《TRIZ实例研究》PPT课件

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,机械设计基础II,TRIZ 实例研究,朱 爱 斌博士,西安交通大学机械工程学院,11/26/2024,TRIZ 实例研究,小型汽车外形设计,中国苏30战机入洞库问题,新型扳手,纺织工艺流程的改进,菲利普灯泡的改进,快捷信封,波音737飞机发动机罩的改进设计,汽车安全气囊的改进设计,TRIZ 实例研究,飞机机翼的进化,薄壁体的铸造,药物包装封存,北京奥运会火炬的设计,TRIZ 实例研究,热交换器设计,小型汽车外形设计应用背景,在欧洲那些最初为行人和马车修建的城市里，虽然燃料费用已经颇高，然而交通仍然非常拥挤。为改善此种状况，市政府通过加税提高大型汽车在城市里的费用，以鼓励小型汽车的生产。,目前市场上没有特色的小型汽车，在某种意义上，还不能成为有钱人身份、地位的象征。以生产大型豪华私人轿车为主的德国宝马和奔驰公司，准备联合开发出一种名牌智能化的小型汽车，使其在汽车市场上独领风骚。,问题描述：,车身较长，在碰撞中有一个大的变形空间，可以吸收能量，缓解交通事故对人的冲击力，减轻对乘车者的人身伤害。但此种汽车体积较大，比较笨拙，而且在一定程度上造成交通拥挤。而迷你形汽车因为车身较短，不具备这种变形缓冲功能。,系统存在的技术矛盾：迷你形汽车车身短与在交通事故中防撞性能降低的矛盾。,解决思路和关键步骤：,本实例的技术冲突：,5 Area of moving object 运动物体的面积,22 Loss of energy能量损失,得出相应的创新原理：,15# Dynamicity动态化,17# Shift to a new dimension维数改变,解决方案,15# 创新原理为动态性，,迷你形汽车的引擎被设计的位于车身下面，以增加引擎和乘客分隔空间的大小。与客车相比，提升了位于碰撞影响区域上面的乘客空间。其动力装置是一台 600cc 涡轮控制的3汽缸发动机-完全电控的发动机系统，没有机械连杆与油门或变速杆连接。这种装置激活6速自动变速箱，变速箱可以在若干模式下运作，从完全自动到手工触摸转移，不必使用离合器。,应用17维数改变,17#创新原理为维数改变 ，将物体一维直线运动变为二维平面运动。迷你形汽车的动力机车安装在滑翔架上，碰撞时车身沿斜面运动，减轻碰撞时的冲击力，并增强了其抵抗外力变形的能力。,结论,Mercedes,奔驰最近揭开的一种概念车,F300 Life Jet,，虽然微小，这种智能型汽车也比较宽敞。乘车者坐在在前后纵向排列的两个座位里，前面两个车轮由铰链连接，车身坐落在此悬浮臂上，像摩托车一样，经由一种倾角控制系统控制转向端活动，并且车身前部可以斜靠进入边角。,迷你形汽车本身并没有使用特殊材料来吸收能量，仅仅做了结构上的创新，其抵抗外力变形的能力便可堪与一辆普通轿车相婢美。,中国苏30战机入洞库问题应用背景,应用背景,以、为代表的新一代战机的确威力无比攻防兼备，不过也正是因为高大威猛一时无法进入中国现有的洞库。因为当时的飞机比现在的新型战机矮小所以洞库门也修建的矮小，对于垂尾高大的新式战机而言在洞库的大门口就被卡住了，尽管洞库内部的空间很大。,以现在某王牌部队所在的基地为例：国家之所以将这个已停用多年的机场重新启用就是看中了它的洞库。这座大型洞库可以容纳某型轰炸机XX架，在亚太地区可谓名列前茅，与的长航程高性能相配合将可以形成强大的战略威慑力量。为了建设这个战略航空基地国家已投入个亿。