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什么是创新？
词典解释
第一种意思：
通过研究和试验产生的新东西（新的装置或流程）（创造新的东西、发明创新、技术革新）
第二种意思：
头脑中产生的新东西（创意）
第三种意思：
第一次开始使用某种事物的行动；介绍使用新生事物。
（创举）
第四种意思：
“更新”、“改变”
第五种意思：
为旧的东西找到新的应用领域、新的使用方法、新的市场（“发现”和“开拓”）
专家解释
“创新”的概念国内学术界公认来源于熊比特的创新理论，其国际社会认同的特指英文是“Innovation”,有别于“创造”（英文为Creation）和“发明”（英文为Invention）。
当前国际社会对于“创新（这里还是理解为Innovation）”的定义比较权威的有两个：
一是2000年联合国经合组织（OECD）“在学习型经济中的城市与区域发展”报告中提出：
“创新的涵义比发明创造更为深刻，它必须考虑在经济上的运用，实现其潜在的经济价值。
只有当发明创造引入到经济领域，它才成为创新”。
二是2004年美国国家竞争力委员会向政府提交的《创新美国》计划中提出的：
“创新是把感悟和技术转化为能够创造新的市值、驱动经济增长和提高生活标准的新的产品、新的过程与方法和新的服务”。
这就确认了“创新”在社会经济发展中极其重要的地位和作用。
作为Innovation的创新，实际上是个过程，是实现创造发明潜在的经济和社会价值的过程。
总结:
创新是人在社会实践中运用已有知识、经验、技能，研究新事物，解决新问题，产生新的思想及物质成果，用以满足人类物质及精神生活需求的过程。
机械创新设计：
是指充分发挥设计者的创造力，利用人类已有的相关科学技术成果（理论、方法、技术、原理等），进行创新构思，设计出具有新颖性、创造性及实用性的机构或机械产品（装置）的一种实践活动。
创新活动是人类实践活动中最复杂、最高级的，是人类智力水平高度发展的表现。
第一章第一节创新与社会进步
1.创新是人类文明进步的原动力,机械发展的历史是一部创新的历史\
回顾人类发展的历史，创新在人类进步过程中发挥了极其重要的作用，它推动人类社会从野蛮走向文明，从蒙昧走向智慧，从封闭走向开放。
当世界进入知识经济的时代：
创新是个人适应竞争的保证；
创新是国家繁荣强盛的根本；
创新是民族屹立不倒的灵魂
2.当前我国机械领域创新能力现状
1.改制后的机械工程研究所正在失去研究实力；
2.中科院没有设置机械工程研究所；
3.中国机械制造企业很少从事基础研究；
4.机械学科的创新项目90％落在研究型大学；
5.缺少有国际重大重要影响的机械工程原创性成果；
6.缺少国家自然科学和国家发明一等奖；
7.缺少国际知名的科学家；
8.缺少重要国际会议上中国学者的大会报告；
9.缺少优秀的机械工程基础研究创新团队。
第二节机械创新设计的概念和过程
1.机械创新设计的概念
机械创新设计（MechanicalCreativedesign,MCD）是指充分发挥设计者的创造力，利用已有的相关科学技术成果（含理论、方法、技术、原理等），进行创新构思，设计出具有新颖性、创造性、实用性的机构或机械产品的一种实践活动
2.创新设计的特点
（1）独创性
独创性体现为敢于提出与前人、众人不同的见解，敢于打破一般思维的常规惯例，寻找更合理的新原理、新机构、新功能、新材料，独创性能使设计方案标新立异，不断创新。
（2）实用性
实用性体现在对市场的适应性和可生产性两方面，创新设计的最终目的在于应用。
（3）突破性
人们往往从考虑某类问题获得成功的思维模式中寻求解题方案，受到“思维定式”的约束。
突破性敢于克服心理上的惯性，从思维定式的框框中解脱出来，善于从新的技术领域中接受有用的事物，提出新原理、创造新模式、贡献新方法，为工程技术问题打开新局面。
