机设创造

A. 机械设计是如何发展的

18世纪以前，机械匠师全凭经验、直觉和手艺进行机械制作，与科学几乎不发生联系。到18～19世纪，在新兴资本主义经济的促进下，掌握科学知识的人士开始注意生产，而直接进行生产的匠师则开始学习科学文化知识。他们之间的交流和互相启发取得很大成果。在这个过程中，逐渐形成一整套围绕机械工程的基础理论。

动力机械最先与当时的先进科学相结合。蒸汽机的发明人T．萨弗里、J．瓦特应用了物理学家D．帕潘和J．布莱克的理论，在蒸汽机实践的基础上，物理学家S．卡诺、W. J. M．兰金和开尔文建立起一门新的科学——热力学，图4-1是早期蒸汽机。内燃机最重要的理论基础是法国的罗沙在1862年创立的，1876年奥托应用罗沙的理论，彻底改进了他原来创造的粗陋笨重、噪声大、热效率低的内燃机，从而奠定了内燃机的地位。其他如汽轮机、燃气轮机、水轮机等都是在理论的指导下得到发展，而理论也在实践中得到改进和提高。

早在公元前，中国已在指南车上应用复杂的齿轮系统，如图4-2所示的指南车，是中国古代用来指示方向的一种机械装置。车中，除两个沿地面滚动的足轮（即车轮）外，尚有大小不同的7个齿轮。它利用差速齿轮原理，通过齿轮传动系统，根据车轮的转动，由车上木人指示方向。不论车子转向何方，木人的手始终指向南方。古希腊已有圆柱齿轮、锥齿轮和蜗杆传动的记载。但是，关于齿轮传动瞬时速比与齿形的关系和齿形曲线的选择，直到17世纪之后才有理论阐述。手摇把和踏板机构是曲柄连杆机构的先驱，在各文明古国都有悠久历史，但是曲柄连杆机构的形式、运动和动力的确切分析与综合，则是近代机构学的成就。机构学作为一个专门学科迟至19世纪初才第一次列入高等工程学院（巴黎的工艺学院）的课程。通过理论研究，人们方能精确地分析各种机构，包括复杂的空间连杆机构的运动，并进而能按需要综合出新的机构。

机械工程的工作对象是动态的机械，它的工作情况会发生很大变化，这种变化有时是随机的因而不可预见；实际应用的材料也不完全均匀，可能存在各种缺陷；加工精度也存在一定的偏差等。与以静态结构为工作对象的土木工程相比，机械工程中各种问题更难以用理论精确解决。因此，早期的机械工程只运用简单的理论概念，结合实践经验进行工作。设计计算多依靠经验公式，为保证安全，都偏于保守。结果，制成的机械笨重而庞大，成本高，生产率低，能量消耗很大。

从18世纪起，设计计算从两个方面不断提高了精确度：

（1）在材料强度方面，从早期按静强度除以安全系数（考虑一切不精确性和分散性因素的经验系数）的粗糙计算，提高到考虑材料的疲劳（19世纪后半期）；从一律按材料的无限疲劳寿命进行设计，改为按照实际要求的寿命进行有限寿命设计（20世纪前半期）；从认为材料原则上不能有裂纹，发展到以断裂力学理论为依据，考虑裂纹材料的强度和寿命。

图4-2指南车在机械结构的力学分析方面，从应用经验公式和简化的力学分析来确定各种受力和力矩，发展到应用复杂的力学分析和数学计算方法。进入20世纪，又出现各种实验应力分析方法。人们已能用实验方法测出模型和实物上各部位的应力，在发现应力过高或过低时，便可能作出必要的调整。20世纪后半叶，人们开始应用有限元法和电子计算机迅速可靠的数值计算，对复杂的机械及其零件、构件进行力、力矩、应力、应变等的分析和计算。对于掌握有充分的实践或实验资料的机械或其元件，已经可以运用统计技术，按照要求的可靠度科学地进行机械设计，或者按机械的实际情况（实际的质量、实际的使用条件等）科学地判断其可靠度和寿命。但在许多机械工程工作中，还应用一些经验方法、经验公式和经验系数等，不过其中的科学成分在不断增加，经验成分则不断减少。