,问题描述：,机名,机长 m,翼展 m,机高 m,轰5,16.77,21.45,6.20,SU 27,21.93,14.7,5.93,FBC 1,22.325,12.705,6.575,SU30MKK,21.935,14.7,6.43,机库高度：,6.3m,系统存在的技术矛盾：增加机库高度与机库改建的技术难度，重新改建原来的洞库结构及布置的矛盾。,解决思路和关键步骤：,4 Length of a stationary object:增加机库的高度尺寸,32 Manufacturability ：重新改建原来的洞库结构的难度，可实现性难度增大,得出相应的创新原理：,15 Dynamicity 动态性,17Shift to a new dimension维数变化,解决方案,当被牵引到洞库门口时，利用牵引车上专用的升降机抬高飞机的前轮，使飞机形成度的仰角，此时飞机的垂尾将会后倾、高度也因此降低，牵引车就能从容地将飞机拖入洞库之中，待进入洞中时由于库内高度变大再将飞机放平；飞机出洞时也是如此：先将飞机前轮架起使之被拉出洞口，之后再将飞机放平拉到机场进行飞行准备。,只要在现有的牵引车进行适当的改动，加上类似翻斗车那样的液压升降系统就行了，现在SU30牵引车本来就是将其前轮置于车内，只有二个后轮着地滑行，因此加装液压降设备后很容易地改变飞机的牵引仰角和垂尾的距地高度。,结论,第一图显示因为垂尾过高，飞机无法进入洞库。,第二图显示牵引车升高牵引仰角，降低飞机的垂尾高度使飞机顺利进入。,第三图显示飞机进入洞库中恢复正常状态。,新型扳手应用背景,实际应用中，标准的六角形螺母常常会因为拧紧时用力过大或者使用时间过长、螺母的六角形外表面被腐蚀，使表面遭到破坏。,螺母被破坏后，使用普通的传统型扳手往往不能再松动螺母，有时甚至会使情况更加恶化，也就是说螺母外缘的六角形在扳手作用下破坏更加严重，扳手更加无法作用于螺母。,普通扳手,8件梅开扳手-公制,问题描述：,传统型扳手之所以会损坏螺母，其主要原因是扳手作用在螺母上的力主要集中于六角形螺母的某两个角上，如图所示：,在拧紧或松动螺母的过程中，扳手同时会损坏螺母的六角形表面。使用扳手时用力越大，螺母损坏就会越严重。而使得扳手作用于螺母上的力大大降低，降低了工作效率。,在这一系统中存在的技术矛盾为：若想通过改变扳手形状降低扳手对螺母的损坏程度，就可能会使扳手制造工艺复杂化。,如果可以找到一种制造不是很复杂，而且又可以避免对螺母的严重损坏的扳手，无疑是解决这一问题的最佳途径。,解决思路和关键步骤：,根据传统型扳手，我们可以尝试从下列几个方面得到答案：,a）使扳手的各个表面与螺母的外表面完全吻和，从而使得用扳手拧螺母时扳手的表面与螺母表面完全接触，以避免螺母的角与扳手平面的接触。,b）在扳手上增加一个“小附件”，使得扳手的表面可以自由移动以和不同的螺母表面相接触。,c）使用比螺母材料硬度小的材料制造扳手，这样可以在操作过程中损坏扳手而不是螺母。,解决思路和关键步骤：,23 物质损失,32 可制造性,物体或系统制造过程中简单、方便的程度。,解决思路和关键步骤：,15 34 33,4#：不对称,建议：如果一个物体是不对称的，增强其非对称性。,解决方向：扳手本身是一个不对称的形状，改变其形状，加强其形状的不对称程度。,17#：维数改变,建议：将一维直线形状的物体变换成为二维平面结构或者是三维空间结构的物体。,解决方向：改变传统扳手上、下钳夹的两个直线平面的形状，使其成为曲面。,34#：抛弃与修复,建议：废弃或改造机能已完成或没有作用的零部件。,解决方向：去除在扳手工作过程中对螺母有损害的部位，使其螺母的六角形外表面的尖角而无法破坏螺母的六角形外表面。,26#创新原理：代用品（Copying）,解决方案,在上、下钳夹的突起两端各有一个凹槽与之平滑连接。