（4）多向性
善于从多种不同角度考虑问题，是创新设计的重要特征。
5）连动性
创造性思维也是一种连动思维，它引导人们由已知探索未知，开阔思路。
连动思维包括纵向、横向、逆向思维。
纵向思维针对某现象和问题进行纵深思考，探寻其本质而得到新的启示。
横向思维通过某一现象联想到特点与它相似和相关的事物，从而发现新应用。
逆向思维针对现象、问题和解法，分析其相反的方面，从另一角度探寻新的途径。
6）突变性
自觉思维、灵感思维是在创造性思维中对问题产生的一种突如其来的领悟和理解。
在思维过程中突然闪现出一种新设想、新观念，从而使问题得到解决。
如果阿基米德从洗澡时浴缸中水的溢出产生灵感而推出浮力定律。
又如美国工程公司杜里埃看到妻子喷洒香水而受到启发，创造了发动机的汽化器。
3．创新设计的类型
1）开发设计
在未知情况下，根据产品总功能和约束条件，提出新原理、进行技术设计。
2）变异设计
在已有产品的基础上，针对产品的缺点和用户的要求，进行变型产品的开发，以适应市场需要。
3）反求设计
针对已有的新进展产品和样机，分析其关键技术，在消化、吸收、引进先进技术的基础上，利用移植、组合、改造等方法，设计创新产品。
第三节课程内容及特点
1.内容
（1）机械创新设计的基础知识；
（2）机构组合原理与创新；
（3）机构演化、变异原理与创新；
（4）机构再生运动链原理与创新；
（5）机械运动方案与创新设计；
（6）机械运动形态与控制及机电一体化设计；
（7）典型机构创新设计实例分析；
（8）典型机械系统创新设计实例分析；
2.特点
（1）需要扎实、广泛的基础知识；
2）需要与其它现代设计方法相结合，充分反映现代科学技术的最新进展。
第二章创造力与创造性思维
创造力概述
创造力的定义：
所谓创造力，是指在一定目的和条件下，运用已知信息，产生出某种新颖、独特、有社会价值或个人价值的产品的能力。
所谓“产品”，是指以某种形式存在的思维成果。
它既可以是一种新产品、新技术、新工艺，也可以是一种新概念、新设想、新理论。
创造力的三条判别标准：
新颖性、独特性、有社会或个人价值。
“新颖”是一种纵向比较，指相对历史而言，前所未有；“独特”是一种横向比较，指相对他人而言，独出心裁。
这两条标准通常简称为新颖独特性，是创造力的根本特征。
此外，有社会价值是指对人类、国家和社会的进步有意义；有有个人价值，是指对个人发展有意义。
人类具有的七种不同类型的智力
1）语言能力，即读、写和用词语交流的能力；2）逻辑或数学智力，即推理和计算的能力；3）音乐智力；4）空间或视觉智力；5）运动智力；6）人际智力，即与其他人相处的能力；7）内在智力或内省智力，即洞察能力、了解自己的能力。
创造力与知识的关系
不可能存在超越知识的创造力。
但是，也不能把创造力与知识等同起来，因为创造力的发展与知识的掌握是不可能完全同步的。
知识是创造的重要条件，但知识本身代替不了创造。
一个人可能具有多个专业领域的渊博知识，但却在科学上毫无建树。
创造性人才的个性特点
1）性格：
富有责任感、正义感和牺牲精神，勤奋、好冒险、自信；
2）思维方式：
富于想象，能自我观察，寻求个人独立性，依赖性小，不盲从传统观念，敢于质疑、批判和创新；
3）兴趣：
有强烈的好奇心和旺盛的求知欲，兴趣广泛，有中心兴趣且稳定持久；
4）意志：
有决心，有毅力，愿意尝试困难的工作，意志果断、顽强；
5）情绪：
对创造充满热情，创造情绪稳定而持久，乐观、幽默。
创造力的主要构成
敏锐的观察力
高效的记忆力
集中的注意力
批判性的评价能力
创造性的思维与想象能力
一定的认知监控能力
创造性思维的主要特点
目的性、预见性、独创性（突破性、求异性）、发散性和综合性。
