本书于2009年7月发行第1版，作为普通高等教育十一五国家级规划教材使用已经10余年。其间，世界科技发展速度持续加快，新技术不断涌现和发展，如可控核聚变、生命科学、量子科学、人工智能、无人驾驶、超高速列车等已经走进了我们的生活，使我们体验到科技对经济社会发展的支撑作用日益明显，感受到科技进步与创新为人类生存质量的提高带来的效益。科技与创新成为国家寻求未来竞争新优势的战略核心。在全球化、国际化发展大趋势下，创新人才也成为国家的战略资源，其竞争愈演愈烈。高等学校的教育是培养创新人才的重要途径，在科学技术持续高速发展的同时，我国高等教育中的创新教育在教学理念、教学模式和教学内容上更需要与时俱进，不断创新。将多学科知识，如科学、技术、工程、艺术和数学（STEAM）等交叉、融合、贯通，将校内课程与现实世界环境整合，使学生从一个全局视角开始，通过自己的调研探索和知识分享，寻求问题的答案，创造性地提出解决问题方法的教育理念和模式是未来教育的一个重要发展趋势。《机械创新设计》是一本基于教案的教材设计，独具特色，利于师生教学使用。因此，本次修订在保持这个特色的基础上，在以下几个方面进行了改进：
(1) 适应新时代创新设计教育理念的变革，激发学生自主创新兴趣、热情，鼓励自主学习和探究，在每章最后增加启迪思维、拓展思路的开放式思考题。
(2) 适应启发式、互动式教学模式改革的需求，增加第10章： 创新产品设计实例分析。以若干日常生活用品中具有创新理念或精巧结构设计的优秀产品为例，分析其精妙之处，进而综合分析出设计者的创新思路与技法，为教师课堂实例教学提供教学案例讲解示范，启迪学生的创新意识。
(3) 结合新技术（信息技术、人工智能技术等）、新材料（微纳米材料、新型功能材料等）、新原理（人因工程、绿色设计等）、新工艺（3D打印、激光切割等）发展，增加新的设计原理和结构设计方案举例。
(4) 根据教学过程的实际需求，适当调整部分章节顺序及内容。
(5) 更新参考文献。
(6) 提高插图的质量。
(7) 拓展学习空间，适当增加网络资源信息，扩展学生视野。
通过多年的教学实践与教材的编写与修订，我们深刻体会到，一门优秀的课程和一本优秀教材的建设与成长，需要长期的甚至几代人的共同努力、密切配合与无私奉献。在本次修订中，我们吸收了两位年轻教师参与修订工作，一方面传承本课程与教材的优良传统，期待不断延续和发展； 另一方面，也期待年轻教师的参与，能够使本次的修订显现出更多的新时代气息、新视角和新面貌。
本书第3章、第6章、第10章中的10.5节和10.6节由李永健编写，第4章、第7章、第10章中的10.3节和10.4节由李津津编写，其余各章节由刘莹、高志编写。全书由刘莹统稿。
由于编者水平有限，书中难免有错误和遗漏之处，恳请各位读者批评指正。
编者
2024年9月于清华园
第1版前言
创新是人类文明进化、发展的动力，是科学技术进步、发展的动力，也是人类经济社会发展的动力。当今世界各国在政治、经济、军事、科学技术等方面的竞争实质上是发展能力的竞争、创新能力的竞争，是具有创新能力的人才的竞争。
高等学校教育是培养创新人才的重要途径。为提高综合国力和国民的科技创新能力，需要高等学校为社会培养大批具有创新能力的人才。
在高等学校教育中，要提高受教育者的创新能力，首先需要教育者转变教育观念，更新教学内容与方法，探索新的教育模式，将提高学生的整体素质和创新能力作为教育教学的基本目的。
在这种思想的指导下，清华大学从20世纪80年代起，首先开设了有关创新设计内容的课程。在课程教学中，通过不断的探索和实践，建立了一套适合机械设计专业学生学习的机械创新设计课程的内容体系和与之相适应的教学方法。本书就是根据清华大学机械创新设计课程的教学要求编写的。
机械创新设计课程从创造学理论出发，重点分析在机械设计中有效的创新方法。为了对这些有效的创新设计方法进行详细的介绍，本书将机械创新设计方法按照机械设计问题的求解过程划分为功能原理创新设计方法、机构创新设计方法和结构创新设计方法。为了便于学生理解这些创新设计方法的内容，针对每一种创新设计方法都引入了一些通过使用这种方法成功地进行创新设计的实例。为了使学生对创新方法有更全面的了解，本书对常应用于科学研究及其他创新领域的创新方法也做了介绍。
为了便于学生应用这些创新设计方法从事机械创新设计实践，本书还对机械创新设计中常用的表达方法，以及正确选择创新设计选题的方法做了介绍，并分析了关于创造力开发的理论与方法。
此外，本书还专门分析了与创新设计失误有关的问题，分析了正确认识失误的重要性，重点分析了经常引起创新失误的原因，以及设计者的思维方式与创新设计失误之间的关系。