,这一设计可解决使用传统扳手时遇到的问题。当使用扳手时，螺母六角形表面的其中两条边刚好与扳手上、下钳夹上的突起相接触，使得扳手可以将力作用在螺母上。而六角形表面的与扳手接触的角则刚好位于扳手上的凹槽中，因而不会有力作用于其上。螺母不会被损坏。如图所示。,纺织工艺流程的改进应用背景,纺织印涂工艺过程中，织物要经过印涂辊进行印涂。,印涂辊的结构中，有一个存放涂敷混合物的料槽。涂敷混合物是一种乳液状的粘着剂。凹版印辊的表面是一些雕刻好的印刷单元，它的一半浸在料槽里面的涂敷混合物中，当凹版印辊转动的时候，印辊表面上那些雕刻好的印刷单元在槽中被涂上涂料。这些涂料经过一个修理铲的休整，印辊表面多余的涂层被清除，被清除的涂敷混合物回到料槽中被再次利用。印辊休整后，与一个向下扎压的橡皮辊相遇。织物就是从这两个辊之间通过，织物在印辊和橡皮辊之间受到扎压。在扎压的过程中，会产生一个微小的真空。涂敷混合物由于真空的吸合而离开印刷滚筒，涂在织物的表面。这个特殊的涂敷过程使布料表面产生涂层，因而不再用浸泡织物的方法来产生涂层。经过这个工艺的织物含有湿涂层，接着该织物被卷入到加热的干燥罐中进行脱水，这样涂层就粘着在织物的面上。,印涂辊的结构,印涂辊的结构有如下部分组成：1、橡皮辊；2、凹版印辊；3、涂敷混合物；4、修理铲；5、织物。,问题描述：,系统存在的技术矛盾有：在这个操作中，机器的速度提高了，但是涂层的重量减轻了，工艺的可靠性下降。我们需要的是一种方法来使我们增加涂敷速度的同时保证工艺的可靠性。,系统存在的物理矛盾有：处理过程同时必须既快又慢。,解决思路和关键步骤：,在生产过程中,我们要求涂敷部件应能完成这样的操作：增加涂敷速度的同时使织物有足够的厚涂层。,我们利用技术矛盾矩阵来尝试解决上面提出的问题。,矩阵表中，使系统提高的技术特性是：速度（Speed），表中第9号参数；,矩阵表中，使系统恶化的技术特性是（矛盾的特性）：,27 可靠性,解决：11 35 27 28,解决思路和关键步骤：,A 应用,11 预补偿,建议：改进过程中，通过事先使用某些对策，来增加工艺的可靠性。,要解决的问题：涂层重量随涂敷速度增加而减少。,解决方向：改变织物的物理特性或涂敷物的物理特性，增加相互间的吸附能力。,解决方案：,1、对织物进行化学处理：添加某种化学物质来改进织物的湿面特性，织物增加了对涂敷物的吸附能力，这样就能保证织物在涂敷速度增加的同时吸附上更多的涂敷物。,2、对涂敷物进行化学处理：添加某种化学物质，使涂敷物的粘性增加，更利于涂敷物在织物的表面吸附。,解决思路和关键步骤：,B 应用35,参数变化,建议：改变物体的各种状态参数，如改变物体的密度，弹性程度或温度等。,要解决的问题：涂层重量随涂敷速度增加而减少。,解决方向：改变织物的组成或改变涂敷物的物理特性。,解决方案：如果织物改为100%的棉织物，织物能成功地吸附涂敷物，这是由于棉纤维固有的棉芯吸附特性，但这样的改变将会完全改变我们的最终产品。这种改变，既改变最终产品的物理特性（抗张强度，延展性和手感），又改变织物本身的成本（100%的棉织物比棉/化纤比例为50/50的合成纤维织物昂贵的多）。,在织物的涂敷过程之前，可应用预热方法使织物在涂敷过程中吸收涂敷物。预热方法有利于织物的干燥，也有利于涂敷物的吸收。加热涂敷物之后，涂敷物的粘度（2,500 cps）会降低到将近1,000 cps。这优化了涂敷物的流体特性，更利于涂敷物从涂敷部件转移到织物上。,解决思路和关键步骤：,B 应用35,参数变化,当前的捏合辊，涂敷过程中，会在织物上的形成压力，它有一个硬橡皮层，印辊则是由坚固的钢制造。因为辊的橡皮相当硬，当它和印辊接触时没有弹性。