它可以是正向、逆向的线性思维，也可以是纵向、横向的平面思维，但更多、更重要的是三维立体思维与多维空间思维。
这是由科学的整体性与交叉性、问题的多元性与联系性所决定的。
创造性思维的类型
创造性思维是多种思维类型的复合体，特别表现为一些成对思维的辩证组合。
这些成对思维的双方既在形式上相互对立，又在创造过程中达成统一；既有显著差别，又在创造过程中密切地联系着。
创造性思维的类型
形象思维与抽象思维
逻辑思维与非逻辑思维
逻辑思维
分析与综合：
比较与分类、抽象与概括、具体化与系统化
推理：
归纳、演绎、类比
非逻辑思维
形象思维、直觉、想象、灵感
第二章机械创新设计的基础知识
第一节机械的基础知识
一、机械及其组成
1．机械的概念
1）机械首先必须是执行机械运动的装置
2）机械必须进行物料或信息的变换与传递，并完成有用的机械功
3）机械中要完成能量的转换
机械的分类：
原动机，工作机和信息机
2．机械的组成
原动机，工作机（包括传动装置），控制装置，见图2—1、2—2、2—3
原动机：
三相交流异步电动机、单相交流异步电动机、直流
电动机、步进电动机、（电能→机械能）
柴油机、汽油机、蒸汽机、燃气轮机、原子能发动机
（热能→机械能）
水轮机、风力机、潮汐发动机、地热发动机、太阳能
发动机（自然能→机械能）
原动机的选择：
有电力供应处，优先考虑使用各类电动机
三相交流异步电机常作工、矿、企业等单位设备的原动机
单相交流异步电动机在家用电器上广泛应用；
直流电动机因其可以调速，易于实行自动控制，在机电一体化设备中广泛应用；
在要求分度或步进运动的场合，可用步进电动机。
在远离电源或要求远距离移动的地方，内燃机得到广泛应用；柴油机能提供的功率大于汽油机能提供的功率。
工作机：
指利用原动机提供的动力实现物料或信息的传递，克服外载而作有用机械功的机械。
信息机：
也是一种工作机。
只是通过各种复杂的信息来控制机械运动。
在环保时代，利用自然能源的原动机正在逐步普及。
二、机械运动系统
指机械中的传动机构和工作执行机构，可以是机构的基本型，也可以是机构组合，或组合机构。
1．机构的基本型：
指最基本的、最常用的机构型式
主要有以下几种：
（1）四杆机构
①全转动副四杆机构的基本型
②含有一个移动副四杆机构的基本型
③含有二个移动副四杆机构的基本型
（2）齿轮机构
圆柱齿轮传动机构
圆锥齿轮传动机构
蜗杆传动机构
行星齿轮传动机构
3）凸轮机构
直动从动件平面凸轮机构
摆动从动件平面凸轮机构
直动从动件圆柱凸轮机构
摆动从动件圆柱凸轮机构
挠性元件传动带传动
链传动
（5）液、气传动基本型
（6）螺旋传动机构
（7）电磁传动机构的基本型
（8）间歇运动机构的基本型：
外棘轮机构、外槽轮机构
2．机构的组合：
把一些基本机构通过适当的方式连接起来，从而组成一个机构系统，称之为机构的组合。
在机构的组合系统中，各基本机构都保持原来的结构和运动特性，都有自己的独立性。
故机构的分析和设计方法仍然适合机构组合系统中的各机构。
串联机构
并联机构
3．组合机构
组合机构与机构的组合有本质不同。
组合机构是指若干基本机构，通过特殊的组合而形成的一种具有新属性的机构。
组合机构中的各基本机构已不能保持各自的独立性，也不能用原基本机构的分析和设计方法进行组合机构的设计。
三、机械的控制系统：
机械的控制从手工操作向自动化、智能化发展的。
控制方法：
机械、
电气、
液压、
气动
综合控制
1．电气控制系统的基本要求：
1）满足机械的动作要求或工艺条件；
2）电气、电子元件合理，工作安全可靠；
3）停机时，控制系统的电子元器件不应长期带电；
4）有较强的抗干扰能力，避免误操作；
5）便于维护与管理、经济指标好；
6）使用寿命长；
7）应设置紧急手动装置。
2．控制对象
1）对原动机进行控制：
可实现、开、关、停、正转、反转及调速、限位
