1、5 机械创新设计实例及分析机械创新设计实例及分析华中科技大学 杨家军5.1研究性学习研究性学习n511创新设计课题的寻找n1课题的寻找n研究性学习的过程是从问题到课题，从选题到开题，从理论到实践；爱因斯坦说过“提出一个问题往往比解决一个问题更重要”。好的选题是成功的一半，要从“问题”中筛选“课题”；问题是由信息引起的，一个人一旦向自己提出了某个问题，并产生解决它的强烈欲望，形成了“问题意识”，就能够更敏锐地感受和觉察与该问题有关的信息，提高对无关信息的抗干扰能力，人类的“好奇心”是产生“问题”的心理源泉。如何做研究？如何做研究？How to do research?华中科技大学 杨家军outl
2、ine What is research?nWhy to do research? nHow to do research?q如何选题？q如何读文献？q如何思考？q如何做实验？q如何写文章？n学问论文应该怎么写？华中科技大学 杨家军How to do research?q如何选题？n选题原则是什么？q如何读文献？q如何思考？q如何做实验？q如何写文章？华中科技大学 杨家军方法一定要正确n俗语说“事半功倍”，指的是不论做什么事情，只要方法方法对了，必定可以用最少的力气完成最多的工作。n事：我们的努力n功：我们的成果n做研究也是一样的！做研究也是一样的！ 华中科技大学 杨家军如何选题？确定研究对象
3、？n所选的题目应该是：nsolving real life problems.nStriving to anticipate peoples needs, withnresults in great ideas and the worlds bestnproducts.n（你做的工作一定要有意义，别人要认可）n所选的题目不应该是： :nFor solving toy problems.nFor solving pure mathematics problems.华中科技大学 杨家军选什么样的题？专业 基础华中科技大学 杨家军要有能力管理你的研究工作n难题可以分解为一个个小的子问题; 循序渐进.
4、n不要眼高手低，而要量力而行。n饭要一口一口吃，路要一步一步走。n只有三十斤的力气，不要挑五十斤的担子。华中科技大学 杨家军几点建议：n (一) 做研究的第一步就是查找和阅读尽可能n多的学术资料，看看别人做了些什么。n千万不可抱残守旧，读了一两篇文章就坐井观天。否则绞尽脑汁做出来的东西很可能是别人已经做过了的，那可就要落个闭门造车的下场了。华中科技大学 杨家军疑问：是不是知道的越多越好？n举例：n不是的！知道的越多，束缚越多！华中科技大学 杨家军n作第一手的研究。n研究题目有三种：n第一种题目是从来没人想过的。做这种研究的人，就象是拓荒先驱一样，大家都会跟着他们走；n第二种题目是已经有人做出一
5、些初步成果了，你把现有的成果发扬光大，集其大成；n第三种研究的题目是已经被别人彻底研究过了，只剩下很少一些边边角角的课题去完成。n鼓励大家拓宽思路，多朝前两种题目去思考。华中科技大学 杨家军如何去找一个问题？n已经有的问题n你自己创造一个问题n对已有问题经常总结、比较！n挖洞法 DB/IR华中科技大学 杨家军如何去找一个问题？n对一个感兴趣的研究热点问题做一个综述（问题不要太大）q看2030篇文章，12个月做完n举例：不是越多越好！实验n看看以前的工作是否有不足之处？是否有漏洞？（具体怎么想，且看下节分解）华中科技大学 杨家军研究要领n脑筋要清楚 n方法要简单 n顺其自然n举一反三n选对主题
6、n拓宽思维n逆向工程n随手札记 华中科技大学 杨家军研究的关键在于创新n用新方法解决老问题n用老方法解决新问题n用新方法解决新问题华中科技大学 杨家军思考的重要性？n学习到研究的转变：q以前读书是为考试而读书！ -记忆q现在研究应该有自己的思想 -思考n养成经常思考的习惯！n养成经常挑刺的习惯！n养成经常提问的习惯！华中科技大学 杨家军从哪里开始思考？每当看到一个问题，先将问题的特征定下来。q该问题有哪些自己独特的与众不同的地方？为什么又变成一个新问题了？每当看到一个解决问题的方法，q总结出该方法的前提假设是什么？q总结出该方法的特征同时还要问自己：q这个方法在什么情况下会很差？q如果有，将这
7、个问题推广到极限上去。q最好举些例子来说明，不要抽象的想。qA方法可行，与A特征相似的B方法可不可行？（类比思维）q这个方法可以解决问题C，与问题C类似的问题D能不能用这个方法解决？华中科技大学 杨家军积累一点一滴n将思考的东西一点一点记下来，经常做总结，这样你就会经常有好的想法出来，并且逐渐会系统化起来。华中科技大学 杨家军如何做实验？n实验一定要充实丰富，真实可靠n要考虑各种组合，各种情形，不同参数n可以是多个实验，说明算法的不同角度n和别人工作的比较n可以向作者索取代码或程序n实在没有，也许要自己实现别人的算法n图与表华中科技大学 杨家军异想天开是科学创造的驱动力异想天开是科学创造的驱动