这就使橡皮辊和印辊间的接触面积较小。当压力一定时，如果使用一个更软一点更富有弹性的橡皮辊，橡皮辊和印辊之间的接触面积将增加。这将增加织物吸附涂敷物的滞留时间。印辊得到的机械压力来自捏合辊，捏合辊也可用一个充气辊来代替，充气辊是中空的辊，可通过中间充气或放气来增加辊的硬度。,解决思路和关键步骤：,C 应用27,低成本，不耐用物体代替耐用物体,建议： 以便宜的东西代替昂贵的东西，这个方案可改进现存的系统，但不能解决系统中的根本问题。,要解决的问题：涂层重量随涂敷速度增加而减少。,解决方向：更换部件，用更好的部件来完成涂敷过程。,解决方案：将钢性修理铲用一个便宜的塑料铲来替代。从专利中我们发现，塑料铲更可靠，并适合更好的涂敷重量控制。,结论,使用更软一点的辊，涂层重量大大增加了,保证了工艺可靠性，涂敷速度就可以在一定范围内增加,根据研究结果, 企业改变原来的硬度为90(邵氏硬度)的橡皮辊，取而代之的是硬度为60(邵氏硬度)软一点的橡皮辊。其有效的解决了问题。,菲利普灯泡的改进应用背景,绿色家电是当今家电产业的发展趋势之一。所谓绿色家电是指家电的生产和消费能够降低对生态环境的破坏，减少资源浪费。,白炽灯由于具有耗电量大，耐久性低，使用寿命短等缺点，已经不符合这种家电的发展趋势。,Philips公司开发的小型荧光灯(CFL：Compact Fluorescent Lamp)是白炽灯良好的替代产品。它具有省电，使用寿命长，易回收再利用和环保的优点。,经济效益和社会效益,荧光灯具有省电，节能的优点，有很高的经济效益和社会效益。1997年的一份调查显示：1994年全年共销售了20亿只Philips小型荧光灯，并且以每年15-20%的速率稳步增长。,这些荧光灯至少10倍寿命于相同功能的白炽灯。也就是说，相当于200亿只白炽灯。而且，一只18W的Philips小型荧光灯相当于75W的白炽灯，节省了3/4强的电能。可以算出，一只荧光灯可以节约约200升用于发电的石油。,问题描述：,荧光灯的发光原理是，荧光灯管里充满了水银蒸气，灯管内壁涂有荧光剂，水银蒸气受高压电激发使电子跳脱出来，部分电子撞击荧光剂后发出白光。,长期使用的情况下，荧光灯往往亮度变弱。这是由于真空玻璃管吸收水银蒸气，造成管中的水银蒸气不断减少。这不仅削弱了荧光灯的亮度，而且缩短了荧光灯的寿命。,由此可见，如果管内水银蒸气量过少，会降低荧光灯工作的可靠性，使产品在市场上缺乏竞争力。由于对真空玻璃管的水银吸收率缺乏真实的统计数据，以及不精确的制造技术，传统的荧光灯往往填充过量的水银蒸气，造成了,物质上的浪费,。如果荧光灯管破损，大量的水银蒸气释放出来，对环境和人体的损害是非常大的。,但是，降低管内的水银蒸气量会增加,电能的耗费,。因为为了保证亮度，需要增加能量以激发出更多的电子。,矛盾分析,系统存在的技术矛盾有：,为了保证荧光灯亮度的稳定性，就不得不增加水银蒸气的量；,减少水银蒸气的量，有利于环境保护，但降低了荧光灯工作的可靠性；,减少水银蒸气的量，有利于环境保护，但增加了能量的耗费。,系统存在的物理矛盾有：对水银蒸气的量同时具有多和少的要求。,解决思路和关键步骤：,使系统性能提高的技术特性是：,26 物质或事物的数量,30 物体外部有害因素作用的敏感性,使系统性能降低的技术特性是：,27 可靠性,22 能量损失,20 静止物体的能量,解决思路和关键步骤：,这样，得到三组技术矛盾：,1. 减少水银蒸气的量（26 物质的量），但荧光灯工作的可靠性降低（27 可靠性）。,2. 减少水银蒸气的量（26 物质的量），但需要耗费更多的电能（22 能量的浪费）。,3. 