2）对电磁铁的控制：
实现控制机械中执行机构的各种不同动作。
3．机械控制系统的发展趋势：
应用计算机技术和自动控制技术，控制对象不断增加，控制系统更加复杂、准确。
两类控制对象：
（1）位移、速度、加速度、温度、压力……数量的大小
（2）以物体的有、无、动、停……逻辑量
控制方法：
开环、闭环
（单变量）反馈控制→现代控制理论（多变量）
将检测到的输出结果与输入指令的误差随时进行修正，此种控制方式为闭环控制。
将输出结果返回输入端与输入指令比较的过程，称为反馈控制
第二节机械系统及其发展
一、机械系统的基本组成形式
根据原动机、传动机构、执行机构的不同组合以及机械系统运动输出特性的不同，机械系统的基本组成形式见表2-1所示。
线性机构：
机构的输出运动与输入运动为线性关系。
非线性机构：
机构的输出运动与输入运动为非线性关系。
类型1，2为最基本、最常见的机械系统
类型5在数控机床、机器人等自动机械中得到广泛的应用
二、机械系统的发展与演变
1．刚性机械系统：
系统的运动不具可控性，机械装置与电气装置独立组合的机械系统。
2．柔性机械系统：
运动具有可控性，可借助传感器，控制电路、计算机实施智能化控制。
数控机床和机器人属于柔性机械系统。
3．机械系统的发展
机械技术与电子技术控制技术的结合，机械系统由刚性机械向柔性机械系统演化，使机电一体化的机械系统发展很快
刚性机械系统
改进的刚性机械系统
柔性机械系统
直接驱动式的机械系统
第三节机械运动简图及其结构设计
1．机构系统的运动简图设计：
根据产品的功能目标和动作要求，设计出机械系统的运动方案，并确定传动机构、执行机构以及各种控制的参数和尺寸。
2．运动简图机械的结构设计机械的结构图（装配图）
一、构件的结构设计
1．构件的结构设计原则
1）选材料；2）选择毛坯；3）确定形状与尺寸；4）强度、刚度、安全性、可靠性的校核；5）与其它构件的关系；6）运动空间及运动干涉；6）经济性；8）维修、安装方便。
2．常用构件的结构设计
常用构件：
齿轮、凸轮、杆状构件、块状构件、具有复杂形状的构件
（1）齿轮的结构设计
齿轮轴
整体式：
圆盘状，腹板式，轮副式2）凸轮类构件的结构设计
2）凸轮类构件的结构设计
1尺寸：
凸轮轴，盘状凸轮
2按锁合方式弹簧锁合几何锁合
3按从动件型式
（3）杆类构件的结构设计
4）块状类构件的结构设计：
块状类构件大都作移动，其结构与运动副的结构有关。
3．机械零件组合成构件的方法
组合方法：
螺纹联接、焊接、粘接、过盈配合
常见的例子：
较大的蜗轮（铸铁轮毂与青铜轮缘组合）
内燃机连杆
滑动轴承座
二、运动副的结构设计
运动副的结构创新设计对提高机械的性能与寿命有重大帮助
1．转动副的结构设计
滚动轴承：
机械效率高
滑动轴承：
结构简单，形成动压润滑时也有较高的效率
2．移动副的结构设计
高副式移动副：
低副式移动副
重力封闭：
形封闭
3．高副的结构设计
滚子导轨（滚动导轨）代替平面摩擦导轨：
滚子直径、宽度、滚子的间距，定位措施等都需进行严格的结构设计。
滚珠丝杠代替普通丝杠也需进行结构设计
三、机构系统的结构设计
连杆机构设计较难，杆件形状千变万化，也是创新成果最多的领域
同一机构—可设计出性能、用途、外形完全不同的机械
连杆机构的杆状变化尚没有找出一定的规律，目前主要凭坚实的基础知识、丰富的实践经验。
如机构简图为图示的双曲柄机构，既可设计成泵；也可设计成轴系结构。
连杆机构设计时要注意的问题
1）各构件的运动不能发生干涉
2）在机械平衡的基础上，把安装配重与结构设计一并考虑。
3）机构系统的运动精度。
影响机构系统运动精度的因素尺寸误差运动副的间隙误差构件的弹性变形
第四节创新设计过程中的创新思维方法
①创新设计不是简单的模仿或技术改造
②创新设计应具有突破性、新颖性、创造性、实用性、社会效益