B. 人类可以用自己的大脑不借助如何机器设备创造虚拟世界并且进入吗

完全可以，人很多时候都会产生幻觉，有的是正常状态下，比如说做梦，也有病态时产生的，比如精神分裂症。都是在大脑中形成虚拟世界，而这个人脱离现实，活在那个虚拟的世界中。

C. 机械创新设计有哪些过程

创新设计的正常开展和完成，必须正确运用创新设计方法。常用的创新设计方法主要有下面几种：
一、智力激励法
智力激励法又叫集思广益法，它是由美国创造学家A．F．奥斯本提出的。人的创造性思维特别是直觉思维在受激发情况下能得到较好的发挥。一批人集合在一起，针对某个问题进行讨论时，由于每个人的知识和经验不同，观察问题的角度和分析问题的方法各异，提出的各种意见能互相启发，从而诱导出更多创意。通过激智、集智、交流，可实现创新的目的。智力激励法可以通过召开会议，也可以通过信函、书面等形式，达到互相启发、补充和完善见解，或发展为新的见解。
二、提问追溯法
提问追溯法是有针对性地、系统地提出问题，在回答问题过程中，便可能产生各种解决问题的设想，使设计所需要的信息更充分，解法更完善。提问追溯法提出的问题如下：
1)有没有其他用途？有没有新的用途？稍加改进有没有其他用途？
2)能否借用其他经验或发明？是否有相似的东西？是否有可模仿或可借用的东西？3)能否在结构、造型或其他方面变化一下？能否增加或减少什么？能否加高或降低一点？能否加长或缩短一点？能否加厚或减薄一点？能否减轻或加重一点？能否扩大或缩小一点？能否重新组合或再分解？
4)能否用其他东西代替？能否用代用的原材料、半成品或其他的代用制造方法？
5)能否增加或减少功能？
6)能否在成本不变的前提下提高产品的性能？
7)能否采用廉价代用材料、简化结构、使用简单而高效的制造工艺、提高零部件的标准化程度来降低成本？
通过一连串从不同角度的发问，可启发思维，提出新的设计方案。
三、缺点列举法
运用缺点列举法始于发现事物的缺点，挑出事物的毛病。在明确需要克服的缺点后，有的放矢地进行创造性思考，并通过改进设计去获得新的设计方案。例如，一家生产汽车喇叭继电器的小厂，为了改变产品销路不畅的被动局面，厂长和技术人员、销售人员一起对有关产品进行分析，在广泛收集用户意见的基础上，分析产品的缺点，然后针对缺点采取各种不同的措施，改进了原有的产品，很快打开了销路，销售量一年内便增长了一倍。
四、希望点列举法
希望点列举法从设计者(发明者)或用户的意愿出发提出新设想、新要求，从而激发人们去开发新产品或改进原有的产品。例如有了黑白电视机，还希望有彩色的、遥控的。又如人们希望在给别人打电话时不仅能闻其声，而且能见其人，为适应这种要求，开发了可视电话。
希望点列举法与缺点列举法都是将思维收敛于某“点”，然后发散思维，最后又集中于某种创意。但希望点列举法比缺点列举法涉及的目标更广，而且更侧重自由联想。
五、联想类比法
联想是由一个事物想到另一个事物的心理过程。对应联想由一件事物联想到与其对立的另一事物。例如由小想到大，由集中想到分散等。要增强联想能力，必须注意增加知识和经验，不但注意吸纳本专业及其他专业的学科知识，更要重视参加各种实践活动。利用联想进行发明创造是一种常用而且十分有效的方法，很多发明家都善于联想，也得益于联想的妙用。例如，贝尔发明电话，开始没有成功，以后从吉他的声音中想到了共鸣原理，改进了装置，才使电话发明成功。又如布拉特从看到蜘蛛织网联想到可以从上到下造桥，从而发明了吊桥，突破了传统的造桥模式。
联想类比由一事物或现象联想到与其有类似特点(如性质、外形、结构、功能等)的其他事物或现象。例如，由水波想到声波、光波；由水波可出现干涉现象，想到光也有干涉现象等。
六、反向探求法
反向探求将人们通常思考问题的思路反转过来，从背逆常规的途径探寻新的解法，因此反向探求法亦称为逆向思维法。例如在钨丝灯泡发明初期，为了避免钨丝在高温下的氧化，需要将灯泡内抽真空，但是使用后发现抽真空后的灯丝通电后仍会变脆。为了解决这个问题，当时多数人的意见是继续提高灯泡内的真空度。而美国科学家兰米尔却应用反向探求法提出向灯泡内充气的方法，他分别试验了将氢气、氧气、氮气、二氧化碳气、水蒸气等充入灯泡，试验结果表明氮气有明显的减少钨蒸发的作用，可使钨丝在其中长期工作，因而发明了充气灯泡。又例如：化学能为什么不能变成电能？声音既是振动，那么振动为什么不能复现原声？根据这些反问，相继发明了电池、留声机。
七、组合创新法
组合创新法是将现有技术或产品通过功能、原理、结构等方面的组合变化形成新的技术思想或新产品。组合法的优点是组合形式多样，应用广泛，便于操作，经济有效。组合创新法应用的技术单元一般是已经成熟或比较成熟的技术，不需要从头开始，因而可以最大限度地节约人力、物力和财力。在当代社会生产和生活中，存在着大量已经开发出来的技术，只要合理组合，就能创造出适合需要的技术系统。例如，美国的“阿波罗”宇宙飞船由700万个零件组成，但没有一个零件是新研制的，用这些已有的零件组合出把人送上月球又重返地球的神奇系统。同样“阿波罗”宇宙飞船技术中的全部技术都是现有技术的组合。
组合创新法的类型很多。常用的有性能组合、原理组合、功能组合、结构重组、模块组合等。虽然组合创新法所使用的技术是已有的技术，但适当组合后，同样可以做出重大的发明。