有利于环境保护（30 作用于物体的坏的因素），但荧光灯使用的能量增加了（20 静止物体使用的能量）,解决思路和关键步骤：,1. 减少水银蒸气的量（26 物质的量），但荧光灯工作的可靠性降低（27 可靠性）。,由技术矛盾矩阵物质的量/可靠性得到28#创新原理提示：机械系统的替代,2. 减少水银蒸气的量（26 物质的量），但需要耗费更多的电能（22 能量的浪费）。,由技术矛盾矩阵物质的量/能量的浪费得到7#创新原理提示：嵌套,3. 有利于环境保护（30 作用于物体的坏的因素），但荧光灯使用的能量增加了（20 静止物体使用的能量）,由技术矛盾矩阵作用于物体的坏的因素/静止物体使用的能量得到37#创新原理提示：热膨胀,解决方案,A 应用7#创新原理 嵌套,解决方案：,在真空管的里面内嵌一个玻璃囊。,B应用28#创新原理 机械系统的替代,解决方案：,用高频的电磁场来打破这个玻璃囊。,C应用37#创新原理 热膨胀,解决方案：,利用金属线和玻璃囊的热膨胀系数的不同释放水银蒸气。,结论,经过计算满足性能要求的最小剂量的水银蒸气被密封在玻璃囊中。在玻璃囊的内壁上嵌着金属线圈。该玻璃囊被内嵌在真空管的一端。荧光灯被制造出来后，通过一个高频的电磁场来加热玻璃囊。,由于玻璃囊和金属线圈的热膨胀系数不一样，使得金属线圈能够切断玻璃囊，释放出水银蒸气。,同一般的荧光管相比，用这种新的制造技术，至少可以减少75%的水银含量，减少了对环境的污染。,快捷信封应用背景,文具店出售信封的样式如图，不同大小和格式的信件或文档有与之相匹配的信封。大页面的文件可用比其稍大些的信封封装以便拆开。人们往往认为撕开胶粘的信封是很快捷方便的，但是，这种方法通常会把信封内的文件撕坏或使信封开口变粗糙。当然,如果借助某种辅助工具如剪刀且在剪开前抖动信封，就可既不损坏文件又获得好看的开口。但是，该方法给用户带来了不便。因此，设计一种能又快又可靠地拆开的信封很有必要。,效益和问题描述,新的设计方案使拆信简单方便，为用户节约了时间，在不损坏文件的同时获得美观的信封开口,怎样用最少的时间安全快捷地取出信封内的文件或资料？,解决思路和关键步骤技术矛盾,1 节约拆信时间与降低拆信的可靠性之间的矛盾，该矛盾中使系统提高的技术特性为25时间浪费，随之使系统恶化的技术特性为27可靠性；,2 改善拆信的可靠性与恶化拆信方便性之间的矛盾，该矛盾中使系统增强的技术特性为27 可靠性，而随之使系统削弱的技术特性为33操作性；,3 减少信件信息丢失与增加拆信时间之间的矛盾，该矛盾中使系统提高的技术特性为24 信息浪费，随之使系统恶化的技术特性为25时间浪费,解决方案针对技术矛盾1,10#原理：,预操作,；,30#原理：柔性壳体或薄膜；,4#原理： 非对称性；,在上述三个原理中，重点考虑前两个原理。,根据10#和30#原理建议的信封设计是通过封装前在封盖下放置拆封线或拆封条来实现。该方案已申报美国专利。,解决方案针对技术矛盾2,17#原理：转换成新的维数；,40#原理：复合材料；,相应于技术矛盾3有：,24 #原理：中介物,结论,根据17#和24#原理的建议设计了如图所示的信封。,该方案把中介物或其他媒介物在封信前置入封盖和面板之间，这样，便可简单地通过拉中介物或其他媒介物的一端很方便地打开信封并拿到信封内的文件且获得美观而整齐的信封开口。,波音737飞机发动机罩的改进设计应用背景,波音公司改进737的设计时，需要将使用中的发动机改为功率更大的发动机。,发动机功率越大，它工作时需要的空气越多，发动机罩的直径要增大。发动机罩增大，机罩离地面的距离减小，而距离的减小是不允许的。,问题描述,技术矛盾分析,上述的改进设计中已出现了一个技术冲突,即希望发动机吸入更多的空气，但又不希望发动机罩与地面的距离减少。