③创新活动是一个复杂的思维过程
一、创新活动中的注意事项
1．要考虑创新产品是否有社会效益或经济效益
2．是否存在你要创新设计的产品或专利
3．正确理解创新的含义，提倡在所熟悉的领域内进行发明创造
4．创新设计是一个科学的过程，以知识为支撑点
某发明家设计、制造了一种无级变速器，操作灵活简便，但受载时发热过大，效率过低，难于应用工程实际。
因此，创新设计不是凭空想象，应以知识为支撑点。
5．创新活动是艰苦，长期的工作积累过程
6．环境、压力、事业心、兴趣是创新成功的重要因素
7．善于观察，注意积累
8．正确的思维方法是通向创新成功之路
9．捕捉瞬间的灵感是创新的关键
二、创新设计方法简介
1．群智集中法：
2．仿生创新法：
不是机械的模仿
3．反求创新法；仿制，必须消化、吸收原设计，然后创新设计
4．类比求优创新法：
5．功能设计创新法：
正向设计法
6．移置技术创新设计法：
三、创新性思维与创造力
创新性思维是创新设计的主体。
创新性思维活动如下：
1．潜创造力的培养
潜创造力：
知识
普通的知识是创新的必要条件，专门的知识是创新的充分条件。
知识越丰富，智力越高，潜创造力就越强。
2．创新的涌动力
3．灵感思维
在创新涌动力的作用下，潜创造力的升华，是一个从量变到质变的思维过程。
潜创造力+创新的涌动力+灵感思维创新成果
创新能力的培养与创造技法简介
创新能力的培养
创造力的组成：
观察力、记忆力、注意力、评价能力、思维能力和认知监控能力。
观察力的培养
（1）观察要有目的，有计划，有选择。
（2）对观察对象要有一定的预备知识。
（3）观察要重复，以分辩偶然现象和一贯现象。
（4）要做及时、全面的记录，不能依赖记忆。
（5）观察要深入，要追本溯源。
（6）观察过程中要排除一切主观因素。
（7）既要注意对事物整体的观察，又要注意对事物细节的观察，全面深入地把握观察对象。
记忆力的培养
（1）记忆时注意力应集中。
（2）记忆的目标要明确、具体。
（3）先进行理解，然后再进行记忆。
（4）把记忆对象与大脑中已存贮的记忆内容结合起来进行记忆。
（5）通过读说听写想等多种途径来复习记忆。
（6）有意识地在实践中对记忆对象加以运用。
（7）不同性质的内容交替记忆。
（8）记忆及复习时要保持稳定而愉快的情绪。
（9）最佳的记忆时间是早晨清醒以后和晚上睡眠以前。
注意力的培养
（1）创造的目的要明确，否则注意力将没有集中的目标。
（2）对从事的创造课题要具有浓厚的兴趣，或具有强烈的责任感与使命感。
（3）从多个方面和不同角度对创造对象进行注意，有利于提高注意的稳定性和持久性。
（4）发觉注意力转移后应及时令其返回。
（5）高度集中注意一段时间后，应适当放松一下情绪，然后再行投入，以避免注意疲劳
创造性思维能力的培养
（1）注重右脑潜力的开发
（2）用尽可能多的方式表述思考对象
（3）把不同事物、不同理论、不同学科结合起来进行研究
（4）从不同角度或对立方向思考问题
（5）加强创造性实践活动
认知监控能力的培养
既能让大脑高度集中思考，又能使其适时适当放松；既能不断向四面八方出击，又能及时向问题中心收敛；既能海阔天空浮想联翩，又能使思考及时返回现实。
真正的科学大师，能像音乐大师一样，谙练地操纵着创造过程的节奏，使创造过程充满和谐，使创造成果出人意外。
关于创造的几个基本观点
一、创造人人可为
思维误区
１、创造是发明家的事，我没有什么创造力。
２、有价值的东西都让发明家创造出来了，我还能有什么作为？
３、现有的创造成果太完美了，无懈可击。
二、掌握科学的创造理论与方法有利于提高创造成果的数量
但这并不意味着任何一个想从事创造的人，在创造活动开始之前，一定要非常系统地学习并掌握创造理论和创造方法。
因为，科学发现和发明具有不确定性。
