高教論壇，2006（1）.