,解决思路和关键步骤：,通用工程参数,7# 运动物体的体积,3# 运动物体的长度,发明创新原理,1# 分割,7# 套装,4# 不对称,35# 状态改变,结论,解决方案为,将发动机罩由规则的圆形改为不规则的扁圆形，这样在增大发动机功率的时候就不会导致发动机罩与地面的距离过小，从而消除了矛盾。,汽车安全气囊的改进设计,应用背景,汽车正面碰撞是造成交通事故65伤亡的原因。安全气囊就是为了在汽车正面碰撞过程中最大限度的保护驾驶员及前排乘客。当驾驶员及乘客戴安全带时，安全气囊对人的保护效果应该最佳。,但对很多装有安全气囊轿车的交通事故调查发现，安全气囊每保护20人，就有1人不能受其保护而死亡，而且死亡的人一般身体较矮，如儿童与妇女。,安全气囊实例,问题描述：,轿车是一个系统，安全气囊只是其中的子系统，该子系统简图如图。,汽车是气囊的超系统，碰撞物可能是另一辆汽车或其他物体。气囊装在气囊筒内，气囊筒装在汽车方向盘前端。安装在汽车前端的传感器感受到汽车减速度信号，传给激发器并使气囊迅速膨胀并充满具有一定压力的气体，完全膨胀后，囊内压力要有所降低，气体的减振作用将保护碰撞到气囊上的司机或乘客。,问题描述：,轿车安全气囊的功能是在汽车正面碰撞时保护司机与乘客，但目前的设计保护了身体高的司机与乘客，而有可能伤害身体矮的司机与乘客。,其原因是身体矮的司机为了踩刹车及油门，身体较接近于方向盘。汽车碰撞时，气囊膨胀过程中，身体矮的司机可能碰上了气囊。膨胀过程中的气囊动能大，像是一个运动中的刚体，会伤害与其碰撞的司机。上身长、腿短的司机受伤害的可能性更大。,妇女一般身体矮，儿童不仅身体矮而且经常不戴安全带，因此，容易受到伤害。,解决思路和关键步骤：,美国政府有关部门曾建议减少安全气囊功率的方法解决该问题。,所谓的功率定义为气囊的膨胀力与膨胀速度之积。减少该功率使气囊膨胀速度减慢，可以保护身体矮的司机与乘客，但汽车在高速运行时如果发生碰撞，所有身材的司机与乘客均高速前倾，可能要碰撞到方向盘、仪表盘或挡风玻璃上，从而受到伤害，膨胀速度慢的气囊并不能有效的保护他(她)们。,如果按该方法进行设计，设计中的技术冲突：减少气囊功率可以减少其膨胀速度，减少司机、乘客与气囊碰撞所造成的伤害；但汽车高速行驶过程的碰撞，由于气囊未能及时膨胀将会带来更多的伤害。,解决思路和关键步骤：,无论是原始设计还是改进建议，都存在技术冲突。现将技术冲突标准化并应用冲突矩阵确定可用的发明原理，通过这些发明原理去发现消除冲突的基本思路。,冲突的一方是要改变气囊的膨胀速度，以保护一部分司机与乘客；另一方是速度的改变使另一部分司机与乘客受到伤害。这技术冲突可用39个标准工程参数中的第15及第31个参数描述。,No.15,运动物体作用时间,：物体完成规定动作的时间及服务期。两次误动作之间的时间也是作用时间的一种度量。,No.31,物体产生的有害因素,：有害因素将降低物体或系统的效率或完成功能的质量。这些有害因素是由物体或系统操作的一部分而产生的。,由冲突矩阵可以杏出，可用发明原理序号为：21、39、16和22。,解决方案,发明原理序号与名称,消除技术冲突的方法建议,21 紧急行动,加快而不是减少气囊的膨胀速度，当完全膨胀后才出现身材矮的司机或乘客与其碰撞的可能，则能够保护所有的司机或前排乘客,39 惰性环境,在汽车碰撞过程中对人的伤害是由于膨胀过程中的气囊的动能作用，使其像一个刚体，如果某种物质能够软化气囊表面，使其碰撞处于惰性环境，就可能保护司机和乘客,16 未达到或超过的作用,气囊体积减少，功率增加，使其尽快膨胀，可以保护司机和乘客,22 变有害为有益,增加气囊的膨胀速度，当其完全膨胀后司机和乘客才可能与气囊碰撞,飞机机翼的进化应用背景,早期的飞机机翼都是平直的。