何况，现有的创造理论还是支离破碎的，将来也不可能做到非常系统和完善。
三、简单、和谐、巧妙是创造的永恒主题
虽然大自然的现象是千奇万怪的，其变化甚至可以说是诡秘难测的；但是，大自然所遵循的规则却是极其简单和异常和谐的。
此外，大自然的另一个基本特征就是巧妙。
遵循自然法则是科学创造的本质和灵魂，因此，简单、和谐、巧妙便成为创造的永恒主题。
创造技法简介
一、还原法
二、智力激励法：
又名头脑风暴法、集思广益法、脑轰法、畅谈会法等
三、检核表法：
又称设想提问法、分项检查法等
1、现有发明有无其它的用途。
2、现有发明能否引入其它的创造性设想。
3、现有发明可否改变形状、颜色、音响、味道等。
4、现有发明能否扩大使用范围，或延长寿命。
5、现有的发明可否缩小体积、减轻重量或分割化小等。
6、现有发明有无代用品。
7、现有发明能否更换一下型号或顺序等。
8、现有的发明是否可以颠倒过来用。
9、现有的几种发明是否可以组合起来用。
四、列举法
１、缺点列举法
对任何产品来说，都可以至少从6个思路方向来考虑开展缺点列举：
（l）产品的使用性能。
（2）产品的经济性能。
（3）产品的生产制作工艺性。
（4）产品的技术原理。
（5）与国内外相同、相近产品的对比。
（6）产品的外观、包装、名称、商标及专利保护等市场竞争性方面。
２、希望点列举法
任何事物的希望点都在不断发展，永远不会终结。
真正有意义的希望点列举法创造，不但要找准希望点，而且必须从希望点出发，解决相应的问题。
五、演变法：
主要有形体演变、组合演变、移植演变与杂交演变等
１、形体演变
（l）这件东西加大些会怎样?
大型化会有什么结果?
高一些、宽一些、厚一些或重一些行吗?
要添加什么附件吗?
（2）这件东西减小些会怎样?
袖珍化的前景如何?
低一些、短一些、狭一些、薄一些或轻一些行吗?
省略一些零件可以吗?
（3）改变原来的形状、颜色、气味、音响、浓度、强度或频率等物理特性，会带来创新变化吗?
还有其它变化方面吗?
（4）全部或局部地改用其它种类的材料行吗?
会产生什么新结果吗?
（5）把事物作左右互换怎么样?
正反互换怎么样?
内外反过来会怎样?
颠倒过来将怎样?
各部分位置互换会怎样?
能有新的结果和功效吗?
（6）改变事物在制造工艺中的温度、压力、时间或原料配比等因素会怎样?
能出现新效能吗?
（7）把固态产品改为液态产品，大块状改粉末状，液态产品改为晶态产品，会有新的结果吗?
还有别的改变形式吗?
（8）把固定式改为装配式或便携式，把可拆式改为固定式，会有新的情况与效能出现吗?
还有别的改变形式吗?
（9）改变零部件的数量会怎样?
一个构件改成几个构件将会怎样?
几个分支能合在一起吗?
（10）还有其它的形状、物性、结构等改变的可能性吗?
２、组合演变：
通过在不同的事物或技术、理论之间，开展新的结合、重组、选组、综合等演变，而获得创新的一种方法。
组合演变不是事物的简单相加，而应该获得l+1＞2的新功效。
３、移植演变：
通过把某一领域的原理或方法，借用到另一不同的领域，从而构成技术创新的演变方法。
移植应侧重于对原理与方法的移植，并在移植中开展再创造，而不能仅进行机械的移植
４、杂交演变：
在演变的过程中，不同的事物、材料、技术，乃至不同的学科体系，均可尝试通过类似生物学中的杂交而紧密融合，形成你中有我、我中有你、也不是我、也不是你的全新事物、材料、技术或学科。
六、形态分析法
（l）把创造对象分解为若干项独立的基本要素，即要素分析。
（2）列举各基本要素可能具有的形态，即形态分析。
（3）以各基本要素与其可能的形态分别为“列”与“行”，组成数学上的形态矩阵，再排列组合出可能的构造方案。
（4）从众多构造方案中选取最佳方案。
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