D. 机械创新发明小制作

机械创新设计是普通高等教育“十一五”国家级规划教材，是作者根据多年来为清华大学本科生开设“机械创新设计”课程的教学内容编写的。

全书共9章，内容包括：绪论、机械创新设计的表达方法、机械创新设计的选题、功能原理创新设计、机构创新设计、结构创新设计、一般创新设计技法、创造力开发和创新失误分析。

从选材和内容安排上力图通过向读者介绍创新设计方法和成功的机械创新设计实例，提高读者对参与机械创新设计实践的兴趣和自信心。

E. 如何理解机械设计制造及其自动化专业

1、 机械设计制造及其自动化专业是培养具备机械设计制造基础知识与应用能力，能在工业生产第一线从事机械制造领域内地设计制造科技开发应用研究人才的专业，以机械设计制造为基础，融入计算机科学、信息技术、自动控制技术等交叉科学。本专业的主要任务是运用先进机械设计制造技术理论与方法，解决现代工程领域中的复杂技术问题，以实现产品智能化的设计与制造，培养管理和经营销售等方面工作地高级工程技术人才。

2、我们的先人们创造了一路机械辉煌而从第一次工业革命后，我国的机械就与世界机械脱轨，落后啦！看着故人们创造的机械产品如指南车，地震仪等，在那时可是代表了最先进的机械水平。再看那指南车的设计图与工作原理，其中的创造性和制作水平的精湛深深地折服了我。