最初是矩形机翼，很容易制作。但由于其翼端宽，会给飞机带来阻力，严重地影响了飞机的飞行速度。,后掠翼：一举突破“音障” 。德国，英国,美国喷的气式飞机先后上天。飞机开始进入喷气式时代，其飞行速度迅速提高，很快接近音速。机翼上出现“激波”，使机翼表面的空气压力发生变化。同时，飞机的阻力骤然剧增，比低速飞行时大十几倍甚至几十倍。这就是所谓的“音障”。为了突破“音障”，许多国家都在研制新型机翼。德国人发现，把机翼做成向后掠的形式，像燕子的翅膀一样，可以延迟“激波”的产生，缓和飞机接近音速时的不稳定现象。但是，向后掠的机翼比不向后掠的平直机翼，在同样的条件下产生的升力小，这对飞机的起飞、着陆和巡航都带来了不利的影响，浪费了很多不必要的燃料。,能否设计一种适应飞机的各种飞行速度，具有快慢兼顾特点的机翼呢？这成为当时航空界面临的最大课题。,经济效益和社会效益,新的设计方案抛弃了传统的固定翼设计概念，使其在不同的速度之下机翼配合相应的飞行姿态,具备了平直机翼升力大的特点；而在高速飞行时，它的两翼又尽量后掠，后掠角可达72.5度，变得像三角机翼一样，因此能够轻易突破“音障”。,从而有效地降低了迎风面积（既作用在飞机表面的气流的横截面积），达到了节能降耗，以及提高飞行速度的目的，最终实现提高其战斗力的根本目的。,问题描述,技术矛盾分析,传统的固定翼不适合高速飞行，在突破音障的时候产生非常大的阻力，消耗的能量相应加大，而且容易产生飞机在空中解体；,三角翼不适合低速飞行，而且起飞与降落以及巡航时在相同推力条件下产生的升力小相应的能量消耗又相应地加大了。,矛盾集中体现在速度与其在运动中能量消耗之间的矛盾上。,解决思路和关键步骤：,通用工程参数,9# 速度,19# 运动物体使用的能量,发明创新原理,8# 质量补偿,15# 动态性,35# 参数变化,38# 加速强氧化,发明原理分析,质量补偿，加配重明显不适合战斗机，战斗机要求机身轻，灵活机动，而且加重机身还使速度这个技术特性恶化。,加速强氧化，使用强力氧化剂虽然可以使燃料燃烧的更充分，获得较大的推力。但是战斗机上使用的是特制的高热量航空煤油，在涡轮喷气发动机中的燃烧是比较充分的，所以使用这个创新原理的作用不是很明显。,解决方案,综合考虑这15，35两条创新原理。通过对机翼的改造,使其成为活动部件，并且在飞行的时候有效地控制机翼的形态，使之能够在比较大的范围内改变”后掠角”，获得从平直翼到三角翼的优点，来获得从低速到高速不同的飞行状态.，表现出很强的适应性。,将飞机的机翼做成活动部件，这是飞机设计界一个大胆的创新，一举突破了传统的固有的固定翼设计理念，在飞行器设计领域开辟了一块新天地。,结论,F111战斗机在低速度飞行（图1）中，处在起飞阶段，机翼呈平直状，获得较大的升力，良好的低速特性，避免长距离滑行所浪费的能量，从而有效地解决了飞机在低速度状态下速度与能量之间的矛盾。,如（图2）所示， F111在云层之上高速飞行，两翼后掠减小阻力，从而减小了能耗，延迟“激波”的产生，缓和飞机接近音速时的不稳定现象，使飞机能够达到更高的速度。适应于不同速度下的巡航，既在不同的速度之下采用不同的后掠角，以适应当前的飞行速度。,结论,根据上述分析的结果，设计者设计成功了这种在当时是新型的F111变后掠翼战斗/轰炸机，这是世界是第一架应用变后掠翼设计思想的飞机，开创了新一代超音速战斗机的新纪元。,从此以后，世界战机家族又多了“变后掠翼战斗机”这个新成员。以后设计出的一系列变后掠翼战斗机，如：英国、德国、意大利三国联合成立的帕那维亚飞机公司的狂风超音速战斗机等等（图3）都采用了这种新的设计思想。