希望通过本书的学习，能够使学生建立对创新设计的正确认识，消除对创新设计的神秘感，初步了解机械创新设计的基本方法以及创新方法在机械设计实践中的应用，从而激发学生对从事机械创新设计实践的兴趣，培养他们的自信心。通过对经常造成创新设计失误原因的了解，提高从事创新设计实践的成功率。
本书除了可以作为机械创新设计课程的教材外，还可以作为机械设计、机械设计学及其他相关课程的教学材料。
本书的第7章和第8章由刘莹编写，其余各章由高志编写。
本书承蒙吴宗泽教授审阅，他对本书的内容及本课程的教学思想提出了宝贵的意见，在此表示衷心的感谢。
由于编者水平有限，书中难免有错误和遗漏之处，恳请各位读者批评指正。
编者
2009年3月于清华园
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
思考题
2一般创新设计技法
2.1头脑风暴法
2.1.1头脑风暴法的4项基本原则
2.1.2头脑风暴法的实施过程
2.2变异创新法
2.3组合创新法
2.3.1同类组合
2.3.2异类组合
2.3.3技术组合
2.3.4信息组合
2.4机遇利用法
2.5技术移植法
2.5.1技术移植法的应用条件
2.5.2移植法的选择
2.5.3技术移植法的主要类型
2.6逆向构思法
2.6.1反向探求
2.6.2顺序、位置颠倒
2.6.3巧用缺点
2.7发明问题解决理论
思考题
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
3.8机械创新设计选题的一般过程
思考题
4机械创新设计的表达方法
4.1表达在设计中的作用
4.2黑箱表示法
4.3功能草图表示法
4.4机械创新设计表达实例（一）家用缝纫机
4.4.1缝纫机的主要功能
4.4.2缝纫机的辅助功能
4.5机械创新设计表达实例（二）针式打印机
4.5.1打印机的主要功能
4.5.2打印机的辅助功能
4.6机械创新设计表达实例（三）硬币计数包卷机
4.6.1硬币计数包卷机的总功能
4.6.2硬币计数包卷机的主要功能
4.6.3硬币计数包卷机的辅助功能
思考题
5功能原理创新设计
5.1功能原理设计的意义与方法
5.2工艺功能设计方法
5.3综合技术功能设计方法
5.4功能组合设计方法
5.5设计目录方法
思考题
6机构创新设计
6.1简单动作功能机构设计
6.1.1简单动作功能机构的特点和应用
6.1.2机械构件自由度分析
6.2机构组合创新设计方法
6.2.1机构串联组合方法
6.2.2机构并联组合方法
6.2.3机构叠加组合方法
6.2.4机构反馈组合方法
6.3机构变异设计
6.3.1机架变异
6.3.2运动副尺寸变异
6.4机构再生运动链方法
6.4.1概述
6.4.2确定原始机构及找出一般化运动链
6.4.3运动链连杆类配
6.4.4组合运动链和优化运动链
6.4.5实例分析
思考题
7结构创新设计
7.1结构设计的意义
7.2结构变异创新设计方法
7.2.1工作表面的变异
7.2.2轴毂连接结构的变异
7.2.3联轴器连接方式的变异
7.3结构组合创新设计方法
7.3.1同类组合
7.3.2异类组合
7.3.3功能附加组合
7.3.4材料组合
7.4引入新的结构要素
7.4.1弹性（柔性）结构
7.4.2快速连接结构
7.4.3组合结构
7.4.4智能结构
7.5引入新的逻辑方法
7.5.1自加强
7.5.2自稳定
7.5.3自补偿
7.5.4自平衡
7.5.5自适应
7.5.6载荷分担
7.5.7阿贝原则
7.5.8合理配置精度
7.5.9利用误差传递规律
7.5.10误差均化
7.5.11零件分割
7.6引入新的设计理念
7.6.1宜人化设计
7.6.2绿色设计
7.6.3方便装配的设计
7.6.43D打印设计
思考题
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
思考题
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思维定式
9.6.2发散思维与收敛思维
9.6.3类比推理与创新思维
思考题
10创新产品设计实例分析
10.1弹子锁功能原理分析
10.2咖啡机功能原理分析
10.3全自动铅笔功能原理分析
10.4汽车安全带功能原理分析
10.5电动剃须刀功能原理分析
10.6圆珠笔双动功能原理分析
思考题
参考文献
附录冲突问题解决矩阵
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