3、看如今，虽然我国现在已是制造大国，但不是制造强国，而我们的制造水平与世界发达国家如美国、日本等相比很大的差距。主要表现在制造工艺装备的落后，低水平生产力严重过剩，高水平生产力严重不足，产品质量和技术不高，技术开发能力不强，基础元器件和基础工艺不过关，劳动生产率低下，科技技术严重不足，技术创新能力十分薄弱，产业结构不尽合理，体制不能适应形势的发展需求等。如在汽车、船舶、飞行器、飞机、精密机床等领域上我国与欧美发达国家还有着很大的差距。但在一些领域如航天工程、卫星发射等我国是较为领先的。所以这就要求本专业要注重培养学生的创新与科研能力。同时本专业涉及国民经济的各个领域，尤其是材料化工、计算机、软件等，这要求我们要不仅要有跨学科学习的能力，还要了解其他学科的基本知识。现如今是世界上重大的科学成就的大多是团体合作完成的，本专业亦是如此，它要求我们要学会与他人合作共同来完成任务，要具有团队意识。

F. 机械创新设计创造能力的培养模式包括哪些方面

《机械创新设计》是2010年化学工业出版社出版的图书，作者是张美麟。
《机械创新设专计》是普通高属等教育“十一五”国家级规划教材，是作者根据多年来为清华大学本科生开设“机械创新设计”课程的教学内容编写的。全书共9章，内容包括：绪论、机械创新设计的表达方法、机械创新设计的选题、功能原理创新设计、机构创新设计、结构创新设计、一般创新设计技法、创造力开发和创新失误分析。从选材和内容安排上力图通过向读者介绍创新设计方法和成功的机械创新设计实例，提高读者对参与机械创新设计实践的兴趣和自信心。

G. 机械创新设计不一定是开发创造新的机械对吗

可以这么理解，一套机械的局部结构，或者一个零部件的创新都算是创新设计，创新哪有那么简单。

H. 发明和创造的含义和区别

一、发复明与创造的区别

1. 在数制量上有区别

   创造是将两个或以上按照一定方式联系，制造新的实物，发明不是

2. 在对象上有不同

   创造多是指的事物，发明不一样，可以是产品，也可以是一种方案或者一种过程

   
   

二、含义

发明

发明是应用自然规律解决技术领域中特有问题而提出创新性方案、措施的过程和成果。产品之所以被发明出来是为了满足人们日常生活的需要而发明出来产品。发明的成果或是提供前所未有的人工自然物模型，或是提供加工制作的新工艺、新方法。机器设备、仪表装备和各种消费用品以及有关制造工艺、生产流程和检测控制方法的创新和改造，均属于发明。

创造

创造，是指将两个或两个以上概念或事物按一定方式联系起来，主观地制造客观上能被人普遍接受的事物，以达到某种目的的行为。 简而言之，创造就是把以前没有的事物给产生出或者造出来，这明显的是一种典型的人类自主行为。因此，创造的一个最大特点是有意识地对世界进行探索性劳动。