,薄壁体的铸造问题？,使用压模铸造法铸造薄壁体，铸模与压力舱连接，压力舱包括一个活塞和一个装有熔化金属的容器。活塞将一部分熔化金属挤入铸模，同时有一个气孔允许空气从铸模逸出。,使用这个方法，薄壁铸件质量不够高。当熔化金属挤入铸模时，铸模内的空气会溶解在金属中，空气泡会在铸件内，同时空气泡附着在铸模壁上，也会导致铸件质量降低。,这问题可以采用振动或者转动铸模初步解决，这技巧可使移除气泡的功能增强，但是模具设计变的很复杂，如何解决这个问题？,分析,减少气泡的数目 26 物质的数量,设计变的更复杂 36 装置复杂性,冲突矩阵对应的发明原理,3 13 27 10,10 预操作,解决,建议实现移除气泡，可以采用实现抽出真空。,发展低廉的抽真空技术，这时我们发现可以利用压力舱。从气孔溢出的空气经由管线连接到压力舱，当活塞移动时，活塞后面的压力舱体积增大，空气被稀释。因为与活塞移动方向相反的空腔压力与铸模内压力一样，所以铸模内空气被吸出。,使用这方法后，空气大量地减少溶解在金属中，气泡不在铸件壁形成，铸件的质量改进。,药物包装封存问题？,安瓿瓶是装一次用量的皮下注射液的密装小玻璃瓶，在药物包装时，使用强大的火焰作用在安瓿瓶颈部以有效的密封。,但是这样对于某些药物，包装时火焰的高温，会使药物分解，工程师应该如何维持药物的质量同时又能有效的封住瓶口呢？,分析,需要改进的特性 降低温度,17 温度,带来负面影响的参数，生产率下降,39 生产率,冲突矩阵建议的发明原理,15 28 35,选择28 机械系统的替代,解决,在密封装有药物的安瓿瓶时，药物和容器都需要防止过热。,建议使用28 机械系统的替代，采用电磁场完成物体的相互作用，实现非接触的密封过程。,在安培瓶消毒和装药后，安瓿瓶放在类似弹药筒的容器。铁磁材料应用在每个安瓿瓶的毛细管处。筒通过运输器进给，铁磁材料通过反复磁化作用加热到有关温度，将毛细管顶端密封。整个过程在58秒中完成，大大提高了生产率。,筒,安瓿瓶,铁磁材料,输送器,药物,铁磁感应器,谢谢！,热交换器结构示意图,热交换器关键相互作用功能模型,热交换器关系模型,功能模型提供了重要的问题定义,增加基本功能的级别：如何加强作用“加热m2”？（包括M1到管道以及管道到m2两个过程）,消除不需要的效应：,如何防止（或者如何避免结果）管道温度变化时候的热胀冷缩？,当温度变化的时候，如何防止管道壁在外壳里面的运动？（目前的设计通过补偿器消除这一结果）,如何防止管道振动？（目前设计通过内部支撑解决）,支撑-管道-M1相互作用模型,捷克专利示意图,捷克专利CZ 280 320 B6，发明人Msc D Sykora,新旧热交换器性能比较,通过使热交换面自我支撑省略了原来的内部支撑。省略支撑也意味着对流体的阻力的减少。内部的流速和温度场是均匀的。,总的强度通过螺旋管道多点相互接触而得到保证。振动减轻了从而交换器的使用寿命期望值也得到了提升。,在螺旋管道附近增强的涡流显著提高了热交换系数,-,从而允许或者两倍的热交换能力或者两倍减小了尺寸，或者是两者的组合。,均匀加热的螺旋具有自我补偿热胀冷缩的能力。,由于涡流加强，杂质和污染覆盖热交换面的可能降低了。,由于管道颈紧凑的设计，交换器整体尺寸得到显著减小。,3,和,6,共同决定了周围设施尺寸也可以随之减小。,当垂直放置的时候，在内管道壁上形成的冷凝水进一步加强了热交换效率。,新的，更短的，更紧凑的垂直冷凝式热交换器更加灵活，能够适应热输出变化的要求。,结论,应用背景,谢谢！,应用背景,经济效益和社会效益,问题描述：,解决思路和关键步骤：,解决方案,结论,