8、力n“异想天开”作为一种创新创造性思考方法，是指勇于有意识地、大胆地提出新颖的、独特的、奇异的、超现实的创造设想。n人类社会许许多多的发明与创造，都经历了梦想、追梦、圆梦的过程，很多伟大的创造发明都是起始于奇思异想。正如亚里士多德所说：“想象力是发明、发现等一切创造活动的源泉。没有“异想天开”，就不会有人类对于天体和空间的探索，也就不会有飞机、火箭、宇宙飞船、人造卫星的问世。从这个角度来说，“异想天开”是科学创造的驱动力。“华中科技大学 杨家军航天飞机航天飞机n异想天开成就人类航天，美国的戈达德从小就梦想从事伟大的发明，1898年在波士顿邮报上连载的太空幻想小说世界大战极大地刺激了他的想象力，
9、不久他就开始梦想制造太空飞行器。1926年3月16日，他终于成功进行了世界上第一次液体火箭发动机的飞行试验n其实火箭只是短暂地飞离了地面，很快就掉下来了。n但是不管戈达德的这枚火箭是多么简陋，飞行时间是多么短暂，几十年后如火如荼的航天事业所依赖的火箭技术，却都认他作为鼻祖，n如今，宇宙飞船已经可以探测火星，而航天飞机已经可以实现地球与外层空间的往返， 其成就和规模，都远非戈达德所能想象，当年他们的奇思异想，宇宙航行如今已经成为世界各大国纷纷投入巨大人力物力的重要事业。 华中科技大学 杨家军53机器人机器人n机器人是一种能够代替人从事多类工作的高度灵活的自动化机械系统。机器人技术是集力学、机械学
10、、电子学、生物学、控制论、人工智能、系统工程等多种学科于一体的综合性很强的新技术。n机器人的主要特点：n1）通用性：机器人的通用性取决于其几何特性和机械能力。通用性指的是某种执行不同的功能和完成多样的简单任务的实际能力。通用性也意味着，机器人具有可变的几何结构，即根据生产工作需要进行变更的几何结构;或者说，在机械结构上允许机器人执行不同的任务或以不同的方式完成同一工作。现有的大多数机器人都具有不同程度的通用性，包括机械手的机动性和控制系统的灵活性。n2）适应性：机器人的适应性是指其对环境的自适应能力，即所设计的机器人能够自我执行未经完全指定的任务，而不管任务执行过程中所发生的没有预计到的环境变
11、化。在这方面，机器人使用运用传感器感测环境的能力;分析任务空间和执行操作规划的能力;自动指令模式能力。华中科技大学 杨家军531工业机器人工业机器人n工业机器人是完成不同作业，根据程序化的运动，实现材料、部件、工具移动，并可编程的多功能操作机。工业机器人是在三维空间具有类似人体上肢运动的功能和结构，并能完成复杂空间动作的多自由度自动机械。工业机器人也是具有自动控制操作功能或移动功能，并能够通过编程进行工作的机械。根据不同的功能要求，其主要结构形式如下：n1直角坐标机器人华中科技大学 杨家军华中科技大学 杨家军55创新思维与技法训练创新思维与技法训练n n科学就是一些有趣的探索。没有创新的思想是
12、不能做到真正的创新的,而创新又是来源于现实已有的东西,往往是来自一些最为基本的原理,只是人们的思维局限于一个小的领域,就像井里的青蛙觉得一个事物的功能只会有井口那么大,殊不知,在这基本的事物之中蕴含着令人意想不到的宝藏. n创新要有现实性,要有实用性, 每一个创意都可能产生一项发明，而接下来的n个创意将会把这个发明推向辉煌。n只要抓住每一次灵感，坚持不懈、顽强努力，最终一定会创造出很多人类的财富。n习比学重要、做比说可靠，通过以下的思维训练，提高学生的综合素质与创新设计能力。华中科技大学 杨家军551思考题思考题n1机械工程科学发展趋势的主要特征有那些？n2举例说明机电一体化技术对机械系统的影
13、响。n3技术创新的类型与特点有那些？结合自己公司的产品论述。 n4创新设计有那7个原则，并举例说明？如改进现有打火机，设计出儿童打不出火的安全打火机。 n5有那几种新产品开发的策略？如利用自行车的功能，将旧自行车改装为多功能健身器。 n6思维定势有那些危害，如何克服？如潜艇在发射鱼雷或导弹的时候，如何防止海水涌进潜艇内。 n7举例说明生物体的结构与功能在机械设计方面给予了那些启发。n8仿生学的基础模仿，仿生思维就是在大自然中寻找解决问题的方程式说法对吗？n9仿生学主要研究的方法就是建立模型，模拟认识，实践创新。其研究构成大致有那三个阶段。n10仿生设计学的研究内容主要有那4个方面。n11.运动规律设计不相同，综合出的机构也就完全不相同吗？ n12.不同的机构却可以实现同一运动规律，满足同样的使用要求吗？ 华中科技大学 杨家军结束