I. 机械创新设计的机械创新设计(高志著)

书 名: 机械创新设计
作者：高志
出版社： 清华大学出版社
出版时间： 2009年07月
ISBN: 9787302202158
开本： 16开
定价: 25元 1 绪论.
1.1 创新的含义
1.2 创新的意义
1.3 创新与设计
1.4 创造学与创新教育
1.5 设计理论与设计教育
1.6 本课程的教学内容和方法
2 机械创新设计的表达方法
2.1 表达在设计中的作用
2.2 黑箱表示法
2.3 功能草图表示法
2.4 机械创新设计表达实例(一)——家用缝纫机
2.4.1 缝纫机的主要功能
2.4.2 缝纫机的辅助功能
2.5 机械创新设计表达实例(二)——针式打印机
2.5.1 打印机的主要功能
2.5.2 打印机的辅助功能
2.6 机械创新设计表达实例(三)——硬币计数包卷机
2.6.1 硬币计数包卷机的总功能
2.6.2 硬币计数包卷机的主要功能
2.6.3 硬币计数包卷机的辅助功能
3 机械创新设计的选题
3.1 提出问题比解决问题更重要
3.2 社会需求是创新的基本动力
3.3 科技进步对创新设计的作用
3.4 生产发展对创新设计的作用
3.5 根据遇到的“不方便”确定选题
3.6 根据遇到的“意外”确定选题
3.7 根据事物的关键弱点确定选题
4 功能原理创新设计
4.1 功能原理设计的意义与方法
4.2 工艺功能设计方法
4.3 综合技术功能设计方法
4.4 功能组合设计方法
4.5 设计目录方法
4.6 功能元素方法
4.7 发明问题解决理论
4.8 公理化设计方法
5 机构创新设计
5.1 简单动作功能机构设计
5.1.1 简单动作功能机构的特点和应用
5.1.2 机械零件自由度分析
5.2 机构组合创新设计方法
5.2.1 机构串联组合方法
5.2.2 机构并联组合方法
5.2.3 机构叠加组合方法
5.2.4 机构反馈组合方法
5.3 机构变异设计
5.3.1 机架变异
5.3.2 运动副尺寸变异
5.4 机构再生运动链方法
5.4.1 概述
5.4.2 确定原始机构及找出一般化运动链
5.4.3 运动链连杆类配
5.4.4 组合运动链和优化运动链
5.4.5 实例分析
6 结构创新设计
6.1 结构设计的意义
6.2 结构变异创新设计方法
6.2.1 工作表面的变异
6.2.2 轴毂连接结构的变异
6.2.3 联轴器连接方式变异
6.3 结构组合创新设计方法
6.3.1 同类组合
6.3.2 异类组合
6.3.3 功能附加组合
6.3.4 材料组合..
6.4 引入新的结构要素
6.4.1 弹性(柔性)结构
6.4.2 快速连接结构
6.4.3 组合结构
6.4.4 智能结构
6.5 引入新的逻辑方法
6.5.1 自加强
6.5.2 自稳定
6.5.3 自补偿
6.5.4 自平衡
6.5.5 自适应
6.5.6 载荷分担
6.5.7 阿贝原则
6.5.8 合理配置精度
6.5.9 利用误差传递规律
6.5.1 0误差均化
6.5.1 1零件分割
6.6 引入新的设计理念
6.6.1 宜人化设计
6.6.2 绿色设计
6.6.3 方便装配的设计
7 一般创新设计技法
7.1 头脑风暴法
7.1.1 头脑风暴法的4项基本原则
7.1.2 头脑风暴法的实施过程
7.2 变异创新法
7.3 组合创新法
7.3.1 同类组合
7.3.2 异类组合
7.3.3 技术组合
7.3.4 信息组合
7.4 机遇利用法
7.5 技术移植法
7.5.1 技术移植法的应用条件
7.5.2 移植法的选择
7.5.3 技术移植法的主要类型
7.6 逆向构思法
7.6.1 反向探求
7.6.2 顺序.位置颠倒
7.6.3 巧用缺点
8 创造力开发
8.1 创造力的含义和特征
8.2 创造力的基本属性
8.2.1 创造力的普遍性
8.2.2 创造力的可开发性
8.3 创造力开发的内容.途径和一般方法
8.4 影响创造力开发的基本因素
8.4.1 知识因素
8.4.2 能力因素
8.4.3 素质因素
8.4.4 社会因素
9 创新失误分析
9.1 失误的经验是宝贵的财富
9.2 脱离社会需求导致创新失误
9.3 违背科学原理导致创新失误
9.4 “过期发明”导致创新失误
9.5 “不合时宜”导致创新失误
9.6 思维方式与创新失误的关系
9.6.1 思维定势
9.6.2 发散思维与收敛思维
9.6.3 类比推理与创新思维
附录A冲突问题解决矩阵
参考文献
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