创新技法在毕业设计中的应用

肖敏 曹鹏彬 肖莉

【摘 要】创新技法是解决创新设计问题的创意艺术，是人们对创造性思维和创造性理论加以具体化应用的技巧。将创新技法中的功能分析法和形态分析法运用到毕业设计中，从系统功能出发设计产品，而不是首先从产品结构着手，这是一种设计方法的转变，启迪和拓宽了学生的思路，取得了较好的效果。

【关键词】创新技法    毕业设计     功能分析法    形态分析法

毕业设计是学生学完所有课程之后，最后一次实践性环节。其目的在于进一步巩固学生所学的理论知识，培养学生独立解决工程实际问题的能力、设计计算的能力、计算机运用的能力、查阅和使用资料的能力以及初步创新设计的能力。将在设计方法学课程中学习到的功能分析法和形态分析法等创新技法运用到毕业设计中，旨在启迪学生的设计思路，把机械设计与创新方法结合起来，运用创新技法来探求机械创新设计中的原理方案解。

一、功能分析法

功能分析法起源于1947年。美国工程师麦尔斯首先提出了产品“功能”的概念，他认为“顾客购买的不是产品的本身，而是产品具有的功能”，即产品是功能的载体，是功能的实现方式。既然人们购买的是产品具有的功能，那么任何一种产品在保证实现功能的前提下，可以采用任何原理和任何形式。也就是说，功能是产品的本质，而具体内容只是一种形式，只要本质不变，形式可以是各种各样的。满足产品的功能要求是设计的核心。从那时起，“功能”思想成为设计学最重要的概念。

采用对产品进行功能分析的方法，可以把常规设计时首先从产品具体结构的思考转化为对产品功能的思考，从而可以摆脱产品现有结构形式对思维的束缚，寻求一切能满足产品功能要求的工作原理，探索满足这些工作原理的技术装置——功能载体，并且通过对各种功能载体的组合和选优，找到能实现产品功能要求并具有创造性的设计方案。这种紧紧围绕产品功能进行分析、分解、求解、组合和选优的方案设计方法称为功能分析法。

功能分析法的重点在于提出创新构思，使思维尽量“发散”，力求提出较多的解法供比较选择。对构件的具体结构、材料和制造工艺等则不一定要有成熟的考虑，因此，常只需用简图或示意图表达所构思的内容。

二、形态分析法

形态分析法是一种系统搜索和程式化求解的创新技法。其出发点是：创新并不是一定要创造一种完全新的东西，也可以是已知事物的新组合。这种方法以建立形态学矩阵为基础，通过对创造对象进行因素分解，找到因素可能的全部形态（技术手段），再通过形态学矩阵进行方案综合，得到方案的多种可行解，从中筛选出最佳方案。所谓因素，指构成事物的特性，如产品用途和功能等。形态指实现相应用途或功能的技术手段。

形态分析法包括因素分析、形态分析、方案综合和方案评选四个步骤。因素分析就是确定创造对象的构成因素，它是应用形态分析法的首要环节，是确保获取创造性设想的基础，是整个方案创新的关键，它需要设计者具有丰富的经验和创新产品的极大欲望。形态分析即按照因素的功能属性，尽可能多地列出满足功能要求的各种技术手段（形态），这需要发散思维。同时，收集情报和查阅资料是十分重要的。方案综合是在因素分析和形态分析的基础上，采取形态学矩阵进行方案综合。在全部方案中，既包含有意义的方案，也包含无意义或无效的方案。方案评选即在众多方案中根据已制定的选优标准，从中选出理想的方案。一般用新颖性、先进性和实用性三条标准进行初评，再用技术经济指标进行综合评价，好中选优。

三、两种创新技法在毕业设计中的应用

原理方案的拟定和构思从质的方面决定了设计的水平。因此，原理方案设计是实现创新和质的跃变的关键阶段。原理方案设计的一个重要特点是方案具有多解性，即实现同一功能目标可以采用不同的工作原理。采用的工作原理不同，所设计出来的机械产品具有的工艺动作不同，则机械产品的性能、结构及经济性也不同。因此，寻找功能齐全、经济性好、安全可靠，在一定条件下相对满意或最佳的创造性原理方案解是设计者追求的目标。

原理方案设计是发散——收敛的过程。从功能分析入手，通过创新构思探求多种方案，然后进行技术经济评价，经过优化筛选，求得最佳原理方案。

在毕业设计中，学生运用两种创新技法进行装载机原理方案设计。设计的大致程序如下：

1.用黑箱法寻求装载机的总功能

装载机的总功能：把地面上的物料（沙石、煤等）装入卡车。

2.总功能分解

将装载机的总功能分解为一级和二级分功能：执行功能（二级分功能为插入、举升和卸载）;行走功能;驱动功能（二级分功能为能量转换和能量传递与分配）;控制功能（二级分功能为启动与停止、变速和仪表显示）;辅助功能（二级分功能为照明及其他）;支承与联接。

3.建立功能结构图

建立功能结构图是使技术系统从抽象走向具体的重要环节。通过功能结构图的绘制，可以明确实现系统总功能所需要的分功能及其顺序关系。

4.分功能求解

分功能求解就是寻求完成分功能的技术实体——功能载体。分功能求解的基本思路可以简明地表达为：功能→工作原理→功能载体

5.求系统原理解

将各分功能解合理组合，可以得到若干个系统原理解。即把分功能解合成一个整体以实现系统总功能。

采用形态分析法进行分功能解的组合，应将系统的分功能列为纵坐标，各分功能的相应解法列为横坐标，构成形态学矩阵。从每项分功能中取一种解进行有机组合，即得一个系统解。按照这种方法，最多能得到数千种方案。然后根据任务书的要求、分功能之间的相容性，优先选用主要分功能的较佳解以及剔除对设计要求、约束条件不满足，或令人不满意的解答等原则组成少数几个方案供评价决策使用，最后确定较为满意的方案。

【参考文献】

[1]叶元烈.机械现代设计方法学[M].北京：中国计量出版社，2000.

[2]黄纯颖，等. 机械创新设计[M].北京：高等教育出版社，2000.

[3]肖敏，刘向明，罗圆智.机械设计学课程教学的改革实践[J].高教论坛，2006（1）.